68 Questions
Welche Komponente eines Mikroprozessors ist für das Ausführen arithmetischer und logischer Operationen verantwortlich?
Rechenwerk (ALU)
Was ist die Hauptaufgabe der Control Unit in einem Mikroprozessor?
Befehle koordinieren und Datenfluss steuern
Welche Funktion erfüllt der Registersatz in einem Mikroprozessor?
Speichert temporäre Daten und Zwischenergebnisse
Was ist der Zweck der internen Busse in einem Mikroprozessor?
Verbindung der verschiedenen Komponenten und Datenfluss ermöglichen
Was ist ein Merkmal der Harvard-Architektur, das zur Leistungssteigerung beiträgt?
Trennung von Speicher für Daten und Anweisungen
Was kann bei parallelen Berechnungen auftreten, wenn die Reihenfolge nicht korrekt festgelegt ist?
Wettlaufbedingungen
Was ist die Hauptfunktion einer 5-stufigen Pipeline in einem Prozessor?
Mehrere Instruktionen gleichzeitig bearbeiten
Welche Aussage über Register ist korrekt?
Register enthalten wichtige Informationen wie Operanden und Befehlszeiger.
Welche Funktion hat der Cache in einem Computersystem hauptsächlich?
Beschleunigen des Zugriffs auf häufig verwendete Daten
Was ist die Hauptfunktion des Hauptspeichers in einem Computersystem?
Langfristige Speicherung von Programmen und Daten
Was bedeutet es, wenn ein Cache-Eintrag ein gültiges Bit (V) hat?
Der Cache-Eintrag ist gültig.
Was passiert bei einem Cache-Miss?
Die CPU muss die Daten mit Wartezyklen aus dem Hauptspeicher lesen.
Was beschreibt der Counter in Bezug auf Caches?
Die Position der Cacheline in der Queue des Sets.
Welche Aussage zur Assoziativität eines Caches ist korrekt?
"Assoziativität" beschreibt die Anzahl an Frames pro Set im Cache.
'Örtliche Lokalität' bezieht sich darauf, dass:
"auf aufeinanderfolgende Elemente im Array zugegriffen wird."
Was bedeutet es, wenn ein System cache-kohärent ist?
Es liefert das aktuellste Datenelement bei einem Lesezugriff.
Was beschreibt den Begriff 'Strukturhazard'?
Mehrere Instruktionen greifen gleichzeitig auf denselben Hardware-Ressourcen zu.
Was verursacht einen Datenkonflikt vom Typ 'WAR'?
Eine Instruktion schreibt in ein Register, bevor eine vorherige Instruktion ihren Wert liest.
Was beschreibt einen Steuerkonflikt (Control Hazard)?
Die Steuerflussänderung durch Verzweigungen wie Sprungbefehle ist nicht im Voraus bekannt.
Was ist Pipeline Forwarding?
Eine Technik, um Data Hazards zu vermeiden, indem Daten direkt in frühere Stufen weitergeleitet werden.
Was versucht die Technik der Branch Prediction vorherzusagen?
Die korrekte Ausführung von bedingten Sprungbefehlen.
Was beschreibt die Technik der Superskalarität?
Eine Technik zur Parallelisierung von Befehlen.
Was führt zu einem Pipeline Hazard?
'Control Hazard' durch Sprungbefehle
'Superskalarität' ermöglicht es einem System...
mehrere Befehle gleichzeitig auszuführen.
Was ist ein potenzielles Problem, das durch 'Pipeline Forwarding' gelöst wird?
Datenkonflikte vom Typ 'RAW'.
Was ist ein Hauptnachteil von Busy Waiting?
Erhöhter Energieverbrauch und ineffizientes System
Wozu dienen Puffer bei IO-Operationen hauptsächlich?
Zur Überbrückung von Geschwindigkeitsunterschieden
Was beinhalten Metadaten in Bezug auf Dateien?
Dateigröße und Speicherpfad
Was kann zu einer Fragmentierung einer Festplatte führen?
Hinzufügen neuer Dateien ohne Löschung alter Dateien
Was ist der Zweck von Fehlerkorrekturinformationen im Dateisystem?
Sicherung von Daten bei Systemausfällen
Was ist der Unterschied zwischen interner Fragmentierung und Verwaltungsaufwand?
Interne Fragmentierung führt zu mehr Seiten im Speicher, Verwaltungsaufwand zu geringerer Effizienz.
Was ist das Ziel des Puffers bei IO-Operationen?
Verbesserung der Effizienz und Geschwindigkeit von IO-Operationen
Was beschreibt die Dateizuordnung im Dateisystem?
Speicherort auf der Festplatte und Fragmentierungsinformationen
Welche Aussage über Puffer bei IO-Operationen ist korrekt?
Puffer können die Geschwindigkeit von IO-Operationen verlangsamen.
Warum ist Busy Waiting im Vergleich zu anderen Warteschleifenmechanismen weniger effizient?
Es belastet die CPU unnötig.
Welche Funktion bietet TCP in einem Netzwerk, die über einfache Adressierung hinausgeht?
Segmentierung von Datenpaketen
Was kann passieren, wenn die starre Schichtenstruktur nicht mehr den Anforderungen einer Anwendung entspricht?
Verbrauch von mehr Ressourcen
Welche Art von Adressen werden auf der physikalischen Schicht (Layer 1) eines Netzwerks verwendet?
MAC-Adressen
Was ist eine mögliche Einschränkung des Schichtenmodells?
Komplexität bei der Lösungsfindung
Welche Aufgabe hat die Netzwerkschicht im OSI-Modell?
Verwaltung von IP-Adressen
Warum ist Flusskontrolle und Überlastungssteuerung wichtig in einem Netzwerk?
Um Engpässe und Überlastungen zu vermeiden
Was bedeutet zeitliche Lokalität in Bezug auf Datenzugriffe?
Zugriff auf Daten, die kürzlich verwendet wurden
Was ist ein Cache-Hit?
Die angeforderten Daten sind bereits im Cache vorhanden
Was bedeutet der Zustand 'Shared Modified' im MESI-Protokoll?
Mehrere Prozessoren haben eine gemeinsame Kopie eines Cache-Blocks, und mindestens einer hat ihn geändert
Was passiert beim 'Thrashing' in einem Computersystem?
Seiten werden häufig zwischen Hauptspeicher und Auslagerungsdatei verschoben, was zu Leistungsabfall führt
Was ist die Funktion des Kernels in einem Betriebssystem?
Schnittstelle zwischen Hardware und Anwendungssoftware
Wofür steht 'TLB' in der Adressumsetzung virtueller nach realer Speicheradresse?
Translation Lookaside Buffer
Was ist ein Vorteil von Microkerneln gegenüber Monolithischen Kerneln?
Modularität und klare Trennung von Kernfunktionalitäten
Was macht der Scheduler in einem Betriebssystem?
Bestimmt die Zuweisung von Prozessorzeit an laufende Prozesse
'fork()' in C erstellt eine Kopie von:
'fork()' erstellt eine Kopie des aktuellen Prozesses
'Polling' wird bevorzugt, wenn:
eine niedrige Latenzzeit erforderlich ist und die Ereignisrate vorhersehbar ist
Was ist der Zweck des Manchester-Codierverfahrens?
Datenbits durch Halbperioden zu takten
Was ist ein Nachteil einer kleinen Page Size?
Mehr interne Fragmentierung
Was tritt auf, wenn der Speicherplatz im Speicher verfügbar ist, aber nicht in einem zusammenhängenden Block?
Externe Fragmentierung
Was passiert bei der LRU-Ersetzungsstrategie für Pages bei einem hohen Maß an Lokalität in den Speicherzugriffen?
Reduzierung der Anzahl der Seitenfehler
Was ist charakteristisch für das Basisbandverfahren?
Direkte Übertragung digitaler Signale
Was ist ein Tradeoff bei der Wahl der Page Size?
Mehr Overhead durch Page Tables
Wann tritt interne Fragmentierung auf?
Durch ungenutzten Speicherplatz innerhalb eines Blocks
Was charakterisiert die mehrstufige Page Table?
Virtueller Adressraum in einem Teil unterteilt
Welche Ersetzungsstrategie für Pages ist vorteilhaft bei hohem Lokalitätsgrad in den Speicherzugriffen?
Least Frequently Used (LFU)
Was ist der Hauptnachteil von Busy Waiting?
Es erhöht den Energieverbrauch des Systems.
Was beinhaltet Metadaten im Dateisystem?
Informationen über die Datei selbst, wie Name und Größe
Was ist die Aufgabe von Puffern in Bezug auf Speichergeräte?
Daten sammeln oder speichern, bevor sie auf das Zielgerät geschrieben oder gelesen werden
Was beinhaltet die Dateizuordnung im Dateisystem?
Dateizugriffspfad, Speicherort auf der Festplatte und Fragmentierungsinformationen
Was bewirkt die Fragmentierung einer Festplatte?
Es führt zu einer Fragmentierung der Festplatte.
Was ist eine Aufgabe der Bitübertragungsschicht?
Zuverlässige Übertragung von Bits über das physikalische Medium sicherstellen
Was ist FDM in Bezug auf die Übertragung von Datenströmen?
Die Datenströme werden auf unterschiedlichen Frequenzen übertragen.
Welche Informationen beinhalten Fehlerkorrekturinformationen?
Daten zur Fehlererkennung und -korrektur
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
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.
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