CNA Rechenarchitekturen
Computer- & Network- Architecture Rechenarchitekturen Zusammenfassung des Modulstoffes. Fragen von https://github.com/chefe/summaries/tree/master/cna und ILIAS
Computer- & Network- Architecture Rechenarchitekturen Zusammenfassung des Modulstoffes. Fragen von https://github.com/chefe/summaries/tree/master/cna und ILIAS
Kartei Details
| Karten | 35 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Informatik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 03.06.2017 / 27.10.2021 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/20170603_cna_rechenarchitekturen
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Mit welcher Schaltung lassen sich AND, OR und NOT realisieren
- AND: zwei serielle Schalter
- OR: zwei parellele Schalter
- NOT: ein Oeffner
Die lauten die DeMorganschen Gesetze?
- !(A || B) == !A && !B
- !(A && B) == !A || !B
Wie lassen sich Schaltungen nur mit NANDs und NORs bauen?
- NOT: NOR oder NAND mit gleichen Eingaengen
- AND: 2 NAND (hintereinander geschaltet)
- AND: 3 NOR (jeder Eingang negiert und dann verknuepft)
- OR: 2 NOR (hintereinander geschaltet
- OR: 3 NAND (jeder Eingang negiert und dann verknuepft)
Wodurch zeichnet sich die Harvard-Architektur aus?
- Separate Speicher fuer Daten und Behlfe
- Separate Busse zu den beiden Speichern
- Im Idealfall: in einem Taktzyklus Befehl und Daten laden
In der Praxis sind oft Mischformen von Harvard- und Von-Neumann-Rechnern zu finden.
Was sind die Vorteile einer Harvard- gegenueber einer Von-Neumann-Architektur?
- Geschwindigkeit: Befehle und Daten koennen gleichzeitig gelesen werden
- Sicherheit: Strikte Trennung von Daten und Programmen
- Datenwortbreite und Befehlswortbreite sind unabhaengig voneinander
- Synchrones Laden durch mehrere Rechenwerke
Was versteht man unter dem Begriff "Pipeline"?
Eine Abarbeitung in Stufen (koennen teilweise paralellisiert werden)
Wann ist eine Pipeline voll ausgelastet?
Wenn alle Stufen etwas zu tun haben.
Wann ist eine Pipeline blockiert und muss geloescht werden?
- Wenn man bei einem bedingten Sprung an eine unvorhergesehene Stelle springt
- Bei einem Interrupt
Welche Benchmarkprogramme gibt es?
- Whetstone: Floating-Point- und Integer-Berechnungen
- Dhrystone: Integer-Berechnungen
- Linpack: Lineare Gleichungssysteme
- SPEC: Standard Performance Evaluation
In welchen Einheiten wird Computer Performance gemessen?
- MIPS: Million Instructions per Second (unspezifisch)
- FLOPS: Floating Point Operations per Second (MegaFLops, GigaFlops, PetaFlops)
- Laufzeit spezifischer Programme / Rechenaufgaben
Wie lauten die wichtigsten Kennwerte der aktuell leistungsstaerksten Computer (Stand 2016)?
- ca 10 Millionen Core
- ca 100 PetaFLOPS
- ca 15 MegaWatt Leistung
Was bedeutet Endian?
- In welcher Reihenfolge die Ziffern einer Groesse aufgelistet werden
- Big Endian: grosse zuerst
- Datumsangaben: 2016/10/19
- Zahlen in English
- Little Endian: kleine zuerst
- Datumsangabe: 19.10.20116
- Zahlen in Deutsch
- Big Endian: grosse zuerst
- In der Informatik bezeichnet Endian die Byte-Reihenfolge im Arbeitsspeicher
- Big Endian: UNIX, Java, Motorola
- Little Endian: Windows, Intel
Was machen die Befehle ASL und RAR?
- ASL: Arithmetic Shift Right (Verschieben aller Bits um eins nach links, Multiplikation mit 2)
- RAR: Rotate Arithmetic Right (Verschieben aller Bits um eins nach rechts, Division durch 2, Rest der Division steht im Carry Bit)
Welche Levels/Stufen gibt es bei den Rechnerarchitekturen?
- Level 5: Problem-oriented language level
- Translation (compiler)
- Level 4: Assembly language level
- Translation (assembler)
- Level 3: Operating system machine level
- Partial interpretation (operating system)
- Level 2: Instruction set architecture level
- Interpretation (microprogram) or direct execution
- Level 1: Microarchitecture level
- Hardware
- Level 0: Digital logic level
Welche Operationsarten gibt es?
- Datentransfer-Operationen
- Arithmetische und logische Operationen
- Programmablaufsteuerung
Was muss ein Rechner koennen?
Ein Rechner muss einen Algorithmus ausfuehren koennen, dazu braucht er:
- Steuerwerk: Befehle eines Programms der Reihe nach ausfuehren
- Speicher: Zahlen speichern
- Rechenwerk: Speicherinhalt als Zahl interpretieren und manipulieren (rechnen)
- Ablaufsteuerung: auf Inhalte des Speichers reagieren
Was beschreibt eine Rechenarchitektur?
Die Art und Weise wie ein Rechner aus (physikalischen oder logischen) Bauelementen aufgebaut ist.
Physikalische Bauelemente:
- Mechanik
- Elektronenroehren
- Transistoren
- ICs
Logische Bauelemente:
- Register,
- Speicher,
- Addierer,
- Steuerwerk,
- Prozessor
Was sind die Kennwerte eines Rechners?
- Rechenleistung,
- Ein- / Ausgabedatenrate
- Antwortzeit
- Speichergroesse
- Leistungsverbrauch
- Zuverlaessigkeit
- Groesse
Kann auf einem Turing Rechner Windows 7 ausgefuehrt werden?
Theoretisch "Ja", da alle Computer gleich sind und jede Architektur emuliert werden kann.
Erklaeren Sie eine Turingmaschine an einem Funktionsbeispiel
(C) HSLU and Wikipedia
Was besagt das Mooresche Gesetz?
- Die Anzahl der Transistoren pro Flaeche verdoppelt sich alle 18 Monate
- Die Anzahl der Transistoren pro Flaeche steigt um 60% pro Jahr
Was ist ein Mikroprozessor?
Es werden alle Grundfunktionen (Rechenwerk, Steuerwerk, ...) auf einem einzelnen Mikrochip vereint.
Welche speziellen Arten von Prozessoren gibt es?
- Mikrocontroller: Mikroprozessor, Peripheriefunktionen und Speicher auf einem Chip (SoC: System on a Chip)
- DSP: Digitaler Signalprozessor, bearbeitet digitale Signale, z.B. Audio- oder Videosignale
- GPU: Graphics Processing Unit, fuer rechenintensive 2D- und 3D-Aufgaben
- Krypto-Prozessoren: ver- und entschluesselt Daten, liegt zwischen CPU und Memory
- Mathematischer Koprozessor: z.B. FPU (Floating Point Unit), heute auf der CPU
Was ist der Unterschied zwischen SRAM und DRAM?
- SRAM: statisches RAM, benoetigt 6 Transistoren pro Speicherzelle (Flip-Flog), behaelt seinen Wert
- DRAM: dynamisches RAM, benoetigt 1 Transistor pro Speicherzelle, muss alle 32- bis 64ms aufgefrischt werden
- PSRAM: DRAM mit eingebauter Auffrischung
Wie sieht die Speicherhierarschie aus?
(C) chefe
Wie funktioniert der Fetch/Decode/Execute-Cycle?
- Fetch: Lade den naechsten Befehl in das Befehlsregister
- Erhoehe den Programmzaehler, so dass er auf den naechtsen Befehl zeigt.
- Decode: Dekodiere den Befehl: Ermittle welcher Befehl auszufuehren ist
- Falls der Befehl ein Datenwort aus dem Speicher benoegt, dann lade diesen Wert in ein Register der CPU
- Execute: Fuehre den Befehl aus (evt. inkl. Abspeichern des Ergenisses im Speicher)
- Gehe zum Anfang, um den naechsten Befehl auszufuehren
Woraus besteht eine Von-Neumann-Maschine?
- Rechenwerk
- Steuerwerk
- Speicher
- Ein- und Ausgabe
Bild (C) HSLU
Von-Neumann-Rechner: Wird zwischen Daten- und Befehlsspeicher unterschieden?
Nein
Skizzieren Sie den Datenpfad einer Von-Neumann-Maschine!
(C) HSLU
Was ist ein Cache?
- Kleiner, schneller Zwischenspeicher
- Kopie von Daten im Hauptspeicher
- Caching-Strategie notwendig, um Datenkonsistenz zu sichern
- Befindet sich logisch zwischen CPU und Hauptspeicher
- Physikalisch: in der CPU
Bild (C) HSLU
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