Câu 1: Các loại bộ nhớ trong của máy tính? Đặc trưng của từng loại? Ngày nay khi mua máy tính người ta thường quan tâm đến bộ nhớ trong nào và có những tham số gì đáng quan tâm nhất? Câu 2: Trình bày hiệu quả lệnh sử dụng đường ống(pipeline) trong kiến trúc Risc với đường ống 2 gian đoạn, 3 giai đoạn 4 giai đoạn so với thực thi tuần tự Câu 3: Trình bày quá trình đọc ghi bộ nhớ trong máy tính Câu 4: Trình bày các khối trong bộ Vi xử lý của máy tính (CPU)? Chức năng, nhiệm vụ của từng khối? Câu 5: Hãy trình bày sơ đồ khối, chức năng của các khối trong Kiến trúc máy tính Von Neumann? Câu 6: Hãy cho biết có mấy cách để phân loại máy tinh, nêu các kiểu máy tính theo các cách đó? Câu 7: Nguyên tắc chuyển đổi số thập phân sang nhị phân, bát phân, thập lục phân và ngược lại, cho ví dụ Thập phân > Nhị phân Câu 8: Trình bày cấu trúc bộ nhớ Cache và nguyên tắc đọc Cache? 1. Cấu trúc bộ nhớ cache: 2. sẽ được tải vào trong bộ nhớ và từ nhớ đó sẽ được cung cấp cho CPU. Câu 9: Hãy cho biết người ta dựa vào tiêu chí nào để phân chia máy tính thành các thế hệ, đó là những thế hệ nào? Những máy tính ngày nay chúng ta đang sử dụng thuộc thế hệ nào? Câu 10: Các loại bus hệ thống trong máy tính. Chức năng của từng loại. Độ rộng của bus dữ liệu là 16 bits thì cho biết điều gì? 1. Các loại bus trong hệ thống máy tính và chức
Trang 1ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Câu 1: Các loại bộ nhớ trong của máy tính? Đặc trưng của từng loại? Ngày nay khi mua máy tính người ta thường quan tâm đến bộ nhớ trong nào và có những tham số gì đáng quan tâm nhất?
- Bộ nhớ trong: nơi để lưu trữ chính trong máy tính
o Bộ nhớ chính
cố định
Gồm: 2 loại bộ nhớ chính là RAM(random access memory) & ROM(read only
memory):
+Bộ nhớ RAM (Random access memory) hay bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên: Tốc
độ truy cập nhanh, lưu trữ dữ liệu tạm thời, dữ liệu sẽ bị mất đi khi bị cắt nguồn điện;
+Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) hay bộ nhớ chỉ đọc: Lưu trữ các chương trình mà khi mất nguồn điện cung cấp sẽ không bị (xóa) mất.Thường dùng để lưu trữ thông tin cố định đối với hệ thống Ngày nay còn có công nghệ FlashROM tức bộ nhớROM không những chỉ đọc mà còn có thể ghi lại được, nhờ có công nghệ này BIOS được cải tiến thành FlashBIOS
-> ROM dc chia thành: ROM không lập trình dc (mask ROM) & ROM lập trình dc (PROM –EPROM-EEPROM)
- Ngày nay khi mua máy tính người ta thường quan tâm đến bộ nhớ: RAM, cache
Ví dụ thông số cơ bản của 1 máy tính: Bộ vi xử lý (CPU): Core i5-3317U (1,7 GHz, 3MB smart
Trang 2cache) Cho ta biết Ram, Tốc độ xung nhịp, CPU,cache
Câu 2: Trình bày hiệu quả lệnh sử dụng đường ống(pipeline) trong kiến trúc Risc với đường ống 2 gian đoạn, 3 giai đoạn 4 giai đoạn so với thực thi tuần tự
- Kỹ thuật sử dụng đường ống pipeline là một kỹ thuật làm cho các giai đoạn khác nhau của nhiều lệnh được thi hành cùng một lúc
- Giả sử, mỗi lệnh được thực hiện trong 5 giai đoạn và mỗi giai đoạn được thực hiện trong 1 chu kỳ xung nhịp Các giai đoạn thực hiện một lệnh là: lấy lệnh (IF: Instruction Fetch), giải
mã (ID: Instruction Decode), thi hành (EX: Execute), thâm nhập bộ nhớ (MEM: Memory Access), lưu trữ kết quả (RS: Result Storing)
So sánh với kiểu xử lý tuần tự thông thường, 5 lệnh được thực hiện trong 25 chu kỳ xung nhịp, thì
xử lý lệnh theo kỹ thuật ống dẫn thực hiện 5 lậnh chỉ trong 9 chu kỳ xung nhịp
Như vậy kỹ thuật ống dẫn làm tăng tốc độ thực hiện các lệnh Tuy nhiên kỹ thuật ống dẫn có một sốràng buộc:
- Cần phải có một mạch điện để thi hành mỗi giai đoạn của lệnh vì tất cả các giai đoạn của lệnh được thi hành cùng lúc Trong một bộ xử lý không dùng kỹ thuật ống dẫn, ta có thể dùng bộ làm toán ALU để cập nhật thanh ghi PC, cập nhật địa chỉ của toán hạng bộ nhớ, địa chỉ ô nhớ mà chương trình cần nhảy tới, làm các phép tính trên các toán hạng vì các phép tính này có thể xảy ra ở nhiều giai đoạn khác nhau
- Phải có nhiều thanh ghi khác nhau dùng cho các tác vụ đọc và viết Trên hình III.4, tại một chu kỳ xung nhịp, ta thấy cùng một lúc có 2 tác vụ đọc (ID, MEM) và 1 tác vụ viết (RS)
Câu 3: Trình bày quá trình đọc / ghi bộ nhớ trong máy tính
- Bộ nhớ của máy tính được tổ hợp từ các vi mạch nhớ và có dung lượng được tính bằng đơn
vị Byte, trong khi đó dung lượng của vi mạch nhớ được tính bằng đơn vị bit
- Bộ nhớ của máy tính được kết nối với CPU thông qua hệ thống BUS gồm các tín hiệu sau:
Trang 3- Số lượng các tín hiệu địa chỉ có trên bộ nhớ của máy tính biểu diễn dung lượng bộ nhớ máy tính (Nếu bộ nhớ máy tính có k bits địa chỉ thì dung lượng bộ nhớ sẽ là 2k ô nhớ) mỗi ô nhớ trong bộ nhớ máy tính có chiều dài là 1, 2, 4, 8 hoặc 16 Byte số liệu Khi đó dung lượng bộ nhớ máy tính sẽ là 2k * 1 (2,4,8,16) Byte.
- Số lượng các tín hiệu địa chỉ có trên vi mạch nhớ biểu diễn dung lượng của vi mạch nhớ (Nếu vi mạch nhớ n bits địa chỉ thì dung lượng của vi mạch nhớ sẽ là 2n ô nhớ) mỗi ô nhớ của
vi mạch nhớ có chiều dài là 1, 2, 4, 8 bits số tín hiệu ghi/đọc Cho phép mở thiết bị Các tín hiệu số liệu Bộ nhớ/ Vi mạch nhớ Các tín hiệu địa chỉ liệu Khi đó người ta nói dung lượng của vi mạch nhớ sẽ được xác định là 2n * 1(2,4,8) bit
- Tổ hợp nhiều vi mạch nhớ sẽ tạo nên bộ nhớ máy tính, tùy theo số chân số liệu của vi mạch nhớ, người ta sẽ phải lắp song song các vi mạch nhớ với nhau để đảm bảo mỗi lần CPU truy cập bộ nhớ thì 1, 2, 4, 8 hay 16 Byte số liệu sẽ được ghi hoặc đọc
- Khi thực hiện truy cập bộ nhớ, tại 1 thời điểm CPU chỉ có thể đọc hay ghi 1 ô nhớ để xác định được ô nhớ sẽ thực hiện trao đổi số liệu với CPU người ta phải thực hiện giải mã bộ nhớ Trước tiên là mạch giải mã bộ nhớ để xác định xem vi mạch nhớ nào chưa ô nhớ sẽ trao đổi số liệu với CPU và sau đó là giải mã trong nội bộ vi mạch nhớ để xác định được ô nhớ sẽ trao đổi số liệu với CPU
Câu 4: Trình bày các khối trong bộ Vi xử lý của máy tính (CPU)? Chức năng, nhiệm vụ của từng khối?
Trang 4CPU đơn giản cần bao gồm 3 thành phần quan trọng nhất: Tập các thanh ghi, bộ xử lý số học và logic (ALU) và bộ điều khiển (CU)
- Tập các thanh ghi của các loại máy tính là khác nhau và thường được chia thành hai loại: các thanh ghi được dùng với mục đích chung và các thanh ghi với mục đích đặc biệt
các thanh ghi mục đích chung được sử dụng trong nhiều trường hợp như có thể dùng làm nơi
lưu trữ dữ liệu, dùng để lưu các toán hạng của một chỉ lệnh Trong khi các thanh ghi với
mục đích đặc biệt chỉ có một số chức năng bên trong CPU, như bộ đến chương trình là thanh ghi chỉ dùng với mục đích đặc biệt là chỉ dùng để lưu địa chỉ của chỉ lệnh tiếp theo.
- Bộ logic số học ALU cung cấp một mạch số cần thiết để thục hiện các phép toán số học (như công, trừ, nhân, chia) logic (như NOT, AND,OR) và các phép toán dịch trong bộ chỉ lệnh
- Bộ Điều khiển (CU) chị trách nhiệm điểu khiển mọi hoạt động của CPU như tìm nạp chỉ lệnh
từ bộ nhớ chính, giải mã nó, xác định xem nó thuộc loại nào và cuối cùng là ra chỉ lệnh cho các bộ phận bên trong CPU thực hiện
Câu 5: Hãy trình bày sơ đồ khối, chức năng của các khối trong Kiến trúc máy tính Von
Neumann?
1 Sơ đồ khối:
Trang 52 Chức năng của các khối
• Main memory(bộ nhớ chính): lưu trữ dữ liệu và các lệnh
• Arithmetic logic unit( ALU): tính toán dữ liệu nhị phân
• Control unit (CU): dịch các lệnh trong bộ nhớ và thực thi chúng
• I/O : các thiết bị vào ra hoạt động dưới sự điều khiển của khối CU
Câu 6: Hãy cho biết có mấy cách để phân loại máy tinh, nêu các kiểu máy tính theo các cách đó?
Có 3 cách phân loại máy tính:
1 Phân loại theo khả năng
- Máy tính lớn( mainframe computer)
- Máy tính con( mini computer)
- Máy vi tính( microcomputer): trạm làm việc( workstation), máy tính cá nhân PC(personal computer)
2 Phân loại theo nguyên lí:
• Máy tính cơ khí
• Máy tính tương tự
• Máy tính số
3 Phân loại theo kiến trúc:
• SISD( Single Instruction Stream-Single Data Stream)
• SIMD(Single Instruction Stream-Multiple Data Stream)
• MIMD( Multiple Instruction Stream-Multiple Data Stream)
• MISD(Multiple Instruction Stream-Single Data Stream)
Câu 7: Nguyên tắc chuyển đổi số thập phân sang nhị phân, bát phân, thập lục phân và ngược lại, cho ví dụ
Thập phân -> Nhị phân
Lấy số cần đổi chia cho 2 Lấy kết quả chia tiếp cho 2 đến khi kết quả = 0 Lấy dư là 0 và 1 Lấy các
Trang 6con số dư ghi lại từ dưới lên trên ta được dãy số 0 và 1.
Nhị phân -> Thập phân
Nhân lần lượt các phần tử của dãy nhị phân bắt đầu từ phần tử cuối (Chiều phải sang trái) với 20 chođến 2n-1 (n là số phẩn tử dãy số) Sau đó cộng các giá trị tìm được từ phép nhân ta được kết quả là một số dạng thập phân
Trang 7Câu 8: Trình bày cấu trúc bộ nhớ Cache và nguyên tắc đọc Cache?
1 Cấu trúc bộ nhớ cache:
• Bộ nhớ cache bao gồm C khe của mỗi K từ nhớ và, số của các khe, hoặc các hàng, nó coi
Trang 8như ít hơn số khối nhớ của bộ nhớ chính(C <<M) Mỗi khe bao gồm 1 nhãn để nhận dạngkhối riêng biệt hiện đang được trữ
2 Hoạt động đọc của cache: khi CPU phát địa chỉ, RA của từ nhớ sẽ được đọc Nếu từ nhớ được chứa trong cache, nó sẽ được cung cấp cho CPU Ngược lại, khối nhớ chứa từ nhớ đó
sẽ được tải vào trong bộ nhớ và từ nhớ đó sẽ được cung cấp cho CPU
Câu 9: Hãy cho biết người ta dựa vào tiêu chí nào để phân chia máy tính thành các thế hệ, đó
là những thế hệ nào? Những máy tính ngày nay chúng ta đang sử dụng thuộc thế hệ nào?
- Tiêu chí phân chia máy tính thành các thế hệ: dựa vào sự tiến bộ của các công nghệ chế tạo các linh kiện cơ bản của máy tính như: bộ xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi,
- Những thế hệ máy tính:
• Máy tính dùng đèn điện tử: thế hệ 1(1946-1957)
+ Về kỹ thuật: linh kiện dùng đèn điện tử, độ tin cậy thấp, tổn hao năng lượng Tốc độ
tính toán từ vài nghìn đến vài trăm nghìn phép tính / giây
+ Về phần mềm: chủ yếu dùng ngôn ngữ máy để lập trình.
+ Về ứng dụng: mục đích nghiên cứu khoa học kĩ thuật.
+ Về kỹ thuật: linh kiện chủ yếu sử dụng các mạch tích hợp(IC), các thiết bị ngoại vi
được cải tiến, đĩa từ được sd rộng rãi Tốc độ tính toán đạt vài triệu phép toán trên giây, dung lượng bộ nhớ đạt vài MB
+ Về phần mềm: xuất hiện nhiều hệ điều hành khác nhau Xử lí song song Phần mềm đa
dạng chất lượng cao, cho phép khai thác máy tính theo nhiều chế độ khác nhau
+ Về ứng dụng: tham gia trong nhiều lĩnh vực của xã hội.
• Máy tính dùng vi mạch mật độ cao: thế hệ thứ 4( 1972-về sau):
+ Về kỹ thuật: sử dụng mạch tích hợp cỡ lớn VLSI, thiết kế các cấu trúc đa xử lí Tốc độ
đạt tới hàng chục triệu phép toán trên giây
+ Về ứng dụng: được áp dụng trong hầu hết các hoat động của xã hội
- Về thế hệ thứ 5: máy tính đa xử lí, đa máy tính, sử dụng kĩ thuật xử lý song song
1 Những máy tính chúng ta đang sử dụng thuộc thế hệ thứ 4.
Câu 10: Các loại bus hệ thống trong máy tính Chức năng của từng loại Độ rộng của bus dữ liệu là 16 bits thì cho biết điều gì?
1 Các loại bus trong hệ thống máy tính và chức năng:
• Bus dữ liệu: cung cấp đường dẫn để truyền dữ liệu giữa các module hệ thống Các đường
này gọi là bus dữ liệu Bus dữ liệu có thể là 32,64, 128, thậm chí nhiều đường riêng biệt, số
Trang 9lượng các đường này gọi là độ rộng của bus dữ liệu Vì mỗi đường chỉ có thể truyền tải một bit tín hiệu tại 1 thời điểm, số lượng các đường cho biết bao nhiêu bit có thể truyền cùng 1 lúc Độ rộng của bus dữ liệu là nhân tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất hoạt động của hệ thống
• Bus địa chỉ: được sử dụng để xác minh nguồn hoặc đích của dữ liệu trên bus dữ liệu
Độ rộng của bus địa chỉ xác định khả năng xác định bộ nhớ lớn nhất của hệ thống
• Bus điều khiển: điều khiển việc truy nhập và sử dụng các đường dữ liệu và địa chỉ
Các tín hiệu điều khiển truyền cả lệnh và thông tin thời gian giữa các module hệ thống Các tín hiệu thời gian xác định tính hợp lệ của dữ liệu và thông tin địa chỉ Các tín hiệu lệnh xác
định các phép toán được thực hiện
• Ngoài ra còn có phân loại bus theo đường truyền: bus đồng bộ và bus không đồng bộ
2 Độ rộng của bits dl là 16 bít cho biết có 16bits có thể đường truyền cùng một lúc
Câu 11: Trình bày tổ chức của ổ đĩa cứng ? dung lượng của ổ đĩa cứng phụ thuộc vào yếu tố nào ? ứng dụng tính dung lượng của ổ đĩa cứng nếu biết số byte trên sector là 512 , số sector trên rãnh trung bình là 300, số rãnh trên 1 mặt là 20.000 , số mặt trên 1 đĩa là 2 , số đĩa trên ổ đĩa là 15 ?
Tổ chức
1,3 – 8 inch Mỗi mặt của đĩa chia làm nhiều đường tròn đồng trục gọi là rãnh
64-800 cung
gồm có: số thứ tự của cung, một khoảng trống, số liệu của cung đó bao gồm cả các mã sửalỗi, một khoảng trống, số thứ tự của cung tiếp theo
Bài làm: +Số rãnh trên 15 đĩa: 15*40000
+ Số sector trên 15 đĩa: 15*40000*300+ Số byte dữ liệu trên 15 đĩa 15*40000*300*512 = 9216.10^6 byte = 9216MB (hìnhnhư là 92160MB)
Câu 12: Hãy cho biết các phương pháp vào ra với máy vi tính ? Các phương pháp ĐỊA CHỈ HÓA CỔNG VÀO – RA
*Các pp địa chỉ hóa cổng vào ra:
Trang 10chỉ hóa riêng biệt ( trực tiếp)
địa
chỉ hóa theo bản đồ bộ nhớ
Các phương pháp ĐIỀU KHIỂN VÀO - RA
Vào ra bằng DMA
Câu 13: Các loại thanh ghi trong cpu và chức năng của chúng ?
- Có 2 loại thanh ghi trong CPU:
+ User – Visible Register (Thanh ghi người dùng lập trình được): Nó cho phép người lập trìnhngôn ngữ máy hoặc ngôn ngữ Assembly thu nhỏ bộ nhớ chính bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng các thanh ghi
+ Control and Status Registers (Thanh ghi điều khiển và trạng thái): Các thanh ghi này được
sử dụng bởi đơn vị điều khiển CU để điều khiển các hoạt động của CPU và bằng phân quyền, các chương trình điều khiển hệ thống điểu khiển sự thực thi của các chương trình khác
Trang 11Câu 14: Trình bày các phương pháp ánh xạ địa chỉ trong cache ?
+block i-> line (I mod C)
Giả sử cache có 2n2 ngăn nhớ , địa chỉ do cpu phát ra là n bit
n1 xác định số byte trong khối 2n1->byte
n-n1 bit còn lại :xác định khối nằm trong bộ nhớ chính
n2 bit tiêp theo xác định đường trong cache
còn lại là trường tag
Mỗi 1 block dc ghi vào cache thì cần 1 chỗ để ghi tag (biêt dc đường nào nằm trong cache )
bộ so sánh : thong dịch địa chỉ và so sánh nối vào
Nhược điểm là có 1 vị trí cố định của cache cho bất cứ khối đã cho nào hơn nữa nếu xảy ra chương trình muốn tham vấn lại từ nhớ từ 2 khối khác nhau dc ánh xạ vào cùng 1 đường ,,khi đó các khối tiếp tục dc trao đổi trong cache , và tỉ lệ thành công sẽ giảm xuống
- Ánh xạ liên kết hoàn toàn : phương pháp này sẽ khắc phục nhược điểm trên bằng cách cho phép
mỗi khối bộ nhớ chính dc nạp vào trong bất kì đường nào của cache ,trong trường hợp này n bit chia
ra làm 2 trường : tag & word khi cpu phát ra địa chỉ thì nó so sánh vs tất cả các tag dc ghi trong cache , nếu có 1 tag nào trong cache trùng vs tag địa chit thì hit in cache
- Ánh xạ liên kết tập hợp: chia cache thành các tập hợp , mỗi tập hợp có m đường ánh xạ :
+block 0-> set 0
+……
Trang 12+block i-> set (i mod S)
•Lệnh từ thanh ghi lệnh IR được đưa đến đơn vị điều khiển
•Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh để xác định thao tác phải thực hiện •Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU
+Nhận dữ liệu:
•CPU đưa địa chỉ của toán hạng ra bus địa chỉ
•CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
•Toán hạng được đọc vào CPU
Trang 13+Ghi toán hạng:
•CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ
•CPU đưa dữ liệu cần ghi ra bus dữ liệu
•CPU phát tín hiệu điều khiển ghi
•Dữ liệu trên bus dữ liệu được copy đến vị trí xác định
+Ngắt:
•Nội dung của bộ đếm chương trình PC (địa chỉ trở về sau khi ngắt) được đưa ra bus dữ liệu •CPU đưa địa chỉ (thường được lấy từ con trỏ ngăn xếp SP) ra bus địa chỉ
•CPU phát tín hiệu điều khiển ghi bộ nhớ
•Địa chỉ trở về trên bus dữ liệu được ghi ra vị trí xác định (ở ngăn xếp)
•Địa chỉ lệnh đầu tiên của chương trình con điều khiển ngắt được nạp vào PC
Câu 16: Các chế độ địa chỉ của bộ vi xử lý? Nêu rõ ưu nhược điểm của từng chế độ.
Câu 17: Hãy trình bày các kiểu hệ thống bộ vi
xử lý song song và cách
tổ chức song song trong máy tính sử dụng bộ vi
xử lý song song?
+Các kiểu hệ thống bộ vi
xử lý song song •Siêu
địa chỉ tức thời: -Không tham chiếu đến bộ nhớ
- Truy nhập toán hạng rất nhanh
Dải giá trị của toán hạng bị hạn chế
địa chỉ trực tiếp - Đơn giản,CPU tham chiếu bộ nhớ một
lần để truy nhập dữ liệu Không gian địa chỉ giới hạn
phức tạpđịa chỉ thanh ghi - Không có tham chiếu bộ nhớ
-Số lượng thanh ghi ít → Trường địa chỉ chỉ cần ít bit
-Truy nhập toán hạng nhanh-Tăng số lượng thanh ghi → hiệu quả hơn
không gian địa chỉ giới hạn
địa chỉ gián tiếp
thanh ghi
-Có thể gián tiếp nhiều lần
- Không gian địa chỉ lớn
-CPU phải thực hiện tham chiếu bộ nhớ nhiều lần để tìm toán hạng → chậm
-Tham chiếu bộ nhớ phụ
địa chỉ dịch