Architettura dei sistemi di elaborazione

APPELLO 25 SETTEMBRE

COMUNICO AGLI STUDENTI CHE L'APPELLO DI IERI POMERIGGIO E' STATO CORRETTO E VERBALIZZATO. A QUESTO PUNTO GLI STUDENTI HANNO TEMPO PER VERIFICARE IL GIUDIZIO E SCEGLIERE SE ACCETTARLO O MENO.

AUTOVALUTAZIONE PRE-ESAME

ARCHITETTURE DI CALCOLATORI

1) Il teorema del campionamento assicura che l'approssimazione discreta di un segnale analogico a banda limitata, è senza perdita di informazione utile se?
2) La macchina di von Neumann è composta da?
3) Quanti byte ci sono in 1 KB di memoria?
4) Cosa sono il Program Counter e l'Instruction Register?
5) Da quanti passaggi si compone il ciclo fetch-decode-execute ?
6) Quali sono i principi di progettazione per i computer moderni?
7) Un processore SIMD è costituito da?
8) Per calcolare la distanza di Hamming tra due parole, quale operazione si deve utilizzare?
9) In un hard disk le prestazioni dipendono da?
10) In un CDROM un settore è costituito da quanti frame? Cosa contengono?
11) Quali sono la principale differenza tra DVD e CD?
12) Per quali valori di A e B l'uguaglianza A+B = A B è verificata?
13) Quando si può utilizzare un multiplexer per realizzare una qualsiasi funzione logica?
14) Un decoder è un circuito combinatorio che può essere utilizzato per?
15) In un circuito digitale è possibile collegare due uscite insieme?
16) Elencare le caratteristiche delle ROM
17) Per incrementare la larghezza di banda di un bus occorre?
18) In un Pentium 4 i principali segnali di risposta del bus sono?
19) Descrivere lo schema adottato dalla CPU UltraSPARC III per la gestione della cache
20) Descrivere l'integrato 8051
21) Descrivere il memory-mapped I/O

SISTEMI OPERATIVI

22) Quali funzioni ha un Sistema Operativo?
23) In un Sistema Operativo le principali astrazioni sono?
24) Un processo è un concetto chiave presente in ogni Sistema Operativo, si può definire come?
25) I File in UNIX sono protetti con tre bit, a che servono?
26) In UNIX ogni processo ha uno spazio di memoria assegnato diviso in tre segmenti, quali?
27) Che cos'è un Sistema monolitico?
28) In quale circostanza sono creati nuovi processi? E in quale altra termina un processo?
29) Quali sono gli stati di un processo?
30) Quali informazioni non possono essere condivise tra processi?
31) Quando accade una corsa critica?
32) In un ambiente concorrente per evitare le corse critiche si possono definire delle condizioni, quali?
33) In quale circostanza è conveniente avviare lo scheduling?
34) Gli algoritmi di scheduling posso essere divisi in due categorie, quali?
35) Quali sono gli algoritmi di scheduling nei sistemi batch?
36) Supponendo di disporre dei seguenti tempi di esecuzione T0, T1, T2 e T3 nell'algoritmo shortest process next con tecnica di aging, quale sarà la stima per T4?
37) Per consentire a più applicazioni di essere in memoria allo stesso tempo senza interferire devono essere risolti due problemi, quali?
38) Quali sono i metodi per tenere traccia dell'utilizzo della memoria?
39) Qual è la struttura di una riga della tabella delle pagine?
40) Nell'algoritmo Not Recently Used (NRU) la classe 0 è..
41) Quando il sistema operativo non è coinvolto con la paginazione?
42) I programmatori sanno che tecnica di gestione della memoria (paginazione o segmentazione) è utilizzata?
43) Perché è stata inventata la paginazione?
44) Perché è stata inventata la segmentazione?
45) Quali sono le strutture di file più comuni?
46) Qual è la corretta sequenza dell'intestazione all'interno di un file eseguibile binario nelle prime versioni di UNIX?
47) Qual è la chiamata di sistema UNIX per leggere gli attributi di un file?
48) Qual è il separatore per i file utilizzato in MULTICS?
49) In un sistema di gestione del file system, qual è la voce speciale che permette di riferirsi alla directory corrente?
50) In UNIX, qual è la chiamata che permette di creare una directory vuota?
51) In un programma C, i parametri passati al programma principale, main(), sono passati attraverso?
52) Nel layout del file system, il master boot record è?
53) Nel layout del file system, il blocco di boot è fatto di..
54) Che cos'è l'i-node in un sistema UNIX?
55) I cambiamenti nella tecnologia spingono l'evoluzione dei file system: le CPU diventano più veloci; i dischi, le memorie e le cache sono sempre più grandi e economiche. Il collo di bottiglia diventa così il tempo di ricerca su disco (per quelli meccanici). Quali file system sono stati progettati per ridurre questo problema?
56) Quali sono le principali categorie di dispositivi di I/O?
57) Quali sono gli svantaggi del port-mapped I/O?
58) Quali sono gli svantaggi del memory-mapped I/O?
59) Quali sono le 4 proprietà di un interrupt preciso?
60) Quali sono i principali obiettivi del software di I/O?
61) Quali sono le tecniche di gestione degli I/O?
62) Quali sono i livelli software per la gestione dell'I/O?
63) Quali sono i fattori che compromettono il tempo necessario a leggere o scrivere un blocco del disco?
64) Quali sono le modalità di funzionamento di un clock programmabile?
65) In un computer con un clock di 10 GHz che distanza possono percorrere i segnali elettrici?
66) Per incrementare drasticamente le performance di un calcolatore che architetture occorre progettare?
67) In un'architettura UMA con rete di commutazione a più stadi di tipo omega con n CPU, n memorie and log2n stadi, con n/2 switch per stadio, complessivamente di quanti switch abbiamo bisogno?
68) Quali sono le caratteristiche chiave di una macchina con accesso non uniforme alla memoria?
69) Quali sono gli approcci per il Sistema Operativo adottati dai multiprocessori?
70) Qual è un potenziali problema in un algoritmo di scheduling a condivisione del tempo su un multiprocessore?
71) Che cosa si intende per diametro in un multicomputer?
72) Qual è il vantaggio di utilizzare un'architettura di multicomputer ad ipercubo?
73) Quali sono i vantaggi della virtualizzazione?

ESERCIZI

74) convertire in binario i numeri in base 10: 255, 127, 15 , 1023, 4095

75) convertire in ottale i numeri in base 10: 255, 127, 15 , 1023, 4095

76) convertire in esadecimale i numeri in base 10: 255, 127, 15 , 1023, 4095

77) convertire in decimale i numeri esadecimali: FF, FFE, 1A09, 2001, 1FA

78) convertire in decimale i numeri ottali: 77, 775, 1702, 2001, 17679) convertire in decimale i numeri binari: 1111, 1000, 10, 11001, 11111111, 10001111, 111111111111, 111111111110

ESONERO 2 - data prevista

ESERCITAZIONE

INPUT/OUTPUT
- PRINCIPI HARDWARE
- - Dispositivi di I/O
- - Controller dei dispositivi
- - Port-Mapped I/O
- - Memory-Mapped I/O
- - Hybrid-Mapped I/O
- - Direct Memory Access (DMA)
- - Interrupt rivisitati
- - Interrupt precisi e imprecisi
- PRINCIPI DEL SOFTWARE
- - Obiettivi del software
- - Modalità di gestione 
- - I/O guidato dagli interrupt
- - I/O con uso del DMA
- LIVELLI SOFTWARE
- - Gestori degli interrupt
- - Driver dei dispositivi
- - software indipendente dal dispositivo
- - software nello spazio utente
- DISCHI
- - Hardware dei dischi
- - Formattazione dei dischi
- - Algoritmi di scheduling
- - Gestione degli errori
- - Memoria stabile
- CLOCK
- - Hardware dei clock
- - Software dei clock
- - Timer soft

FILE SYSTEM 
- FILE
- - Nomi, Struttura, Tipi, Accesso, Attributi, Operazioni
- - Un esempio UNIX di chiamata di sistema del file system
- DIRECTORY
- - Sistemi di directory, Path name, Operazioni
- REALIZZAZIONE DEL FILE SYSTEM
- - Layout del file system
- - Realizzazione dei file
- - Realizzazione delle directory 
- REALIZZAZIONE DEL FILE SYSTEM
- - File condivisi
- - File system su log strutturati
- - File system Journaling
- - File system virtuali 

LA GESTIONE DELLA MEMORIA

- NESSUNA ASTRAZIONE DI MEMORIA
- UN’ASTRAZIONE DI MEMORIA: SPAZIO DI INDIRIZAMENTO
- - Swapping
- - Gestione della memoria libera
- MEMORIA VIRTUALE
- - Paginazione
- - Tabelle delle pagine
- - Velocizzare la paginazione
- - Tabelle delle pagine per grandi memorie LEZIONE 15

- ALGORITMI DI SOSTITUZIONE DELLE PAGINE
- - Il miglior algoritmo di sostituzione delle pagine
- - Not Recently Used (NRU)
- - First-In First-Out (FIFO)
- - Seconda Chance
- - Clock
- - Least Recently Used (LRU)
- - Working Set
- - WSClock
- PROBLEMATICHE DI PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI PAGING
- - Confronto tra politiche di allocazione globali e locali
- - Controllo del carico
- - Dimensione delle pagine
- - Spazio dati e istruzioni distinti
- - Pagine condivise

- PROBLEMATICHE DI PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI PAGING 
- - Librerie condivise 
- - Memory-mapped file 
- - Politiche di ripulizia 
- - Interfaccia della memoria virtuale 
- ASPETTI REALIZZATIVI 
- - Il SO e il paging 
- - Gestione dei page fault 
- - Backup delle instruzioni 
- - Bloccare le pagine in memoria 
- - Swapping dei processi su disco 
- - Separazione tra politica e meccanismo 
- SEGMENTAZIONE 
- - Realizzazione della segmentazione pura 
- - Segmentazione con paginazione: MULTICS 
- - Segmentazione con paginazione: Intel Pentium

PROCESSI E THREAD (PARTE 2/2)

COMUNICAZIONI TRA PROCESSI

- Sleep e wakeup 

- Semafori

- Mutex

- Mutex in Pthread

- Monitor

- Scambio di messaggi 

- Barriere

SCHEDULING

- Introduzione

- Sistemi batch

- Sistemi interattivi

- Sistemi real-time

- La politica contro il meccanismo

- Thread scheduling

ESERCITAZIONE

ESERCITAZIONE: CORREZIONE ESONERO

ESONERO 1

ESERCITAZIONE

SISTEMI OPERATIVI

PROCESSI E THREAD (PARTE 1/2)

PROCESSI

- Il modello di processo

- Creazione del processo

- Chiusura del processo

- Gerarchie di processi

- Stati di un processo

- Realizzazione di processi

- Modellazione della multiprogrammazione

THREAD

- Uso dei thread

- Il modello a thread classico

- Thread POSIX

- Realizzazione dei threads

- Attivazioni dello scheduler

- Thread pop-up

COMUNICAZIONI TRA PROCESSI

- Corse critiche

- Regioni critiche

- Mutua esclusione con busy waiting

SISTEMI OPERATIVI

- Le chiamate di sistema:

- - Gestione dei processi

- - Gestione dei file

- - Gestione delle directory

- Le API Win32 di Windows

- Struttura di un sistema operativo:

- -  Sistemi monolitici

- -  Sistemi a strati

- -  Microkernel

- -  Modello Client-Server

- -  Macchine virtuali

- -  Exokernel

- Introduzione al linguaggio C

Esercitazione

SISTEMI OPERATIVI

- Che cos’è un sistema operativo? 

- Storia dei sistemi operativi

- Concetti di base dei SO

ESERCITAZIONE

ARCHITETTURE PER IL CALCOLO PARALLELO 

 - MULTIPROCESSORI

 - - Hardware

 - - - UMA con architettura basata sul bus

 - - - UMA con crossbar switch

 - - - UMA con multistage switching network

 - - - NUMA

 - - Tipi di sitemi operativi

 - - Sincronizzazione

 - MULTIPROCESSORI

 - - Tipi di sistemi operativi

 - - Sincronizzazione

 - - Scheduling

 - MULTICOMPUTER

 - - Hardware

 - - Software di comunicazione di basso livello

 - - Software di comunicazione a livello utente

 - - Remote Procedure Call (RPC)

 - - Memoria condivisa distribuita

 - - Scheduling

 - - Bilanciamento del Carico

 - VIRTUALIZZAZIONE

 - - Hypervisor tipo 1

 - - Hypervisor tipo 2

 - - Paravirtualizzazione

ESERCITAZIONE

ESERCITAZIONE

IL LIVELLO DI MICROARCHITETTURA (PARTE 2/2)

- Controllo del flusso

- Architetture Intel IA-32 e IA64

IL LIVELLO DEL LINGUAGGIO ASSEMBLATIVO

- Introduzione al linguaggio assemblativo

- Formato delle istruzioni

- Pseudoinstruzioni

- Le macroistruzioni

- - Macro vs procedure

- - Macro con parametri

- Il processo di assemblaggio

- - Primo e secondo passaggio

- Linker e loader 

ARCHITETTURE PER IL CALCOLO PARALLELO 

 - INTRODUZIONE

 - - Classificazione di Flynn (1966)

 - PARALLELISMO NEL CHIP

 - - Parallelismo a livello d’istruzioni

 - - Multithreading nel chip

 - - Multiprocessori in un solo chip

 - COPROCESSORI

ESERCITAZIONE

IL LIVELLO DI MICROARCHITETTURA
- Un esempio di microarchitettura
-- modello di esecuzione
-- data path (o percorso dati)
-- formato delle microinstruzioni
-- microarchitettura Mic-1
- Esempio di ISA: IJVM
-- Lo stack
-- Il modello della memoria
-- Insieme delle istruzioni
IL LIVELLO DI MACROARCHITETTURA
- Overview del livello ISA
- Tipi di dati

IL LIVELLO DI MICROARCHITETTURA 

- Modalità di indirizzamento

- Tipi di istruzioni

- Controllo del flusso

- Architetture Intel IA-32 e IA64

- Introduzione al linguaggio assemblativo

ESEMPI DI CPU 
- Intel Pentium 4
- Intel Core i7
- UltraSPARC III
- Intel 8051
ESEMPI DI BUS
- Bus ISA
- Bus PCI
- PCI Express
- USB
- INTERFACCE
- Parallel I/O (PIO)
- Decodifica dell indirizzo

Soluzioni Esercitazione n.6 svolta da Andrea Strazzulla

Esercitazione n.6 svolta da Andrea Strazzulla

Soluzioni Esercitazione n.4 svolte da Andrea Strazzulla

Esercitazione n.4/5 svolta da Andrea Strazzulla

Esercitazione n.4 svolta da Andrea Strazzulla

Soluzioni Esercitazione n.2 svolta da Andrea Strazzulla

Esercitazione n.2 svolta da Andrea Strazzulla

Esercitazione n.1 (Algebra di Boole, Codici di correzione di errore e sistemi di numerazione) svolta da Andrea Strazzulla

Soluzioni Esercitazione n.1 svolta da Andrea Strazzulla

Testo Ausiliario