581365 Tietokoneen rakenne

Kurssikuulustelu 12.12.2007

1. KIIKKU, KONTROLLI JA MIKROKÄSKY [14p]

1. Kuvassa on esitetty S-R-kiikku (latch, flip-flop).

   

   1. Miten S-R-kiikun tila muuttuu? Osoita myös, että tilanmuutos on pysyvä. (4 p)

   2. Mihin perus S-R-kiikkua voidaan käyttää? Anna käytännöllinen esimerkki.(1 p)

   3. Mikä puute S-R-kiikussa on (verrattuna esimerkiksi D-kiikkuun tai J-K-kiikkuun)? (1 p)

2. Miten langoitettu kontrolli (hardwired) ja mikro-ohjelmoitu kontrolli (microprogrammed) eroavat toisistaan? Mitkä ovat kummankin edut ja haitat? (4 p)

3. Mikä on mikrokäsky? Miten horisontaalinen mikrokäsky eroaa vertikaalisesta mikrokäskystä? Mitkä ovat kummankin edut ja haitat? (4 p)

2. VÄLIMUISTI JA TLB [16p]

1. Miksi tarvitaan välimuistia (cache) ja miksi välimuisti toimii? (2 p)

2. Miksi käytetään TLB:tä ja miksi TLB toimii? (2 p)

3. Mitä yhteistä/eroa on välimuistilla ja TLB:llä? Miten niiden toiminta liittyy toisiinsa? (4p)

4. Oleta, että (epärealistisen pienessä) välimuistiratkaisussa viitatun 4-tavuisen sanan 16-bittinen tavuosoite on 0xA0B4. Välimuistin rivin pituus (cache line size) on 16 tavua ja välimuistin koko (cache size) on 256 tavua.

Piirrä kuva, josta käy ilmi välimuistin rakenne. Selitä miten mainittu muistipaikka löytyy välimuistista, kun toteutus perustuu joukkoassosiatiiviseen kuvaukseen, jossa joukon koko on 2 (2-way set associative).

Huolehdi, että vastauksestasi käy selkeästi ilmi, kuinka annettu tavuosoite jakautuu osiin (bittitasolla). Voit olettaa, että viitattu muistipaikka löytyy välimuistista.(8 p)

3. LIUKUHIHNOITUS [18p]

1. Miten superskalaariprosessori eroaa toiminnallisesti perinteisestä liukuhihnoitetusta prosessorista? (2p)

2. Mitkä ovat ne viisi tekijää, jotka rajoittavat superskalaariprosessorin liukuhihnan maksimisuorituskykyä? Anna kustakin hidastavasta tekijästä sopiva esimerkkikoodi. (10 p)

3. IA-64 arkkitehtuuri käyttää predikoitua suoritusta (predication) ja spekulointia ( load and control speculation). Mitä näillä tarkoitetaan ja mihin niillä pyritään? (6p)

In English on the other side!