Klausur Informatik-1 vom 02.12.2004 - Torsten E. Neck

Forschungszentrum Karlsruhe
in der Helmholtz–Gemeinschaft
Fortbildungszentrum
für Technik und Umwelt
Direktor: Dr. Gunthard Metzig
Name:
________________________________
Matrikelnummer:
Datum: 09.12.2004
Bearbeiter/-in: Dipl.-Inform. Torsten E. Neck
Telefon: 07247 / 82-4421
Telefax: 07247 / 82-7421
E-Mail:
torsten.neck@ftu.fzk.de
________________________________
K L A U S U R D E C K B L A T T
Hilfsmittel:
einfacher Taschenrechner
Bearbeitungszeit: 120 Minuten
Note:
Aufgabe: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Σ
Punkte: 10 6 8 8 7 6 10 23 17 19 18 29 1 162
Erreicht:
Klausur „Grundlagen der Datenverarbeitung“ Winter 2004
Berufsakademie – Staatliche Studienakademie – Karlsruhe
Fachrichtung Industrie — Kurs WIN04G1
Hinweise zur Durchführung der Klausur:
Wenn Sie nicht gesund und prüfungsfähig sind, wenden Sie sich bitte an die Aufsicht!
Bitte tragen Sie zuerst Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer ein.
Legen Sie Ihren Studentenausweis bereit, wir werden die Ausweise während der Klausur durchsehen.
Die Bearbeitungszeit für die Klausur beträgt 120 Minuten.
In der Klausur können Sie maximal 162 Punkte erreichen, für das Bestehen sind 81 Punkte hinreichend.
Außer Taschenrechnern sind keine Hilfsmittel (Bücher, eigene Aufzeichnungen etc.) zugelassen. Stellen Sie
sicher, dass Taschen, sämtliche Unterlagen und alle nicht erlaubten Hilfsmittel sich nicht in Reichweite Ihres
Arbeitsplatzes befinden!
Die Verwendung von Mobiltelefonen während der Klausur ist untersagt; bitte sorgen Sie auch dafür, dass durch
Ihr Mobiltelefon Ihre Kommilitonen nicht gestört werden.
Tragen Sie soweit möglich Ihre Lösung in den auf den Aufgabenblättern vorgesehenen freien Raum ein. Reicht
der Platz für Ihre Ausführungen nicht aus, so verwenden Sie zunächst die Rückseiten der Aufgabenblätter und
kennzeichnen Sie deutlich, zu welcher Aufgabe die Lösung gehört. Reicht dieser Platz im Falle noch nicht aus,
können Sie von der Aufsicht weitere Blätter erhalten.
Auf jedem zusätzlichen Lösungsblatt schreiben Sie bitte auf der Vorderseite in die obere, rechte Ecke Ihren
Namen und Ihre Matrikelnummer; nicht namentlich gekennzeichnete Lösungsblätter können nicht in die Bewertung
eingehen!
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
in der Helmholtz-Gemeinschaft
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Telefon 07247 / 82-0, Telefax 07247 / 82 5070
Postanschrift: Postfach 3640, D-76021 Karlsruhe
Stadtadresse: Weberstraße 5, D-76133 Karlsruhe

Matrikel-Nr.: _______________
Name: ______________________
Aufgabe 1:
(10 Punkte)
Systemarchitektur. Kreuzen Sie nur die zutreffenden Aussagen an.
Jedes Betriebssystem besitzt eine benutzerorientierte und eine hardwareorientierte Komponente.
In der Systemarchitektur unterscheidet man unter dem Aspekt des Auftragsverhaltens „Multi-
User-Systeme“ und „Single-Tasking-Systeme“.
Die Aufgaben „Bedienung“ und „Abwicklung“ werden der Kontrollschicht einer Systemorganisation
zugeordnet.
Ein reales Betriebsmittel in einer Systemorganisation dient zur Verschleierung des Mangels an
logischen Betriebsmitteln für den Anwender.
In den Dienstschichten einer Systemorganisation ist jeweils der Komponente zum Betrieb eines
Betriebsmittels eine Verwaltungskomponente übergeordnet.
Der Stapel-Betrieb ist besonders für die Steuerung von technischen Anlagen in Echtzeit geeignet.
Ein modernes Multimedia-Handy ist ein typisches „Single-User-System“.
Ein Bank-Automat zur Bar-Auszahlung mit Kredikarte oder ec-Karte ist ein typisches „Multi-
User-System“.
Ein modernes Multimedia-Handy ist ein „Multi-Tasking-System“.
Ein Bank-Automat zur Bar-Auszahlung mit Kreditkarte oder ec-Karte ist ein Single-Tasking-
System“.
Aufgabe 2:
(6 Punkte)
Rechnerorganisation, Rechnerstrukturen:
(a) Das „Erlanger Klassifikationssystem“ (ECS) strukturiert Rechnerstrukturen nach dem zentralen
Gesichtspunkt der „Parallelität“. Beschreiben Sie möglichst knapp und prägnant, was unter
„Nebenläufigkeit“ verstanden wird.
(b) Komplettieren Sie das unten stehende Schema des ECS mit den entsprechenden Begriffen.
Rechnerstrukturen
Multiprozessor
k > 1
Feldrechner
d > 1
Parallelwortrechner
w > 1
Macropipelining
k’ > 1
Befehlspipelining
d’ > 1
Phasenpipelining
w’ > 1
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Matrikel-Nr.: _______________
Name: ______________________
Aufgabe 3:
(8 Punkte)
Rechnerorganisation, Rechnerstrukturen; Speicherorganisation:
Ordnen Sie den unten stehenden Systemszenarien eine der schattierten Klassen aus dem ECS in
Aufgabe 2(b) zu. Kreuzen Sie darüber hinaus die zutreffende Speicherorganisation für die jeweilige
Waschhalle an.
Hilfen:
Zur Festlegung des Speichertyps gehen Sie bei den Szenarien (2) und (3) davon aus, dass als Speicher jeweils die
Halle selbst und der Vorplatz direkt vor der Halle angesehen werden (Speicherkapazität: 2 Pkw).
Zur Bestimmung des Speichertyps bei Szenario (1) können Sie davon ausgehen, dass jedes Waschportal direkt
angefahren werden kann, sofern es nicht besetzt ist.
Bei den Szenarien (1) und (4) werden ggf. vorhandene Warteräume nicht zum Speicher hinzugerechnet.
Klasse der Speicher-Organisation
Szenario
ECS-Grobklasse
Index-
RAM FIFO LIFO
Seq.
(1) Ein Auto-Waschpark mit mehreren
(≥ 2) Portalen, die jeweils mit
Schaum- und Klarspülsprühlanzen
ausgestattet sind.
(2) Eine Auto-Portalwaschhalle mit
Rückwand, also ohne Durchfahrtmöglichkeit.
(3) Eine Auto-Portalwaschhalle mit Vorbehandlungssprühlanze
vor der
Halle, ohne Rückwand, also mit
Durchfahrtmöglichkeit.
(4) Eine Auto-Waschbahn mit
Fahrzeugtransportvorrichtung und
nacheinander angeordneten
Schaum-, Bürst-, Wachs- und
Trocknungsportalen.
Aufgabe 4:
(8 Punkte)
Rechnerorganisation, Rechnerstrukturen:
(a) Welche beiden Kriterien legt Flynn seiner Klassifikation nach der Organisationsform zugrunde?
(b) Ordnen Sie die beiden Kriterien aus (a) den Achsen der unten eingezeichneten Matrix zu und
platzieren Sie die vier Klassen nach Flynn in den entsprechenden Matrizenfeldern.
Kriterium 2: ↓
Kriterium 1: →
Ausprägung: 2 ↓, 1 →
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Aufgabe 5:
(7 Punkte)
Rechnerorganisation, Rechnerstrukturen:
(a) Von Neumann, Burks und Goldstine stellten bei der Entwicklung des „Princeton-Rechners“ 1944 bis
1946 fünf zentrale Anforderungen auf, die das Gesamtkonzept bestimmen. Welche Systemkomponenten
wurden beim „Princeton-Rechner“ daraus abgeleitet und stehen bis heute als Kennzeichen
für die „Von-Neumann-Architektur“? Komplettieren Sie durch Eintragen der Komponenten an die
entsprechenden Stellen das nachstehende Blockdiagramm.
ALU
CU
(b) An welchen Stellen kann der Benutzer mit dem System unmittelbar interagieren?
(c) Das von-Neumannsche Systemkonzept weist eine bekannte Schwachstelle auf, den sogenannten
„Von-Neumann-Flaschenhals“. Mit welcher Maßnahme kann diese Schwachstelle entschärft
werden? (Erklären Sie die Maßnahme in einem knappen Satz.)
Aufgabe 6:
(6 Punkte)
Informationstheorie:
Formulieren Sie in möglichst knappen Sätzen und Stichworten:
(a) Welche Eigenschaft ist signifikant für ein „bit“?
(b) An Ihrem DVD-Brenner sind zwei LEDs angebracht, deren Leuchten die in der nachstehenden
Tabelle aufgeführten Betriebszustände kennzeichnen:
LED1 LED2 Betriebszustand
Aus Aus Ruhezustand
Grün Aus Medium eingelegt
Rot Aus Vom Medium wird gelesen
Grün Grün Auf Medium wird geschrieben
Grün Rot Warten auf Fortsetzen des Schreibvorgangs nach Pufferunterlauf
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Begründen Sie stichwortartig, ob LED1 und LED2 Repräsentanten für Bits sind und geben Sie an,
wieviele Betriebszustände mit den vorhandenen LEDs kodiert werden könnten.
(c) Eine dreifarbige Verkehrsampel in Deutschland unterscheidet im Normalbetrieb die vier Zustände
„rot“ — „rot+gelb“ — „grün“ — „gelb“. Wieviele Zustände könnten mit einer dreifarbigen Verkehrsampel
kodiert werden?
Aufgabe 7:
(10 Punkte)
Informationstheorie:
(a) Die erste Serie der „IBM-PC“ verfügte zur Hauptspeicheradressierung über 20 binäre Adressleitungen.
Adressiert wurden darüber Speicherzellen von jeweils 8 bit Breite. Was war die maximale
Hauptspeichergröße in dieser Serie von PC-Systemen?
(b) Eine Digitalkamera verfügt über einen als RAM realisierten Bildspeicher von 384 MB Kapazität (M
informationstechnisch), der in Speicherzellen von jeweils 24 bit organisiert ist. Wieviele Bits sind
zur direkten Adressierung der Speicherzellen notwendig?
(c) Wie groß muss der Bildspeicher einer 4Mpix-Digitalkamera (effektive Bildauflösung
2304 × 1728 Bildpunkte) mindestens sein, um bei einer Farbauflösung von 32 bit/Bildpunkt
wenigstens fünf Bilder in unkomprimierter Form halten zu können?
Hilfen:
ln x
log 2
x =
ln 2
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Aufgabe 8:
(23 Punkte)
Zahlensysteme und Systemkonvertierung:
(a) Ihr Windows-System berichtet, dass die 8-bit-Speicherzelle mit der hexadezimalen („hexadecimus“
aus dem Griechischen und Lateinischen: „der Sechzehnte“) Adresse F3AC2 beschädigt sei. Welche
dezimale Speicherkapazität in Byte steht Ihnen bis zur defekten Zelle noch zur Verfügung?
(b) Ihr Auftraggeber gibt Ihnen für eine Bitmap-Grafik den Farbcode für den Hintergrund als Tripel aus
1 Byte-Farbanteilen „rot“, „grün“ und „blau“ mit den dezimalen Werten (215, 224, 229) an.
Welche Bitsequenz müssen Sie in der Grafikdatei allen Bildpunkten für den Hintergrund zuweisen,
damit die gewünschte Farbe angezeigt wird?
(c) Ihr Systemverwalter hat Ihnen als Passwort Ihr Geburtsdatum im Oktalsystem (Basis 8) mit den
Ziffern A = {A, B, C, D, E, F, G, H} zugewiesen; es gilt die Ordnung
A < B < C < D < E < F < G < H. Dabei wurden Tag, Monat und Jahr (mit Jahrtausend)
Ihres Geburtstages jeweils getrennt kodiert und anschließend kompress gesetzt. Wie lautet also Ihr
Passwort? Bitte geben Sie zur Kontrolle Ihren Geburtstag auch dezimal an.
Hilfe:
Beispiel:
Der 32.13.1964 wird kodiert zu 32 10
= 40 8
→ EA, 13 10
= 15 8
→ BF, 1964 10
= 3654 8
→ DGFE,
damit ist das Passwort: EABFDGFE
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Aufgabe 9:
(17 Punkte)
Informationstheorie, Codesicherung:
(a) Der nachstehende, siebenstellige binäre Code (in Anlehnung an ISO-646/IA5/ASCII) soll nach dem
Verfahren der „geraden Parität“ gesichert werden. Ergänzen Sie in der Codetabelle zunächst die
entsprechenden Prüfbits:
Quellzeichen Code Prüfbit
! 0L0 000L
A
d
e
n
t
v
L00 000L
LL0 0L00
LL0 0L0L
LL0 LLL0
LLL 0L00
LLL 0LL0
(b) Dekodieren Sie nun die folgende, nach der voranstehenden Tabelle kodierte Nachricht. Dabei wurde
im Zuge einer Kreuzsicherung nach dem Verfahren der „geraden Parität“ ein zusätzliches
Sicherungswort generiert und angehängt. Dieses Sicherungswort ist nicht Bestandteil des Codes.
Kennzeichnen Sie durch entsprechendes Ankreuzen die offensichtlich fehlerhaft empfangenen
Zeichen und korrigieren Sie, sofern möglich, eventuell fehlerhaft erhaltene Zeichen.
Code mit Prüfbit decodiert: Fehler erkannt! korrigiert:
L 0 0 0 0 0 L 0
L L L 0 L 0 0 L
L L L 0 L L 0 L
L L 0 0 L 0 L 0
L L 0 L L L 0 L
L L L 0 L 0 0 0
0 L 0 0 0 0 L 0
0 0 0 L L 0 L L
← Fehler erkannt!
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Aufgabe 10:
(19 Punkte)
Informationstheorie, Codesicherung:
Beim Lesen von Ihrer Festplatte werden Datenströme nach dem CRC-Verfahren mit dem Polynom
LL00L geprüft. Zeigen Sie nachvollziehbar durch Anwendung der „Empfangsprüfung“, ob die
eingelesene Bitsequenz LL0L00L0LLLLL0LLLL fehlerfrei ist.
L L 0 L 0 0 L 0 L L L L L 0 L L L L
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Matrikel-Nr.: _______________
Name: ______________________
Aufgabe 11:
(18 Punkte)
Signalverarbeitung, Digitalisierung:
(a) Diskretisieren Sie grafisch den in der folgenden Abbildung dargestellten analogen Signalverlauf
nach dem PCM-Verfahren.
(b) Erläutern Sie in einem knappen Satz, welche Regel bei der Signalwertdiskretisierung
(Quantisierung) Sie eingesetzt haben.
Hinweis zur Durchführung:
Verwenden Sie das in der Abbildung eingezeichnete äquidistante Zeitraster und samplen Sie jeweils zu Beginn
eines Zeitintervalls; kennzeichnen Sie den abgelesenen Signalwert durch einen Kreis auf dem Signalverlauf.
Quantisieren Sie mit den ebenfalls eingezeichneten Signalwertklassen; kennzeichnen Sie den quantisierten Wert
durch ein Kreuz.
s
t
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Aufgabe 12:
(29 Punkte)
Dateisystem FAT:
Die im Lösungsbereich dargestellte Grafik soll abstrahierend ein FAT-Dateisystem darstellen.
(a) Benennen Sie die drei eingezeichneten Bereiche nach Ihrer Funktion mit dem entsprechenden
Schlagwort oder Akronym.
(b) Angenommen, die bereits eingetragene „Datei Nr. 1“ würde in jedem Cluster den jeweils dort
eingetragenen Buchstaben abspeichern, wie lautet die durch „Datei Nr. 1“ repräsentierte Botschaft?
(c) Speichern Sie durch Eintrag aller notwendigen Angaben (nach Vorbild der bereits gespeicherten
„Datei Nr. 1“) eine weitere „Datei Zwei“ des Inhalts „NIKOLAUS“ mit einer Länge von 8 Clustern.
(d) Was geschieht beim Löschen der „Datei Nr. 1“ in den drei getrennten Bereichen? (Bitte nur stichwortartige
Angaben!) Machen Sie den Löschvorgang auch in der Schemadarstellung entsprechend
kenntlich.
(e) Gehen Sie davon aus, dass das schematisch dargestellte Speichermedium durch „Formatieren“ völlig
leergeräumt wurde. Wieviele Dateien können Sie maximal darin abspeichern?
Funktion/Bezeichnung: ____________________________________
Dateibezeichnung: Dateilänge [Cluster]: Startcluster Nr.:
Datei Nr. 1 8 5
Funktion/Bezeichnung: ____________________________________
1: 2: belegt 3: belegt 4: 5: belegt 6: 7: 8: belegt
3 9 8 2
9: belegt 10: belegt 11: belegt 12: 13: 14: 15: belegt 16:
10 11 15 ENDE
Funktion/Bezeichnung: ____________________________________
1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8:
C H
M
U
9:
L
10:
U
11:
C
12: 13: 14: 15:
K
16:
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Matrikel-Nr.: _______________
Name: ______________________
Aufgabe 13:
(1 Punkt)
Vergessen Sie nicht, alle für die Korrektur relevanten Blätter mit Ihrem Namen zu kennzeichnen!
Ich wünsche Ihnen viel Erfolg bei der Bearbeitung der Aufgaben.
(Erreichbare Summe: 162 Punkte)
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