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Klausuraufgaben Praktisch-Angewandte Informatik


Einleitung

Die folgenden Aufgaben wurden aus verschiedenen Klausuren der Praktisch-Angewandten Informatik von Professor Joubert zusammengetragen.
Die Klausuren von Professor Joubert bestehen immer aus zwei Teilen:
  • Wissenteil, von Professor Joubert
  • Aufgaben zu Themen aus der Großen Übung des Assistenten
Da die Aufgaben zur Großen Übung immer vom jeweiligen Assisten abhängig sind, habe ich hier auf diese verzichtet, da die Themenbereiche hier zu stark wechseln. Ein Lernen und Einschießen auf diese Aufgaben hätte keinen Sinn.
Nun aber genug der Worte, hier sind die Aufgaben:

Aufgaben aus der Klausur WS 1998/99

Aufgabe :

  1. Auf welchem Prinzip beruht die Arbeitsweise eines Analogrechners? Nennen Sie ein Beispiel für einen solchen Rechner.
  2. Nennen Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile von Analogrechnern.

Aufgabe :

  1. Erläutern Sie die Darstellung von Programmen für Datanflußrechner anhand des folgenden Beispiels:
    x = (y + a) * (y - b) / (a + b); z = x + y.
    ~
  2. Warum haben sich Datenflußrechner in der Praxis nicht durchgesetzt?

Aufgabe :

  1. Was ist der Unterschied zwischen einer sprach- und einer maschinenbezogenen Realisierung eines Betriebssystems?
  2. Welche Aufgaben sollen von der Betriebsmittelverwaltung eines Betriebssystems erledigt werden?
  3. Beschreiben Sie die Funktion eines Prozeßumschalters (Pseudoprozessors).
  4. Welche notwendigen Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit eine Verklemmung in einem Betriebssystem auftreten kann?
  5. Beweisen Sie, daß keine Verklemmungen auftreten können, wenn die Betriebsmittelklassen Bj, j = 0,...,n total geordnet werden und Prozesse Betriebsmittel nur in zunehmender Rangfolge belegen dürfen.
  6. Nennen Sie zwei weitere Maßnahmen, die ergriffen werden können, damit sichergestellt ist, daß Verklemmungen nicht auftreten können. Welche Nachteile haben die von Ihnen vorgeschlagenen Methoden?

Aufgaben aus der Klausur WS 1990/91

Fragen zur Rechnerarchitektur

  1. Eine Rechnerarchitektur wird definiert durch
    • Ein Operationsprinzip und
    • die (Hardware-)Struktur
    Welche zwei Hauptmerkmale kennzeichnen das Operationsprinzip?
  2. Im allgemeinen Fall kann die Informationsstruktur eines Rechners durch drei Komponenten spezifiziert werden. Beschreiben Sie, wie die Informationsstruktur eines Von-Neumann-Rechners definiert wird.
  3. Zählen Sie drei wichtige Nachteile der Von-Neumann-Architektur auf und erläutern Sie diese.
  4. Was verstehen Sie unter
    1. physikalischem Von-Neumann-Flaschenhals
    2. intellektuellem Von-Neumann-Flaschenhals
  5. Programme für Datenflußrechner werden durch gerichtete Graphen dargestellt. Geben Sie einen solchen Graphen zur Berechnung der folgenden Anweisung an:
    c = (a + b) / (a - b)

Fragen über Betriebssysteme

  1. Was sind die drei Aufgabenbereiche eines Betriebssystems, und welche Funktionen werden von einem Betriebssystem bereitgestellt, um diese zu erfüllen?
  2. Nennen und charakterisieren Sie die Zustände, in denen sich ein Prozeß befinden kann, während er unter Regie eines Betriebssystems ausgeführt wird. Stellen Sie die möglichen Zustandsübergänge graphisch dar.
  3. Bei einer Wetterstation sind zwei automatische Meßgeräte MA und MB, auf verschiedenen Höhen installiert. Diese registrieren alle 5 Minuten die Zeit, Lufttemperaut, Windrichtung und -gewindigkeit in internen Registern. In einem angeschlossenen Rechner laufen zwei Prozesse, A und B, die anschließend die Meßdaten aus den jeweiligen internen Registern der Geräte MA und MB in einen Zwischenspeicher des Rechners übertragen. Der Zwischenspeicher ist gerade groß genug, um die Meßdaten eines der Geräte zu speicher. Ein dritter Prozeß, C, liest die Daten aus dem Zwischenspeicher, sortiert diese und speichert sie anschließend in Dateien für Temperatur usw.
    Weil hierbei drei kooperierende Prozesse im Rechner laufen, ist es notwendig, daß diese synchronisiert werden, d.h.:
    • Es kann nur einer der Prozesse A oder B zu einem bestimmten Zeitpunkt Daten in dem Zwischenspeicher ablegen und das nur, wenn der Zwischenspeicher leer ist.
    • Prozeß C darf erst dann Daten aus dem Zwischenspeicher lesen, wenn er vorher gefüllt wurde.
    Wie kann die Kooperation der Prozesse A, B und C synchronisiert werden? (Beschreiben Sie die Wirkungsweise des von Ihnen vorgeschlagenen Verfahrens.)

Aufgaben aus der Klausur WS 1993/94

Fragen zur Rechnerarchitektur

  1. Auf welchem Prinzip beruht die Arbeitsweise eines Analogrechners? nennen Sie ein Beispiel für einen solchen Rechner.
  2. Nennen Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile von Analogrechnern.
  3. Aus welchen Komponenten bestehen Rechner mit gespeicherten Programmen (English: stored program computers)?
  4. Worin unterscheiden sich 2- und 3-Adreßbefehle bei Rechnern mit gespeichertem Programmen?
  5. Im allgemeinen Fall kann die Informationsstruktur eines Rechners durch drei Komponenten spezifiziert werden. Beschreiben Sie, wie die Informationsstruktur eines Von-Neumann-Rechners definiert wird.
  6. Nennen Sie vier Architekturprinzipien, die für alle RISC-Prozessoren gelten.

Aufgaben zum Betriebssystem

  1. Man unterscheidet drei Betriebsarten eines Rechners:
    • Stapelbetrieb (batch mode)
    • Dialogbetrieb (time sharing mode)
    • Echtzeitbetrieb (real time mode)
    Beschreiben Sie kurz, worin diese Betriebsarten sich unterscheiden.
  2. Zur Synchronisation von Prozessen werden häufig Semaphore verwendet. Zeigen Sie, wie man Semaphore dazu benutzen kann, um speziell die Belegung und Freigabe von Betriebsmitteln zu synchronisieren?
  3. Welche notwendigen Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit eine Verklemmung in einem Betriebssystem auftreten kann?
  4. Worin unterscheiden sich die reelle Adressierung und die virtuelle Adressierung?
  5. Bei einem virtuellem System sollen fünf Seiten p0,...,p4 mehrerer Prozesse verwaltet werden. Zu den ersten drei Zeitpunkten werden die Kacheln mit den Seiten 0, 1 und 4 gefüllt.
    Zeit12345678
    Referenz01432301
    Kachel 0000
    Kachel 1-11
    Kachel 2--4
    Die Referenz-Zahl gibt die Nummer der jeweils als nächstes benötigten Seite an. Führen Sie diese Liste entsprechend der FIFO (first in first out)-Nachschubstrategie fort.

Aufgaben zur Zahldarstellung

  1. Wandeln Sie die folgenden bezüglich verschiedener Basen angegebenen Zahlen in das Oktalsystem.
    1. (12345)6
    2. (123456)7
  2. Führen Sie die folgenden Subtraktionen mit Hilfe des Zweier-Komplementes und der Addition im Binärsystem (8 Stellen) aus.
    1. (97)10 - (43)10
    2. (123)10 - (73)10
  3. Wandeln Sie die folgenden Berechnungen im IEEE-Format gegebenen Gleitkommazahlen in das Dezimalsystem.
    1. 0 10010011 00101101010110010001000
    2. 1 01111000 10010011000010111110000
  4. Führen Sie die folgenden Berechnungen in der IEEE-verwandten Gleitkommadarstellung durch. Dabei kann die Zahl der Mantissenstellen und der Exponentenstellen als beliebig groß angenommen werden.
    1. 0,4875 / 3,1875
    2. 13,1875 + 0,921875

Fragen zu UNIX

  1. Benutzen Sie find und egrep in einem einzeiligen UNIX-Kommando, um alle Zeilen in echten Dateien mit der Endung .txt innerhalb Ihres Verzeichnisbaums auszugeben, sofern diese Zeilen ein Wort enthalten, in dem mehr als ein e und mehr als ein n vorkommt.
  2. Geben Sie ein einzeiliges UNIX-Kommando für die sh an, das die Anzahl aller echten Dateien in Ihrem Home-Directory ausgibt, die in Ihrem Namen ein $ enthalten. Dabei sind zusätzlich die Namen dieser Dateien (inklusive protections, usw.) in der Datei $HOME/dollar zu speichern.
  3. Geben Sie ein einzeiliges UNIX-Kommando an, das die Anzahl der Suchpfade angibt, die in der Environment-Variable PATH gespeichert sind. Nehmen Sie dafür an, daß die jeweiligen Pfadnamen keinen Doppelpunk enthalten, sondern dieser nur als Trennzeichen verwendet wird.
    Beispiel: PATH=/usr/bin:/usr/local/bin:.

Aufgaben aus der Klausur WS 92/93

  • Auf welchem Prinzip beruht die Arbeitsweise eines Analogrechners? Nennen Sie ein Beispiel für einen solchen Rechner.
  • Nennen Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile von Analogrechnern.
  • Aus welchen Komponenten bestehen Rechner mit gespeicherten Programmen (english: stored program computers)?
  • Nennen Sie das Operationsprinzip eines Von-Neumann-Rechners.
  • Worin unterscheiden sich die Von-Neumann- und die Harvard-Rechnerarchitekturen?
  • Was sind die wichtigsten Vor- und Nachteile der Harvard-Architektur?
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Leistungsfähigkeit des klassischen Von-Neumann-Rechners zu verbessern. Eine solche Maßnahme wäre z.B. die Erhöhung der Taktrate. Nennen Sie noch drei weitere Maßnahmen, die getroffen werden können, um die Leistungsfähigkeit solcher Rechner zu verbessern.
  • Eine Rechnerarchitektur wird definiert durch:
    • ein Operationsprinzip, und
    • die (Hardware-)Struktur
    Welche zwei Hauptmerkmale kennzeichnen ein solches Operationsprinzip?
  • Wie sieht der Operationsablauf einer Von-Neumann-Maschine aus?
  • Nennen und erläutern Sie drei wichtige Nachteile der Von-Neumann-Architektur.
    1. Was ist ein Bus in einem Betriebssystem?
    2. Welche Arten von Bussen gibt es?
  • Programme für Datenflußrechner werden durch gerichtete Graphen dargestellt. Erläutern Sie eine solche Darstellung anhand des folgenden Beispiels:
    a = x * (2 + 3 * y) - 3 * z
  • Was sind die drei Aufgabenbereiche eines Betriebssystems?
  • Nennen Sie die Aufgaben der Betriebsmittelverwaltung eines Betriebssystems.
  • Zur Synchronisation von Prozessen können Semaphoren benutzt werden. Wie können Semaphoren dazu benutzt werden, um die Belegung und Freigabe von Betriebsmitteln zu synchronisieren?
  • Strategien, wie die Segmentierung, zur Verwaltung des Betriebsmittels Arbeitsspeicher können dazu führen, daß Prozesse, die einen grösseren Bedarf anmelden, unter Umständen gar nicht in den laufenden Zustand versetzt werden können. Das sogenannte Handwerkerproblem stellt ein Modell der Betriebsmittelverwaltung dar, das in solchen Fällen Abhilfe schaffen kann. Beschreiben Sie dieses Modell und die darausfolgenden Strategien zur Betriebsmittelverwaltung.

Letzte Änderung : 26-Dez-2016
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