Computer & Network Architecture
Questions
Questions
Wie gross ist die maximale Schachtelungstiefe für Subroutinen? Geben Sie allfällige Randbedingungen genau an.
- Bis der StackPointer überläuft. Je nach Init 32 resp. 64 Locations (Adressen)
- Stackgrösse ist 64Bit
- Jeder Subroutine Aufruf belegt zwei 8-bit Speicherzellen (JSR Beschreibung Seite 261)
- Keine Interrupts, weil diese auch Stack brauchen.
Benennen Sie einige Aufgaben, die oft mit Stack gelöst werden?
- Ausführung von Unterprogrammen (Rücksprungadresse sichern)
- Parameterübergabe
- Resultatrückgabe
- Zwischenspeicher
- Interrupt-Behandlung
JVM: Wo werden lokale Variablen „versorgt“?
Auf dem Stack.
JVM: Was läuft beim Aufruf einer Java Methode intern genau ab?
- Parameter auf den Stack
- Rücksprungadresse speichern
- Speicher für die lokale Variablen reservieren
- Methode ausführen
- Resultat speichern
- Returnwert laden
Gibt es verschiedene Busse? Wenn ja, beschreiben Sie die jeweilige Aufgabe in ein paar Stichworten.
Ja. (FSB, PCI-Bus, RAM-Busse, ISA-Bus, PCIe, DIE, ATA, EIDE, S-ATA, SCSI, USB, Firewire, usw)
Sie transportieren die Daten von einem Ort zum nächsten.
Nennen Sie zwei Benchmarkverfahren.
Spec(int, fp), Whetstone, Dhrystone, Linpack, Perfect-Club, Slalom (Kapitel 1.3, Folie 9)
Aus welchen Komponenten besteht eine CPU?
Rechenwerk und Steuerwerk:
Funktionsgruppen (Register), Recheneinheit, (ALU), Befehlsdecoder und Adresseinheit
Welche Schnittstellen weist ein PC-Computer heute typischerweise auf? Welche Schnittstellen wird es in Zukunft möglicherweise immer weniger geben?
USB, PCI, PCI-Express, ATA, APM, HDMI, VGA, DVI, S-Video, Firewire, Serial ATA, …
Was versteht man unter Chipsatz?
Ein Chipsatz sind mehrere zusammengehörende integrierte Schaltkreise, die zusammen eine bestimmte Aufgabe erfüllen.
Normalerweise ein Northbridge und ein Southbridge.
Was versteht man unter North-Bridge?
Die Northbridge bezeichnet eine Hardwarekomponente einer modernen PC-Hauptplatine. Traditionell ist die Northbridge ein separater Chip, der sich im Gegensatz zur Southbridge dicht an der CPU befindet, um Daten schnell transferieren zu können.
Welche vier Messdaten sind bei Festplatten relevant?
Cache, Kapazität, Drehzahl, Bussystem, Stromverbrauch, Lautstärke
Wozu dient eine FPU?
(Floating Point Unit)
Ein spezieller Prozessor der Operationen mit Gleitkommazahlen ausführt.
Was versteht man unter BIOS? Welche Aufgaben erfüllt das BIOS?
Den PC funktionsfähig machen und im Anschluss das Starten des Betriebssystems einleiten.
Programm in einem nicht flüchtigen Speicher.
Was versteht man unter Cache Speicher? Was ist ein L1, was ein L2 Cache?
Ein schneller Puffer-Speicher. (Zwischenlagern von Daten)
Cache Hierarchie:
L1 Klein und schnell. Sie liegt am nächsten bei der CPU.
L2 Liegt weiter weg und ist somit langsamer als L1,
Was tut das Programm im Arbeitsspeicher?
Im RAM ist das Programm ($00 bis $07 / $1F) sowie die Daten ($10 bis $13)
Es Addiert den Wert an Adresse $10 mit dem Wert an Adresse $11 und speichert diesen an $12, solange bis der
Wert dem Wert an Adresse $13 entspricht. => Er Addiert alle ungeraden Zahlen von 3 bis 17.
Erweitern Sie das Programm derart, dass es fortlaufend den Wert 2 addiert.
Der Befehl an $05 in JMP $02 ändern (und $06 / $07 in 00000000 ändern).
Erweitern Sie das Programm derart, dass es einmalig alle ungeraden Zahlen zwischen 3 und 17 erzeugt.
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Studieren Sie den detaillierten Ablauf einzelner Mikrocodes
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Implementieren Sie ein Mikroprogramm, das statt der Addition eine Division ausführen kann.
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Welche spezielle Situation sollte bei (5) auch beachtet werden? Ergänzen Sie Ihr Programm entsprechend.
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Gibt es auch Rechner ohne Betriebssystem? Nenne Beispiele
Microcontroller, Taschenrechner, Digitale Uhr, alte Mobiltelefon
Was sind die Nachteile, wenn ein Rechner ohne Betriebssystem benutzt wird?
Jede Programm muss explizit für die Hardware programmiert werden. Die Hardware resp. deren Funktionalität, Möglichkeiten müssen genau bekannt sein. Die Hardware, Speicher muss selber verwaltet werden.
Die Programme sind nicht portierbar. Der Anwender muss verschiedene "Oberflächen"/Betriebssysteme kennen und bedienen können.
Was sind die Vorteile, wenn ein Rechner ohne BS benutzt wird?
- Bessere Performance, ein Programm kann optimal auf die HW programmiert werden.
- Die Hardware kann optimal genutzt werden.
- Keine Abhängigkeiten von BS Lieferanten, weniger Schnittstellen
- Sicherheit, Viren laufen in der Regel erst ab einem OS
Beschreibe die Hauptaufgabe eines BS
- Komfortable Schicht zwischen Anwendungen und der Hardware.
- Ressourcen-Manager
- Verwaltung der Geräte
- Schnittstellen bereitstellen
Was versteht man unter einem verteilten System?
- Ein logisches System wird auf mehrere physikalische Systeme verteilt.
- Für die Anwendung ist es ein kohärentes System
Welche Aufgabe erfüllt eine MMU?
Memory Management Unit
Mapping zwischen virtuellem und physikalischem Memory.
Führt den Relokationsmechanismus (relocation) aus. (Die im Programm enthaltenen Adressen auf die tatsächlichen Adressen im Speicher abbilden)
Worin unterscheiden sich Busy-Waiting und Interrupt?
- Bei Busy-Waiting (polling) ist die CPU blockiert bis die Daten geliefert werden.
- Beim Interrupt kann das OS andere Prozesse ausführen. Das Gerät meldet sich selbst (Interrupt) sobald es ready ist.
Was versteht man unter einem BIOS?
Basic Input Output System
Startet als erstes auf dem PC, überprüft die Hardware Config, ermittelt das Boot-Device und startet davon das OS.
Charakterisiere einen Prozess
- Ein Prozess ist ein in „Ausführung“ befindliches Programm.
- Jeder Prozess hat einen Adressraum (Programm- und Datenbereich, Stack, Registerinhalte)
- Prozesse können andere Prozesse kreieren und beenden
- Prozesse kommunizieren mit anderen Prozessen
Was bedeuten Protection-Codes?
Definieren die Berechtigung in einem Multi-User System.
Unix: RWX
User / Group / World
rwx / r-x / r-- => 111 / 101 / 100 => 754
(111 ist binär für 7)
Was ist eine Pipe?
Eine virtuelle Datei, Pseudofile über das zwei Prozesse miteinander kommunizieren.
FIFO-Speicher: First-In, First-Out
Wozu dienen Systemaufrufe?
Die Schnittstelle zum OS.
Anwendungsprogramme verwenden Betriebssystemfunktionen über Systemaufrufe (System Calls).
Was ist eine Shell?
Kommandointerpreter
(Ein GUI ist grundsätzlich auch eine Shell)
Welche Betriebssysteme kennen Sie?
Windows, Unix, Linux, MAC, DOS
Realtime-OS (z.B. LynxOS)
BS für Mobilgeräte (Android, Symbian, Windows Phone 7)
Stelle in einer Skizze die Architektur eines Computersystems dar. Markiere das Betriebssystem
siehe Bild
Was sind die beiden Hauptaufgaben eines Betriebssystems?
- Ressourcen / Benutzer Verwalten
- komfortable Schnittstellen für die Geräte zur Verfügung stellen
Was ist ein Prozess?
- Ein Prozess ist ein in „Ausführung“ befindliches Programm.
- Jeder Prozess hat einen Adressraum (Programm- und Datenbereich, Stack, Registerinhalte)
- Prozesse können andere Prozesse kreieren und beenden
- Prozesse kommunizieren mit anderen Prozessen
Ein Grund für die langsame Einführung grafischer Benutzungsoberflächen war, dass die nötige Hardware anfangs noch sehr teuer war. Wie viel Videospeicher braucht man für die Darstellung von 80 Zeichen auf 25 Zeilen Textmodus in Schwarzweiss? Und wie viel braucht man für die Darstellung von 1024 x 768 Bildpunkten mit 24-Bit Farbtiefe? Was hat der nötige Speicher 1980 gekostet, als ein Kbyte etwa 5 Dollar kostete? Und wie viel kostet er heute?
80 * 25 = 2‘000 Byte (Zeichen)
1kByte = 5Dollar => 10 Dollar
Der Speicher kostete ca. 10 Dollar.
1024x768x24 = 18‘874‘368 Bit => 2‘359‘296Byte => ca. 11‘520 Dollar
Zählen Sie einige Unterschiede zwischen einem Betriebssystem für einen Personalcomputer und dem für einen Mainframe auf.
PC: Einbenutzer-OS
Mainframe: Mehrbenutzer-OS
Es wird eine Benutzer- und Rechteverwaltung benötigt
Nun ein paar Aufgaben, die das Rechnen mit Einheiten zeigen sollen:
a) Wie lange dauert ein Mikrojahr in Sekunden?
b) Mikrometer werden manchmal als Mikron bezeichnet. Wie lange ist ein Gigamikron?
c) Wie viele Bytes enthält ein 1 Tbyte-Speicher?
d) Die Masse der Erde beträgt 6000 Yottagramm. Wie viel ist das in Kilogramm?
a) Mikro 10^(-6) * 365 * 24 * 3600 => 31,536 Sekunden
b) Giga = 10^9 * Mikron (Mü = 10^(-9)) => 1km
c) Tera=10^12 => 2^40 = 1‘099‘511‘627‘776
d) Yotta = 10^24 => 6‘000 * 10^24g => 6 * 10^24kg
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Flashcards
Nennen Sie einige Anwendungen für UDP.
Live-Stream, VoiP
Protokolle: RTP, RPC, DNS, ping
Worin besteht für ein Programm der Unterschied beim Aufruf einer lokalen Prozedur im Vergleich zu einer Prozedur auf einem anderen Rechner mittels RPC?
Kleiner Unterschied, Client Stub: Parameter Übergabe, zeitliches Verhalten ist unterschiedlich
Wofür braucht man das RTP?
Real Time (Transport) Protocol
Für Multimedia Streams
Nennen Sie die vordefinierten Portnummern der Dienste HTTP, SMTP, Telnet, FTP und POP-3.
siehe Bild
Warum unterstützt TCP kein Broadcast oder Multicast?
3-way Handshake geht nur zwischen zwei Personen und nicht mehreren.
Warum braucht man UDP? Reicht es nicht aus, wenn die Benutzerprozesse direkt IPPakete senden und empfangen?
Zugriffe via Ports zur Applikation. Zusätzliche Absicherung mittels Checksumme. Einheitliche Schnittstelle.
UDP und TCP benutzen Portnummern, um einen Prozess zu adressieren. Geben Sie zwei Gründe an, warum nicht zur Vereinfachung die bereits vorhandenen Prozesskennungen benutzt werden und stattdessen bei der Definition von UDP und TCP als neue abstrakte Kennung die Portnummern eingeführt wurden.
Prozess-ID ist ungeeignet weil System abhängig.
Ein Rechner sendet vollständige TCP Frames mit 65'535 Bytes über einen Kanal mit 1-Gbit/s. Der Kanal hat eine Übertragungsverzögerung von 10 ms in eine Richtung.
a) Welcher maximale Durchsatz kann erreicht werden?
b) Welche Leitungseffizienz ergibt sich?
a) Welcher maximale Durchsatz kann erreicht werden?
26.214 MBit/s
10ms Laufzeit Paket + 10ms für Bestätigung = 20ms
Durchsatz: 65‘536Bytes / 20ms = 26.214 MBit/s
b) Welche Leitungseffizienz ergibt sich?
Effizienz = Durchsatz / Bandbreite
26.214MBit/s / 1GBit/s = 2.62%
Wie gross kann die Leitungsgeschwindigkeit maximal sein, mit der ein Host TCPNutzdaten von 1.500 Bytes und einer maximalen Paketlebensdauer von 120s übertragen kann, ohne dass Folgenummern mehrmals verwendet werden?
Berücksichtigen Sie den Overhead von TCP, IP und Ethernet. Gehen Sie davon aus, dass Ethernet-Rahmen fortlaufend gesendet werden. (Hinweis: Der Overhead eine IP-Paketes beträgt 20 Bytes.)
siehe Bild
Wie werden die verschiedenen Teilnetze des Internets zusammengeschaltet?
siehe Bild
Welche Protokolle kann ein Repeater verstehen?
Keine, regeneriert lediglich das Signal auf der Leitung
Kann ein Hub Protokolle umsetzen?
Nein, intern gleich wie ein Repeater
Hat eine Bridge eine eigene Adresse?
Ja, MAC-Adresse auf Layer-2 (jedoch keine IP-Adresse!)
Erklären Sie den Unterschied zwischen einer Bridge und einem Switch?
Eine Bridge verbindet zwei Teilnetze auf Layer-2 --> eine Collision-Domain
Ein Switch stellt für jeden Client eine eigene Collision-Domain
In welcher Schicht arbeitet ein Router?
In der Vermittlungsschicht, Layer 3
Hat ein Router eine eigene Adresse?
Ja, MAC (Layer-2) und IP-Adresse (Layer-3)
Was ist der Unterschied zwischen Router und Gateway?
Der Router arbeitet auf Layer-3, ein Gateway ab Layer-4 bis und mit Layer-7
Warum müssen Pakete fragmentiert werden?
Je nach Transportnetz unterscheiden sich die mögliche Paketgrösse. (Nutzdatengrösse)
Ist das Internet hierarchisch oder flach organisiert?
hierarchisch
Nennen Sie einige Internet Steuerprotokolle.
- ICMP (Internet Control Message Protocol)
- ARP-Protokoll (Adress Resolution Protocol)
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
Wie viele Rechner können üblicherweise an einen Hub angeschlossen werden und mit welcher Art von Verdrahtung?
8, 10 oder 12
UTP / STP
RJ-45 Stecker
Kann eine Bridge Protokolle verstehen?
Ja (Layer-2)
Was sind die Vorteile, wenn ein bestehendes Teilnetz aufgetrennt wird und die zwei entstandenen Teilnetze mit einer Bridge verbunden werden?
Reduzierte Netzlast
Zeichnen Sie zwei LANs, die mit einer Tunnelverbindung verbunden sind. Sind die verwendeten Bridges „Transparente Bridges“ oder „Übersetzende Bridges“?
siehe Bild
Welche Netzwerktopologie ermöglicht einen höheren Datendurchsatz:
a) 5 Rechner an einen Switch1 angeschlossen, 5 Rechner an einen Switch2 angeschlossen und beide Switches mit einem Netzsegment verbunden.
b) 5 Rechner an ein Netzsegment1 angeschlossen, 5 Rechner an ein Netzsegment2 angeschlossen und beide Netzsegmente mit einer Bridge verbunden.
Begründen Sie Ihre Antwort.
Antwort a), weil kleinere collision-domain
Was ist der Vorteil einer Bridge im Vergleich zu einem Router?
Bridge ist effizienter weil sie weniger „Logik“ verarbeiten muss.
Welcher Nachteil hat eine nichttransparente Fragmentierung?
Teilpakete kommen einzeln am Zielhost an. Der Zielhost muss sie zusammensetzen können.
Schreiben Sie die IP-Adressen mit Spezialbedeutung in Punktnotation mit Dezimalzahlen.
siehe Bild
Was sind die Vor- und Nachteile von CIDR?
Classless Inter-Domain Routing (http://de.wikipedia.org/wiki/Classless_Inter-Domain_Routing))
Vorteil:
- keine starre Grenzen zwischen (Net /Host)
Nachteil:
- Erweiterbarkeit ist beschränkt
- Netmask ist aufwendiger
DHCP vergibt IP-Adressen an angeschlossene Rechner. Kann ein Rechner diese Adresse beliebig lange benutzen?
Nein.
Der Standard sieht vor, dass der Client nach der Hälfte der Lease-Zeit einen erneuten DHCPREQUEST sendet und so bekundet.
Was ist die Aufgabe der Vermittlungsschicht?
Transportiert Pakete End-to-End (Start zum Ziel)
Was ist der Unterschied zwischen LAN und WAN?
Die „Ausbreitung“ des Netzwerks.
Local Area Network
Wide Area Network
Erklären Sie „Store-and-Forward“
Speichern und weiterleiten.
Auf welche zwei Arten kann die Vermittlungsschicht arbeiten?
Verbindungslos (Datagrammdienst (fire&forget))
Verbindungsorientiert (virtuelle Verbindung, VC)
Können bei einer virtuellen Verbindung die Pakete einer Übertragung verschiedene Wege durch das Netzwerk gehen?
Nein!
Woher weiss ein Router, wohin er ein Datagramm weiterleiten soll?
Aus seiner Routing-Table
Was ist der Vorteil von dynamischen Routing-Tabellen?
Sie können auf Veränderungen, Ausfälle im Netz reagieren und einen „neuen“, „besten“ Pfad benützen.
Nennen Sie Anforderungen an einen Routing-Algorithmus.
Zuverlässig, robust, fair, optimal, schnell, schnelle Reaktion auf Änderungen (Folie 25)
Nennen Sie einige dynamische Routing-Algorithmen.
OSPF (Open Shortest Path First)
RIP (Router Information Protocol)
RIPv2 (Router Information Protocol v2)
Welche Informationen enthalten die Routing-Tabellen eines Routers bei
a) Paketvermittlung?
b) Leitungsvermittlung?
a) Paketvermittlung
Zielnetz (nächsten Router) und zu benutzende Verbindungsleitung
b) Leitungsvermittlung
Quelle: Verbindungs # und Ziel: Verbindungs #
