questions 01

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+# Fragen zum 1. Kapitel
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+**1. Was sind die Komponenten der von-Neumann-Architektur?**
+
+Die von-Neumann-Architektur besteht aus einer CPU mit Steuer- und Rechenwerk,
+einem einzelnen Speicher für Programmcode und Daten, und verschiedenen IO
+Geräten wie Massenspeicher und Peripheriegeräte. Die Systeme werden mit einem
+Bus-System verbunden.
+
+**2. Was unterscheidet die von-Neumann-Architektur von der Harvard-Architektur?**
+
+Die Harvard-Architektur hat im Gegensatz zur von-Neumann-Architektur getrennten
+Speicher für Programmcode und Daten.
+
+**3. Wieso ist es gerechtfertigt, komplexe moderne Speicherstrukturen als einen Speicher zu behandeln?**
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+Streng genommen gibt es in der von-Neumann-Architektur nur einen Speicher, aber
+moderne Rechner haben mehrere Levels von Caches. Dadurch entsteht ein
+Einheitliches Zugriffsmuster und die Komplexität des Computersystems wird
+reduziert.
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+**4. Inwiefern unterscheidet sich unser Rechnermodell von der von-Neumann-Architektur?**
+
+Moderne Rechner haben einen Memory Controller und Caches.
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+**5. Welche Schritte werden durchlaufen, damit ein Java-Programm ausgeführt werden kann?**
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+Das Java-Programm vorkompiliert. Das Betriebssystem führt eine JVM Instanz auf,
+welche dann das vorkompilierte Java Programm ausführt. Die JVM Instanz generiert
+dabei anhand des Java Programms die Instruktionen für die CPU daraus generiert
+und diese dann ausführen lässt.
+
+**6. Welche Schritte werden durchlaufen, um einen einzelnen Maschinenbefehl auszuführen?**
+
+* Fetch -- Die Instruktion wird aus dem Speicher geladen
+* Inkrementiere den IP/PC -- Dammit die nächste Instruktion geladen werden kann
+* Decode -- Interpretiere die Instruktion und Argumente
+* Execute -- Führe die Instruktion aus
+* Memory Access -- Falls notwendig greife auf den Speicher zu
+* Write Back -- Schreibe ggf. das Ergebnis in ein Register
+
+**7. Wie viele Takte dauert die Ausführung eines einzelnen Maschinenbefehls?**
+
+In der Regel dauert die Ausführung von Instruktionen einen Takt lang. Komplexere
+Instruktionen können länger dauern.
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+**8. Suchen Sie 3 Befehle der x86-Architektur heraus**
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+* `mov` -- Daten zu oder aus Registern verschieben
+* `add` -- Daten addieren
+* `sub` -- Daten subtrahieren
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+**9. Führen Sie folgendes Programm mit dem Adventskalender-Beispiel aus der Vorlesung durch:**
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+```pseudocode
+01 LOAD     <<17>>          → [R1]  ; lade Tür 17 zu Register 1
+02 LOAD     <13>            → [R2]  ; lade Tür 13 zu Register 2
+03 ADD      [R1], [R2]      → [O1]  ; addiere Register 1 und 2 und schreibe zu O1
+04 WRITE    [O1]            → I/O   ; schreibe O1 in irgendein IO Gerät
+05 MUL      [R1], [R2]      → [O1]  ; multipliziere Register 1 und 2 und schreibe zu O1
+06 WRITE    [O1]            → I/O   ; schreibe O1 in irgendein IO Gerät
+```
+(siehe Kommentare, das ist Pseudocode und damit nicht ausführbar)
+
+**10. Welche Probleme kann es geben, wenn auf einem System mehrere Programme gleichzeitig laufen sollen?**
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+* Programme "streiten" sich um Ressourcen
+* Programme greifen auf den Speicher eines anderen Programmes zu und verändern dort Daten
+* Programme müssen aufeinander warten, weil eine Ressource nur begrenzt verfügbar ist
+* Ein Programm muss zu lange auf Ressourcen warten, der Programmkontext ist dann
+  veraltet
+* …
+
+**11. Was ist die Aufgabe von Betriebssystemen?**
+
+Das Betriebssystem hat die Aufgabe, die Ressourcen (seien diese Software oder
+Hardware Ressourcen) des Systems zu verwalten und an die unprivilegierten
+Prozesse zu verteilen. Moderne Betriebssysteme haben oft noch deutlich mehr
+Aufgaben.
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+**12. Was besagt das Highlander-Prinzip?**
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+"There can only be one."
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+**13. Warum muss für Betriebssysteme das Highlander-Prinzip gelten?**
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+Es kann pro System nur ein Betriebssystem geben.
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+**14. Geben Sie drei Beispiele für Software-Betriebsmittel**
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+Dateien, Netzwerkssockets und Threads
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+**15. Warum ist die CPU ein entziehbares und exklusives Betriebsmittel?**
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+Prozesse schreiten genau dann voran, wenn die CPU ihre Instruktionen
+bearbeitet. Wenn nicht, wartet das Programm darauf, dass es wieder CPU Zeit
+bekommt.
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+**16. Warum muss das Betriebssystem vor Anwendungssoftware abgeschottet werden?**
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+Das Betriebssystem hat besondere Rechte die Hardware zu manipulieren, z.B. das
+Gerät auszuschalten. Außerdem kann das Betriebssystem jede Datei, jeden Prozess
+auf dem Gerät einsehen. Anwendersoftware sollte diese Möglichkeit nicht haben,
+damit keine unnötigen Risiken eingegangen werden.
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+**17. Warum müssen Anwendungen untereinander abgeschottet werden?**
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+Ansonsten könnten Programme versehentlich auf den Speicher anderer Programme
+zugreifen und so undefiniertes Verhalten erzeugen.
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+**18. Warum werden die Befehle aus Frage 8 im User- bzw. Kernelmodus ausgeführt?**
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+* `mov` -- Daten zu oder aus Registern verschieben -- Jedes Programm braucht Daten im Register, um Aktionen ausführen zu können
+* `add` -- Daten addieren -- Addition ist eine grundlegende Rechenoperation
+* `sub` -- Daten subtrahieren -- Subtraktion ist eine grundlegende Rechenoperation
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+**19. Warum ist eine Trennung zwischen User- und Kernelmodus ohne Hilfe der Hardware nicht möglich?**
+
+Jedes Programm kann Instruktionen an die CPU geben, welche dort ausgeführt
+werden. Instruktionen an sich haben keine Daten darüber, ob sie privilegiert
+sind oder nicht, daher muss die Hardware zur unterscheidung der Rechte irgendwo
+speichern, ob Instruktionen privilegiert ausgeführt werden, oder nicht.

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