Exercices sur la structure des ordinateurs - 4 correction, Exercices de Application informatique
Christophe
Christophe3 March 2014

Exercices sur la structure des ordinateurs - 4 correction, Exercices de Application informatique

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Exercices d’informatique sur la structure des ordinateurs - 4 correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: exercices.
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en_soc2007.dvi

E.N.S.E.I.R.B.Filière Informatique 1ère annéeFilière Télé om 1ère année Année 2007-2008STRUCTURE DES ORDINATEURSEXAMENCORRIGÉN.B. : - Ce i doit être onsidéré omme un orrigé-type : les réponses qu'il ontient sont justes, maisleur réda tion n'était pas la seule possible.- Le barème est donné à titre dénitif. Outre l'exa titude des réponses aux questions posées,il a été tenu ompte de leur on ision et, dans une moindre mesure, de la présentation.Question 1. (7 points)(1.1) (1 point)Pour qu'à haque front montant de C la sortie Q de la bas ule hange d'état, il faut présenter à sonentrée D, pour mémorisation lors du front montant, un signal qui soit l'inverse de elui qui a étémémorisé par la bas ule au temps pré édent et qui est justement elui de Q. Le âblage à réaliser estdon basé sur une bou le de rétro-a tion, suivant le s héma i-dessous. D

C Q

HLe fait de mettre un inverseur rée un retard dans la bou le qui fait que le signal présenté à l'entréeD lors du front montant sur C restera stable lors de sa mémorisation dans la bou le de rétroa tionde la bas ule.(1.2) (2 points)En négligeant le retard de sortie du signal modié Q de la bas ule par rapport à son entrée D lorsdes fronts montants de C, on a le hronogramme suivant. H

QLe signal Q ainsi représenté est un signal dont le hangement d'état est syn hronisé sur les frontsmontants de H et dont la fréquen e est la moitié (puisque sa période est double) de elle de H.(1.3) (2 points)Le hronogramme souhaité des signaux Q0 et Q1 est le suivant. H

Q0

Q1

00 01 10 11 001 docsity.com

Le signal Q0 est identique au signal Q de la question pré édente, et se âble don de la même manière.Le signal Q1 est un signal de fréquen e égale à la moitié de elle de Q0, et qui hange d'état lorsdes fronts des endants de Q0, qui orrespondent don aux fronts montants du signal inversé Q0. Ondoit don bou ler la bas ule Q1 omme la bas ule Q0, mais en alimentant son signal d'horloge ave l'inverse du signal Q0, qu'il est possible de prendre à la sortie de l'inverseur de la première bas ule.Le s héma de âblage est don le suivant. D

C Q0

H

D

C Q1Un deuxième âblage possible, moins naturel, onsiste à âbler les deux entrées C des bas ules surl'horloge H, à rebou ler la sortie Q0 de la première bas ule sur son entrée D à travers un inverseur omme vu i-dessus, mais à âbler l'entrée D de la deuxième bas ule sur une porte XOR prenant omme entrées les sorties Q0 et Q1 des deux bas ules.(1.4) (2 points)Les trois états de ha une des lampes du henillard devant être mémorisés, il faudra pour ela troisbas ules D, de sorties Q0, Q1 et Q2. On appellera Q0 le bit de poids le plus faible, et Q2 elui depoids le plus fort. On supposera que les trois bas ules sont initialisées à l'état de sortie 0. Le âblageentre es trois bas ules est donné i-dessous.

D

C Q0

H

D

C Q1

D

C Q2

Le signal Q2 étant initialement à 0, la bas ule d'état de sortie Q0 sera la première à passer à l'état 1,puis la bas ule d'état Q1, puis elle d'état Q2. Un retard doit être inséré entre haque bas ule pourgarantir que l'état mémorisé par haque bas ule lors d'un front montant de H sera bien asso ié àl'état pré édent de la bas ule voisine et ne sera pas perturbé par le hangement de l'état de elle- i.Un inverseur entre la sortie de la bas ule de poids fort et l'entrée de la bas ule de poids faible permetde mettre en oeuvre le passage des bas ules de l'état 0 vers l'état 1 puis inversement lorsque la bas ulede poids le plus fort a hangé d'état.Question 2. (10 points)(2.1) (3 points)Le terme  mi ro- ode  désigne un moyen de mettre en oeuvre le jeu d'instru tion ISA du pro esseur, ara térisé par le fait que les instru tions ISA dé odées par le pro esseur n'a tivent pas dire tement lesunités fon tionnelles de elui- i, mais donnent lieu en revan he au séquen ement et à l'exé ution d'unensemble de mi ro-instru tions élémentaires. Ce mé anisme est utilisé au sein des pro esseurs de typeCISC, par opposition aux pro esseurs RISC pour lesquels les instru tions ISA a tivent dire tementles unités fon tionnelles et s'exé utent en un y le élémentaire.L'avantage des ar hite tures mi ro- odées est de permettre la dénition de jeux d'instru tions ISA omplexes et puissants, disposant par exemple de nombreux modes d'adressage et de apa ités de2 docsity.com

répétition d'instru tions, et qui permettent d'é rire du ode en langage ma hine plus ompa t etdon moins gourmand en mémoire.L'in onvénient de es ar hite tures est leur omplexité a rue, du fait de e niveau supplémentaire,qui augmente la onsommation éle trique du pro esseur (plus de transistors mis en jeu) et limite safréquen e (plus grande longueur du hemin ritique).(2.2) (1 point)La valeur immédiate Imm et le numéro de registre de l'instru tion ISA étant respe tivement pla ées,de façon automatique, dans les registres I et X de la mi ro-ma hine, le mi ro- ode orrespondant àl'instru tion ISA  LDI  est le suivant.MOVF I // Met la valeur immédiate dans AMOVT R[X℄ // Copie la valeur dans Ri(2.3) (2 points)L'adresse à laquelle le mot mémoire doit être lu est onstituée de la somme des valeurs des registresRi, Rj et de la valeur immédiate. Le mi ro- ode orrepondant est don le suivant.MOVF I // Met la valeur immédiate dans AADD R[Y℄ // Ajoute la valeur de RjADD R[Z℄ // Ajoute la valeur de RkMOVT M // Pla e la somme dans MLD R[X℄ // Charge le mot mémoire d'adresse M dans Ri(2.4) (1 point)Le mi ro- ode de l'instru tion ISA  INC Ri  est le suivant.MOVI 1 // Met 1 dans le registre AADD R[X℄ // Ajoute à A la valeur de RiMOVT R[X℄ // Remet la valeur in rémentée dans Ri(2.5) (2 points)C'est le registre R30 de l'ar hite ture ISA qui est le pointeur de pile. On supposera i i une pile des- endante, pour laquelle on sauvera d'abord le registre dans la pile, avant de dé rémenter le pointeur.Pour é rire en mémoire, on aura besoin de l'instru tion ST (pour  store ), duale de l'instru tionLD, et qui é rit à l'adresse ontenue dans M la valeur du registre passé en opérande. En fon tion de e qui pré ède, le mi ro- ode de l'instru tion ISA  PUSH Ri  est le suivant.MOVF R[30℄ // Ré upère la valeur du sommet de pileMOVT M // Elle est pla ée dans MST R[X℄ // É rit la valeur de Ri à ette adresseMOVI -1 // Met -1 dans le registre AADD M // Ajoute à A la valeur du sommet de pileMOVT R[30℄ // Remet la valeur dé rémentée dans R30(2.6) (1 point)Comme le ompteur ordinal est toujours in rémenté à la n de l'exé ution du mi ro- ode, il fautdé rémenter au préalable la valeur immédiate, an qu'on se retrouve au nal à la bonne adresse. Lemi ro- ode de l'instru tion ISA  JMP Imm  est don le suivant.MOVI -1 // Met -1 dans le registre AADD I // Ajoute à A la valeur immédiateMOVT R[31℄ // Pla e le résultat dans le ompteur ordinalQuestion 3. (3 points)Le disque dur tourne à 12000 t/min, 'est-à-dire à 200 t/s. Le nombre de se teurs balayés par sa tête entredeux requêtes est de : 64×200 1250

= 10.24 se teurs sur la moitié extérieure du disque ; 32×200 1250

= 5.12 se teurs sur la moitié inférieuredu disque.Le fa teur d'entrela ement est don d'au moins 6, ar ave toute valeur plus petite, il faut attendre untour presque omplet entre deux le tures quelle que soit la partie du disque que l'on a ède.Comme la quantité d'information est deux fois plus importante sur l'extérieur du disque que sur l'intérieur,la probabilité d'avoir à ee tuer une le ture sur l'extérieur est elle aussi deux fois plus importante. Ave 3 docsity.com

un fa teur d'entrela ement inférieur à 11, on serait don obligé d'attendre un tour dans deux tiers des as,pour avoir une le ture très rapide dans l'autre tiers.Le fa teur d'entrela ement doit don être de 11, qui a de plus l'avantage d'être premier ave 32 et 64.La tête sera bien positionnée en moyenne dans deux tiers des as, alors qu'il faudra attendre le temps de 11−5.12

32 tour dans le tiers des as restants.

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