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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Lernkarten
Nennen Sie einige drahtlose Nachrichtenübertragungssysteme.
Mobilfunk: GSM, UMTS
WLan
Wodurch entstehen Fehler bei einer Datenübertragung?
- thermisches Rauschen in (Halb-) Leitern
- elektromagnetische Einstrahlung (Übersprechen, Motoren, Zündkerzen, Blitze…)
- radioaktive Einstrahlung
Muss die Übertragung eines Telefongesprächs fehlerfrei sein?
Nein, Sprache enthält viel Redundanz
Warum braucht eine Datenübertragung eine Fehlersicherung?
Damit die Datenintegrität gewährleistet ist.
Was sagt der Hamming-Abstand aus?
Die minimale Anzahl unterschiedlicher Bits zwischen zwei Code-Wörter.
Wie viele 1en sind in einem Wort mit gerader Parität?
Eine gerade Anzahl: 2, 4, 6, 8, etc.
Wie viele 0en sind in einem Wort mit ungerader Parität?
Unbekannt (Es werden nur die 1er betrachtet).
Mit welcher Schaltung werden CRC Prüfsummen berechnet?
Ein Schieberegister mit EXOR Rückkopplung.
Wie wird bei Frames verhindert, dass Daten als Flags interpretiert werden?
Durch ein ESCAPE Zeichen, durch eine Verdopplung, Escape der „Flag-Sequenz“ in den Nutz-Daten.
Wie wird verhindert, dass Frames verloren gehen?
Durchnummerieren der Frames
Kommt keine positive Rückmeldung nach Timeout: Frame nochmals senden
In einem 4bit Code sind folgende Codewörter definiert: 0011, 1100, 1010, 0101, 0000.
Wie ist die Hamming-Distanz in diesem Code?
2-Bit
Alle Codewörter unterscheiden sich in mindestens 2 Bits.
Was sind die Unterschiede zwischen Quellkodierung, Kanalkodierung und Leitungskodierung?
siehe Bild
Worin unterscheiden sich die Ethernet-Verkabelung 10Base2 und 10BaseT?
siehe Bild
Warum braucht man bei Glasfaser totale Reflexion?
Damit man Signale übertragen kann. Ohne totale Reflexion würde das Licht aus der Glasfaser austreten und wäre verloren.
Durch die totale Reflexion können Signale fast ohne Verluste übertragen werden.
Warum benutzen beim GSM benachbarte Zellen unterschiedliche Frequenzen?
Damit sie sich nicht gegenseitig stören. Die gleiche Frequenz kann in weiter entfernen Zellen wieder verwendet werden.
Es werden Binärsignale über eine Leitung mit einer Bandbreite von 50MHz übertragen.
Wie hoch ist die max. Datenrate?
2Bit => 100MBit/sec
Was ist ein Generatorpolynom (erzeugendes Polynom)?
- Wird beim der Berechnung für CRC verwendet. (CRC = Prüfsumme am Schluss des Datenpakets)
- Muss auf Sender und Empfänger Seite gleich initialisiert werden.
- Die Daten werden als Polynome interpretiert und durch das Generatorpolynom dividiert. Der Rest wird als CRC übertragen.
Zeichnen Sie in das Frequenzspektrum auf der Folie „Drahtlose Übertragung (1)“, die Frequenzen der folgenden Funkdienste ein: GSM, UMTS, WLAN, Bluetooth
siehe Bild
Nennen Sie einige Bedrohungen der Sicherheit.
- Denial of Service (DoS)
- Men-in-the-Middle Attacke (MITM)
- Replay Attacken
- Manipulation, Abhören, Sniffer, …
- Viren, Würmer, SPAM, …
- Phishing, Brute-Force, …
Was ist DoS?
Denial of Service (DoS)
Angriff auf einen Host (Server) mit dem Ziel, einen oder mehrere seiner Dienste arbeitsunfähig zu machen.
- Ping of Death (erzeugt Buffer Overflow)
- Smurf-Attacke, SYN-Flood, Teardrop-Attacke, Land-Attacke, WinNuke, Botnet, …
Nennen Sie einige Authentifizierungsverfahren.
- SecurID RSA (Zufallszahlengenerator, OneTimeToken)
- RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service)
- Kerberos
Nenn Sie 3 Verschlüsselungsprotokolle.
- IPSec (IP Security)
- SSL (Secure Sockets Layer)
- SSH (Secure Shell)
Was ist der Vorteil eines VPN?
Virtuelles Privates Netz, von aussen geschlossenes Netzwerk. Ist für den Benutzer transparent.
Nennen Sie einen prinzipiellen Nachteil der symmetrischen Verschlüsselung?
Der geheime Schlüssel muss zuerst sicher ausgetauscht werden.
Eignet sich nicht für eine „Open User Group“.
Was ist der Vorteil der asymmetrischen Verschlüsselung?
Benutzerfreundliche, für Open-User-Group tauglich.
Es muss keinen geheimen Schlüssel im Voraus ausgetauscht werden.
Welche Anforderungen erfüllt eine digitale Signatur?
Die Identität des Senders ist überprüfbar. (Elektronische Unterschrift)
Was ist ein Hash?
Berechnet aus beliebigem Quelltext eine Bitfolge fester Länge = Hash-Funktion
Welche Informationen benutzt eine Firewall für ihre Entscheidungen?
Regel-Listen
Richtung, Quelle, Ziel, Port, Protokoll, Aktion
Welche Sicherheitslücken kann ein Netzwerk haben, welche Schäden können auftreten?
- Geheimhaltung verletzt (Daten Verlust/Diebstahl)
- Technisch schlechte Konfiguration (default PWDs)
- Störung des Betriebs / Sabotage (Denial-of-Service)
- Verfälschung von Daten
- Echtheit des Absenders gefälscht
- Mitarbeiter als Sicherheitsrisiko
Erklären Sie eine MITM-Attacke
siehe Bild
Was ist der Unterschied zwischen einem Virus und einem Wurm?
- Virus: ein sich selbst vermehrendes Programm, infiziert ausführbare Dateien (oder Bootsektor, Makro), Verbreitung durch Weitergabe dieser infizierten Dateien
- Wurm: Programm, das sich über Netzwerke verbreitet, und dafür eine Wirtsapplikation (z.B. E-Mail), Netzwerkdienste oder eine Benutzerinteraktion benötigt.
Was ist sicherheitstechnisch die Schwachstelle bei der symmetrischen Verschlüsselung.
siehe Bild
Bei der Public-Key-Verschlüsselung können auch mehrere Public-Keys (von verschiedenen Personen) benutz werden, um eine Datei zu verschlüsseln. Jede der Personen kann alleine mit ihrem jeweiligen privaten Schlüssel die Nachricht entschlüsseln. Was ist der Vorteil den diese Möglichkeit bietet?
siehe Bild
Was ist der Vorteil eines Hash im Vergleich zu einer verschlüsselten Datei?
siehe Bild
Warum ist bei einer Firewall das Logging wichtig?
Zur Überprüfung der Einhaltung der Regel.
Was sagt das Moor'sche Gesetz aus?
Innerhalb von einem Jahr nimmt die Transistor Dichte auf einem DIE (Prozessor) um 60% zu.
Könnte man auch einen Rechner bauen, der mit Druckluft betrieben wird?
Ja
Was muss ein Rechner können?
- Ein Rechner muss einen Algorithmus ausführen können.
- Die Befehle eines Programms der Reihe nach ausführen: Steuerwerk
- Die Möglichkeit, Zahlen zu speichern: Speicher.
- Speicherinhalt als Zahl interpretieren und manipulieren (rechnen): Rechenwerk.
- Die Ablaufsteuerung muss auf den Inhalt des Speichers reagieren.
Kann eine Turing-Maschine auch einen Windows7-Rechner emulieren?
Ja. Alle Rechner sind gleich.
Was ist ein SIMD-Rechner?
SIMD Single Instruction / Multiple Data
= Vektorprozessor, ein Steuerwerk, mehrere ALUs, bei Supercomputern und neuen Mikroprozessoren
