Klausuraufgaben: Beispiele

 

1.      Rechnerarchitekturen

Mit zunehmender Taktfrequenz der Rechner macht sich bei Rechnern nach der von Neumann Architektur der physikalische von Neumann Flaschenhals immer stärker bemerkbar.

 

1.       Was versteht man unter dem Begriff „von Neumann Flaschenhals“?                   2 Punkte
Ein anderer Architekturansatz kann hier, besonders mit Hilfe von Caches, Abhilfe bringen.

2.       Wie heißt dieser Ansatz?                                                                             1 Punkt

3.       Wodurch verbessert sich die Leistungsfähigkeit des Rechners bei diesem Ansatz?

2 Punkte

4.       Welchen Nachteil hat der Original-Ansatz von von Neumanns?               1 Punkt

5.       Wie können hier zwischengeschaltete Cache-Strukturen helfen? Skizze und Erklärung.     

3 Punkte

 

2.      Adressierungsarten

Um die Adresse eines im Programm benötigten Datums im Hauptspeicher zu bestimmen, werden dem Assembler-Programmierer, abhängig von der Rechnerarchitektur, verschiedene Adressierungsarten zur Verfügung gestellt.

 

1.       Erklären Sie den Unterschied zwischen „direkter“ und „(Register) indirekter“ Adressierung.

2 Punkte

2.       Was versteht man unter relativer Adressierung und wozu dient dabei das Basis-Register?                                                                                                               2 Punkte

3.       Was wird durch diese Adressierungsart ermöglicht?                                        1 Punkt

4.       Eine Adresse kann durch Addieren des Index-Registers verändert werden. Wie heißt diese Adressierungsart und wofür wird sie eingesetzt?                                             2 Punkte

 

3.      Toy-Rechner

Der Toy-Rechner war ein Beispiel für einen sehr einfachen und universellen Rechner.

 

1.       Skizzieren Sie das Funktionsschema des Toy-Rechners.                                   5 Punkte

2.       Der Toy-Rechner beherrschte nur direkte Adressierung. Eine fortlaufende Adressierung bei der Berechnung von Zahlenreihen (Stichwort: Fibonacci-Zahlen) erforderte eine besondere Vorgehensweise, die im modernen Programmierstil verpönt ist. Wie heisst diese Vorgehensweise? Welche Verbesserung verschafft Abhilfe?                            3 Punkte

3.       Nennen Sie zwei weitere Verbesserungsvorschläge für den Toy-Rechner.        2 Punkte

 

4.      Bussysteme

Die richtige Dimensionierung eines Bussystemes ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit eines Rechnersystems. Dabei spielen die Begriffe „Spitzen“ und „Dauerdatenrate“ eine wesentliche Rolle.

 

1.       Erklären Sie kurz beide Begriffe und den damit zusammenhängenden Begriff der Buskapazität.                                                                                              3 Punkte

2.       Worin unterscheiden sich im Übertragungsprotokoll synchrone von asynchroner Übertragung? Was ist der wesentliche Unterschied?                                        2 Punkte

3.       Welche Komponente wird benötigt, wenn an einem Bussystem mehrere masterfähige Teilnehmer angeschlossen sind? Was ist dessen Aufgabe?                               2 Punkte

 

5.      Verbesserte Microarchitektur

Bei den Bemühungen zur Verbesserung der Rechnerleistung verbesserte man zum einen die Microarchitektur, zum anderen verfolgte man eine radikale Änderung des Instruktionssatzes (unter Einbeziehung der Compiler).

 

1.       Was sind die Vor- und Nachteile des mit RISC bezeichneten Ansatzes?            3 Punkte

2.       Wieso ist Maßangabe von MIPS kein gutes Maß zum Vergleich der Leistungsfähigkeit verschiedener Rechnersysteme?                                                                  2 Punkte

3.       Was versteht man unter dem Begriff „Out-of-order-Prozessoren“ und worin ist die Leistungsverbesserung dieser Prozessoren begründet?                                        2 Punkte

4.       Insbesondere bei Out-of-Order-Prozessoren bereiten Abhängigkeiten von Daten Konfliktsituationen. Bezeichnen Sie die Situationen und das Verfahren, mit dem man die Konfliktsituationen umgehen kann.                                                          2 Punkte

5.       Wozu dient bei Out-of-Order-Prozessoren der Re-Buffer? Wie funktioniert er? 2 Punkte

 

6.      Multiprozessorsysteme

In einem MP-System mit gemeinsamem, nicht verteiltem Speicher herrschen folgende Verhältnisse:

-          Zusammen mit Unterstützung des Caches erreicht jeder Prozessor eine Leistung von 1 cpi.

-          Der Cache hat eine Trefferrate von 96%.

-          Bei einem Cache-Miss benötigt der Cache 25 Zyklen, um die Daten aus dem gemeinsamen Speicher zu holen.

  1. Wie groß ist die tatsächliche Leistung in cpi eines Prozessors in diesem System? 5Punkte
  2. Der gleiche Prozessor wird mit seinem Cache in einem MP-System mit verteiltem Speicher eingesetzt. Die Cache-Miss-Rate von 4% verteilt sich auf            

-          2,5% Miss-Rate im lokalen Speicher, wobei 15 Zyklen benötigt werden, um die Daten zu holen.

-          1% Miss-Rate in einem entfernten Speicher, mit 60 Zyklen Penalty.

-          0,5% Miss-Rate in einem entferten Cache, wobei 90 Zyklen für den Datentransport benötigt werden.

Welche Leistung in cpi erzielt der Prozessor in diesem System?                           4 Punkte