Mikroarchitektur

Question 1

Speicherverwaltung

Welche Bereiche umfasst die Speicherverwaltung in einem Programm?

Answer 1

Programmtext (Java Byte Code), Statische Daten (Strings, Tabellen), Dynamische Daten (Heap), Stack (lokale Parameter einer Funktion)​

Question 2

Compiler und Assembler

Was erzeugt der Compiler aus einem Java-Programm?

Answer 2

Der Compiler erzeugt Assembler-Code, der anschließend in Byte Code umgewandelt wird

Question 3

Byte Code

Was ist ein Byte Code und wie wird er erzeugt?

Answer 3

Byte Code ist eine Zwischenstufe, die vom Assembler erzeugt wird. Ein Beispiel ist der Opcode 0x15 für den ILOAD-Befehl, der die Variable j aus dem Stack liest.

Question 4

Micro Code

Was ist Micro Code und welche Rolle spielt er in der CPU?

Answer 4

Micro Code ist Bestandteil der CPU und interpretiert den Java Byte Code. Er steuert den Interpreter und kann durch Updates CPU-Fehler beheben.

Question 5

ALU (Arithmetic Logic Unit)

Welche Funktionen kann die ALU ausführen?

Answer 5

Die ALU kann AND, OR, ADD und INVERT Operationen ausführen. Sie hat zwei Eingänge (A und B) und verwendet 6 Bits zur Funktionsbestimmung.

Question 6

Was ist das N-Bit und das Z-Bit in der ALU?

Was ist das N-Bit und das Z-Bit in der ALU?

Answer 6

Das N-Bit gibt an, ob das letzte Ergebnis der ALU negativ war, und das Z-Bit gibt an, ob das letzte Ergebnis der ALU 0 war. Beide Bits werden für Vergleiche verwendet.

Question 7

Shifter

Welche Arten von Shifts kann der Shifter durchführen?

Answer 7

Der Shifter kann logische und arithmetische Shifts nach links und rechts durchführen. Logische Shifts füllen freigewordene Bits mit 0, arithmetische Shifts kopieren das Vorzeichenbit.

Question 8

Microcode-Befehle

Was kann ein Microcode-Befehl in einem Taktzyklus erledigen?

Answer 8

Ein Microcode-Befehl kann mehrere Operationen durchführen, wie

• das Setzen von Werten auf den B-Bus und H-Bus
• Berechnungen mit der ALU
• Bit-Shifts
• das Schreiben von Ergebnissen auf den C-Bus und bedingte Sprünge.

Question 9

Sprünge mit Microcode-Befehlen

Welche Sprungoptionen gibt es bei Microcode-Befehlen?

Answer 9

Es gibt fünf Sprungoptionen: Springen an die angegebene Adresse, abhängig vom N-Bit, abhängig vom Z-Bit, abhängig von beiden Bits und an die angegebene Adresse plus MBR.

Question 10

Taktzyklus

Wie viele Takte benötigt das Speicherauslesen und was passiert in diesen Takten?

Answer 10

Das Speicherauslesen dauert 2 Takte. Im ersten Takt wird die Adresse berechnet und im zweiten Takt werden die Werte aus dem Speicher gelesen und in MDR oder MBR gespeichert.

Question 11

Micro Code Interpreter

Was sind die Schritte eines Micro Code Interpreters?

Answer 11

Der Micro Code Interpreter besteht aus einer Endlosschleife von Fetch, Decode und Execute. Dabei wird der nächste Opcode ins MBR geladen, der entsprechende Micro Code Befehl ausgeführt und dann wieder zu Fetch zurückgesprungen.

Question 12

Micro Code Interpreter: Beispiele

Was macht der IADD Java Byte Code Befehl?

Answer 12

IADD (Opcode 0x60) liest zwei Werte vom Stack, addiert sie und schreibt das Ergebnis zurück auf den Stack.

Question 13

Micro Code Interpreter: Beispiele

Was macht der ILOAD Java Byte Code Befehl?

Answer 13

ILOAD (Opcode 0x15) liest ein Wort von der Adresse (LV + Operand) und schreibt es auf den Stack.

Question 14

Register

Welche wichtigen Register gibt es in der CPU und was sind ihre Funktionen?

Answer 14

Wichtige Register sind SP (Stack Pointer), LV (Zeiger auf lokale Variablen), CPP (Zeiger auf Konstanten), TOS (Top of Stack) und OPC (Register zur freien Verwendung). Das MBR ist 8 Bit breit, andere Register sind 32 Bit breit.

Question 15

Register

Was ist der Unterschied zwischen MAR und MDR?

Answer 15

MAR (Memory Address Register) hält Adressen, während MDR (Memory Data Register) die Daten an diesen Adressen speichert.

Question 16

Speicheradressen und Alignment

Was ist Word-Alignment bei Speicheradressen und warum ist es wichtig?

Answer 16

Word-Alignment bedeutet, dass Speicherzugriffe auf Wortgrenzen (Vielfache von 4 Bytes) ausgerichtet sind. Dies ist wichtig, weil das MAR immer 4 Byte auf einmal liest, was die Effizienz erhöht.

Question 17

ALU-Funktionalität

Wie bestimmt die ALU, welche Operation ausgeführt werden soll?

Answer 17

Die ALU verwendet 6 Bits zur Bestimmung der Funktion und die Eingänge A und B zur Durchführung von Operationen wie AND, OR, ADD und INVERT.

Question 18

Vergleichsoperationen

Wie werden Vergleiche in der ALU durchgeführt?

Answer 18

Vergleiche werden durch Subtraktion durchgeführt und das Ergebnis wird anhand des N-Bits und Z-Bits interpretiert. Beispiel: a - b, wenn Z-Bit 1 ist, dann a = b, wenn N-Bit 1 ist, dann a < b.

Question 19

Shift-Operationen

Wie unterscheiden sich logische und arithmetische Shifts?

Answer 19

Logische Shifts verschieben Bits und füllen freigewordene Stellen mit 0, während arithmetische Shifts das Vorzeichenbit an die freigewordene Stelle kopieren.

Question 20

Microcode-Befehlsstruktur

Wie ist ein Microcode-Befehl aufgebaut?

Answer 20

Ein Microcode-Befehl kann mehrere Operationen in einem Takt ausführen, darunter das Setzen von Werten auf den B-Bus und H-Bus, ALU-Berechnungen, Bit-Shifts und bedingte Sprünge.

Question 21

Bedingte Sprünge

Was passiert, wenn eine Bedingung bei einem bedingten Sprung nicht erfüllt ist?

Answer 21

Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird an die angegebene Adresse gesprungen. Ist die Bedingung erfüllt, wird an die angegebene Adresse plus 256 gesprungen.

Question 22

Bedingte Sprünge

Wie wird die Sprungadresse berechnet, wenn das JMPC-Bit gesetzt ist?

Answer 22

Wenn das JMPC-Bit gesetzt ist, bestimmt das MBR-Register die Sprungadresse. Die Adresse berechnet sich aus ADDR und MBR.

Question 23

Taktzyklus und Speicherzugriffe

Warum dauert das Speicherauslesen 2 Takte?

Answer 23

Das Speicherauslesen dauert 2 Takte, da im ersten Takt die Adresse berechnet und im zweiten Takt der Speicher ausgelesen wird und die Werte in MDR oder MBR gespeichert werden.

Question 24

Micro Code Interpreter: Ablauf

Wie sieht der Ablauf eines Micro Code Interpreters aus?

Answer 24

Der Ablauf eines Micro Code Interpreters besteht aus den Schritten Fetch (nächsten Opcode ins MBR laden), Decode (an die entsprechende Stelle im Micro Code springen) und Execute (Opcode ausführen).

Question 25

Micro Code Interpreter: Beispiele

Wie interpretiert der Micro Code Interpreter den ILOAD Befehl?

Answer 25

Der ILOAD Befehl lädt ein Wort von der Adresse (LV + Operand) und schreibt es auf den Stack. Der Opcode 0x15 wird dabei verwendet.

Question 26

Micro Code Interpreter: Beispiele

Wie interpretiert der Micro Code Interpreter den IADD Befehl?

Answer 26

Der IADD Befehl liest zwei Werte vom Stack, addiert sie und schreibt das Ergebnis zurück auf den Stack. Der Opcode 0x60 wird dabei verwendet.

Question 27

Funktion von Registern

Was ist die Funktion des Stack Pointers (SP)?

Answer 27

Der Stack Pointer (SP) zeigt auf die Spitze des Stacks.

Question 28

Funktion von Registern

Welche Aufgabe hat das Memory Byte Register (MBR)?

Answer 28

Das Memory Byte Register (MBR) speichert 8-Bit-Werte und kann auf 32 Bit erweitert werden. Es enthält die Daten, die im aktuellen Speicherzugriff gelesen oder geschrieben werden.

Question 29

Microcode-Sprünge

Was passiert bei einem bedingten Sprung in Abhängigkeit des Z-Bits?

Answer 29

Bei einem bedingten Sprung in Abhängigkeit des Z-Bits wird gesprungen, wenn das Z-Bit gesetzt ist (Z = 1).

Question 30

Microcode-Sprünge

Wie beeinflusst das N-Bit den Vergleich in der ALU?

Answer 30

Das N-Bit gibt an, ob das Ergebnis einer Subtraktion negativ ist. Wenn N-Bit 1 ist, dann a < b, andernfalls ist a ≥ b.