Tentamen (Svar och lösningsförslag)

Institutionen för data- och informationsteknik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Tentamen (Svar och lösningsförslag) LEU430 Digital- och datorteknik Måndag 19 oktober 2009, kl. 8.30-12.30 Examinator Lars-Eric Arebrink, tel 772 5718 Kontaktperson under tentamen Som ovan Tillåtna hjälpmedel Häften Instruktionslista för FLE Instruktionslista för CPU12 I dessa får rättelser och understrykningar vara införda, inget annat. Tabellverk och miniräknare får ej användas! Lösningar Se kursens hemsida. Granskning Tid och plats anges på kursens hemsida. Del A bedöms och betygssätts utifrån bifogad svarsblankett. Varje svarsalternativ, a, b, c, etc. kan innehålla ett helt korrekt svar ett svar med ett eller flera fel Det kan inträffa att flera svarsalternativ är korrekta eller att inget av alternativen är det. För full på uppgifter i del B poäng krävs att: redovisningen av svar och lösningar är läslig och tydlig. ett lösningsblad får endast innehålla redovisningsdelar som hör ihop med en uppgift. lösningen ej är onödigt komplicerad. du har motiverat dina val och ställningstaganden redovisningen av hårdvarukonstruktioner innehåller funktionsbeskrivning, lösning och realisering. redovisningen av mjukvarukonstruktioner i assemblerspråk är dokumenterade. Allmänt Tentamen är uppdelad i del A och del B. På del A kan 30 poäng uppnås och på del B 20 poäng. Totalt 50 poäng på del A och del B tillsammans. För att del B av tentamen skall granskas och rättas krävs minst 20 poäng på del A. Poängsättning anges vid varje uppgift. Siffror inom parentes anger poäng på uppgiften för ett fullständigt och korrekt svar. Betygsättning För godkänt slutbetyg på kursen fordras att både tentamen och laborationer är godkända. Tentamen ger slutbetyget: 20p betyg 3 < 30p betyg 4 < 40p betyg 5

Digital- och datorteknik, 2009-10-19 2(12) DEL A fyll i och lämna in svarsblanketten sist i tesen Uppgift 1 Talomvandling, koder, aritmetik och flaggor. Tvåkomplementsaritmetik. Uppgift 1a Vad blir resultatet R (5 bitar) efter räkneoperationen R = Y om = 10110 2 och Y = 11011 2. a R = 01101 2 b R = 10001 2 c R = 00101 2 d R = 11011 2 e R = 11110 2 f R = 11010 2 I uppgift b och c nedan används 5-bitars tal., Y och R. Subtraktionen R = Y utförs med 5 bitars ordlängd. Resultatet R = 01000 2 om = 11010 2 och Y = 10010 2. Uppgift 1b Tolka R, och Y som tal utan tecken och ange deras decimala motsvarighet. a R = 8, = 18, Y = 26 b R = 7, = 26, Y = 17 c R = 0, = 26, Y = 15 d R = 8, = 26, Y = 18 e R = 7, = 26, Y = 18 f R = 2, =25, Y = 18 Uppgift 1c Tolka R, och Y som tal med tecken och ange deras decimala motsvarighet a R = 7, = 26, Y = -18 b R = 18, = -26, Y = -6 c R = 18, = 12, Y = -6 d R = 8, = 16, Y = -8 e R = 2, = 12, Y = -14 f R = 8, = -6, Y = -14 Uppgift 1d Vad blir flaggbitarna NZVC efter räkneoperationen R = + Y när = 1110 2 och Y = 1101 2. Resultatet R är också ett 4-bitars tal. (En ettställd flaggbit anges med versal och en nollställd flaggbit anges med gemen; exempelvis anger nzvc att N = 0, Z = 0, V = 1 och C = 1.) a NzVC b nzvc c NzVc d Nzvc e NzvC f nzvc Uppgift 1e Talomvandling Om det är möjligt, ange talet R = -64 10 som ett tal P och som ett tal Q. P och Q är båda 7-bitars tal. P anges på tvåkomplementsform och Q anges på teckenbeloppsform. a P = 1000000, Q = 1000000 b P = 1111111, Q = 1111111 c P går ej, Q går ej d P går ej, Q = 1000000 e P = 1000000, Q går ej f P = 1000000, Q = 1111111 Poäng på uppgiften: [2]

Uppgift 2 Kombinatorik, switchnätalgebra Uppgift 2a Digital- och datorteknik, 2009-10-19 3(12) Du har följande funktion,,. Skriv funktionen på disjunktiv minimal form. a,, b,, c,, d,, e,, f,, g,, h,, i,, j,, Poäng på uppgiften: [2] Uppgift 2b Du har följande funktion,,. Skriv funktionen på konjunktiv normal form. a,, b,, c,, d,, e,, f,, g,, h,, i,, j,, Poäng på uppgiften: [2] Uppgift 2c Ett kombinatoriskt nät med fyra insignaler x, y, z, w och en utsignal f skall konstrueras. Insignalerna bildar ett binärtal (zw) 2 [0,15] 10. För utsignalen f skall gälla att: f=0 för 3 (zw) 2 9 f=1 i övrigt Vilket av nedanstående karnaughdiagram skall användas. a) zw b) zw c) zw 00 01 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 00 0 0 1 0 00 0 0 1 0 00 1 1 0 1 01 1 1 1 1 01 1 1 1 1 01 0 0 0 0 11 0 0 0 0 11 0 0 0 0 11 1 1 1 1 10 1 1 0 0 10 1 1 0 1 10 0 0 1 1 d) zw e) zw f) zw 00 01 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 00 0 0 1 1 00 1 1 0 0 00 1 1 0 1 01 1 1 1 1 01 0 0 0 0 01 0 0 0 0 11 0 0 0 0 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 10 1 1 0 0 10 0 0 1 1 10 0 0 1 0 Poäng på uppgiften: [2]

Uppgift 3 Sekvensnät Digital- och datorteknik, 2009-10-19 4(12) Uppgift 3a Ange funktionstabellen för en JK.vippa. a) b) c) d) e) f) QQ + J K QQ + J K QQ + J K JK Q + J K Q + J K Q + 0 0 0-0 0-1 0 0 0-0 0 Q 0 0 Q 0 0 Q 0 1 1-0 1-1 0 1-1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0-1 1 0 1-1 0 1-1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1-0 1 1 1-1 1-0 1 1 * 1 1 Q 1 1 0 Uppgift 3b Ange excitationstabellen för en SR.vippa. a) b) c) d) e) f) S R Q + S R Q + S R Q + QQ + S R QQ + S R QQ + S R 0 0 1 0 0 Q 0 0 Q 0 0 0-0 0 0-0 0 0-0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1-0 1 1 0 0 1 1-1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0-1 1 0 0 1 1 0-1 1 1 * 1 1 * 1 1 Q 1 1-0 1 1 * * 1 1 * * Uppgift 3c Analysera räknaren till höger. Vilken tabell motsvarar räknaren? CP Q 0 Q 1 Q 2 1T 1T 1T C1 CP C1 CP C1 a) b) c) Q 2 Q 1 Q 0 T 2 T 1 T 0 Q + 2 Q + + 1 Q 0 Q 2 Q 1 Q 0 T 2 T 1 T 0 Q + 2 Q + + 1 Q 0 Q 2 Q 1 Q 0 T 2 T 1 T 0 Q + 2 Q + + 1 Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - - - 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 - - - 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 d) e) f) Q 2 Q 1 Q 0 T 2 T 1 T 0 Q + 2 Q + + 1 Q 0 Q 2 Q 1 Q 0 T 2 T 1 T 0 Q + 2 Q + + 1 Q 0 Q 2 Q 1 Q 0 T 2 T 1 T 0 Q + 2 Q + + 1 Q 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 - - - 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 Poäng på uppgiften: [4]

Digital- och datorteknik, 2009-10-19 5(12) Uppgift 4 FLE styrenhet Uppgift 4a En instruktion för FLE-processorn är SBCB Adr. Se instruktionslistan för FLE. Ange RTNbeskrivningen för utförandefasen för denna instruktion. (S anger aktuellt State) a b c S RTN-beskrivning S RTN-beskrivning S RTN-beskrivning 5 PC MA, PC+1 PC 5 PC MA, PC+1 PC 5 PC MA, PC+1 PC 6 M MA 6 M MA 6 M T 7 M T 7 M T 7 B T R, Flaggor CC 8 B T - C R, Flaggor CC 8 B T R, Flaggor CC 8 B C R 9 R B 9 R C R 9R B 10 R B d e f S RTN-beskrivning S RTN-beskrivning S RTN-beskrivning 5 PC MA, PC+1 PC 5 PC MA, PC+1 5 PC MA 6 M T 6 M MA 6 M MA 7 B T C R, Flaggor CC 7 M T 7 M T 8 R B 8 B T 1K + C R, Flaggor CC 8 B+T 1K + C R, Flaggor CC 9 R B 9 R B Poäng på uppgiften: [2] Uppgift 4b Ange vilken tabell som beskriver utförandet av operationen enligt nedanstående RTN-beskrivning: RTN-beskrivning: 3A 6B A Förutsätt att register A och B innehåller de data som skall beräknas. Register B får inte ändras. Använd så få tillstånd som möjligt. Vilket svarsalternativ väljer du? a b c S RTN-beskrivning S RTN-beskrivning S RTN-beskrivning 1 B T 1 2B R 1 2A R, A T 2 B+T R 2 R T 2 R+T R 3 R T 3 A T R 3 R A 4 A T R 4 2R R, R T 4 2B R, B T 5 R T 5 R+T R 5 R+T R 6 R+T R 6 R A 6 2R R 7 R+T R 7 R T 8 R+T R 8 A T R 9 R A 9 R A d e f S RTN-beskrivning S RTN-beskrivning S RTN-beskrivning 1 2B R 1 2B R, 1 3A R 2 R T 2 R T 2 R A 3 A T R 3 A T R 3 6B R 4 2R R 4 2R R, R T 4 A R R 5 R+T R 5 R+T A 5 R A 6 R A Poäng på uppgiften: [3]

Digital- och datorteknik, 2009-10-19 6(12) Uppgift 4c I tabellen intill visas styrsignalerna för EECUTE-sekvensen för en instruktion för FLE-processorn. NF i tabellens sista rad anger att nästa tillstånd (state) skall vara det första i FETCH-sekvensen. Vilken instruktion är det? S Styrsignaler (= 1) 5OE PC, LD MA, IncPC 4MR, LD MA 6MR, f 1, f 0, LD R, LD CC 7OE R, MW, NF a INC Adr b NEG Adr c TST Adr d DEC Adr e COM Adr f CMP Adr Uppgift 5 FLE programmering Uppgift 5a Ange maskinkoden för FLE-processorn för instruktionssekvensen till höger. a b c d e f Adr Maskinkod Adr Maskinkod Adr ORG $E4 Div2 EQU $A6 NEGA BSR Div2 LDAA #%00010010 INC Adr LD #Adr LDAA Data LEA $A, STAB -3, Data RMB 2 Adr FCB %1,11,10 SUBA Data Adr Adr Adr Maskinkod Maskinkod Maskinkod Maskinkod E4 A6 E4 A6 E4 38 E4 38 E4 38 E4 38 E5 38 E5 38 E5 6B E5 6B E5 6B E5 6B E6 6A E6 6A E6 BF E6 BF E6 A6 E6 A6 E7 BF E7 BF E7 0F E7 0F E7 0F E7 0F E8 0F E8 0F E8 12 E8 12 E8 12 E8 12 E9 12 E9 12 E9 43 E9 43 E9 43 E9 43 EA 43 EA 43 EA F5 EA F3 EA F5 EA F5 EB F5 EB F6 EB 11 EB 11 EB 0D EB 0D EC 11 EC 11 EC F5 EC F3 EC F5 EC F5 ED F5 ED F6 ED 0B ED 0B ED 0F ED 0F EE 0F EE 0F EE F3 EE F2 EE F3 EE F3 EF F3 EF F4 EF 76 EF 77 EF 76 EF 76 F0 77 F0 76 F0 0A F0 90 F0 0A F0 0A F1 90 F1 0A F1 90 F1 FD F1 90 F1 90 F2 FD F2 90 F2 FD F2?? F2 FD F2 FD F3?? F3 FD F3?? F3 01 F3?? F3?? F4?? F4?? F4?? F4 0B F4?? F4?? F5 01 F5?? F5 01 F5 0A F5 01 F5 01 F6 0B F6 01 F6 0B F6 30 F6 0B F6 0B F7 0A F7 0B F7 0A F7 F2 F7 0A F7 0A F8 32 F8 0A F8 30 F8 F8 32 F8 32 F9 F3 F9 32 F9 F3 F9 F9 F3 F9 F3 FA FA F3 FA FA FA FA Poäng på uppgiften: [4]

Digital- och datorteknik, 2009-10-19 7(12) Uppgift 5b För vilka värden på (0 255) kommer hoppet att utföras för BLO respektive BLT instruktionerna? LDAA # CMPA #132 BLO hoppa LDAA # CMPA #132 BLT hoppa a b c BLO: (0 131) BLO: (0 < 132) BLO: (0 131) BLT: (128 131) BLT: (0 < 132) BLT: (132 255) d e f BLO: (0 <132) BLO: (0 130) BLO: (0 131) BLT: Går Ej BLT: Går Ej BLT: (132 < 255) Poäng på uppgiften: [2] Uppgift 6 DEL B Svara på separata ark. Blanda inte uppgifter på samma ark. Vid simulatorpassen och i labbet använde du stömbrytarna (ML4 INPUT) och sifferindikatorn (ML4 OUTPUT). Du skall nu skriva ett program för CPU12 som hela tiden läser två NBCD-siffror P och Q från strömbrytarna (Inport, 8 bitar) visar P och Q på två sifferindikatorer utför en additionen R = P + Q skriver summan R till den tredje sifferindikatorn. P Q R Från inporten (8 bitars) läses två 4-bitars binära tal P och Q samtidigt. P hittas på [b 7,b 4 ] och Q hittas på [b 3,b 0 ]. Summan skall placeras i [b 3,b 0 ] för att omvandlas till segmentkod och skrivas till sifferindikatorn. Om summan P+Q är större än nio skall ett E (ERROR) skrivas ut. Du får förutsätta att P 9 och Q 9. Du har tillgång till en tabell med segmentkoder och följande definitioner: Inport EQU xxxx Adress för inport UtportP EQU yyyy Adress för utport 1 UtportQ EQU zzzz Adress för utport 2 UtportR EQU wwww Adress för utport 3 Error EQU pp Segmentkod för E (Error) SegCode FCB xx,yy,zz,etc Tabell med segmentkoder för [0,9] Rita flödesplan och dokumentera ditt program Poäng på uppgiften: [7]

Lösning uppgift 6: Flödesplan: START Digital- och datorteknik, 2009-10-19 8(12) Sätt pekare till segmenttabell Läs inport Spara i temp variabel Ja Tag fram vänstra siffran Hämta segmentkod och skriv ut siffran Tag fram högra siffran Hämta segmentkod och skriv ut siffran Hämta segmentkod för fel (E) Addera siffervärdena NBCD? Nej Ja Hämta segmentkod för summasiffran Skriv ut siffran eller felkod

Assemblerprogram för CPU12: Digital- och datorteknik, 2009-10-19 9(12) Inport EQU $400 Inport för två NBCD-siffror b7-b4 och b3-b0 Utport1 EQU $401 Utport för vänstra NBCD-siffran Utport2 EQU $402 Utport för högra NBCD-siffran Utport3 EQU $403 Utport för summans NBCD-siffra eller felkod E Error EQU $5D 7-segmentkod för felkoden E ORG $1000 LD #SegCode Pekare till tabell med 7-segmentkod START LDAA Inport Läs två NBCD-siffror b7-b4 och b3-b0 STAA Data Spara i temp variabel LSRA LSRA LSRA LSRA Tag fram talet till vänster (b7-b4) LDAB A, Hämta segmentkoden för vänstra talet STAB Utport1 Visa på display 1 LDAB #$0F Mask för högra talet (b3-b0) ANDB Data Tag fram högra talet STAB Data Lagra det i temp variabel LDAB B, Hämta segmentkoden för högra talet STAB Utport2 Visa på display 2 LDAB #Error Förbered med felkod för otillåten summa ADDA Data Bilda summan CMPA #9 NBCD-siffra? BHI SHOW Nej! Visa felkod LDAB A, Ja,hämta segmentkoden för summan SHOW STAB Utport3 Visa på display 3 BRA START Upprepa Data RMB 1 Temporär variabel SegCode FCB $77,$22,$5B,$6B,$2E,$6D,$7D,$23,$7F,$6F,$3F,$7C,$55,$7A,$5D,$1D * Tabell med 7-segmentkoder för 0 9 (EQU-definitionerna överst och segmenttabellen behövs ej i tentalösningen eftersom de är givna!)

Digital- och datorteknik, 2009-10-19 10(12) Uppgift 7 Ett grindnät med utsignalen f och de fyra insignalerna x, y, z och w är givet. x z 1 1 y Grindnätet är uppbyggt med OCH-, ELLER- och INVERTERAR-grindar enligt figuren till höger. w w y 1 y z 1 f Konstruera ett minimalt grindnät med NAND-grindar och INVERTERARE, som realiserar funktionen f. w z y Poäng på uppgiften: [7] Lösning uppgift 7:,,, zw f 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 1 1 1 1 11 0 1 1 1 10 0 0 0 0,,, x 1 y w y z y f

Uppgift 8 Digital- och datorteknik, 2009-10-19 11(12) Man vill införa en ny mikroprogrammerad instruktion i FLE-datorn: MOVB n,,adr Move byte from n, (Indexed) to Adr (Extended) Instruktion: RTN: Flaggor: MOVB n,,adr M(n +) M(Adr) Påverkas ej Beskrivning: Kopierar ett dataord från en minnesadress till en annan minnesadress. Maskininstruktionen består av tre bytes och instruktionsformat och OP-kod visas i figuren till höger: Ledigt utrymme i mikrominne, adresser 4C0-4CF. Ledning: Instruktionen kan tänkas var sammansatt av följande FLE-instruktioner: LDAA n, och STAA Adr Observera att MOVB n,,adr inte ändrar register A. Visa hur instruktionens exekveringsfas kan implementeras hos en FLE med mikroprogrammerad styrenhet. Svara i tabellform genom att kopiera följande uppställning: Poäng på uppgiften: [6] Lösning uppgift 8: F5 n Adr Transfervillkor G K adress Transfer- Adress Aktiva styrsignaler RTN-beskrivning 0F5 G0F=1 4C0 OEPC,LDMA,IncPC PC MA, PC+1 PC 4C0 G00=0 - MR,LDT M T 4C1 - OE,f3,f1,LDR +T R 4C2 - OER,LDMA R MA 4C3 - MR,f0,LDR M R 4C4 - OEPC,LDMA,IncPC PC MA, PC+1 PC 4C5 - MR,LDMA M MA 4C6 G0F=1 108 OER,MW R M, (Next Fetch)

Anonym kod: Digital- och datorteknik, 2009-10-19 12(12) Svarsblankett för del A Uppg 1 1a uppgiften besvaras inte inget rätt svarsalternativ a b c d e f g h i j poäng 1b 1c 1d 1e Uppg 2 2a uppgiften besvaras inte inget rätt svarsalternativ a b c d e f g h i j poäng 2b 2c Uppg 3 3a uppgiften besvaras inte inget rätt svarsalternativ a b c d e f g h i j poäng 3b 3c Uppg 4 4a uppgiften besvaras inte inget rätt svarsalternativ a b c d e f g h i j poäng 4b 4c Uppg 5 5a uppgiften besvaras inte inget rätt svarsalternativ a b c d e f g h i j poäng 5b