Svar - Lunds universitet

Lunds Universitet
LTH
Ingenjörshögskolan, Helsingborg
Tentamen den 17 december 2010
Datorarkitekturer och operativsystem, EDT621,
7,5 poäng
Skrivtid: 8.00-13.00
Tillåtna hjälpmedel: Mats Brorsson: Datorsystem.
Maximalt antal poäng: 60 poäng
För betyg 3 krävs 30 poäng
För betyg 4 krävs 40 poäng
För betyg 5 krävs 50 poäng
Ordet ”assembler” avser MIPS-assembler om inget annat sägs.
Alla lösa blad skall vara samlade i omslagsarket.
Inlämnade uppgifter skall vara försedda med uppgiftens nummer.
Lösningarna skrivs in i nummerordning.
Skriv namn på varje ark.
Omslagsarket skall vara fullständigt ifyllt med inskrivningsår, namn och
personnummer.
Kryssa för lösta uppgifter och ange antalet inlämnade blad.
1

Uppgift 1.
start:
addi t0, zero, 0x44
addi t1, zero, 0x68
and t2, t0, t1
nor t3, t0, 0
xor t4, t3, t0
sw t2, 8(t1)
a) Vilket värde finns i register t2 efter exekveringen av programmet?
(2p)
0x00000040
b) Var i RAM-minnet finns värdet i register t2 efter exekveringen?
0x00000070
(3p)
c) Vilket värde ligger i register t3 efter exekveringen? (2p)
0xFFFFFFBB
d) Vilket värde ligger i register t4 efter exekveringen? (3p)
0xFFFFFFFF
Uppgift 2.
Nedan finns några operationer beskrivna. Din uppgift är att utan att använda
syntetiska instruktioner skriva assemblerkod som implementerar
operationerna. Använd register at ifall du behöver ett hjälpregister för
uppgiften.
a) Innehållet i register t0 ska nollställas om dess värde är negativt;
annars ska det inte påverkas. Vanlig 2-komplementrepresentation
förutsätts.
(3p)
bgez t0, klar
nop
add t0, zero, zero
klar:
2

) De sexton lägsta bitarna i register t1 ska byta plats med de sexton
lägsta i register t2. Exempel: om t1 och t2 innehåller
0xABCDEF98 och 0x76543210 så ska t1 och t2 efter
operationen innehålla 0xABCD3210 resp. 0x7654EF98.
(3p)
add at, t1, zero
srl t1, t1, 16
sll t1, t1, 16
xor t1, t1, t2
srl t2, t2, 16
sll t2, t2, 16
xor t1, t1, t2
sll at, at, 16
srl at, at, 16
or t2, t2, at
flytta t1 till at
nollställ låga t1
stoppa in låga t2 i låga t1
nollställ låga t2
återställ höga t1, t1 klar
nollställ höga at
t2 klar
0 poäng om man använder minnet
3 poäng för korrekt lösning med extra hjälpregister
c) Om innehållet i t3 är udda ska alla bitar i t3 nollställas. Annars ska
alla bitar ettställas.
(4p)
andi at, t3, 1
beq at, zero, klar
and t3, zero, zero
addi t3, -1
klar:
nollställ, görs alltid
görs om man inte hoppar
3

Uppgift 3.
Du behöver inte bekymra dej om extra nop:ar. Vi låter kompilatorn sköta
detta.
a) Översätt följande C-kod till MIPS-assembler. Vi antar att variabeln a
finns i register t0.
if (a > 0){
a = a + 2;
if (a > 10)
a = 10;
}
(5p)
addi t1, zero, 10
ble t0, zero, klar
addi t0, t0, 2
ble t0, t1, klar
addi t0, zero, 10
klar:
b) Översätt följande C-kod till MIPS-assembler. Vi antar att variabeln a
finns i register t0 och variabeln b i register t1.
a och b är heltal.
a = 0;
b = 1;
while (a= 10
sra t1, t1, 1 // bevara teckenbiten
addi t0, t0, 1
b omigen
klar:
4

Uppgift 4.
En person som inte är medveten om de problem med databeroenden som
kan uppstå om man skriver assembly-program till MIPS, vill att följande
instruktioner ska utföras precis i den ordning de står:
kod: lb t0, 6(t3)
lui t1, 15
loop: add t1, t1, t0
beq t1, t2, loop
add t0, zero, zero
Personen får reda på att man minsann inte alltid kan skriva sådär direkt, utan
antagligen måste ha lite nop:ar här och var för att det ska fungera.
a) Vilka av följande sex försök fungerar korrekt i den riktiga MIPSarkitekturen?
(4p)
kod1: lb t0, 6(t3)
nop
onödig
kod2: lb t0, 6(t3)
lui t1, 15
lui t1, 15
loop: add t1, t1, t0
loop: add t1, t1, t0
beq t1, t2, loop
nop
beq t1, t2, loop
nop
add t0, zero, zero
add t0, zero, zero
kod3: lb t0, 6(t3)
lui t1, 15
kod4: lb t0, 6(t3)
nop
onödig
nop
onödig
lui t1, 15
loop: add t1, t1, t0
loop: add t1, t1, t0
beq t1, t2, loop
nop
onödig
nop
add t0, zero, zero
beq t1, t2, loop
add t0, zero, zero
kod5: lb t0, 6(t3)
lui t1, 15
kod6: lb t0, 6(t3)
lui t1, 15
loop: add t1, t1, t0
nop
onödig
nop
onödig loop: add t1, t1, t0
beq t1, t2, loop
nop
add t0, zero, zero
beq t1, t2, loop
nop
add t0, zero, zero
Den enda nop som behövs är den efter beq! Värdet som laddas in
i t0 i den första instruktionen behövs inte i nästa instr.
Efter lui och add behövs aldrig någon nop.
b) I exemplen ovan finns onödiga nop:ar. Markera alla dessa! (4p)
Alla är onödiga utom efter beq.
c) Exekveras något/några av alternativen korrekt i den modell av
MIPS-arkitekturen som finns på sidan 263 i läroboken? (2p)
Ingen, det behövs 2 nop:ar efter beq
5

Uppgift 5.
En programloop som körs i en MIPS-processor börjar på minnesplats
0x80020730 i RAM-minnet och slutar på 0x80020D9C. Instruktionscachen
är av enkel typ, dvs. med direkt adressavbildning.
Cacheminnet består av 8 st. block på vardera 2048 byte.
a) Vad blir träffsannolikheten för instruktionscachen när programmet
körs om och om igen under lång tid? Dvs. mot vilket värde
konvergerar träffsannolikheten?
(3p)
b) Antag att cacheminnet är hälften så stort som i a) och att antalet
block fortfarande är 8.
Vad blir träffsannolikheten nu, när programmet körs om och om
igen under lång tid?
(4p)
c) Kan man få en förbättring ifall man i detta exempel använder ett
cacheminne med fullt associativ arkitektur?
Motivera ditt svar!
(3p)
Programmet är inte större än att det ryms i ett av cacheminnets block.
träffsannolikheten kommer därför att konvergera mot 1 när programmet körs
under lång tid. Man får två missar i början och sedan bara träffar.
Samma gäller i b). Två missar i början och sen ett stort antal träffar.
Nej, ett fullt associativt minne ger ingen förbättring i detta exempel,
eftersom hela programkoden ryms i cacheminnet.
6

Uppgift 6.
a) Vad menas med en virtuell maskin (VM)? Ge exempel på en VM.
(2p)
b) Vad är skillnaden mellan kärnmod och användarmod? (1p)
c) Vad innebär CPU-schemaläggning? (1p)
d) Nämn 4 olika saker som ingår i en PCB. (2p)
e) Vilken betydelse har den s.k. valid-invalid-biten i en sidtabell?
(1p)
f) För en viss dator är tiden för en minnesaccess 12 ns
medan totaltiden för sidfel, sidväxling och återstart är 4 ms.
Antag att sannolikheten för sidfel är 0.0005.
Vad blir den effektiva accesstiden (EAT)?
(2p)
g) I vilken kategori av filsystem används transaktioner? (1p)
7