Ôn tập kiến trúc máy tính (ĐỀ THI ĐÁP ÁN)

ÔN TẬP KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Câu 1: Sơ đồ khối, chức năng các khối trong KTMT Von Neumann?
Sơ đồ khối:

Chức năng:
•
•
•
•

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 2: Các loại Bus trong máy tính, Chức năng từng loại, Nếu bus dia chi có N = 40 đ ường thì không gian
nhớ có thể tham chiếu đc là bao nhiêu?
Bus địa chỉ: Vận chuyển địa chỉ để xác định ngăn nhớ hay cổng vào-ra
Bus dữ liệu: Vận chuyển lênh từ bộ nhớ đến CPU, Vận chuyển dữ liệu giữa CPU, Modun vào-ra vs nhau
Bus điều khiển: Vận chuyển các tín hiệu điều khiển
Nếu có N = 40 đường thì không gian nhớ có thể tham chiếu đc là log2(40) bits (?).
Câu 3: Nguyên tắc chuyển đổi số thập phân sang nhị phân, bát phân, thập lục phân và ng ược 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 d ư là 0 và 1. L ấy các con s ố d ư
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 cho đến 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 th ập

phân

Thập phân -> Bát phân
Thập phân ra hệ Bát phân bằng cách chia con số Thập phân cần đổi với 8 rồi lấy kết quả chia với 8 liên t ục
cho đến khi kết quả bằng 0, sau đó ghi lại các số dư từ dưới lên để có đ ược dãy Bát phân.

Bát phân -> Thập phân
Bát phân ra thập phân chúng ta nhân từ giá trị của dãy Bát phân với 80 đến 8n-1 theo chiều phải sang trái

Thập phân -> Thập lục phân
Lấy số cần đổi chia cho 16, kết quả lại đem chia cho 16 đ ến khi kết quả bằng 0. Giá trị l ấy d ư không quá 15.
Các số từ 10 đến 15 biểu diễn các chữ cái tương ứng: A đến F.


Thập lục phân -> Thập phân
Làm tương tự với việc chuyển Nhị phân sang thập phân nhưng phải đổi các giá trị biểu diễn t ừ A đến F thành
các số tương ứng từ 10 đến 15. Sau đó nhân các số này bắt đầu từ số cu ối cùng với 16 0 với 16n-1 theo chiều
phải sang trái. Sau khi nhân được kết quả là một số dạng thập phân

Câu 4: Các phương pháp vào ra với máy vi tính
Các phương pháp ĐỊA CHỈ HÓA CỔNG VÀO – RA
Vào ra riêng biệt
-

Cổng vào-ra được đánh địa chỉ theo không gian địa chỉ vào-ra
CPU trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra thông qua các lệnh vào-ra chuyên dụng (IN, OUT)
Chỉ có thể thực hiện trên các hệ thống có quản lý không gian địa chỉ vào-ra riêng biệt

Vào ra theo ánh xạ bộ nhớ
-

Cổng vào-ra được đánh địa chỉ theo không gian địa chỉ bộ nhớ
Vào-ra giống như đọc/ghi bộ nhớ
CPU trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra thông qua các lệnh truy nhập dữ liệu bộ nhớ
Có thể thực hiện trên mọi hệ thống

Các phương pháp ĐIỀU KHIỂN VÀO - RA
Vào ra theo định trình
-

Nguyên tắc chung: CPU điều khiển trực tiếp vào-ra bằng chương trình → cần phải lập trình vào-ra

Vào ra có thăm dò
-

(Slide thầy không có nêu)

Vào ra theo ngắt cứng
-

CPU không phải đợi trạng thái sẵn sàng của mô-đun vào-ra, CPU thực hiện một chương trình nào đó
Khi mô-đun vào-ra sẵn sàng thì nó phát tín hiệu ngắt CPU
CPU trở lại tiếp tục thực hiện chương trình đang bị ngắt

Vào ra bằng DMA
-

Vào-ra bằng chương trình và bằng ngắt do CPU trực tiếp điều khiển
Chiếm thời gian của CPU
Tốc độ truyền bị hạn chế vì phải chuyển qua CPU

Để khắc phục dùng DMA
„Thêm mô-đun phần cứng trên bus → DMAC (Controller)


-

„DMAC điều khiển trao đổi dữ liệu giữa môđun vào-ra với bộ nhớ chính

Câu 5: Bộ nhớ trong của máy tính, Đặc trưng?
Chức năng và đặc điểm:
-

Chứa các thông tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp
Tốc độ rất nhanh
Dung lượng không lớn
Sử dụng bộ nhớ bán dẫn: ROM và RAM

Các loại bộ nhớ trong:
-

-

Bộ nhớ chính
o Chứa các chương trình và dữ liệu đang được CPU sử dụng.
o Tổ chức thành các ngăn nhớ được đánh địa chỉ.
o Ngăn nhớ thường được tổ chức theo byte.
o Nội dung của ngăn nhớ có thể thay đổi, song địa chỉ vật lý của ngăn nhớ luôn cố định.
Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm)
o Bộ nhớ có tốc độ nhanh được đặt đệm giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ CPU truy
cập bộ nhớ

o Dung lượng nhỏ hơn bộ nhớ chính
o Tốc độ nhanh hơn
o Cache thường được chia thành một số mức
o Cache có thể được tích hợp trên chip vi xử lý.
o Cache có thể có hoặc không

Câu 6: Các loại bộ nhớ RAM? Đặc trưng từng loại?
SRAM – RAM tĩnh
-

Các bit được lưu trữ bằng các Flip-Flop →thông tin ổn định
Cấu trúc phức tạp
Dung lượng chip nhỏ
Tốc độ nhanh
Đắt tiền
Dùng làm bộ nhớ cache

DRAM – RAM động
-

Các bit được lưu trữ trên tụ điện→ cần phải có mạch làm tươi
Cấu trúc đơn giản
Dung lượng lớn
Tốc độ chậm hơn
Rẻ tiền hơn
Dùng làm bộ nhớ chính

Câu 7: Phương pháp biểu diễn số nguyên, cho ví dụ?
Biểu diễn số nguyên không dấu

Biểu diễn số nguyên có dấu

Câu 8: Các loại thanh ghi, chức năng của chúng?
Các thanh ghi địa chỉ


-

-

-

-

Bộ đếm chương trình PC (Program Counter)
o Còn được gọi là con trỏ lệnh IP
o Giữ địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được nhậnvào.
o Sau khi một lệnh được nhận vào, nội dung PC tự động tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp.
Con trỏ dữ liệu DP (Data Pointer)
o Chứa địa chỉ của ngăn nhớ dữ liệu mà CPU muốn truy nhập
o Thường có một số thanh ghi con trỏ dữ liệu
Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer)
o Chứa địa chỉ của ngăn nhớ đỉnh ngăn xếp
o Khi cất một thông tin vào ngăn xếp:
 Nội dung của SP tự động giảm
 Thông tin được cất vào ngăn nhớ được trỏ bởi SP
o Khi lấy một thông tin ra khỏi ngăn xếp:
 Thông tin được đọc từ ngăn nhớ được trỏ bởi SP

 Nội dung của SP tự động tăng
o Khi ngăn xếp rỗng, SP trỏ vào đáy
Thanh ghi cơ sở và thanh ghi chỉ số (Base Register & Index Register)
o Thanh ghi cơ sở: chứa địa chỉ của ngăn nhớ cơ sở (địa chỉ cơ sở)
o Thanh ghi chỉ số: chứa độ lệch địa chỉ giữa ngăn nhớ mà CPU cần truy nhập so với ngăn nhớ cơ
sở (chỉ số)
o Địa chỉ của ngăn nhớ cần truy nhập = địa chỉ cơ sở + chỉ số

Các thanh ghi dữ liệu
-

Chứa các dữ liệu tạm thời hoặc các kết quả trung gian
Cần có nhiều thanh ghi dữ liệu
Các thanh ghi số nguyên: 8, 16, 32, 64 bit
Các thanh ghi số dấu phẩy động

Thanh ghi trạng thái
-

Còn gọi là thanh ghi cờ (Flag Register)
Chứa các thông tin trạng thái của CPU
o Các cờ phép toán: báo hiệu trạng thái của kết quả phép toán
o Các cờ điều khiển: biểu thị trạng thái điều khiển của CPU

Câu 9: Các thiết bị ngoại vi thông dụng, chức năng cơ bản của chúng?
Chức năng:
-

Chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài máy tính

Thành phần:
-

Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi dữ liệu giữa bên ngoài và bên trong máy tính
Bộ đệm dữ liệu: đệm dữ liệu khi truyền giữa mô-đun vào-ra và thiết bị ngoại vi
Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động của thiết bị ngoại vi đáp ứng theo yêu cầu t ừ mô-đun
vào-ra

Các loại thiết bị ngoại vi cơ bản
-

Thiết bị vào: bàn phím, chuột, máy quét ...
Thiết bị ra: màn hình, máy in ...
Thiết bị nhớ: các ổ đĩa ...
Thiết bị truyền thông: MODEM ...

Phân loại:
-

Thiết bị ngoại vi giao tiếp người-máy: Bàn phím, Màn hình, Máy in,...


-

Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy-máy: gồm các thiết bị theo dõi và kiểm tra
Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network Interface Card (NIC)

Cấu trúc chung

Câu 10: Phương pháp biểu diễn số thực, cho ví dụ?

Câu 11: Hoạt động của máy tính khi chương trình chính đang chạy thì có l ời gọi ch ương trình con, s ơ
đồ minh họa?

Câu 12: Thông số cơ bản của CPU, Đơn vị biểu diễn, Tính chu kỳ xung nh ịp khi biết máy tính đó dùng
bộ VXL 2.5 GHz

Câu 13: Phân loại máy tính, Các kiểu máy tính theo cách phân loại đó:
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).

Phân loại theo Nguyên lý
-

Máy tính cơ khí.
Máy tính tương tự.
Máy tính số.

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 14: Cấu trúc bộ nhớ Cache, Hoạt động của Cache, Ph ương pháp ánh x ạ đ ịa ch ỉ trong Cache, Chính
sách ghi trong Cache?
Cấu trúc

-

Bộ nhớ cache bao gồm C khe của mỗi K t ừ nhớ và số c ủa các khe, ho ặc các hàng, nó coi nh ư ít h ơn s ố
khối nhớ của bộ nhớ chinh(C <
Hoạt động
-

Khi CPU phát địa chỉ, RA của từ nhớ sẽ được đọc. Nếu t ừ nh ớ đ ược ch ứa trong cache, nó sẽ đ ược cung
cấp cho CPU. Ngược lại, khối nhớ chứa từ nhớ đó sẽ đ ược tải vào trong b ộ nh ớ và t ừ nh ớ đó sẽ đ ược
cung cấp cho CPU.

Phương pháp ánh xạ:
-

-

-

Ánh xạ trực tiếp: ánh xạ mỗi khối nhớ của bộ nhớ chính vào 1 đường cache có thể .
o block 0->line 0
o block 1->line 1
o block C->line 0
o block i-> line (I mod C)

Ánh xạ liên kết hoàn toàn: (kiểu cache thứ nhất dc gọi là cache lien k ết ,nó bao g ồm 1 s ố dòng
(slot,line) , mỗi dòng giống như 1 bản ghi và có 3 tr ường d ữ li ệu.) ph ương pháp này sẽ kh ắc ph ục
nhược điểm trên bằng cách cho phép mỗi khối bộ nhớ chính dc n ạp vào trong bất kì đ ường nào c ủa
cache ,trong trường hợp này n bit chia ra làm 2 tr ường : tag & word . khi cpu phát ra đ ịa ch ỉ thì nó so
sánh vs tất cả các tag dc ghi trong cache , nếu có 1 tag nào trong cache trùng vs tag đ ịa 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 :
o block 0-> set 0
o ……
o block i-> set (i mod S)

Chính sách ghi trong Cache
-

Viết qua (Write-Through): Khi hệ thống viết cho một vị trí bộ nhớ hiện đang đ ược t ổ ch ức trong b ộ
nhớ cache, nó ghi ra các thông tin mới cho cả các dòng bộ nh ớ cache b ộ nh ớ v ị trí thích h ợp và chính
bản thân cùng 1 lúc. Đây là loại bộ nhớ đ ệm cung cấp hi ệu suất kém h ơn ghi l ại, nh ưng đ ơn gi ản đ ể
thực hiện và có lợi thế là thống nhất nội bộ, bởi vì bộ nh ớ cache là không bao gi ờ ra kh ỏi đ ồng b ộ và
bộ nhớ cách đó là một bộ nhớ cache ghi lại.

-

Viết lại (Write-back): Khi hệ thống viết cho một vị trí bộ nhớ hiện đang được t ổ ch ức trong b ộ nh ớ
cache, nó chỉ ghi các thông tin mới cho dòng bộ nhớ cache thích h ợp. Khi dòng b ộ nh ớ cache là cu ối
cùng cần thiết đối với một số địa chỉ bộ nhớ khác, các d ữ liệu thay đ ổi là “ Vi ết l ại “ v ới b ộ nh ớ h ệ
thống. Đây là loại bộ nhớ cache cung cấp hiệu suất t ốt hơn so với m ột ghi thông qua b ộ nh ớ cache, b ởi
vì nó tiết kiệm (tốn thời gian) ghi chu kỳ bộ nhớ.


Câu 15: Tiêu chí nào để phân chia máy tính thành các thế hệ? Đó là nh ững th ế h ệ nào? Nh ững máy tính

ngày nay chúng ta đang sử dụng thuộc thế hệ nào?
Tiêu chí

Những thế hệ
-

Máy tính dùng đèn điện tử: thế hệ 1(1946-1957)
o về kỹ thuật: linh kiện dùng đèn điện t ử, đ ộ tin cậy th ấp, t ổn hao năng l ượng. T ốc đ ộ tính toán
từ vài nghìn đến vài trăm nghìn phép tính / giây.
o về phần mềm: chủ yếu dùng ngôn ngữ máy để lập trình.
o về ứng dụng: mđ nghiên cứu khoa học kĩ thuật.

-

Máy tính dùng transistor: thế hệ 2(1958-1964)
o
o
o

-

kỹ thuật: linh kiện bán dẫn chủ yếu llaftransistor. Bộ nhớ có dung lượng khá lớn.
phần mềm: đã bắt đầu sd 1 số ngôn ngữ lập trình bậc cao: fortran, algol. Cobol...
ứng dụng: tham gia giải các bài toán kinh tế xã hội..

Máy tính dùng vi mạch: thế hệ 3(1965-1971)
o

o
o

kỹ thuật: linh kiện chủ yếu sử dụng các mạch tích h ợp(IC), các thi ết b ị ngo ại vi đ ược c ải ti ến,
đĩa từ được sd rộng rãi. Tốc độ tính toán đạt vài tri ệu phép toán trên giây, dung l ượng b ộ nh ớ
đạt vài MB.
phần mềm: xuất hiện nhiều hệ điều hành khác nhau. Xử lí song song. Ph ần m ềm đa d ạng ch ất
lượng cao, cho phép khai thác máy tính theo nhiều chế độ khác nhau.
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):
o Kỹ thuật: sd mạch tích hợp cỡ lớn VLSI, thiết kế các cấu trúc đa x ử lí. T ốc đ ộ đ ạt t ới hàng ch ục
triệu phép toán trên giây.
o ứng dụng:đc áp dụng trong hầu hết các hoat động của xã hội
+Thế hệ thứ 5
o máy tính đa xử lí, đa máy tính, sử dụng kĩ thuật xử lý song song.

-

Những máy tính chúng ta đang sd thuộc thế hệ thứ 4.

Câu 16: Trình bày tổ chức của ổ đĩa cứng ? dung lượng của ổ đĩa c ứng ph ụ thu ộc vào y ếu t ố nào ?
Tổ chức
-

Ổ đĩa cứng: chứa nhiều lớp đĩa. Quay quanh truc khoảng 3.600-15000 vòng 1 phút.

Các lớp đĩa này đc làm từ kim loại và đc ph ủ 1 ch ất t ừ tính đ ường kính c ủa đia thay đ ổi t ừ 1,3 – 8 inch.
Mỗi mặt cảu đĩa chia làm nhiều đường tron đòng trục gọi là rãnh.
Thông thường mỗi mặt của 1 lớp đĩa chứa khoảng 10000-30000 rãnh.
Mỗi rãnh chia làm nhiều cung (sector ) dung để chứa thông tin. M ỗi rãnh có thế ch ứa t ừ 64-800 cung.
Cung là đơn vị nhỏ nhất mà máy tính có thể đọc hoặc viết. chu ỗi thong tin có trên m ỗi cung g ồm có: s ố
thứ tự của cung, 1 khoảng chống, số liệu của cung đó bao gồm cả mã sửa lỗi, một khoảng tr ống, sô th ứ
tự của cung tiếp theo


Bonus