Semestrálka

Question 1

Jaká je výhoda mikroprogramového řadiče?

Answer 1

Namísto řadiče je vytvořen “malý procesor”, který vykonává mikroprogramy. Jeden mikroprogram == jedna instrukce procesoru. Paměť mikroprogramu umožňuje poměrně rychlé a snadné modifikace, opravy a rozšiřování instrukčního souboru.

Question 2

Jaká je NEvýhoda mikroprogramování?

Answer 2

Zásah do programu vyžaduje vysokou kvalifikaci a není to v žádném případě běžně uživatelská záležitost. Mikroprogramy jsou nepřemístitelné a optimalizace mikroprogramů z hlediska činnosti celého systému je náročná a dlouhodobá záležitost.

Question 3

Nevýhody zásobníkové architektury.

Answer 3

Zásobník je úzké místo (lze pracovat pouze s jeho vrcholem, obtížná paralelizace výpočtu). Nízká výkonnost.

Question 4

Jaká je hlavní výhoda, kterou přináší zavedení řetězeného zpracování instrukcí do procesoru?

Answer 4

Dojde ke zrychlení zpracování instrukcí a úspoře plochy na čipu.

Question 5

Které paměti podporují blokový přenos dat?

Answer 5

SRAM: NE
DRAM: ANO, burst režim
DDR2: ANO
SDRAM: ANO

Question 6

4 typy procesorů určit, které využívají zřetězení na výběr ze skalárních, subskalárních, superskalárních a vícejádrových.

Answer 6

Subskalární: NE
Skalární: ANO
Superskalární: ANO
Vícejádrové: ANO

Question 7

Huffmanův kód je prefixový, co to znamená

Answer 7

Prefixový kód je jednoznačne dekódovatelný. Každý prefixový kód můžeme zobrazit pomocí binárního stromu. (Žádné slovo prefixového kódu není předponou jiného kódového slova.)

Question 8

Která základní aritmetická operace není obvykle realizována v aritmeticky pracujícím kódu zbytkových tříd?

Answer 8

Dělení

Question 9

Jaká je hodnota CNC (Code to NonCode ratio) u paritního kódu, ztrojeného kódu a Hamminga(7,4)?

Answer 9

Paritní kód: 1:1 = 1
Ztrojený kód: 2:6 = 0,33
Hamming(7,4) = 4/

Question 10

Počet sčítaček s postupným přenosem pro Wallaceův strom.

Answer 10

1

Question 11

Význam PC a IR v procesoru.

Answer 11

PC (program counter) - určuje adresu, kde se nachází následující instrukce

IR (Instruction Register) - uchovává práve zpracovávanou instrukci

Question 12

Které elementární aritmetické operace používá algoritmus Cordic?

Answer 12

součty, rozdíly a bitové posuny

Question 13

Která goniometrická funkce F(α) je v algoritmu Cordic nahrazena operací posuv o i bitů?

Answer 13

tg

Question 14

Uveďte tři hlavní skupiny konfliktů, ke kterým může dojít při zřetězeném zpracování instrukcí (uveďte název typu konfliktu a stručné vysvětlení, v čem je problém). Ke každé skupině uveďte alespoň jednu metodu, která se používá pro potlačení, popř. omezení důsledku konfliktu

Answer 14

1. Strukturální: obvodová struktura neumožňuje současné provedení určitých akcí – např. současné čtení dvou hodnot z paměti nebo současné provedení dvou sčítání, pokud má procesor jednu ALU.
   Řešení: rozdělit paměť na paměť instrukcí a paměť dat Obecné řešení: přidání výpočetních jednotek
2. Datové: když jsou zapotřebí data z předcházející instrukce, která není dokončena.
   Řešení: Forwarding
3. Řídící: když skoková instrukce mění obsah PC
   Řešení: Zpoždění skoku, BTB(Branch Target Buffer - odhaduje zda skok (ne)provést)

Question 15

Charakterizujte superskalární procesory dle počtu současně rozpracovávaných a vydávaných instrukcí.

Answer 15

Počet vydávaných instrukcí v jednom taktu a současně rozpracovaných instrukcí je > 1.

Question 16

Jaké jsou typické znaky superskalárního procesoru

Answer 16

Vydávají k zpracování více než jednu instrukci v jednom taktu. Implementuje zřetězené zpracování instrukcí.

Question 17

V čem se liší superskalární procesor od skalárního procesoru?

Answer 17

Vydává k zpracování více než jednu instrukci v jednom taktu.

Question 18

Proč se nepoužívá jednostupňový obvod CLA ve 32 bitové sčítačce.

Answer 18

Složitost (zejména počet vstupů u log. členů) dvoustupňového generátoru přenosu však roste pro rostoucí šířku sčítačky s druhou mocninou šířky.

Question 19

Co znamená zřetězené zpracování instrukce?

Answer 19

Rozdělení zpracování jedné instrukce mezi různé části procesoru a tím i umožnění zpracovávat více instrukcí najednou. Překrýváme cykly F, D a E.

Question 20

K čemu jsou instrukce SSE.

Answer 20

SSE je instrukční sada typu SIMD (Single Instruction, Multiple Data)

V tomto rozšíření mohou registry o velikosti 128 bitů uchovávat několik čísel FP, na kterých se provádějí paralelní operace FP ve stylu SIMD.

Cenou za toto další rozšíření je navýšení plochy proti Pentiu II o 10%, zvýšení výkonnosti však činí až 62% (3D grafika) nebo 29% (MM)

Question 21

Jaké instrukce se používají pro zápis a čtení do/z paměti u periferních zařízení, pokud je prostor těchto registrů namapován přímo do paměti procesoru?

Answer 21

Operace s PZ se provádí stejně jako operace s pamětí (instrukcemi pro čtení a zápis).

Question 22

Jaký typ paměti je obvykle použít pro realizaci cache paměti (RVP)?

Answer 22

SRAM

Question 23

Vysvětlete, při jaké organizaci (uspořádání) RVP (cache) dochází k situaci, kdy musíme řešit problém výběru oběti (bloku).

Answer 23

U dvoucestné cache a obecně pro stupeň asociativity > 1 vzniká problém výběru oběti.

Question 24

Pokud nelze naplánovat plný počet operací do jedné dlouhé instrukce procesoru VLIW kvůli závislosti mezi těmito operacemi, jakou operaci (instrukci) se nahradí konfliktní operace?

Answer 24

NOPy

Question 25

Uveďte příklad sériové sběrnice.

Answer 25

USB, PCI-Express, ...

Question 26

Který z typů paměti Flash se typicky používá pro realizaci SSD.

Answer 26

Flash NAND

Question 27

Uveďte matematickou funkci, s jejíž pomocí modelujeme pravděpodobnost bezporuchové činnosti komponenty závislosti na čase za předpokladu, že intenzita poruch (λ) je konstantní.

Answer 27

R(t) = e^(-λt)

Question 28

Jak se nazývá mechanismus obsluhy periferních zařízení, který se používá místo přerušení pro kopírování větších objemů dat z disku do paměti? Uveďte zkratku i celý název.

Answer 28

DMA (Direct Memory Access)

Question 29

Stručně charakterizujte pojem „paket“ v souvislosti s komunikací na sběrnici USB.

Answer 29

Posloupnost bitů určité délky přesně daného formátu, která nese obsah komunikace. (příkazy, data).

Question 30

Uveďte alespoň dva typy paketů, které využívá USB.

Answer 30

Token Packet, Data Packet, Handshake/Special Packet

Question 31

Kolik tranzistorů tvoří jednu paměťovou buňku v technologii FLASH MLC.

Answer 31

1 (ale dokáže rozeznat více napětí, ne jenom 2)

Question 32

Co označuje tzv. dirty bit, který je uchováván u každého bloku (položky) uloženého v RVP (cache)?

Answer 32

Příznak změny

Question 33

Co je valid bit u RVP (cache)?

Answer 33

Valid bit označuje validitu dat, které se nachází na daném indexu, nemusí se přemazávat RVP(cache) v případě nevalidity.

Question 34

Jaká je hlavní nevýhoda, pokud je periferní zařízení obsluhováno v cyklu programem (tzv. polling)?

Answer 34

Procesor ve smyčce testuje stav všech PZ, což je neefektivní, protože nedělá nic jiného potom.

Question 35

Která komponenta systému třímodulové redundance (TMR) není zabezpečena?

Answer 35

Není zabezpečený hlasovací člen.

Question 36

Jaká je hlavní výhoda křížového přepínače?

Answer 36

Je možné propojit jeden vstup k více výstupům.

Question 37

Jaká je elementární obvodová komponenta, která je základem pro realizaci obvodu pro posuvy a rotace?

Answer 37

Obvod pro posuvy a rotace je válcový posouvač (Barrel Shifter), který se realizuje pomocí multiplexorů.

Question 38

Uveďte všechny relativní číslice, které se mohou objevit v násobiteli při Boothově překódování s radixem 2.

Answer 38

-1, 0, 1

Question 39

Kolik operandů má typická aritmetická instrukce zásobníkového počítače?

Answer 39

0, předpokládá se že jsou všechny na zásobníku.

Question 40

Jaký typ paměti se obvykle využívá pro realizaci rychlé vyrovnávací paměti v procesorech? Zdůvodněte.

Answer 40

SRAM, je velmi rychlá, stav je realizován jako bistabilní klopný obvod pomocí dvojice tranzistorů -> velmi rychlé překlápění mezi logickými hodnotami.

Question 41

Co je to Hammingova vzdálenost?

Answer 41

Hammingova vzdálenost je nejmenší počet pozic, na kterých se řetězce stejné délky daného kódu liší.

Question 42

Jaký je vztah pro výpočet hodnoty zabezpečovacího bitu C0 s využitím Hammingova kódu (8,4), informační bity označte I a kontrolní bity C.

Answer 42

C0 = C0 xor C1 xor C2xor I3 xor C4 xor I5 xor I6 xor I7 (Hamming (8,4) má 4 kontrolní bity (ty jsou vždy na sudém indexu))

Question 43

``` Jakou Hammingovu vzdálenost má: přímý kod, lichá parita, sudá parita, ztrojení HK(7,4) HK(8,4) ```

Answer 43

``` přímý kód: 1 lichá parita: 2 sudá parita: 2 ztrojení: 3 HK(7,4): 3 HK(8,4): 4 ```

Question 44

Jakou nejmenší vzdálenost Hammingovu vzdálenost musí mít kód, aby umožňoval DETEKOVAT jednochyby?

Answer 44

2

Question 45

Jakou nejmenší vzdálenost Hammingovu vzdálenost musí mít kód, aby umožňoval OPRAVOVAT jednochyby?

Answer 45

3

Question 46

Jaké jsou tři hlavní způsoby obsluhy periferií?

Answer 46

Programový V/V - Procesor testuje ve smyčce stav všech PZ (stisknuta klávesa, přišla data ze sítě?), což je neefektivní. Využití přerušení - Pokud PZ potřebuje obsluhu vyvolá přerušení a procesor jej obslouží. Využití obvodů pro řízení blokových přenosů DMA - Přenos větších objemů dat mezi PZ a pamětí zajistí DMA bez použití procesoru

Question 47

Kdy je vhodné použít mechanizmus „programový I/O“ pro obsluhu periferních zařízení?

Answer 47

Když procesor nepotřebuje dělat žádnou jinou akci, a nevadí nám že bude zabíjet svůj čas testováním příznaků periferních zařízení.

Question 48

Kdy je vhodné použít mechanismus „přerušení“ pro obsluhu periferních zařízení?

Answer 48

Když chceme aby procesor počítal i jiné akce než jen testování příznaků PZ, ale zároveň je obsloužil kdy je potřeba.

Question 49

Kdy je vhodné použít mechanizmus „DMA“ pro obsluhu periferních zařízení?

Answer 49

Když je přenos větších objemů dat mezi periferními zařízeními a pamětí, DMA ho zajistí bez použití procesoru.

Question 50

Jaký je z pohledu časování hlavní rozdíl mezi pamětí typu DRAM a SDRAM?

Answer 50

SDRAM je ovládaná příkazy a má operace synchronizovány s externí sběrnicí.

Question 51

Jaká je výhoda blokového DRAM?

Answer 51

Přepnutí bloku změnou nejvyšších n bitů adresy beze změny adresy řádku a sloupce proběhne rychleji, než výběr podle nové adresy.

Question 52

Kolik 8mi vstupových MUX je potřeba k realizaci 8b válcového posouvače pro rotaci vpravo?

Answer 52

8

Question 53

Kolik dvouvstupových MUX je potřeba k realizaci 8b válcového posouvače pro rotaci vpravo?

Answer 53

24

Question 54

V jakém kódu je zakódována mantisa čísla dekódovaného v IEEE 754?

Answer 54

Přímý kód se znaménkem

Question 55

Uveďte vztah pro vyjádření výkonnosti skalárního procesoru (v jednotkách MIPS) za použití CPI a pracovní frekvence f.

Answer 55

Výkonnost = f / (CPI * 10^6) [MIPS]

Question 56

Program běžel 160ms na procesoru s prům. hodnotou CPI=4, vykonal 200 000 instrukcí. Na jaké frekvenci pracoval?

Answer 56

((200000 / 160) * 1000) / 10^6 = f / (4 * 10^6) | f = 5 MHz

Question 57

Mějme procesor, který pracuje na frekvenci 1,5 GHz s napájecím napětím 1,6 V. a. Uveďte výkonnost v MIPS, pokud je průměrné CPI = 2 b. Jak se změní výkonnost vzhledem k případu (a), pokud se f změní na 2GHz c. Jak se změní příkon, vzhledem k případu (a), pokud procesor podtaktujeme na

Answer 57

a. PMIPS = (1,5 * 109) / (2 * 106) PMIPS = 750 MIPS b. PMIPS = (2 * 109) / (2 * 106) PMIPS = 1000 MIPS =>> Zvýší se o třetinu. c. Příkon se zmenší na 37,5% původního příkonu

Question 58

Mějme jednojádrový procesor na kterém mohou běžet až 4 vlákna. Přístup do paměti vyvolá 100 taktů výpadek. Kolik taktů musí vlákno běžet, aby došlo k bezpečnému překrytu výpadku, pokud víme, že přepnutí kontextu trvá 2 takty.

Answer 58

N (počet vláken)...4 R (průměrně běží kolik taktů…? (Chceme zjistit) S (trvání přepnutí)...2 L (tolerance latence přístupu do paměti)...100 ``` (N - 1) * R + N * S >= L (4 - 1) * R + 4 * 2 >=100 R >= (100 - 8) * 3 R >= 92 / 3 R ≐ 31 (zaokrouhlíme počet taktů nahoru) ```