Klausur20022

F A C H H O C H S C H U L E
F Ü R
D I E
W I R T S C H A F T
F H D W ,
H A N N O V E R
EINGEBETTETE SYSTEME
K LAUSUR
Studiengang: Informatik
Studienquartal: II. Theoriequartal
Prüfungsumfang:
Skript „Hardware“ und Skript „Endliche Maschinen“
Dozent: Michael Löwe
Termin: 19. Juni 2002
Dauer: 90 Minuten
40 Punkte sind zu erreichen: davon Wissen 16 Punkte, Anwendung 16 Punkte, Transfer 8 Punkte.
Bestanden ab 20 Punkte.
TEIL I: WISSEN (30 MINUTEN)
Aufgabe 1 (2 Punkte): Was ist ein Eingebettetes System im Unterschied zu einem Informationssystemen.
Aufgabe 2 (5 Punkte): Zur Modellierung eingebetteter Systeme werden endliche Automaten eingesetzt.
a) Beschreiben Sie das Grundmodell mit allen seinen Komponenten!
b) Was ist der Unterschied zwischen vollständigen und unvollständigen Automaten?
c) Was ist der Unterschied zwischen Automaten mit und ohne leere Übergänge?
d) Was ist der Unterschied zwischen deterministischen und nicht-deterministischen Automaten?
e) Wie modelliert man Automaten mit mehreren Eingabe- und Ausgabeströmen?
Aufgabe 3 (3 Punkte): Auch Hardware-Automaten, sogenannte Ablaufsteuerungen, sind Automaten.
a) Wie sieht eine Ablaufsteuerung schematisch aus?
b) Erläutern Sie die Parallelen zum Modell der endlichen Automaten aus Aufgabe 2(a)!
c) Sei die logische Funktion der Ablaufsteuerung durch einen Speicherbaustein realisiert! Wie groß
muss dieser Baustein bei 40 verschiedenen Eingaben, 22 möglichen verschiedenen Zuständen
und 11 verschiedenen Ausgabezeichen dimensioniert werden?
Aufgabe 4 (2 Punkt): Was steuert die Ablaufsteuerung (Micro-Code) im Prozessor.
Aufgabe 5 (2 Punkte): Geben Sie zwei mögliche Schaltbilder für einen Speicherbaustein von 256 Bit
Speicherkapazität an! Erläutern Sie die Funktion der einzelnen Signale!
Aufgabe 6 (2 Punkte): Was ist die besondere Eigenschaft von Tri-State-Bausteinen? Wann setzt man sie
ein?
TEIL II: ANWENDUNG ( 40 MINUTEN)
Aufgabe 7 (3 Punkte): Die Schaltung eines Speichers für ein Bit
besteht aus einem Paar rückkoppelnder Gatter, i. d. R. NOR-Gatter,
vgl. Abbildung rechts. Kann man eine solche speichernde Schaltung
auch aus (a) genau 2 AND-Gattern oder (b) genau 2 OR-Gattern
aufbauen? Wann ja, wie?
S
¬Q
R
Q
Aufgabe 8 (3 Punkte): Erstellen Sie die Wahrheitstafel
für Q in Abhängigkeit von den Signalen A, B und C für
A
die logischen Schaltung in der Abbildung links.
Q
C
Aufgabe 9 (4 Punkte): Entwickeln Sie eine Endliche
B
Maschine mit E = A = {0, 1, }. Das Zeichen „“
steht für sowohl „Ende der Eingabe“ als auch „Ende
der Ausgabe“. Die Maschine soll bei jedem Wechsel von
„0“ zu „1“ oder von „1“ zu „0“ an der Eingabe eine „0“ ausgeben und für je 2 gleiche Zeichen (“0“ oder
„1“) hintereinander in der Eingabe eine „1“ ausgeben. Zum Beispiel soll die Eingabe
„01011100010110011“ in die Ausgabe „0001101100010101“ überführt werden, die Eingabe
„000000111“ führt zur Ausgabe „11111011“. (Achtung: Leere Ausgaben sind erlaubt! Denken Sie an
das Eingabezeichen )
Aufgabe 10 (6Punkte): Die Hardware für ein eingebettetes System soll
(1) einen Prozessor mit 10 Bit Adress- und 8 Bit Datenbus (ohne separaten I/O-Bus),
(2) einen 512  8 Bit Programmspeicherbaustein (EPROM),
(3) einen 256  8 Bit Datenspeicherbaustein (RAM),
(4) ein 8255 Parallel-Port mit 4 8-Bit-Registern, die der Prozessor adressieren (entspricht 2
Adressleitungen), beschreiben und auslesen kann, und
(5) einen Anzeigebaustein von 8  4 = 32 Zeichen (1 Zeichen dargestellt durch 8 Bit), die der Prozessor
adressieren (entspricht 5 Adressleitungen) und beschreiben kann, erhalten.
Entwickeln Sie eine „Memory Map“ für dieses System! (D. h., auf welche Leitungen des Adressbusses
werden die Adressleitungen der einzelnen Bausteine geschaltet und wie sieht die Adressdekodierung für
die CS-Signale der vier Speicher- und I/O-Bausteine aus?)
TEIL III: TRANSFER (20 MINUTEN)
Aufgabe 11 (2 Punkte): Formulieren Sie eine Analogie zu den De Morgan’schen Regeln aus der
Mengenlehre, i. e. A  B  A  B und A  B  A  B , mit Hilfe von logischen Gattern.
Aufgabe 13 (3 Punkte): Ist es möglich, für jeden beliebigen nicht-deterministischen einen
deterministischen mit demselben Verhalten (Ein-/Ausgaberelation) zu konstruieren? Wenn ja, wie? Wenn
nein, warum nicht?
Aufgabe 14 (3 Punkte): Die Konstruktion der Parallelschaltung [ A1 | A2 ] von zwei Automaten A1
und A2 mit Hilfe leerer Übergänge aus der Vorlesung war nicht ganz korrekt. Wir hatten es wie in der
Abbildung unten auf der linken Seite gemacht! Richtig ist es wie in der Abbildung rechts. Diskutieren Sie
die unterschiedlichen Effekte der beiden Konstruktionen, z. B. anhand des folgenden regulären
Ausdrucks: [ b+ |( a ; c) ].
Start
A1
Stop
Start
A1
Stop
Start
Start
A2
Stop
Stop
Start
A2
Stop