Multiplexing and Line Coding Techniques Quiz

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Questions and Answers

Welche Komponente eines Mikroprozessors ist für das Ausführen arithmetischer und logischer Operationen verantwortlich?

Registersatz

Steuerwerk

Rechenwerk (ALU) (correct)

Interne Busse

Was ist die Hauptaufgabe der Control Unit in einem Mikroprozessor?

Registerzugriff ermöglichen

Daten speichern

Logische Operationen durchführen

Befehle koordinieren und Datenfluss steuern (correct)

Welche Funktion erfüllt der Registersatz in einem Mikroprozessor?

Führt arithmetische Operationen durch

Speichert temporäre Daten und Zwischenergebnisse (correct)

Koordiniert den Ablauf von Befehlen

Verbindet die verschiedenen Komponenten

Was ist der Zweck der internen Busse in einem Mikroprozessor?

Verbindung der verschiedenen Komponenten und Datenfluss ermöglichen Signup and view all the answers

Was ist ein Merkmal der Harvard-Architektur, das zur Leistungssteigerung beiträgt?

Trennung von Speicher für Daten und Anweisungen Signup and view all the answers

Was kann bei parallelen Berechnungen auftreten, wenn die Reihenfolge nicht korrekt festgelegt ist?

Wettlaufbedingungen Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion einer 5-stufigen Pipeline in einem Prozessor?

Mehrere Instruktionen gleichzeitig bearbeiten Signup and view all the answers

Welche Aussage über Register ist korrekt?

Register enthalten wichtige Informationen wie Operanden und Befehlszeiger. Signup and view all the answers

Welche Funktion hat der Cache in einem Computersystem hauptsächlich?

Beschleunigen des Zugriffs auf häufig verwendete Daten Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion des Hauptspeichers in einem Computersystem?

Langfristige Speicherung von Programmen und Daten Signup and view all the answers

Was bedeutet es, wenn ein Cache-Eintrag ein gültiges Bit (V) hat?

Der Cache-Eintrag ist gültig. Signup and view all the answers

Was passiert bei einem Cache-Miss?

Die CPU muss die Daten mit Wartezyklen aus dem Hauptspeicher lesen. Signup and view all the answers

Was beschreibt der Counter in Bezug auf Caches?

Die Position der Cacheline in der Queue des Sets. Signup and view all the answers

Welche Aussage zur Assoziativität eines Caches ist korrekt?

"Assoziativität" beschreibt die Anzahl an Frames pro Set im Cache. Signup and view all the answers

'Örtliche Lokalität' bezieht sich darauf, dass:

"auf aufeinanderfolgende Elemente im Array zugegriffen wird." Signup and view all the answers

Was bedeutet es, wenn ein System cache-kohärent ist?

Es liefert das aktuellste Datenelement bei einem Lesezugriff. Signup and view all the answers

Was beschreibt den Begriff 'Strukturhazard'?

Mehrere Instruktionen greifen gleichzeitig auf denselben Hardware-Ressourcen zu. Signup and view all the answers

Was verursacht einen Datenkonflikt vom Typ 'WAR'?

Eine Instruktion schreibt in ein Register, bevor eine vorherige Instruktion ihren Wert liest. Signup and view all the answers

Was beschreibt einen Steuerkonflikt (Control Hazard)?

Die Steuerflussänderung durch Verzweigungen wie Sprungbefehle ist nicht im Voraus bekannt. Signup and view all the answers

Was ist Pipeline Forwarding?

Eine Technik, um Data Hazards zu vermeiden, indem Daten direkt in frühere Stufen weitergeleitet werden. Signup and view all the answers

Was versucht die Technik der Branch Prediction vorherzusagen?

Die korrekte Ausführung von bedingten Sprungbefehlen. Signup and view all the answers

Was beschreibt die Technik der Superskalarität?

Eine Technik zur Parallelisierung von Befehlen. Signup and view all the answers

Was führt zu einem Pipeline Hazard?

'Control Hazard' durch Sprungbefehle Signup and view all the answers

'Superskalarität' ermöglicht es einem System...

mehrere Befehle gleichzeitig auszuführen. Signup and view all the answers

Was ist ein potenzielles Problem, das durch 'Pipeline Forwarding' gelöst wird?

Datenkonflikte vom Typ 'RAW'. Signup and view all the answers

Was ist ein Hauptnachteil von Busy Waiting?

Erhöhter Energieverbrauch und ineffizientes System Signup and view all the answers

Wozu dienen Puffer bei IO-Operationen hauptsächlich?

Zur Überbrückung von Geschwindigkeitsunterschieden Signup and view all the answers

Was beinhalten Metadaten in Bezug auf Dateien?

Dateigröße und Speicherpfad Signup and view all the answers

Was kann zu einer Fragmentierung einer Festplatte führen?

Hinzufügen neuer Dateien ohne Löschung alter Dateien Signup and view all the answers

Was ist der Zweck von Fehlerkorrekturinformationen im Dateisystem?

Sicherung von Daten bei Systemausfällen Signup and view all the answers

Was ist der Unterschied zwischen interner Fragmentierung und Verwaltungsaufwand?

Interne Fragmentierung führt zu mehr Seiten im Speicher, Verwaltungsaufwand zu geringerer Effizienz. Signup and view all the answers

Was ist das Ziel des Puffers bei IO-Operationen?

Verbesserung der Effizienz und Geschwindigkeit von IO-Operationen Signup and view all the answers

Was beschreibt die Dateizuordnung im Dateisystem?

Speicherort auf der Festplatte und Fragmentierungsinformationen Signup and view all the answers

Welche Aussage über Puffer bei IO-Operationen ist korrekt?

Puffer können die Geschwindigkeit von IO-Operationen verlangsamen. Signup and view all the answers

Warum ist Busy Waiting im Vergleich zu anderen Warteschleifenmechanismen weniger effizient?

Es belastet die CPU unnötig. Signup and view all the answers

Welche Funktion bietet TCP in einem Netzwerk, die über einfache Adressierung hinausgeht?

Segmentierung von Datenpaketen Signup and view all the answers

Was kann passieren, wenn die starre Schichtenstruktur nicht mehr den Anforderungen einer Anwendung entspricht?

Verbrauch von mehr Ressourcen Signup and view all the answers

Welche Art von Adressen werden auf der physikalischen Schicht (Layer 1) eines Netzwerks verwendet?

MAC-Adressen Signup and view all the answers

Was ist eine mögliche Einschränkung des Schichtenmodells?

Komplexität bei der Lösungsfindung Signup and view all the answers

Welche Aufgabe hat die Netzwerkschicht im OSI-Modell?

Verwaltung von IP-Adressen Signup and view all the answers

Warum ist Flusskontrolle und Überlastungssteuerung wichtig in einem Netzwerk?

Um Engpässe und Überlastungen zu vermeiden Signup and view all the answers

Was bedeutet zeitliche Lokalität in Bezug auf Datenzugriffe?

Zugriff auf Daten, die kürzlich verwendet wurden Signup and view all the answers

Was ist ein Cache-Hit?

Die angeforderten Daten sind bereits im Cache vorhanden Signup and view all the answers

Was bedeutet der Zustand 'Shared Modified' im MESI-Protokoll?

Mehrere Prozessoren haben eine gemeinsame Kopie eines Cache-Blocks, und mindestens einer hat ihn geändert Signup and view all the answers

Was passiert beim 'Thrashing' in einem Computersystem?

Seiten werden häufig zwischen Hauptspeicher und Auslagerungsdatei verschoben, was zu Leistungsabfall führt Signup and view all the answers

Was ist die Funktion des Kernels in einem Betriebssystem?

Schnittstelle zwischen Hardware und Anwendungssoftware Signup and view all the answers

Wofür steht 'TLB' in der Adressumsetzung virtueller nach realer Speicheradresse?

Translation Lookaside Buffer Signup and view all the answers

Was ist ein Vorteil von Microkerneln gegenüber Monolithischen Kerneln?

Modularität und klare Trennung von Kernfunktionalitäten Signup and view all the answers

Was macht der Scheduler in einem Betriebssystem?

Bestimmt die Zuweisung von Prozessorzeit an laufende Prozesse Signup and view all the answers

'fork()' in C erstellt eine Kopie von:

'fork()' erstellt eine Kopie des aktuellen Prozesses Signup and view all the answers

'Polling' wird bevorzugt, wenn:

eine niedrige Latenzzeit erforderlich ist und die Ereignisrate vorhersehbar ist Signup and view all the answers

Was ist der Zweck des Manchester-Codierverfahrens?

Datenbits durch Halbperioden zu takten Signup and view all the answers

Was ist ein Nachteil einer kleinen Page Size?

Mehr interne Fragmentierung Signup and view all the answers

Was tritt auf, wenn der Speicherplatz im Speicher verfügbar ist, aber nicht in einem zusammenhängenden Block?

Externe Fragmentierung Signup and view all the answers

Was passiert bei der LRU-Ersetzungsstrategie für Pages bei einem hohen Maß an Lokalität in den Speicherzugriffen?

Reduzierung der Anzahl der Seitenfehler Signup and view all the answers

Was ist charakteristisch für das Basisbandverfahren?

Direkte Übertragung digitaler Signale Signup and view all the answers

Was ist ein Tradeoff bei der Wahl der Page Size?

Mehr Overhead durch Page Tables Signup and view all the answers

Wann tritt interne Fragmentierung auf?

Durch ungenutzten Speicherplatz innerhalb eines Blocks Signup and view all the answers

Was charakterisiert die mehrstufige Page Table?

Virtueller Adressraum in einem Teil unterteilt Signup and view all the answers

Welche Ersetzungsstrategie für Pages ist vorteilhaft bei hohem Lokalitätsgrad in den Speicherzugriffen?

Least Frequently Used (LFU) Signup and view all the answers

Was ist der Hauptnachteil von Busy Waiting?

Es erhöht den Energieverbrauch des Systems. Signup and view all the answers

Was beinhaltet Metadaten im Dateisystem?

Informationen über die Datei selbst, wie Name und Größe Signup and view all the answers

Was ist die Aufgabe von Puffern in Bezug auf Speichergeräte?

Daten sammeln oder speichern, bevor sie auf das Zielgerät geschrieben oder gelesen werden Signup and view all the answers

Was beinhaltet die Dateizuordnung im Dateisystem?

Dateizugriffspfad, Speicherort auf der Festplatte und Fragmentierungsinformationen Signup and view all the answers

Was bewirkt die Fragmentierung einer Festplatte?

Es führt zu einer Fragmentierung der Festplatte. Signup and view all the answers

Was ist eine Aufgabe der Bitübertragungsschicht?

Zuverlässige Übertragung von Bits über das physikalische Medium sicherstellen Signup and view all the answers

Was ist FDM in Bezug auf die Übertragung von Datenströmen?

Die Datenströme werden auf unterschiedlichen Frequenzen übertragen. Signup and view all the answers

Welche Informationen beinhalten Fehlerkorrekturinformationen?

Daten zur Fehlererkennung und -korrektur Signup and view all the answers

Study Notes

Grundlegende Architektur eines Mikroprozessors

Ein Mikroprozessor besteht aus verschiedenen Komponenten:
- Rechenwerk (ALU): Führt arithmetische und logische Operationen durch
- Steuerwerk (Control Unit): Koordiniert den Ablauf von Befehlen und steuert den Datenfluss innerhalb des Prozessors
- Registersatz: Speichert temporäre Daten und Zwischenergebnisse
- Interne Busse: Verbinden die verschiedenen Komponenten und ermöglichen den Datenfluss zwischen ihnen

5-stufige Pipeline

Eine 5-stufige Pipeline durchläuft die folgenden Schritte:
- IF (Instruction Fetch): Zugriff auf den Befehlsspeicher
- ID (Instruction Decode): Zugriff auf den Registerbereich für Operanden
- OF (Operand Fetch): Zugriff auf den Speicher für Operanden
- EX (Execute): Ausführung von Operationen durch die ALU
- WB (Write Back): Schreiben von Ergebnissen zurück in die Register

Leistungssteigerung bei Harvard-Architektur

Die Harvard-Architektur trennt den Speicher für Daten und Anweisungen
Durch diese Trennung können Befehls- und Datenzugriffe parallel erfolgen, was die Leistung erhöht

Pipeline Hazards

Ein Pipeline Hazard tritt auf, wenn der normale Fluss der Pipeline unterbrochen wird
Dies kann durch Data Hazards, Control Hazards und Structural Hazards verursacht werden

Cache-Konsistenz und Cache-Kohärenz

Cache-Konsistenz: Alle Daten in den Caches sind identisch mit denen im Arbeitsspeicher
Cache-Kohärenz: Ein System, das bei einem Lesezugriff eines Datums das aktuellste Datenelement liefert
Ein Cache-kohärentes System kann temporär inkonsistent sein

Mesung der Computerleistung

Durchsatz: Anzahl der Befehle oder Operationen pro Zeiteinheit
Latenz: Die Zeit, die ein System benötigt, um eine einzelne Operation auszuführen
Benchmark-Tests: Standardisierte Tests, die die Leistungsfähigkeit des Systems in verschiedenen Szenarien messen

Strukturhazard, Datenkonflikt und Steuerkonflikt

Strukturhazard: Mehrere Instruktionen greifen gleichzeitig auf dieselben Hardware-Ressourcen zu
Datenkonflikt: Eine Instruktion möchte auf Daten zugreifen, die von einer vorherigen Instruktion noch nicht fertig verarbeitet wurden
Steuerkonflikt: Die Steuerflussänderung durch Verzweigungen wie Sprungbefehle ist nicht im Voraus bekannt

Registers, Cache und Hauptspeicher

Register: Die schnellsten Speicherorte in einem Prozessor, sehr klein und teuer
Cache: Ein Zwischenspeicher zwischen der CPU und dem Hauptspeicher, größer als Register, aber kleiner als der Hauptspeicher
Hauptspeicher: Ein großer Speicher, der direkt mit der CPU und dem Betriebssystem verbunden ist, langsamer als Register und Cache

Cache-Hit und Cache Miss

Cache-Hit: Die CPU kann die Daten ohne Wartezyklen direkt aus dem Cache-Speicher lesen
Cache Miss: Die CPU muss die Daten mit Wartezyklen aus dem Hauptspeicher lesen und der Cache-Controller fügt die Daten in den Cache-Speicher ein

Lokalität und Assoziativität

Örtliche Lokalität: Häufige Zugriffe auf Daten in räumlicher Nähe
Zeitliche Lokalität: Häufige Zugriffe auf kürzlich verwendete Daten
Assoziativität: Die Verknüpfung von Speicheradressen mit Cache-Zeilen

Microkernel

Ein Microkernel ist der zentrale Bestandteil eines Betriebssystems
Er fungiert als Schnittstelle zwischen Hardware und Anwendungssoftware
Ein Microkernel delegiert viele Dienste, die traditionell im Kernel implementiert sind, in Benutzermodusräume### Datenpuffer
Helfen bei der Überbrückung der Geschwindigkeitsdiskrepanz zwischen CPU und Peripheriegeräten
Sammeln oder speichern Daten, bevor sie auf das Zielgerät geschrieben oder von diesem gelesen werden
Verhindern Verzögerungen durch Wartezeiten bei IO-Operationen

Busy Waiting

Methode der Synchronisation, bei der eine Schleife wiederholt ausgeführt wird, um auf eine bestimmte Bedingung zu warten
Hauptnachteil: unnötige Auslastung der CPU, was zu erhöhtem Energieverbrauch und verringerten Systemeffizienz führt

Metadaten im Dateisystem

Informationen über die Datei selbst, wie Name, Größe, Typ, Erstellungsdatum und Zugriffsrechte
Dateizuordnung: Informationen darüber, wie die Datei auf dem Speichermedium organisiert ist
Dateisystemstruktur: die Struktur, die das Dateisystem verwendet, um Dateien und Verzeichnisse zu organisieren
Fehlerkorrekturinformationen: Daten, die zur Fehlererkennung und -korrektur verwendet werden, um die Integrität der Dateien zu erhalten

Fragmentierung einer Festplatte

Wenn eine Datei auf einer Festplatte gespeichert wird, wird sie kontinuierlich in einem zusammenhängenden Block gespeichert
Wenn Dateien gelöscht und neue hinzugefügt werden, entstehen Lücken zwischen den gespeicherten Dateien
Wenn eine neue Datei gespeichert wird und der verfügbare Speicher nicht ausreicht, wird die Datei fragmentiert
Fragmentierung kann die Leistung der Festplatte beeinträchtigen, da das Lesen und Schreiben von fragmentierten Dateien mehr Zeit und Ressourcen erfordert

Bitübertragungsschicht

Erfüllt die Anforderung der zuverlässigen Übertragung von Bits über das physikalische Medium
Verwendet Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturmechanismen wie Paritätsprüfung, zyklische Redundanzprüfung (CRC), Blockcodes und Rückkopplungsschleifen

Multiplexing

Frequenzmultiplexing (FDM): Übertragung von Datenströmen auf unterschiedlichen Frequenzen
Zeitmultiplexing (TDM): Übertragung von Datenströmen in unterschiedlichen Zeitschlitzen

Page Size und Fragmentierung

Tradeoff zwischen kleiner Page Size und Fragmentierung auf der einen Seite und größerem Overhead durch Page Tables auf der anderen Seite
Mehrstufige Page Tables können verwendet werden, um die Gesamtgröße der Page Tables zu reduzieren

Schichtenmodell

Vorteile: modulare Struktur, Austauschbarkeit, Abstraktion
Nachteile: Overhead, Einschränkung der Flexibilität, Komplexität

OSI-Modell

Logische Adressen auf der Netzwerkschicht (Layer 3) werden als IP-Adressen verwendet
Physikalische Adressen auf der physikalischen Schicht (Layer 1) werden als MAC-Adressen oder Ethernet-Adressen verwendet

TCP

Zuverlässige Datenübertragung durch Segmentierung von Daten in kleinere Pakete, Nummerierung der Pakete und Bestätigung des Empfangs
Flusskontrolle und Überlastungssteuerung durch Anpassung der Datenübertragungsgeschwindigkeit an die Fähigkeiten von Sender und Empfänger

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Description

Test your knowledge on multiplexing and line coding techniques used in data communication. Learn about how data streams are sent sequentially without mixing, and how demultiplexing is done at the receiver end. Explore concepts like baseband transmission, Manchester coding, and more.