TIEP114 Tietokoneen rakenne ja arkkitehtuuri

TIEP114 Tietokoneen rakenne ja arkkitehtuuri - Harjoitustehtävät

Tehtävien seuraavaan palautukseen on

Suositeltavat palautettavat tehtävät on korostettu tällä taustavärillä.

Kurssin harjoitustehtävät on jaettu kolmeen moduuliin

Boolean logiikka
Kombinaatiologiikka
Sekvenssilogiikka, Assembly ja CPU

Moduulit sisältävät erityyppisiä harjoitustehtäviä, jotka on jaettu seuraaviin osioihin

Huom: Logicsim ja Nand2Tetris tehtävien vastauksia ei saa laittaa Internettiin yleisesti saataville. Palautus vain sähköpostin liitteenä.

Tehtäviä voi tehdä ryhmässä, jos palautuksen yhteydessä listataan kaikki ryhmään kuuluvat henkilöt. Jokaisen ryhmän jäsenen tulee palauttaa vastaukset itsenäisesti.

Kurssin pääsivulla on suositus viikoittain suoritettavista tehtävistä. Kun palautat yhden viikon tehtävät sähköpostilla, voit pakata ne kaikki yhteen tiedostoon, esim. Sukunimi_Etunimi_Viikko1.zip. Nimeä paketissa olevat vastaustiedostosi ao. tehtävätyyppien ohjeiden mukaan.

Tehtävät lähetetään osoitteeseen ari.viinikainen@jyu.fi

Jos et saa sähköpostilla palautetta tehtävistäsi, niin ne olivat ihan oikein.

Ohjeita teoriatehtäviin Ohjeita Elektroniikkatehtäviin Ohjeita LogicSim tehtäviin Ohjeita Nand2Tetris tehtäviin

Tehtävät perustuvat Nand2Tetris kurssin lukuihin 1-5 sekä projekteihin 1-5.
Tehtävien tekemiseen käytetään ohjelmistoa josta pääasiassa Hardware simulaattoria. Käytetystä HDL kielestä löytyy tutoriaali täältä. Huom: Voit tallentaa java ohjelman yliopiston tietokoneille C:\MyTemp hakemistoon. Siirrä projects hakemisto kuitenkin omalle U: levylle, jonne siis tallennat tiedostot, joita tulet muokkaamaan.
Tehtävät tehdään muokkaamalla tekstieditorilla projects hakemistossa olevia tiedostoja. Sen jälkeen toteutuksen toimivuus tulee todeta simulaattorissa.
Seuraavissa tehtävissä saa käyttää "aiemmin toteutettuja portteja", mikä tarkoittaa tehtävälistassa ylempänä olevia HDL portteja (esim. OR porttia toteuttaessa (tehtävä 3) saa käyttää NAND portin lisäksi portteja NOT ja AND. Huom: voit käyttää niitä vaikka et olisi itse niitä toteuttanut (jos jokin aiempi portti on jäänyt toteuttamatta). Tällöin muuta toteuttamattoman portin nimeä, jolloin simulaattori käyttää sisäänrakennettua toteutusta.
Kaikki tehtävät voidaan toteuttaa käyttämällä vain NAND portteja tai NAND porteista rakennettuja kytkentöjä.
Palautus:
- Kustakin tehtävästä palautetaan tiedosto, jonka nimenä on tehtävänannossa mainittu nimi esim. Not.hdl, tiedoston kommentti osuudesta tulee löytyä opiskelijan nimi. Huom: Simulaattori ei toimi jos vaihdat tiedoston nimeä.
- Palauta useampi hdl tiedosto pakattuna zip tiedostoksi jonka nimenä on Sukunimi_Etunimi_N.zip, missä N tarkoittaa Nand2Tetris demoja
- Testaa hdl tiedoston toiminta Hardware simulaattorilla ennen palautusta. Jos palautat version, joka ei toimi, niin todennäköisesti et saa täysiä pisteitä ko. tehtävästä.
- Huom: Jos tehtävästä saa enemmän kuin yhden pisteen, niin arvosteluun vaikuttaa myös toteutuksen kommentointi. Näissä tehtävissä puolet pisteistä tulee toteutuksesta ja puolet kommentoinnista. Täydet pisteet saa vain jos toteutuksen jokaisen rivin toiminta on kommentoitu.

Tehtävät

Boolean logiikka 30 pistettä

Teoriatehtävät 8 pistettä

Teoriatehtäviin kannattaa pelata peliä ja kokeilla ja lueskella peli -sivun vihjeitä

Huom:

Lähtien Boolean algebran säännöistä , johda looginen funktio NOT siten että käytetään vain NAND funktioita (lopputuloksessa tulee olla vain NAND funktioita).
Lähtien Boolean algebran säännöistä, johda looginen funktio AND siten että käytetään vain NAND funktioita.
Lähtien Boolean algebran säännöistä, johda looginen funktio OR siten että käytetään vain NAND funktioita.
Lähtien Boolean algebran säännöistä, johda looginen funktio NOR siten että käytetään vain NAND funktioita.
Johda XOR:in totuustaulusta Boolean lauseke tulojen summamuodossa (SOP sum of products). Vinkki: Tämä on sama muoto kuin Kaikki kahden muuttujan boolean funktiot taulukossa.
Yksinkertaista edellisen tehtävän lauseketta algebrallisesti muotoon jossa toteutus voidaan tehdä NAND porteilla. Toteutus vaatii joko 4 tai 5 NAND:ia. Sieventäminen 4 NAND muotoon lähtee huomiosta että XOR:n negaatio on XNOR. Neljän NAND:n toteutuksen lausekkeessa on 5 NAND termiä mutta 2 termiä ovat samoja, jolloin kytkennässä ne toteutetaan vain kerran.
Ota etu- ja sukunimesi ensimmäinen kirjain (esim. luennoitsijan tapauksesa A ja V, skandinaavisten kirjainten tapauksessa valitse jokin muu kirjainten Å, Ä tai Ö tilalle). Mitkä ovat kirjaimia vastaavat ASCII luvut a) desimaalilukuna, b) binäärilukuna ja c) heksadesimaalilukuna? Huom: laske muunnokset käsin ja käytä tarkistukseen Internetistä löytyviä taulukoita tai muuntajia, esim. ASCII taulu tai Binary translator
Suorita etukirjaintesi binäärinen yhteenlasku (käsin). Mikä lukuarvo on tulos, jos se tulkitaan a) etumerkittömänä 8-bittisenä desimaalilukuna? Entä b) etumerkillisenä 8-bittisenä desimaalilukuna (josta MSB bitti on etumerkki) c) yhden koplementti muodossa, d) kahden komplementti muodossa?