Midterm-Klausur Technische Grundlagen der Informatik

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1 Midterm-Klausur Technische Grundlagen der Informatik Prof. Dr. Arndt Bode Wintersemester 2002/ Dezember 2002 Name: Vorname: Matrikelnummer: Hörsaal: Platz: Unterschrift: Ergebnis: Aufgabe Punkte Ges. Note Korrektur Ich möchte, dass die Klausur nicht gewertet wird, streiche deshalb dieses Deckblatt durch und bestätige dies durch meine Unterschrift: Unterschrift:

2 Hinweis zur Wertung: Aufgrund der geltenden Prüfungsordnung gilt die Klausur erst durch die Abgabe als angemeldet. Andererseits sind wir gezwungen, alle Arbeiten, auch von Studierenden, die sich nicht anmelden wollen, einzusammeln. Um nun beiden Punkten gerecht zu werden, ist folgender Verfahrensweg einzuhalten: - Falls Sie sich anmelden und die Klausur gewertet haben wollen: Bitte kontrollieren Sie, ob alle Angaben stimmen und unterschreiben Sie nur im oberen Bereich auf dem Deckblatt. - Falls Sie sich nicht anmelden und die Klausur nicht gewertet haben wollen: Bitte streichen Sie das Deckblatt mit einem Diagonalstrich durch und erklären mit einer zweiten Unterschrift im unteren Bereich des Deckblattes Ihre Nichtanmeldung. In diesem Fall (Fall 2) wird die Arbeit nicht korrigiert! Hinweise zu den Aufgaben: Es sind keinerlei Hilfsmittel zugelassen, auch keine Taschenrechner. Die Bearbeitungszeit beträgt 60 Minuten. Versehen Sie dieses Angabenblatt auf der Titelseite mit Ihrem Namen, Vornamen und Matrikelnummer. Diese Angaben umfassen 16 bedruckte Seiten (inklusive Deckblatt). Außerdem erhalten Sie die Anlage Rechnerorganisation und maschinennahe Programmierung (37 Seiten). Alle Lösungen sind in dieses Heft einzutragen. Sollte der vorgesehene Platz nicht ausreichen, so finden Sie am Ende weitere Blätter. Sollten auch diese nicht ausreichen, so wenden Sie sich bitte an die Aufsichten. Lösungen auf Notizpapier werden NICHT gewertet! Notizpapier wird auf Ihre Anfrage ausgegeben. Die Verwendung von eigenem Papier ist nicht gestattet. Bei allen Multiple-Choice-Aufgaben sind alle richtigen und nur die richtigen Antworten anzukreuzen. Aufgaben: Aufgabe 1: Zahldarstellung und binäres Rechnen Aufgabe 2: Maschinennahe Programmierung (80x86) Aufgabe 3: Grundwissen

3 Aufgabe 1 - Zahldarstellung und binäres Rechnen 1.1 Wandeln Sie die Dezimalzahl 143 in eine Binärzahl mit 8 Stellen um. 1.2 Wandeln Sie die Binärzahl in eine Dezimalzahl um Addieren Sie die beiden Binärzahlen und , notieren Sie die dabei auftretenden Übertragsbits.

4 1.3.2 Welches Problem tritt bei der Addition von Aufgabe auf, wenn das Ergebnis auf 8 Binärstellen begrenzt ist (Fachausdruck)? Subtrahieren Sie von der Binärzahl 0010 die Binärzahl 0111, notieren Sie die dabei auftretenden Übertragsbits Was ist zu beachten, wenn das Ergebnis von Aufgabe eine sinnvolle Bedeutung haben soll? Wandeln Sie die Hexadezimalzahl 12F 16 in das Dezimalsystem Wandeln Sie die Hexadezimalzahl 12F 16 in das Binärsystem.

5 1.6 Bilden Sie das Zweierkomplement der Binärzahl Mit welcher einfachen Operation lässt sich eine Multiplikation mit der Dezimalzahl 16 nachbilden?

6 Aufgabe 2 - Maschinennahe Programmierung (80x86) 2.1 Schreiben Sie ein 8086-Maschinenprogramm, das einen Speicherbereich mit zunächst unbekannter Bytelänge kopiert, dabei ist folgendes zu beachten: - Die Startadresse des zu kopierenden Bereichs ist im Register SI, die Adresse des Zielbereichs in Register DI bereitgestellt. - Es sollen solange einzelne Bytes kopiert werden, bis das zu kopierende Byte den Wert 0 hat. Dieses Byte soll ebenfalls als letzter Wert noch mitkopiert werden. - Das Programm soll mit CALL aufgerufen werden können. - Ausser SI und DI dürfen keine Register verändert werden.

7 2.2 In dieser Aufgabe sollen schrittweise Teile der grundlegenden Funktionen eines Speichers nach dem First-In-First-Out-Prinzip (FI- FO/Ringpuffer) erstellt werden. Der FIFO-Speicher ist dabei 32Byte gross, wobei aufgrund der hier beschrieben Vorgehensweise nur maximal 31 Bytewerte zwischengespeichert werden können (dies ist für die Lösung aber unerheblich!). Die FIFO-Funktion zum Beschreiben wird als STORE bezeichnet, die Funktion zum Auslesen aus dem FI- FO LOAD Es gibt je einen Zeiger auf den Speicher zum Einschreiben (Register DI, Schreibzeiger) und Auslesen (Register SI, Lesezeiger) der Daten. DI bzw. SI sind relativ zu der Basisadresse des Speichers und werden nach jeder Lese- bzw. Schreiboperation um 1 erhöht und bei Überschreiten des Wertes 31 wieder auf 0 gesetzt. Es wird also eine Rechnung modulo 32 durchgeführt. Schreiben Sie den 8086-Befehl mit seinen Operanden auf, der diese Modulo-Rechnung auf dem Register SI ausführt Die STORE-Operation kann nur durchgeführt werden, wenn noch Platz im FIFO ist. Dies ist dann gegeben, wenn (DI+1) modulo 32 ungleich SI ist. Erstellen Sie ein 8086-Programm, das nur diese Bedingung überprüft und bei Gleichheit (d.h. vollem FIFO-Speicher) an die Stelle FIFO_FULL springt. Hinweise: - Der Werte der Register SI und DI müssen nach dem Verlassen dieses Programmstückes unverändert sein. - Falls Sie Aufgabe nicht gelöst haben, fügen Sie an die passende Stelle den Hinweis DI:=DI mod 32 ein.

8 2.2.3 Die LOAD-Operation kann nur durchgeführt werden, wenn Daten im FIFO liegen, also SI ungleich DI ist. Schreiben Sie den Code für die gesamte LOAD-Operation unter Beachtung folgender Hinweise: - Der Code soll mit dem CALL-Befehl aufgerufen werden können. - Ist das FIFO leer, soll an die Stelle FIFO_EMPTY verzweigt werden. - Die Basisadresse, an der der FIFO-Speicher liegt, ist in Register BX abgelegt. - Das Ergebnis der LOAD-Operation soll bei der Rückkehr im Register AL liegen. - Die Register BX und DI dürfen nicht verändert werden. - Falls Sie Aufgabe nicht gelöst haben, fügen Sie an die passende Stelle den Hinweis SI:=SI mod 32 ein.

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10 2.3 Festkommarechnung Sollen Computer nicht nur mit ganzen Zahlen, sondern auch mit Nachkommastellen rechnen können, gibt es verschiedene Möglichkeiten dies zu realisieren. Im folgenden soll mit der Festkommarechnung auf vorzeichenlosen Zahlen gearbeitet werden, die folgende Regeln hat: - Eine Festkommazahl besteht aus zwei Zahlen N (mit a Binärstellen) und M (mit b Binärstellen). - Der Wert W einer Festkommazahl ist definiert als W (N, M) = N + M/2 b d.h. N ist der ganzzahlige Anteil und M der Nachkomma-Anteil in Vielfachen von 1/2 b. Im folgenden sei a = b = 8, d.h. eine Festkommazahl W (N, M) = N + M/256 kann in einem 16Bit-Register abgelegt werden Welche Zuordnung der Anteile N und M auf das 16Bit-Register AX und seine 8Bit-Bestandteile AH und AL ist für die weitere Bearbeitung (z.b. bei der Addition) am besten? Kreuzen Sie Ihre Antwort an. AL:=N, AH:=M AL:=M, AH:=N Schreiben Sie ein Programmstück, welches eine in AX übergebene Festkommazahl auf die nächste ganze Zahl aufrundet und bei einem Verlassen des Wertebereichs an die Stelle ROUND_OVERFLOW springt. Das Ergebnis in AX soll wieder im Festkommaformat vorliegen.

11 2.3.3 Sollen zwei Festkommazahlen W (N, M) und U(O, P ) multipliziert werden, ergibt sich mit a = b = 8 folgende Rechnung: W U = (256 W/256) (256 U/256) = = (256 W ) (256 U)/( )= = (256 (N + M/256)) (256 (O + P/256))/( )= = ((256 N + M) (256 O + P ))/( ) Schreiben Sie ein 8086-Programm, das basierend auf dieser Rechnung eine Multiplikation zweier Festkommazahlen in den Registern AX und CX vornimmt und das Ergebnis in AX zurückgibt. Hinweise: Überlegen Sie, wie der Ausdruck (256 N + M) (256 O + P ) im Prozessor berechnet werden kann und was die Division durch in der Festkommadarstellung bedeutet. Der Befehl MUL CX hinterlässt im Register DX die oberen 16Bit der Rechnung AX*CX.

12 Aufgabe 3 - Grundwissen Falls Antworten anzukreuzen sind, kreuzen Sie alle richtigen und nur die richtigen Antworten an! 3.1 Fragen zu einem von Neumann-Rechner, allgemeine Fragen Geben Sie die Werke eines Rechners nach dem von Neumann- Prinzip an Die Zellen des Hauptspeichers werden durch fortlaufende Nummern bezeichnet Der Hauptspeicher ist kein wesentlicher Bestandteil des Rechners Für einen Rechner, der nach dem v. Neumann-Prinzip aufgebaut ist, ist die Rechnerstruktur vom bearbeiteten Problem... abhängig unabhängig Programme werden im Allgemeinen sequentiell abgearbeitet Das Rechenwerk stellt die Schnittstelle zum Benutzer her Der Befehlszähler ist ein Arbeitsregister des Rechenwerks Der Akkumulator ist ein Arbeitsregister des Rechenwerks.

13 3.1.8 Der Stack hat eine... FIFO-Struktur 3.2 Fragen zur Zahldarstellung LIFO-Struktur Unter einem Byte versteht man eine Folge aus Nullen und Einsen, die acht Stellen besitzt Es gibt vorzeichenbehaftete und vorzeichenlose Datentypen Die Addition zweier 8Bit Zahlen ergibt im Ergebnis maximal 8Bit 9Bit 10Bit Die Multiplikation zweier vorzeichenbehafteter 16Bit Zahlen ergibt im Ergebnis maximal 30Bit 31Bit 32Bit 33Bit 3.3 Fragen zur 8086-CPU Mit welchem 8086-Befehl ruft man üblicherweise mit RET abgeschlossene Programme auf? JMP Der 8086 ist ein 8Bit Prozessor CALL 16Bit Prozessor Es gibt einen Funktionsunterschied zwischen arithmetischem (SAL) und logischem (SHL) Linksschieben Der Hauptspeicher des 8086 kann maximal 64KB gross sein Der ADD-Befehl kann auf allen Datenregistern arbeiten.

14 Lösung zu Aufgabe...

15 Lösung zu Aufgabe...

16 Lösung zu Aufgabe...