581365 Tietokoneen rakenne

1. TOTUUSTAULU, SOP- JA POS- ESITYKSET SEKÄ KARNAUGH-KARTTA [12p/15p]
   Binääri koodi muutetaan Gray-koodiksi seuraavan taulukon mukaisesti:

   Binäärikoodi       Gray-koodi
         000             000
         001             001
         010             011
         011             010
         100             110
         101             111
         110             101
         111             100
   

   1. Laadi totuustaulu piirille, joka muuntaa taulukon binäärikoodina esitetyt luvut Gray-koodin mukaisiksi.(2 p / 2,5 p)

   2. Esitä totuustaulu SOP- ja POS-muodossa. (4p/5p)
   3. Yksinkertaista Gray-koodin ulostulomuuttujien esitykset Karnaugh-karttoja käyttäen. (6p/7,5p)

2. VÄLIMUISTI [12 p/ 15 p].
   Oletetaan, että (epärealistisen pienessä välimuistiratkaisussa) 4-tavuisen sanan 8-bittinen tavuosoite on 0xA4. Välimuistin rivin pituus (cache line size) on 32 tavua.

   1. Montako tavua välimuistiin mahtuu? Anna (kuvallinen) esimerkki tästä välimuistista. (4 p / 5 p)
   2. Näytä miten viitattu muistipaikka löytyy esimerkkisi välimuistista, kun käytössä on suoraa kuvausta (direct mapping) käyttävä kuvausfunktio (mapping function) ja täysin assosiatiivista (associative or fully associative) kuvausta käyttävä kuvausfunktio. (4p /5p)
   3. Miten muistipaikka löytyy tästä välimuistista, jos käytössä on joukkoassosiatiivista kuvausta joukon koolla 4 (4-way set associative mapping) käyttävä kuvausfunktio? (4p /5 p)
   Voit olettaa esimerkissäsi, että viitattu muistipaikka löytyy välimuistista. Mitkä ovat eri osoitekenttien nimet/pituudet kunkin kuvaustyypin yhteydessä?

3. VÄYLÄT [12 p/ 15 p]

   1. Piirräkuva tyypillisestä nykytietokoneissa käytettävästä väyläkonfiguraatiosta.(4 p/5 p)
   2. Mitä tarkoitetaan synkronisella ja asynkronisella ajoituksella? Mitä hyviä ja huonoja puolia niissä on? (4 p/5p)
   3. Mitä tarkoitetaan keskitetyllä ja hajautetulla vuoronannolla? Millainen vuoronantomenettely on käytössä PCI-väylässä? (4p/5p)

4. RISC JA REKISTERI-IKKUNA [12 p/ 15 p]
   

   1. Selvitä kolme RISC-arkkitehtuurin keskeistä piirrettä ja kerro lyhyesti saatavat hyödyt. (6p/7,5p)
   2. SPARC-prosessori käyttää 136 fyysistä rekisteriä, mutta ohjelma voi käyttää vain 32 rekisterinumeroa (r0-r31), joilla se voi viitata rekisteri-ikkunaan. Rekisteri-ikkunoita käytetään aliohjelmakutsujen yhteydessä. Prosessorissa on rekisteri-ikkunoiden hallintaa varten lisäksi rekisterit CWP (current window pointer) ja WIM (window invalid mask).
      1. Miten ohjelman käyttämä rekisterinumero muutetaan fyysiseksi rekisterinumeroksi?
      2. Miten kutsuttu aliohjelma viittaa globaaleihin muuttujiin, parametreihin ja paikallisiin muuttujiiinsa? Entä kuinka kutsuja pääsee käsiksi aliohjelman palauttamiin arvoihin?
      3. Miten käsitellään tilanne, jossa kaikki rekisteri-ikkunat ovat jo käytössä ja tulee vielä uusi aliohjelmakutsu? (6p/7,5p)