Prüfungsüeilnehmer Prüfungsüermin Einzelprüfungsnummer Kennzahl: Frühjahr Kennwort: 2003 66113 Arbeitsplatz-Nr.: Erste Staatsprüfilrg für ein Lehramt an öffentlichen Schulen .PrüfurgsaufgabenFach: Informatik (vertieft studiert) Einzelprüfung: Rechnerarchitektur,Datenb.,Betriebssys. Anzahlder gestelltenThemen(Aufgaben): 2 Anzahlder DruckseitendieserVorlage: 5 Bitte wenden! Frühjahr 20A3 Einzelprüfungsnummer : 66113 Seite:2 Thema Nr, 1 SämtlicheTeilaufgabensind zu bearbeiten! Aufgabe I : Rechnerarchitektur: ModemeRechnerarchitekturen folgen nachwie vor weitgehenddenPrinzipien desVon-NeumannRechners. Bitte beschreiben Siezunächstdie wesentlichen Arbeitsprinzipien desklassischen VonNeumann-Rechners und ergänzenSiedie textuelleBeschreibung durcheineSkizzederWerkedes Von-Neumann-Rechners. ErläutemSie dann,welcheModifikationen modemeRechnerarchitekturen gegenüber diesenPrinzipienaufweisen. Beschreiben Siesodanndie grundlegenden PhasendesMaschinenbefehlszyklus für einenDreiRegister-Adress-Maschinenbefehl vom Typ ADD Rl,R2,R3 sowieeinesDrei-Adress-Speicher-Speicherbefehls ADD [Adressel], [Adresse 2], [Adresse 31. VerwendenSiebei Ihrer Beschreibung die WerkedesVon-Neumann-Rechners undordnenSiediesen die folgendenRegisterzu: Befehlszähler, Instruktionsregister, Statusregister, Allzweckregister! Der Dreiregister-Adressbefehl ist typischfür eineRlSC-Architektur,derSpeicher-speicherbefehl für eineCISC- Architektur. DiskutierenSie die Vor- und Nachteileder beidenArchitekturvariantenanhanddervon Ihnenangegebenen Maschinenbefehlszyklen. Aufgabe2: Rechnernetze: Beschreiben Sie kurz die Funktionender EbenendesISO-Referenz-Modells. Aus welchenGründen wurdedas Referenzmodell vorgeschlagen? Hat sich dasModell in der Praxisdurchgesetzt (bittebegründen)? Aufgabe3: Betriebssysteme: WasverstehtmanuntereinerVerklemmung(Deadlock)?ErläutemSieIhre Definitionanhandeines BeispielseinesProzess-Betriebsmittelgraphen! Beschreiben Siemindestens eineStrategiezur Vermeidungvon Verklemmungen ! FortsetzungnächsteSeite! Frühjahr2003 Einzelprüfungsnummer : 66113 Seite:3 Aufgabe4: ER-Modellierung BetrachtenSie die folgendeMiniwelt der deutschen Bundesbahn. Es gibt Bahnhöfe,Zugabschnitte und Züge. BahnhöfehabeneinenNamen,eine Stadtund eineAdresse.Ein Zugabschnittverbindet zwei Bahnhöfe.Züge habeneine Nummer,einenNamenund sind einem Startbahnhofund einem Endbahnhofsowie mehrerenAbschnittenzugeordnet.Zum Beispiel könnte ein Zug von München nachHamburgfahrenund dabei die AbschnitteMünchen-Augsburg,Augsburg-Stuttgart,StuttgartMannheim,usw.passieren. Zu denZigen soll abgespeichert werden,zu welchenUhrzeitensie auf jedemBabnhofankommenund losfahren.DesWeitemverkehrennicht alleZige täglich.Es soll also erfasstwerden,an welchenTagenein Zttg fatnt.Siekönnenannehmen, dasskein Zug mehrmalsan einemTag verkehrt. l. Zeiclnen Sie die Attribute,Entitätenund Beziehungen einesER-Diagramms,dasdieseMiniwelt modelliert! 2. GebenSie die Funktionalitäten derBeziehungen in IhremER-Diagramman! 3. GebenSiedie Kardinalitäten(in min-maxNotation)derBeziehungen in Ihrem ER-Diagramman! 4. ÜbersetzenSieIhr ER-Diagrammin ein äquivalentes relationalesSchema! 5. Unterstreichen Siealle möelichenSchlüsselin IhremrelationalenSchemal Aufgabe 5r SQL Gegebenseiendie folgendendrei Relationen.DieseRelationenerfassendie Mitarbeiterverwaltung einesUntemehmens. Schlüsselsindfett dargestelltund Fremdschlüssel sindkursiv dargestellt. So jeweils werdenMitarbeiter, Abteilungenund Untemehmen durch ihre Nummer identifizierl AbtNr ist die Nummer der Abteilung, in der ein Mitarbeiter arbeitet.Manager ist die Nummer desMitarbeiters,der die Abteilungleitet. UntNr ist die NummerdesUntemehmens, dem eineAbteilungzugeordnet ist. Mitarbeiter(Nummer,Name,Alter, Gehalt,AbtNr) Abteilung(Nummer,Name,Budget,Manager,UntNr) Unternehmen(Nummer, Name,Adresse) StellenSie folgendeAnfiagenin SQL. 1 . Wie hoch ist das Durchschnittsalterder Abteilung ,,PersonalCare" im Unternehmen,,Test.com"? 2 . GebenSie für jedes UnternehmendasDurchschnittsalterder Mitarbeiter an! 3 . Wie viele Mitarbeiter im Unternehmen,,Test.com"sind älter als ihr Chef? (D. h. sind älter als der Managerder Abteilung,in der sie arbeiten.) 4. WelcheAbteilungenhabenein geringeres Budgetals die Summeder Gehälterder Mitarbeiter,die in derAbteilungarbeiten? FührenSie folgendeAnderungenin SQL durch. 5. VersetzenSie denMitarbeiter,,Wagner"in die Abteilung,,Personal Care"! 6. IxischenSie die Abteilung,,Personal Care"mit allenihrenMitarbeitem! 7. GebenSiedenManagemaller Abieilungen,die ihr Budgetnicht überziehen,eine 10ProzentGe(DasBudgetist überzogen, haltserhöhung. wenndie Gehälterder Mitarbeiterhöhersindals das Budgetder Abteilung.)Zusatzfrage:Waspassiertmit Mitarbeitem,die Managervon mehrerenAbteilunsensind? -4 Frühjahr 2003 Einzelprüfungsnummer : 66113 Seite:4 Thema Nr. 2 1 Aufgabe:Rechnernetze ErläutemSiedie Funktionsweise deslntemetProtokollsTCP/P. GehenSieinsbesondere auf foleende Aspekteein,die Siemöglichstgraphischillustrieren: . Paketvermittlung/Routing . Adressierung von Rechlem:DomainNamen,DomainNameService,IP-Nummem . Fehlerbehandlung: ErkennenfehlerhafterPakete,verlorengegangene Pakete ErläuternSie die FunktionsweisedesWorld Wide Web, dasals Anwendungauf der Basisvon TCP/P realisiertist. GehenSie.insbesondere auf folgendeKonzepteein, die Siewiederuman Beispielenbzw. graphischerläutemsollten: . . . . . Hypertext HTML HTTP URL, Hyperlink Zusammenspiel zwischenWeb-Server und Web-Browser 2. Aufgabe:Normalformenund Normalisierung ZeigenSie formal,dassdasnachfolgende relationaleSchemaeinerRelationStudenten nicht in dritter Normalformist! Studenten:{[MatrNr,Name,Semester, Universität,Fakultät,Dekan,Rektor]] BegrtindenSie intuitiv, warum es zweckmäßigist, eine Relation in die dritte Normalform umzuwandeln. ZeigenSie dazudie so genanntenAnomalienaul die bei fehlenderNormalisierungauftreten können. NormalisierenSie die obige RelationStudenten,indem Sie sie in mehrereRelationenzerlegen,die alle in 3. Normalformsind.ZeigenSiedetailliertdie Vorgehensweise bei derNormalisierungauf! 3. Aufgabe:SQL Gegebensei folgendesrelationalesSchema,daseineUniversitätsverwaltung modelliert: Studenten: {[MatrNr : integer,Name: string,Semester: integer]] Vorlesungen:{[VorlNr : inteeer,Titel: string,SWS:integer,gelesenVon: integer]] Professoren: {[PersNr: inteeer,Name: string,Rang: string,Raum: integer]] hören: {[MatrNr : inteeer.VorlNr : inteeer]] voraussetzen:{[VoreängerVorlNr : integer.NachfolgerVorlNr : inteeer]] prüfen: {[MatrNr : inteser.VorlNr : inteeer,PrüferPersNr: integer,Note : decimal]] FortsetzungnächsteSeite! Frühjahr 2003 Einzelprüfungsnurlmer: 66LI3 Seite:5 FormulierenSie die folgendenAnfragenin SQL: (a) Alle Vorlesungen zusammenmit derAnzahlihrerHörer. (b) Alle Vorlesungen, die von Sokratesgehaltenwerden. (c) Die Studenten, die alle Vorlesungen von Sokratesgehörthaben. (d) Die Durchschnittsnoten aller Studenten desselben Semesters. (e) Die Studenten/Studentinnen mit derbestenDwchschnittsnote. 4. Aufgabe:Indexstrukturen ErläuternSiedie Funktionsweise desB-Baums.ZeigenSiegraphisch,waspassiert,wennnacheinanderdie Schlüssel 4 , 6 , 1 ,3 , 2 , r 0 , 9 , 7, t t , 8 , s eingefügtwerden.Wir nehmenan,dassdie KnotendesB-BaumseineKapazitätvon vier haben. GebenSieallgemeinan,wie hochein B-Baummit insgesamt N Einträgenbei einerKnotenkapazität von ft Datensätzen ist! Als konkretesBeispielgebenSiedie HöheeinesB-Baumsmit 1 MilliardeEinträeenbei einerKnotenkapazität von 100Einträgenan. 5. Aufgabe:Betriebssysteme Für die Kommunikationzwischenzwei Prozessen bzw. zwischenzwei Threadswird häufigein Ringpufferverwendet.RealisierenSie einenderartigenRingpufferin einerIhnengeläufigenProgrammiersprache.Die Mehrbenutzersynchronisation könnenSie wahlweiseunter Nutzung von Semaphoren odermittelsdesMonitor-Konzepts (wie esin Javaverwendetwird) realisieren. Zeigen Sie durch entsprechende graphischeVisualisierungen, wie Ihre Lösung bei gleichzeitigem Zugriff mehrererThreads/Prozesse funktioniert.GehenSie insbesondere auf die ErläuterungdeskritischenBereichsein. Wie wird bei Ihrer Lösungder wechselseitige Ausschlussgarantiert?Ist Ihre Lösungverklemmungsfrei? ZeigenSie an einemBeispieldasAuftreteneinerVerklemmung,wennmehrereProzesse übermehrere RingpufferDatenaustauschen. GebenSieeinigeIxisungsideen an,die Verklemmungen vermeiden.