Multiplexing and Line Coding Techniques Quiz

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

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.