====== 1. Seznámení s učebnou, základy reprezentace dat, číselné soustavy a plovoucí řádová čárka ======
* pro vyučující: [[..:..:internal:tutorials:01:start|cvičení 1]]
===== Osnova cvičení =====
- požadavky na zápočet, hodnocení
- seznámení s učebnou
- základní reprezentace čísel, program v C
- výstup binární hodnoty na port hardware
===== Co bych si měl na první cvičení zopakovat / připravit =====
- K přihlášení ke GNU/Linuxu v KN:E-2 se používá Hlavní přístupové heslo (více na stránce {{https://support.dce.felk.cvut.cz/mediawiki/index.php/Hesla_a_jejich_spr%C3%A1va_na_%C4%8CVUT/FEL|o přístupových heslech}} na Wiki IT skupiny)
- binární a hexadecimální reprezentace celých čísel čísel
- doplňkový kód
- operace sčítání, odčítání, násobení a dělení
- logické operace s binárními čísly (and, or, rotace, ...)
- reprezentace reálných čísel ([[https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_754|IEEE 754]])
===== Náplň cvičení =====
Cílem cvičení je seznámení s učebnou, zopakování základních pojmů na téma reprezentace dat v počítači.
Na cvičení budeme vycházet z následujícího programu v C, který budeme dále modifikovat.
Program pro zobrazování reprezentace čísel:
/* Simple program to examine how are different data types encoded in memory */
#include
/*
* The macro determines size of given variable and then
* prints individual bytes of the value representation
*/
#define PRINT_MEM(a) print_mem((unsigned char*)&(a), sizeof(a))
void print_mem(unsigned char *ptr, int size) {
int i;
printf("address = 0x%016lx\n", (long unsigned int)ptr);
for (i = 0; i < size; i++) {
printf("0x%02x ", *(ptr+i)); // == printf("0x%02x ", ptr[i]);
}
printf("\n");
}
int main() {
/* try for more types: long, float, double, pointer */
unsigned int unsig = 5;
int sig = -5;
/* Read GNU C Library manual for conversion syntax for other types */
/* https://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Formatted-Output.html */
printf("value = %d\n", unsig);
PRINT_MEM(unsig);
printf("\nvalue = %d\n", sig);
PRINT_MEM(sig);
return 0;
}
Zdojový kód programu je z počítačů v laboratoři možné zkopírovat z adresáře ''/opt/apo/binrep/print_binrep''.
K překladu programu použijte buď přímo příkaz:
gcc -Wall -pedantic -o print_binrep ./print_binrep.c
nebo přiložený soubor s popisem sestavení (''Makefile'') pro program 'make'.
K editaci použijte některý z nainstalovaných editorů (geany, vim, emacs, qtcreator, ...).
Pro ty, co nemají vlastní preferenci je vhodné začít třeba s programem [[https://www.geany.org/|geany]].
==== Úkoly ====
- přeložte a spusťte uvedený program, interpretujte výstupy programu a postupně ho modifikujte tak
* aby tiskl vnitřní reprezentaci i jiných datových typů (např. char, float, long, int*)
* aby vytiskl tabulku celých čísel čísel včetně jejich reprezentace v rozsahu -16 až 15
* aby realizoval operace sčítání a odčítání dvou proměnných (celá čísla) a vytiskl na obrazovku vstupní operandy a výsledky těchto operací včetně jejich vnitřní reprezentace
* vyzkoušejte operace s kladnými i zápornými čísly, zaměřte se i na takové hodnoty, kdy po provedení operace dojde k přetečení
- Vyzkoušejte si ručně sčítání a odčítání celých čísel v doplňkovém kódu
* demonstrujte výpočet např. 7+6, 7-6
* procvičte výpočet na dalších číslech a s pomocí programu výsledky ověřte
* Kdy může dojít k přetečení a jak poznáte, že k němu došlo?
- Násobení celých čísel
* demonstrujte výpočet např. 7*6
* jak se výpočet změní v případě záporných čísel? např. -7*6, -7*(-6), 7*(-6)
* rychlá verze hw násobičky (jak zrychlit opakované sčítání na jedné sčítačce použitím většího množství sčítaček?)
- Dělení celých čísel
* demonstrujte výpočet např. 42/7, 43/7
* jak se výpočet změní v případě záporných čísel?
- Reprezentace reálných čísel (IEEE 754)
* binární reprezentace reálných čísel (float - 32bit, double - 64bit)
* převeďte na binární reprezentaci číslo -0.75, ověřte správnost s pomocí programu pro zobrazení reprezentace v paměti
* převeďte float z binární reprezentace 0xC0A00000 na reálné číslo v desitkové soustavě
* demonstrujte výpočet (v desítkové soustavě) 9.999*10^1 + 1.1610*10^(-1), předpokládejte, že je možné uložit pouze 4 cifry čísla a 2 cifry exponentu.
* Návod: 1) zarovnání čísel, 2) součet, 3) normalizace, 4) zaokrouhlení
* v binární reprezentaci sečtěte čísla 0.5 a -0.4375
* demonstrujte výpočet (v desítkové soustavě) 1.110*10^10 * 9.200*10^(-5)
* v binární reprezentaci vynásobte čísla 0.5 a -0.4375
===== Užitečné odkazy =====
* [[http://support.dce.felk.cvut.cz/pos/cv-langc/|http://support.dce.felk.cvut.cz/pos/cv-langc/]] - Základy jazyka C
* [[http://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Formatted-Output.html|http://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Formatted-Output.html]] - Dokumentace k řízení formátovaného výstupu pro implementaci **printf** z knihovny funkcí pro jazyk C ([[http://www.gnu.org/software/libc/|GLIBC]]) z projektu [[http://www.gnu.org/|GNU]]
* [[https://bootlin.com/doc/legacy/command-line/command_memento.pdf|Základní příkazy pro práci v příkazové řádce]] na [[https://bootlin.com/|Bootlin]]
* Materiál k IEEE 754: {{courses:B35APO:tutorials:02:apo2.pdf|}}
* Popis form8tu IEEE 754 na [[https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_754|Wikipedii]]
* [[https://gcc.gnu.org/git/?p=gcc.git;a=blob;f=libgcc/fp-bit.c]] - implementace operací v plovoucí řádové čárce s využitím operací v pevné řádové čárce tak v knihovně kompilátoru [[http://gcc.gnu.org|GCC]] pro procesory, které hardwarovou implementací operací nedisponují.
===== Domácí úkoly =====
* domácí úkoly 1 až 4 budou zadané a odevzdávané elektronickou formou
* vstup k zadání a odevzdání úkolů je přes adresu [[https://dcenet.felk.cvut.cz/apo/|https://dcenet.felk.cvut.cz/apo/]]
* Na stránce "Assignments" naleznete seznam zadaných úkolů
* Pro vyzkoušení práce s odevzdávacím systémem je k dispozici nehodnocená varianta prvního úkolu **1st training homework**
* Případnými problémy s odevzdávacím systémem se obracejte na svého cvičícího nebo přímo na autora/správce sytému [[courses:b35apo:teacher:susta:start|Richarda Šustu]]
===== Počítačová síť v učebně KN:E-2 =====
Učebna KN:E-2 je vybavena počítači se síťovou instalací operačního systému [[https://www.debian.org/|Debian]] GNU/Linux Jessie.
Po zapnutí počítače je zaveden z lokálního serveru přes PXE zavaděč PXElinux. Ten umožňuje volit
* boot z lokálního disku stanice (nebudeme používat)
* volba ''DCE 4.9 stretch app'' spuštění síťové verze operačního systému [[http://www.debian.org/|Debian Stretch]]
Volba menu zajistí natažení image jádra GNU/Linux a počátečního RAM-disku ze sítě s využitím protokolu TFTP.
Po spuštění jádra je připojen přes NFS kořenový svazek. Ten je ale připojen jen v režimu pro čtení.
Pro dočasné uložení lokálních změn je pak nad tuto adresářovou strukturu namapovaný souborový systém
pro dočasné uložení lokálních změn. Jedná se buď o modul [[https://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/Documentation/filesystems/overlayfs.txt|Overlayfs]] (dříve se používal [[http://aufs.sourceforge.net/|AUFS]]).
Pro ověření přihlašovacích údajů se používá systém Kerberos a ověřuje se proti hlavnímu ČVUT heslo. Po úspěšném přihlášení je pak do adresářové struktury stanice připojen přes NFS svazek s uživatelským kontem, ke kterému má uživatel práva pro čtení a zápis.
Další informace o použitém řešení lze nalézt na stránce Wiki [[https://support.dce.felk.cvut.cz/mediawiki/index.php/Jak_vytvo%C5%99it_bezdiskov%C3%BD_stroj_s_opera%C4%8Dn%C3%ADm_syst%C3%A9mem_GNU/Linux|Jak vytvořit bezdiskový stroj s operačním systémem GNU/Linux]]. Dále jsou k dispozici slide [[http://cmp.felk.cvut.cz/~pisa/linux/diskless/diskless_dce_slides.pdf|DiskLess Debian/GNU Linux]] z prezentace našeho řešení na konferenci/akci [[http://installfest.cz/|Install Fest]].
===== Studentská konta a hesla =====
Pro ověření oprávnění k přístupu do systému a se používá centrální ČVUT/FEL heslo.
===== Vzdálený přístup k datům na uživatelských kontech =====
Kromě místnosti KN:E-2 je prostředí dostupné v místnosti KN:E-s109 a na externě přístupném serveru postel.felk.cvut.cz přes SSH spojení. Pro přenos souborů lze pak použít příkaz SCP případně jiné klienty podporující SCP/SFTP protokol.
Konto si lze připojit do vlastního GNU/Linux systému přes utilitu sshfs, např.:
sshfs jmeno@postel.felk.cvut.cz: /mnt/tmp
Odpojení konta se dá provést příkazem:
fusermount -u /mnt/tmp
Server nabízí i vzdálené připojení k na něm spouštěným grafickým aplikacím
ssh -X jmeno@postel.felk.cvut.cz
Poznámka: Jméno nebylo zvoleno pouze z důvodu pohodlného přístupu z pohodlí domova, ale je především připomínkou jedné z klíčových osobností počítačové sítě Internet - [[http://en.wikipedia.org/wiki/Jon_Postel|Jona Postela]].
===== Řešení problémů s konty, obnova dat =====
V případě problémů s instalací GNU/Linxu kontaktuje Aleše Kapicu ze skupiny IT (http://support.dce.felk.cvut.cz/mediawiki/index.php/IT_kontakty) případně další kolegy ze skupiny IT, kteří mají správu hardware a sítí ne jen v KN:E-2 na starosti.