Câu hỏi ôn tập kiến trúc máy tính

Tuyển tập các câu hỏi có lời giải của môn Kiến trúc máy tính của đại học Khoa học tự nhiên. Các câu hỏi phục vụ kì thi giữa và cuối kì. Gồm các định nghĩa, khái niệm, nguyên tác biểu diễn cơ số, số nguyên, các phép thực hiện phép tính toán cộng trừ nhân chia, thông tin, mã hóa và giải mã thông tin, về biểu diễn số thực dấu phẩy tĩnh

Lý thuyết:

1) Nêu quy tắc để chuyển đổi một số từ cơ số này sang cơ số khác

Từ cơ số n(n=2,8,16, ) sang hệ số 10 sử dụng công thức trên

Chuyện A từ cơ số 10 đến cơ số n

2) Nêu nguyên tắc biểu diễn số nguyên có dấu

Số nguyên có dấu:

Bit cao nhất tượng trưng cho dấu:

0: Số nguyên dương 1: số nguyên âm dn-1dn-2….d1d0 bit dấu: dn-1 Biểu diễn= dấu+giá trị tuyệt đối

theo cách biểu diễn trên: bit dn-1 là bit dấu

bit từ dn-2 đi: cho gt ||

Một số n bit tương ứng với số nguyên thâp phân có dấu sao:

VD= +25=00011001(2)

Biểu diễn = số bù trừ 1:

Biểu diễn số âm-N được có bằng cách thay các số nhị phân di của số dương N = số bù của nó

di=0 >> đổi di=1 và ngược lại

VD +25=00011001(2)

-25=11100110(2)

Biểu diễn =số bù 2

lấy số 1 cộng thêm

Biểu diễn = số thừa k

Số dương của N có được = cách cộng thêm vào số thừa K

K đc chọn sao cho tổng của K và một số âm bất kỳ luôn luôn dương

Số âm -N của số N đc chọn = cách lấy K-N

<hay lấy bù 2 của số vừa xd)

VD số thừa K=128 , cộng thêm vào 128 là một số dương: số âm là số

bù của số vừa tính bỏ qua số gưỉ của bit cao nhất

3) Khái niệm về thông tin, mã hóa và giải mã thông tin

Thông tin là sự thông báo, trao đổi, giải thích về một đối tượng cụ thể nào đó

và được thể hiện thông qua các dạng tín hiệu như âm thanh, chữ số, chữ viết… nhằm mang lại một sự hiểu biết nào đó cho đối tượng nhận tin

Mã hóa thông tin là một hình thức biến đổi dữ liệu thành một dạng dữ liệu

khác có ý nghĩa khác với dữ liệu trước khi bị biến đổi ban đầu, với mục đích chỉ

cho phép một số người nhất định có thể đọc được dữ liệu ban đầu, thông qua việc giải mã dữ liệu sau khi biến đổi.

Giải mã là phương pháp để đưa từ dạng thông tin đã được mã hóa về dạng thông tin ban đầu, quá trình ngược của mã hóa.

4) Thực hiện các phép cộng 2 số nhị phân có dấu số 8 bit

Khi cộng hai số nguyên có dấu n-bit, kết quả nhận được là n-bit và không cần quan tâm đến bit C(out)

Cộng hai số khác dấu: kết quả luôn luôn đúng

Cộng 2 số cùng dấu:

- Nếu dấu kết quả cùng dấu với các số hạng thì kết quả là đúng

- Nếu kết quả có dấu ngược lại, khi có tràn số xảy ra (overflow) và kết quả bị sai

Tràn xảy ra khi tổng nằm ngoài dải biểu diễn: [-2n-1, +2n-1-1]

Ví dụ:

5) Trình bày về biểu diễn số thực dấu phẩy tĩnh, lấy ví dụ với số 16 bit

- Biểu diễn số thực dấu phẩy tĩnh:

● Phần nguyên: tương tự cách chuyển đổi số nguyên

● Phần thập phân: nhân liên tiếp phần lẻ cho 2, giữ lại các phần nguyên tạo thành Phần lẻ của số nhị phân sẽ là dãy liên tiếp phần nguyên sinh ra sau mỗi phép nhân tính từ lần nhân đầu đến lần nhân cuối

6) Trình bày về biểu diễn số thực dấu phẩy động 32 bit, ví dụ

Một số thực X được biểu diễn theo kiểu số dấu phẩy động như sau: X = M * RE trong đó: M là phần định trị (Mantissa), R là cơ số (Radix), E là phần mũ (Exp)

Tổng quát: X = (-1)Sx(1.Fraction)x2(E - Bias)

● S biểu diễn dấu của số thực dấu phẩy động (S = 0 nếu X dương, S = 1 nếu X âm)

● Fraction là phần lẻ của phần định trị M (M = 1 Fraction)

● E là phần mũ

● Bias = 127 nếu là chuẩn 32 bit, Bias = 1023 nếu là chuẩn 64 bit Biểu diễn số thực dấy phẩy động độ chính xác đơn (32 bit)

● S là biểu diễn dấu của số thực dấu phẩy động có kích thước là 1 bit

● Phần mũ (exponent) có kích thước là 8 bit

● Phần lẻ (fraction) có kích thước là 23

Ví dụ:

+1.0:

S = 0

1.0 = 1.0 * 20

Mũ E = 127 = 0111 1111

Biểu diễn +1.0 theo dạng chuẩn IEEE 32 bits:

+1.0 = 0 0111 1111 00000000000000000000000

-8.9:

S = 1

8.9 = 1000.1110 0110 0110 0110 0110 0110

= 1.0001 1100 1100 1100 1100 1100 110x 23

Chuyển mũ E = 130 = 1000 0010

⇒ Biểu diễn +8.9 theo dạng chuẩn IEEE là:

-8.9 = 1 1000 0010 0001 1100 1100 1100 110

7) Trình bày các thành phần cơ bản của máy tính

- Các thành phần cơ bản của máy tính:

+ Bộ xử lý trung tâm (CPU): là mạch điện tử trong 1 máy tính, thực hiện các câu lệnh của chương trình máy tính bằng cách thực hiện phép tính

số học, logic, so sánh và các hoạt động nhập/xuất dữ liệu

● Khối điều khiển (CU)

● Đường dẫn dữ liệu (thanh ghi, ALU)

+ Bộ nhớ ngoài/ trong

● RAM (random acess memory) là bộ nhớ tạm thời, tức mọi dữ liệu trên đây sẽ biến mất sau khi restart lại máy Là bộ phận quan trọng vì nó ảnh hưởng nhiều tới tốc độ và hiệu suất làm việc của máy tính

● ROM (read only memory) là bộ nhớ chỉ đọc, ko thay đổi Lưu trữ các dữ liệu có trước kể cả khi tắt máy

● Ổ cứng (HDD hoặc SSD) là bộ nhớ của máy tính chứa toàn bộ dữ liệu Từ ổ hê điều hành cho đến các chương trình, phần mềm, nói chung là nó sẽ lưu lại tất cả dữ liệu

+ Thiết bị ngoại vi (thiết bị vào và ra)

● Bộ nguồn (Power Supply hay PSU) là thiết bị cung cấp năng lượng cho bo mạch chủ, ổ cứng, ổ quang và các tbi khác, đáp ứng năng lượng cho all các tbi phần cứng của máy tính hoạt động

● Card đồ họa (Graphics Card) là tbi xử lý các thông tin về hình ảnh trên máy tính, cụ thể như màu sắc, chi tiết độ phân giải, độ tương phản của hình ảnh

● Bo mạch chủ (Mainboard) là bảng mạch in đóng vai trò lk các tbi thông qua các đầu cắm hoặc dây dẫn phù hợp

BUS là một hệ thống hỗ trợ việc truyền nhận dữ liệu giữa các thành phần bên trong máy tính, hoặc giữa các máy tính với nhau

Phân loại:

BUS địa chỉ: Là các đường dẫn tín hiệu logic một chiều để truyền địa chỉ tham chiếu

tới các khu vực bộ nhớ, truyền dữ liệu giữa các khu vực

BUS dữ liệu: Là các kênh truyền tải thông tin theo 2 chiều giữa CPU và bộ nhớ hoặc

các thiết bị ngoại vi, đọc hoặc viết các dữ liệu, độ rộng xác định được số lượng dữ

liệu truyền và trao đổi

BUS nội bộ: là một loại bus dữ liệu chỉ hoạt động nội bộ trong máy tính hoặc hệ

thống Nó mang dữ liệu và hoạt động như một BUS tiêu chuẩn; chỉ được sử dụng để

kết nối và tương tác với các thành phần máy tính bên trong, kết nối với bộ xử lý, bộ

nhớ, lưu trữ và các thành phần khác Một bus nội bộ nằm trong hệ thống và được cài

đặt chặt chẽ, nó cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn so với bus ngoài

8) Trình bày về bộ nhớ từ, so sánh HDD (đĩa cứng), FDD (đĩa mềm), băng từ

- Đặc điểm & nguyên lý hoạt động:

+ Bộ nhớ điện tĩnh (non-volatile) + Vật liệu khả từ

+ Trạng thái từ tính biểu diễn các bit 0 và 1 + Rào cản cơ học:

● Tuổi thọ ngắn

● Tiếng ồn khi hoạt động

● Tốc độ truy xuất dữ liệu bị giới hạn bởi tốc độ quay

● Tỏa nhiều nhiệt lượng

- So sánh

+ Giống:

● Đều là những tbi dùng để lưu trữ dữ liệu

● Sd rộng rãi trong các lĩnh vực như băng từ âm thanh, băng hình,

Cấu tạo Cuộn trục phim nhựa

mỏng, dài và đc phủ 1 lớp vật liệu từ tráng trên mặt phim nhựa

Một loại ổ mềm

- size: 3,5’’/5.5’’

- Dung lượng: 720kB, 1.44MB, 2.88MB

- Kết nối cáp 34 pin

- Tốc độ quay 300 rpm

Gồm:

- bộ khung

- trục quay

- đĩa từ

- đầu đọc

- bộ truyền động

- mạch điều khiển Hoạt động Chứa đc ít dữ liệu trên 1 đvi

thể tích

Tốc độ truy xuất rất chậm

so với FDD, HDD

- Dung lượng giới hạn tối đa 2.88MB

- Tốc độ truy cập chậm

- Nhỏ gọn, dung lượng lưu trữ lớn

- Tốc độ truy xuất nhanh

Ứng dụng - Băng ghi âm, ghi

hình cũ

- Các loại thẻ từ

+ Thẻ ngân hàng + Thẻ key card

- Lưu trữ nguội

9) Trình bày về bộ nhớ quang, so sánh CD-DVD-BlueRay

- Nguyên tắc hoạt động của bộ nhớ quang:

+ Ghi dữ liệu: Máy tính dịch dữ liệu cần ghi thành các trạng thái phản xạ của mặt đĩa, sau đó dùng tia laser khắc các trạng thái lên đĩa

+ Đọc dữ liệu: máy tính chiếu tia laser vào mặt đĩa, ghi nhận các trạng thái phản xạ ánh sáng sau đó dịch thành mã nhị phân

- So sánh

+ Giống:

● Là các phương tiện sd CN ánh sáng laser để lưu trữ và truy xuất

dữ liệu

● Ctao gồm nhiều lớp đc ép chặt vs nhau: lớp nhữa cứng, lớp phản quang

● Đều là bộ nhớ điện tĩnh

● Dữ liệu đc mã hóa bằng trạng thái phản xạ ánh sáng

Công nghệ đọc

Dung lượng lưu

trữ

khoảng 80 phút

âm thanh hoặc

700 MB dữ liệu máy tính

4,7GB ->17.08GB 25GB -> 1.2TB

phát BlueRay vì

CN này ra đời sau khi DVD đc

có thể sd để phát DVD

phát hành.

nhạc, video, games

lưu trữ dữ liệu, nhạc, video, games

lưu trữ dữ liệu, nhạc, video, games

Các mẫu gần đây đạt tốc độ 18X hoặc 20X Nghĩa

là nhanh hơn 18 hoặc 20 lần

sử dụng laser, tốc độ 36 Mb/s

10) Trình bày về bộ nhớ ROM, RAM (so sánh SRAM, DRAM)

Giới thiệu Phần cứng quan trọng trong

máy tính

Là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên

Ổ đĩa băng từ,

Là bộ nhớ chỉ đọc

Khả năng ghi nhớ Lưu trữ tạm thời Mất dữ liệu

khi tắt máy

Lưu trữ các dữ liệu có trước kể cả khi tắt máy

Công dụng Giúp truy xuất dữ liệu nhanh

chóng hơn

Lưu trữ các thông tin sau mỗi lần sử dụng

So sánh SRAM với DRAM

Mật độ Thấp Cao

11) Trình bày về kỹ thuật ống dẫn, nêu các xung đột và phương pháp giải quyết

Kĩ thuật ống dẫn pipeline là một kỹ thuật mà trong đó các lệnh được thực thi theo

kiểu chồng lấn lên nhau

Các xung đột có thể xảy ra khi áp dụng kỹ thuật pipeline (Pipeline Hazards):

Xung đột là trạng thái mà lệnh tiếp theo không thể thực thi trong chu kỳ pipeline ngay sau đó (hoặc thực thi nhưng sẽ cho ra kết quả sai), thường do một trong ba nguyên nhân sau:

Xung đột cấu trúc (Structural hazard): là khi một lệnh dự kiến không thể thực thi

trong đúng chu kỳ pipeline của nó do phần cứng cần không thể hỗ trợ Nói cách khác, xung đột cấu trúc xảy ra khi có hai lệnh cùng truy xuất vào một tài nguyên phần cứng nào đó cùng một lúc

Xung đột dữ liệu (Data hazard): là khi một lệnh dự kiến không thể thực thi trong

đúng chu kỳ pipeline của nó do dữ liệu mà lệnh này cần vẫn chưa sẵn sàng

Xung đột điều khiển (Control/Branch hazard): là khi một lệnh dự kiến không thể

thực thi trong đúng chu kỳ pipeline của nó do lệnh nạp vào không phải là lệnh được cần Xung đột này xảy ra trong trường hợp luồng thực thi chứa các lệnh nhảy

12) Trình bày về máy tính song song

Các máy tính song song có thể sắp xếp vào 4 loại sau:

· SISD (Single Instructions Stream, Single Data Stream): Máy tính một dòng

lệnh, một dòng số liệu

· SIMD (Single Instructions Stream, Multiple Data Stream): Máy tính một

dòng lệnh, nhiều dòng số liệu

· MISD (Multiple Instructions Stream, Single Data Stream):Máy tính nhiều

dòng lệnh, một dòng số liệu

· MIMD (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream): Máy tính nhiều

dòng lệnh, nhiều dòng số liệu

13) Trình bày về cảm biến hình ảnh

Cảm biến hình ảnh là thiết bị có chức năng chuyển đổi tín hiệu hình ảnh thu được từ việc hấp thụ ánh sáng của vật thể thành tín hiệu điện

Cấu tạo của cảm biến hình ảnh:

-Nguồn sáng riêng : cung cấp ánh sáng để đảm bảo các ảnh ghi được ở trạng thái rõ nét nhất có thể, thuận lợi cho hoạt động phân tích của cảm biến

- Thấu kính - Lens: đưa hình ảnh tới chip xử lý hình ảnh

- Chip xử lý hình ảnh CCD (viết tắt của Charge Coupled Device) hoặc CMOS (viết tắt của Complementary Metal Oxide Semiconductor): có nhiệm vụ chuyển đổi các hình ảnh quang học sang các tín hiệu analog

- Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự/số - Analog/digital converter: chuyển đổi các tín hiệu analog sang tín hiệu số phục vụ cho quá trình xử lý tiếp theo của phần mềm

- Vi xử lý - Microprocessors: phân tích và xử lý các tín hiệu số của hình ảnh, sau đó căn cứ vào các thông số cảm biến hình ảnh đặt trước ban đầu để đưa ra quyết định

- Input-Output: cung cấp các kênh truyền thông, giao tiếp với các thiết bị khác để điều khiển hệ thống

- Thiết bị ngoại vi để kết nối, hiển thị, điều khiển, giám sát 1 cách trực quan

14) Trình bày về chuẩn giao tiếp I2C

I2C (Inter-Integrated Circuit) là một giao thức giao tiếp để truyền dữ liệu giữa một bộ

xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu

Các bit dữ liệu sẽ được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được thiết lập bởi 1 tín hiệu đồng hồ

Bus I2C thường được sử dụng để giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại vi điều khiển, cảm biến, EEPROM, …

Cấu tạo : I2C sử dụng 2 đường truyền tín hiệu:

SCL - Serial Clock Line : Tạo xung nhịp đồng hồ do Master phát đi

SDA - Serial Data Line : Đường truyền nhận dữ liệu

- Giao tiếp I2C bao gồm quá trình truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị chủ tớ, hay Master - Slave

- Thiết bị Master là 1 vi điều khiển, nó có nhiệm vụ điều khiển đường tín hiệu SCL và gửi nhận dữ liệu hay lệnh thông qua đường SDA đến các thiết bị khác

- Các thiết bị nhận các dữ liệu lệnh và tín hiệu từ thiết bị Master được gọi là các thiết bị Slave Các thiết bị Slave thường là các IC, hoặc thậm chí là vi điều khiển

- Hai đường bus SCL và SDA đều hoạt động ở chế độ Open Drain, nghĩa là bất

cứ thiết bị nào kết nối với mạng I2C này cũng chỉ có thể kéo 2 đường bus này xuống mức thấp (LOW), nhưng lại không thể kéo được lên mức cao Vì để tránh trường hợp bus vừa bị 1 thiết bị kéo lên mức cao vừa bị 1 thiết bị khác kéo xuống mức thấp gây hiện tượng ngắn mạch Do đó cần có 1 điện trờ ( từ 1 – 4,7 kΩ) để giữ mặc định ở mức cao ) để giữ mặc định ở mức cao

15) Trình bày về chuẩn giao tiếp 1-wire

1-Wire là một hệ thống bus giao tiếp với thiết bị 1_Wrire dùng một dây để truyền nhận nên có tốc độ thấp Chủ yếu sử dụng cho việc thu thập dữ liệu, truyền nhận dữ liệu thời tiết, nhiệt độ, công việc không yêu cầu tốc độ cao

Cơ sở truyền nhận : Các tín hiệu sử dụng Restart , 0 write , 1 write , Read

Write 1 : truyền đi bit 1 : Master kéo xuống 0 một khoảng A(us) rồi về mức 1 khoảng B

Write 0 : truyền đi bit 0 : Master kéo xuống 0 khoảng C rồi trả về 1 khoảng D

Read : Đọc một Bit : Master kéo xuống 0 khoảng A rồi trả về 1 delay khoảng E rồi đọc giá trị slave gửi về delay F

Restart : Chuẩn bị giao tiếp Master ké0 xuống 0 một khoảng H rồi nhả lên mức 1 sau đó cấu hình Master là chân In delay I (us) rồi đọc giá trị slave trả về Nếu =0 thì cho phép giao tiếp =1 đường truyền lỗi hoặc slave đang bận

Thực hành:

1)

Viết chương trình nhấp nháy đèn xanh-đỏ theo chu kỳ 1s (xanh sáng-đỏ tắt ); Bẩm BT1 tất cả đèn đều tắt

2)

Viết chương trình bấm BT1 hiển thị *hello – world ra terminal, ra màn hình glcd 3)

Viết chương trình bấm BT1 lần 1 đèn đỏ sáng, bấm BT1 lần 2 đèn đỏ tắt, lặp đi lặp lại 4)

Viết chương trình hiển thị *hello world trên màn hình, từng ký tự một chạy từ trái sang phải, hoặc hiện trên terminal

5)

Viết chương trình đọc giá trị cảm biến siêu âm, hiển thị giá trị khoảng cách lên glcd 6)

Viết chương trình vẽ đường thẳng gạch dưới chữ hello world hiển thị lên GLCD, bấm BT1 xóa dòng chữ vừa hiện

7)

Viết chương trình vẽ hình tròn, tâm ở chính giữa, đường kính 30 pixel và hiển thị lên GLCD

8)

Viết chương trình vẽ hình vuông, cạnh dài 40 pixel hiển thị lên GLCD

9)

Viết chương trình vẽ hình tam giác vuông hiển thị lên GLCD

10)

Viết chương trình đọc giá trị nhiệt độ, độ ẩm của cảm biến DHT11 hiển thị giá trị lên teminal

11)

Viết chương trình bấm BT1, chụp ảnh và khoanh vùng những vật có màu đỏ, hiện ảnh lên màn hình

12)

Viết chương trình mỗi lần bấm BT1, động cơ servo quay một góc 5 độ, khi quay đến

180 độ thì quay về 0, hiển thị GLCD

Viết chương trình mỗi lần bấm BT1, động cơ DC tang tốc độ lên 10%, hiển thị tốc độ lên màn hình GLCD

13)

14) Viết chương trình hiển thị các thanh trượt điều chỉnh cường độ trong không gian màu HSV để điều chỉnh ảnh từ camera

15) Viết chương trình đọc khoảng cách từ cảm biến siêu âm, nếu khoảng cách < 10cm thì bật đèn đỏ, >10cm thì bật đèn xanh

O