컴퓨터기초공학 소테스트 정리 (manaba)

이신플러스(일본교환학생) 컴퓨터기초공학 소테스트

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Aが4ビットの2進数で1011、Bが4ビットの2進数で0110であるとします。2進数4ビットで答えなさい

1. A & B = ○ 点 (入力必須) 
   
2. A | B　＝○ 点 (入力必須) 
   
3. A<<1 = ○ 点 (入力必須) 
   
4. A の算術右シフト2ビット＝○ 点 (入力必須) 
5. ～B＝○ 点 (入力必須) 

テキストの内容について以下の問いに答えなさい。

1. 様々な演算を選択して行う装置を○ 点 (入力必須) （英文字3文字）と呼ぶ。
   
2. データ単体を一時的に蓄えておく格納場所を○ 点 (入力必須) （カタカナ4文字）と呼び、特に結果を蓄積する場所を○ 点 (入力必須) （カタカナ7文字）と呼ぶ。
   
3. テキストのデータパスで、メモリ中の1番地のデータをアキュムレータに持ってくるためには、wrを○ 点 (入力必須) （1ビット）、comを○ 点 (入力必須) （3ビット）、addressを○ 点 (入力必須) （8ビット）とすれば良い。

1.以下のアセンブリ表記を機械語に直しなさい。

LD 0 ○ 点 (入力必須) 12bit

SUB 2 ○ 点 (入力必須) 12bit

ST 3○ 点 (入力必須) 12bit

2.0番地に0x0005、1番地に0x0003が格納されている。(16進表記）

以下の命令を実行した時のアキュムレータの中身を16進数表記で示せ。(0xは不要,4桁で示せ）

LD 0 ○ 点 (入力必須) 

SL × (入力必須) 

SUB 1 × (入力必須) 

1番地にXが入っている。1+2+3+....+Xを計算するアキュムレータマシンのプログラムを以下の

ように作れ。ただし、0番地は0に、3番地は1に初期化されている。プログラムはアセンブリ表記（LD 0)などを用いよ。

アキュムレータに0番地のデータを取ってくる○ 点 (入力必須) 

1番地のデータを加算する○ 点 (入力必須) 

0番地にアキュムレータの中身を書く○ 点 (入力必須) 　これで0番地とXを足したことになる。

アキュムレータに1番地のデータを取ってくる○ 点 (入力必須) 

3番地のデータを減算する○ 点 (入力必須) 

1番地にアキュムレータの中身を書く○ 点 (入力必須) これでXがX-1になる。

アキュムレータが0でなければ0番地に分岐する○ 点 (入力必須) 

自分自身（7番地）に分岐し、処理を終了する○ 点 (入力必須) 

1．コンピュータの3つの要素を挙げなさい。

 (入力必須) 
 (入力必須) 
 (入力必須) 

2．コンピュータのクラスを2つ挙げなさい。

 (入力必須) 
 (入力必須) 

3．以下の2進数を16進数で示しなさい

01101100　 (入力必須) 

この数の2の補数を示しなさい (入力必須) 

4．1010-0101を2の補数を使って次の手順で計算しなさい。

まず0101の１の補数を求めると (入力必須) となる。

これに１を加えて２の補数にすると (入力必須) になる。

これを1010に加えて溢れた桁を無視すると (入力必須) となる。

1. スライドの減算器の図のS0,S1,S2,S3は順に○ 点 (入力必須) でありC0,C1,C2,C3は順に (入力必須) である。
2. 実際の設計時には加算器の選択は○ 点 (入力必須) ツール（英文3文字）が行う。
   
3. 片方が立てば片方がうまく行かない関係を○ 点 (入力必須) （カタカナ6文字）と呼ぶ

1. それぞれの命令の実行時にそれぞれの制御信号はどのようになるかを答えなさい。
1. ST命令：　we○ 点 (入力必須) 、en○ 点 (入力必須) pcset○ 点 (入力必須) 
   
   
2. BEZ命令成立時：we○ 点 (入力必須) 、en○ 点 (入力必須) ,pcset○ 点 (入力必須) 
   3.ADD命令：we○ 点 (入力必須) ,en○ 点 (入力必須) ,pcset○ 点 (入力必須) 

一般的にはRISCと呼ばれるのは(選択必須)

-register-register型register-memory型memory-memory型○ 点

孫さんが買収したARMは(選択必須)

-register-register型register-memory型memory-memory型○ 点

命令のオペランドにメモリを指定することができないのは(選択必須)

-register-register型register-memory型memory-memory型○ 点

IntelのPCが使っているIA32は(選択必須)

-register-register型register-memory型memory-memory型○ 点

メモリ内のデータ同士が直接演算でき、答をメモリに書き戻せるのは(選択必須)

-register-register型register-memory型memory-memory型○ 点

1. 
   
2. 
   
3. LDI r0,#0x80を実行するとr0は○ 点 (入力必須) になる。（16進数4桁）が、LDIU r0,#0x80を実行するとr0は○ 点 (入力必須) になる。（16進数4桁）
4. LD r2,(r1)の機械語は○ 点 (入力必須) になる（2進数16ビット）が、　ADDI r2,#0x80の機械語は○ 点 (入力必須) になる（2進数16ビット）
5. 0番地にA,1番地にBがある。（A+B) OR (A-B)を以下のように計算する。POCOのアセンブラ表記で埋めよ　オプコードとオペランドは空白で、オペランド間はカンマで区切る。オプコードは大文字、レジスタは小文字、イミーディエイト命令は#で始める。全て半角
1. まずr0を0にする。　× (入力必須) 
   
2. 0番地のAをr1に持ってくる× (入力必須) 
3. r1をr2にコピー(MV)する× (入力必須) 
4. r0を１にする。× (入力必須)
5. 1番地のBをr3に持ってくる× (入力必須) 
6. r1+r3によりA+Bを計算× (入力必須) 
7. r2-r3によりA-Bを計算× (入力必須) 
8. 結果同士の論理和（OR)を計算する× (入力必須)

0番地の値Xを1ビット左シフトし、1番地の値Yを1ビット右シフトして、加算して2番地に格納するプログラムを以下により完成せよ。アセンブリ表記で書くこと。

× (入力必須) 　r0に0を入れてポインタとする。

○ 点 (入力必須) 　0番地の値Xをr1にロードする。

○ 点 (入力必須)   r1を1ビット左シフトする。

○ 点 (入力必須) 　r0を1にしてポインタを進める。

○ 点 (入力必須) 　1番地の値Yをr2にロードする。

○ 点 (入力必須)  r2を1ビット右シフトする。

○ 点 (入力必須)  r1にr2を加算し、結果はr1に入れる。

○ 点 (入力必須)  r0を2にしてポインタを進める。

○ 点 (入力必須) 　答のr1を2番地に格納する。

0番地にXが入っている。1＋2＋3．...+(X-1)+Xを計算して0番地に書き込むプログラムを以下のようにPOCOのアセンブラで書け

○ 点 r0をポインタとして0とする。

○ 点 答を入れておくr1を0とする。

○ 点 r0をポインタとしてXをr2にロードする。

○ 点 r1にr2を加える

○ 点 r2から1を引く

 r2が0でなければ、自分を含めて3 命令分元に戻る。

 r0をポインタとして答を0番地に格納する。

0x8000番地の中身と0x8001番地の中身を足して0x8002番地に格納するプログラムをPOCOのアセンブラで書け

○ 点 LDHIでr0に0x8000を作る

○ 点 r0をポインタとしてr１に値をロード

○ 点 r0を1進める

○ 点 r0をポインタとしてr2に値をロード

○ 点 r2にr1を加算

○ 点 r0を1進める

○ 点 r0をポインタとしてr2を格納

POCOのアセンブラうで以下のプログラムを書きなさい。

1．0番地の値をX、1番地の値をYとして、（X OR Y) + (X AND Y)を計算するプログラム

LDIU r0,#0

LDIU r1,#1

LD r2,(r0)

LD r3,(r1)

LD r4,(r0)

OR r2,r3

AND r4,r3

ADD r2,r4

ST r2,(r0)

 

2．0番地から99番地までのメモリ中のデータで0がいくつあるかを数え、100番地に答をしまうプログラム

LDIU r0,#0

LDI r1,#99

LDIU r2,#0

LD r3,(r0)

BNZ r3,1

ADDI r2,#1

ADDI r1,#-1

ADDI r0,#1

BNZ r1,-6

ADDI r0,#1

ST r2,(r0)

 
以下の空欄に単語を入れて、文章を完成させなさい。

1．RISCは 型に分類され、代表的な命令セットとしては や がある。

2．命令セットアーキテクチャは、ハードウェアとソフトウェアの である。

3．1990年代、コンピュータの性能は18か月で倍になる勢いで向上したが、これを の法則と呼ぶ。

0番地から並んでいる8個の数字の総和を求めて、8番地に格納するプログラムをPOCOのアセンブラで以下のように書け。

○ 点 ポインタr0を0にする

○ 点 カウンタr1を8にする

○ 点 答の入るr2を0にする

○ 点 r3にr0をポインタとして数字をロード

○ 点 r2にr3を足す

○ 点 r0を一つ増やしてポインタを進める

○ 点 r1から1を引く

× r1が0でなければループ

○ 点 r0は8になっているので、これをポインタとして答を格納する

0番地から8個数が並んでいる。この数の中で10より大きい数がいくつあるかを数えて答を0番地に書き込むプログラムをPOCOのアセンブラで書け。ラベルを利用すること。

○ 点 　r0を8番地にセット、これをポインタ兼カウンタとして使う

○ 点  r1に0をセット、ここに結果を入れる

loop:○ 点 ポインタ兼カウンタのr0をカウントダウン

 ○ 点 r2にr0をポインタとして数を取ってくる

○ 点 r2から11を引く

○ 点 マイナスになれば、その数は10以下になるのでskipに飛ぶ

○ 点 飛ばなかった数は10より大きいのでr1をカウントアップ

skip:○ 点 r0が0でなければloopへ飛んで繰り返し

○ 点 答のr1を0番地（つまりr0をポインタとする）に書いておしまい。

授業中に示した掛け算のサブルーチンmultを2回呼んで、0番地のデータの3乗を計算し、0番地に結果を格納するメインルーチンを以下ようにPOCOのアセンブラで書きなさい。なおサブルーチンmultはr1とr2の掛け算の結果をr3に戻すが、r2の中身は保存されない。

LDI r0,#0

LD r1,(r0)

○ 点 r1の内容をr2に移動

○ 点 サブルーチンコール

○ 点 計算結果をr2に移動

○ 点 もう一回サブルーチンコール

○ 点 結果を0番地に格納しておしまい

ADDI命令を実行するためには、

pcsel=00, pcjr=0,

comsel=○ 点 (2bit)

alu_bsel=○ 点 (2bit)

rf_csel=○ 点 (2bit)

rwe=○ 点 (1bit)

we= (1bit)

に設定すれば良い。

1．POCOでBEZ命令を実行するには、zero=1の時にpcsel=○ 点 にする。さらに、pcjr=○ 点 、rwe=○ 点 、we=○ 点 にする。他はドントケア（どうでもいい）である。

2. POCOでST命令を実行するには、pcsel=00, pcjr=0にし、rwe=○ 点 、we= にする。他はドントケア（どうでもいい）である。

3．遅いメモリを使ったため、授業中に提示した遅延時間のうち、メモリの読み出し時間が4nsecであった。他の遅延は変わらない場合、動作周波数は○ 点 MHz（3桁整数値）である。

1．コンピュータの記憶の階層は、○ 点 の原則を利用している。（漢字3文字）

2．良く用いるデータを蓄えておく小容量高速のメモリを○ 点 と呼ぶ。（カタカナ）

3．ディスクの代わりに補助記憶に用いられているメモリはどれか？

1. SRAM
2. DRAM
3. フラッシュメモリ

○ 点

4．キャッシュに良く用いられているメモリはどれか？

1. SRAM
2. DRAM
3. フラッシュメモリ

○ 点

5．主記憶に良く用いられているメモリはどれか？

1. SRAM
2. DRAM
3. フラッシュメモリ

○ 点

64Kワードのメモリに対して4Kワードのキャッシュを設ける。ブロックサイズは16ワードとする。以下の手順に従って設計せよ。

1．ダイレクトマップキャッシュを作る。キャッシュには○ 点 ブロック入る。これは2のn乗なので、インデックスはnビットとなる。n=○ 点 である。

メモリにはキャッシュが○ 点ブロック入る。これは2のh乗である。タグビットは、h-n=○ 点 ビットとなる。

結論として、深さ2のn乗で、幅h-nのキャッシュディレクトリが必要である。

2．2-way set associativeにする場合、深さが○ 点 、幅が○ 点 ビットのキャッシュディレクトリが2セット必要である。

キャッシュブロックAとキャッシュブロックBは競合ミス（Conflict Miss)を起こすアドレスである。また、キャッシュはダイレクトマップキャッシュである。ライトバックキャッシュについて以下のアクセスでキャッシュはヒットするかミスするかを書きなさい

1．キャッシュブロックAから読み出し　　ミス

2．キャッシュブロックAに書き込み　○ 点 

3．キャッシュブロックBから読み出し　○ 点 

4．キャッシュブロックAに書き込み　○ 点 

5．キャッシュブロックAから読み出し　○ 点 

上記の操作でライトバックが生じるのは○ 点 （番号）である。

理想のCPI＝１、キャッシュミスペナルティ15クロック、命令キャッシュのミス率１％、データキャッシュのミス率３％、ロード命令の確率20％とした時、キャッシュミスを含めたCPIは○ 点

メモリの0番地から並んでいる10個のASCIIコードを順に授業で定義されている出力装置に出力するプログラムを以下のように書く。空欄を埋めよ。

LDI r0,0　　　　　r0はポインタ

LDI r1,＃10 　　r1はカウンタ

LDHI r2, ＃0x80　 r2に出力装置の番号

L1:　○ 点 ポインタで示されている番地からASCIIコードを読み出してr3に格納

L2:　○ 点 出力装置のステータスレジスタを読み出しr4に格納

○ 点 r4が0ならばL2に飛んでビジーウェイト

○ 点 r3 に格納したASCIIコードを出力装置に送る

ADDI r0,#1       ポインタをカウントアップ

ADDI r1,#-1　　カウンタをカウントダウン

× r1が0になるまで繰り返す

L3: BEZ r1,L3　無限ループでダイナミックストップ

1．0番地に16ビットデータ0x12abが入っている。r0には1が入っている。LB r2,(r0)を実行するとr2は○ 点 （16進数4桁xは付けない）、LBU r2,(r0)を実行するとr2は○ 点 （16進数4桁xは付けない）になる。

2．バイトアドレッシングにおいて、MSB側が0番地になる方法を○ 点 （カタカナ）、LSB側が0番地になる方法を○ 点 （カタカナ）と呼ぶ。

3．I/OからCPUに対して要求を出してプログラムの動きを切り替えることを○ 点 （漢字とひらがな4文字）と呼ぶ。

4．I/Oが直接メモリとの間でデータ転送を行う方法を○ 点 （英文字3文字）と呼ぶ。

各部品の遅延時間が以下であるとする。

メモリのアクセス　2nsec

レジスタファイルの読み出し 1nsec

ALUでの演算　3nsec

マルチプレクサの遅延　0.3nsec

レジスタへの書き込みセットアップ時間　0.2nsec

IFステージの遅延は○ 点 nsec

IDステージの遅延は○ 点 nsec

EXステージの遅延は○ 点 nsec

WBステージの遅延は○ 点 nsec

動作周波数は最も遅いステージの遅延時間の逆数なので○ 点 MHzになる。（2桁四捨五入）

1．下のプログラムは、0番地から並んでいる8つの数の総和を計算する。BNE命令は遅延分岐である。NOPで埋まっている遅延スロットを埋めるためにはどの命令を移動すれば良いか？　

答　○ 点 （番号で）

　　　LDI r1,#8

　　　LDI r3, ＃0

1  lp:　　ADDI r1,#-1　

2　　　LD r2,(r1)

3           ADD r3,r2

             BNE r1,lp

             NOP

2. 上記のような方法でスケジュールして8割の場合でNOPを有効に活用できる。分岐命令の生起確率を25％として、POCOのパイプラインのCPIを計算せよ。

答　○ 点 （有効数字3桁）　　　

下の用語の中で適切なものを選んで空欄を埋めなさい。番号を入れること。

〇○ 点 を行うことで、依存性のない命令が増え、スケジュールが簡単になる。

〇○ 点 は、複数の命令に相当する処理を一つの長い命令にまとめて実行する。

〇分岐予測が当たると考えて命令を実行してしまう方法を○ 点 と呼ぶ。

〇後続の命令が先行の命令を追い越して実行できる方法を○ 点 と呼ぶ。逆に命令の順番を守って実行する方法を○ 点 と呼ぶ。

〇ハードウェアの制御により複数の命令を同時に実行する方法を○ 点 と呼ぶ。

〇分岐予測の中で現在良く使われているのは○ 点 である。

1 アウトオブオーダ実行　2 VLIW  3 トーナメント予測法　4 インオーダー実行　5 ループアンローリング

6 スーパーパイプライン　7 スーパースカラ　8 投機的実行

プログラムの中の90％が並列実行可能で残りの10％は並列実行が全くできない。プロセッサ10台で並列実行する場合に性能は× 倍になり、100台で並列実行する場合には×