5951071067 NGUYEN THANH NHAN

Chương 3A: Clock và Bus
Câu 1: Một chương trình chạy trên bộ xử lý 40 MHz. Chương trình
được thực thi gồm 100,000 lệnh và số chu kỳ mỗi lệnh như sau:
Kiểu lệnh
Số học số nguyên
Chuyển dữ liệu
Số dấu chấm động
Chuyển điều kiển

Số lệnh
45.000
32.000
15.000
8.000

Số chu kỳ mỗi lệnh
1
2
2
2

Xác định CPI hiệu dụng, tốc độ MIPS và thời gian thực thi chương
trình này.
CPI = 1.55
MIPS rate= 25.8
Câu 2: Xét hai máy tính khác nhau, với hai tập lệnh khác nhau, cả hai
máy có cùng tốc độ xung nhịp là 200 MHz. Kết quả đo lường được ghi
trên hai máy khi thực thi một tập các chương trình cho trước như
sau:
KIỂU LỆNH

SỐ LỆNH(TRIỆU)

SỐ CHU KỲ MỖI LỆNH

Máy A:
- Số học và logic
- Nạp và lưu
- Rẽ nhánh
- Các lệnh khác
Máy B:
- Số học và logic
- Nạp và lưu
- Rẽ nhánh
- Các lệnh khác

8
4
2
4

1
3
4
3

10
8
2
4

1
2
4
3

a) Xác định CPI hiệu dụng, tốc độ MIPS và thời gian thực thi cho
mỗi máy.
Máy A: CPI= 2.3
MIPS rate=86.95
Máy B: CPI=1.91
MIPS rate=104.7
b) Nhận xét hai kết quả này.
Tốc độ MIPS của máy B cao hơn máy A
Câu 3: Một ví dụ thiết kế tập lệnh kiểu CISC và RISC của các bộ xử
lý trước đây trên các máy tính VAX 11/780 và IBM RS/6000 tương


ứng. Sử dụng chương trình tiêu biểu đề thực thi trên hai máy, kết quả
có được như sau:
Bộ xử lý

VAX 11/780
IBM RS/6000

Tần số
Xung
nhịp
(MHz)
5
25

Hiệu
suất
(MIPS)
1
18

Thời
gian
CPU
(giây)
12 x
x

Cột cuối cùng cho thấy là máy tính VAX cần thời gian lâu hơn 12 lần
so với máy tính IBM để thực thi chương trình.
a) Cho biết quan hệ tỷ số giữa tổng số lệnh(Ic) của mỗi chương
trình chạy trên hai máy.
IBM=7.5VAX
b) Giá trị CPI của hai máy là gì?
CPI của VAX=5
CPI của IBM=1.3888
Câu 4 : Cho bốn chương trình được thực thi trên ba máy tính với kết
quả như sau:
Máy A
Máy B
Máy C
Chương trình 1 1
10
20

Chương trình 2 1000
100
20
Chương trình 3 500
1000
50
Chương trình 4 100
800
100
Bảng trên cho thấy thời gian thực thi tính bằng giây, có 100,000,000
lệnh được thực thi trong mỗi của bốn chương trình. Tính giá trị MIPS
cho mỗi máy tính với bốn chương trình đã cho.
MIPS
Máy A
Máy B
Chương trình 1 100
10
Chương trình 2 0.1
1
Chương trình 3 0.2
0.1
Chương trình 4 1
0.125
Câu 5 : Ưu điểm của kiến trúc nhiều bus so với kiến

Máy C
5
5
2
1

trúc bus đơn là gì?
Tốc độ và hiệu quả :
Trong kiến trúc bus đơn, tất cả các thành phần bao gồm bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và các thiết bị
ngoại vi đều có chung một bus. Khi nhiều thiết bị cần bus cùng một lúc, điều này tạo ra trạng thái


xung đột được gọi là tranh chấp bus; một số chờ bus trong khi một số khác kiểm soát nó. Việc chờ
đợi làm lãng phí thời gian, làm chậm máy tính. Kiến trúc nhiều bus cho phép một số thiết bị hoạt động
đồng thời, giảm thời gian chờ đợi và cải thiện tốc độ của máy tính. Cải tiến hiệu suất là lý do chính để
có nhiều bus trong một thiết kế máy tính.
Khả năng tương thích :
Như với tất cả các thành phần của máy tính, các thiết kế bus phát triển, với các loại mới được giới
thiệu vài năm một lần. Ví dụ, bus PCI hỗ trợ video, mạng và các thẻ mở rộng khác có trước giao diện
PCIe mới hơn và USB đã trải qua một số sửa đổi lớn. Có nhiều bus hỗ trợ thiết bị từ các thời đại khác
nhau cho phép bạn giữ các thiết bị cũ như máy in và ổ cứng cũ hơn và thêm các thiết bị mới hơn.
Đa lõi:
Một đơn vị xử lý trung tâm duy nhất đặt ra yêu cầu lớn đối với bus mang dữ liệu bộ nhớ và lưu lượng
ngoại vi cho ổ đĩa cứng, mạng và máy in; từ giữa những năm 2000, tuy nhiên, hầu hết các máy tính đã
áp dụng mô hình đa lõi yêu cầu thêm bus. Để giữ cho mỗi lõi hoạt động ít thời gian và hiệu quả, bus
thiết kế tăng lượng thông tin vào và ra khỏi bộ vi xử lý, giữ thời gian chờ ở mức tối thiểu.

Câu 6 : Giả sử một bộ xử lý 32 bit có các lệnh và toán hạng 32 bit
được chia thành hai phần: byte đầu chứa mã lệnh phần còn lại chứa
toán hạng tức thời hoặc địa chỉ của toán hạng.
a) Dung lượng bộ nhớ lớn nhất có thể định địa chỉ trực tiếp là bao
nhiêu (tính theo byte)?
232 byte địa chỉ trực tiếp

c) Cho biết ảnh hưởng tốc độ của hệ thống nếu bus bộ xử lý có bus

địa chỉ 32 bit và bus dữ liệu 16 bit.
Hệ thống sẽ bị chậm lại
Câu 7 : Xét bộ xử lý 32 bit, với bus dữ liệu ngoài 16 bit, hoạt động ở
tần số 8 MHz. Giả sử bộ xử lý này thực hiện chuyển dữ liệu cần 4 chu
kỳ xung nhịp. Cho biết tốc độ (byte/s) tối đa để chuyển dữ liệu qua bus
này mà bộ xử lý có thể thực hiện được là bao nhiêu?
4MBps= 500 000 bytes /s
Câu 8 : Liệt kê và tóm tắt định nghĩa ba kỹ thuật để thực hiện
nhập/xuất.
(Tài liệu được em lấy trên mạng, vì dịch ra rất chuối nên e không dịch)
Programmed I/O: The processor issues an I/O command, on behalf of a process to an I/O module;
that process then busy-waits for the operation to be completed before proceeding.
Interrupt-driven I/O: The processor issues an I/O command on behalf of a process, continues to
execute subsequent instructions, and is interrupted by the I/O module when latter has completed its
work.


Direct memory access: controls exchange of data between main memory and I/O module.

Câu 9 : Khi DMA nắm giữ điều khiển bus thì bộ xử lý làm gì?
CPU rời khỏi điều khiển trên bus và xác nhận yêu cầu HOLD thông qua tín hiệu HLDA.

Câu 10 : Xét một vi mạch điều khiển truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA)
8237A, để chuyển 1 byte thông tin giữa bộ nhớ và thiết bị nhập/xuất
nó cần ba chu kỳ xung nhịp.
a) Giả sử vi mạch 8237A được kích ở tần số xung clock 5 MHz. Cho
biết thời gian để chuyển 1 byte là bao lâu?
2 chu kỳ xung nhịp
b) Tốc độ chuyển dữ liệu tối đa có thể đạt được là bao nhiêu?
1.6Mb/s

c) Giả sử tốc độ truy cập bộ nhớ không đủ nhanh so với tốc độ của vi
mạch 8237A, vì thế vi mạch 8237A phải chờ thêm 2 chu kỳ xung nhịp.
Cho biết tốc độ chuyển dữ liệu thực sự là bao nhiêu?
1Mb/s

Chương 3B: Bộ xử lý
1. Các vai trò chung được thực hiện bởi các thanh ghi là gì?
Thanh ghi được sử dụng để tăng tốc độ xử lý của các chương trình máy tính bằng cách cung
cấp các truy cập trực tiếp đến các giá trị cần dùng. Hầu hết, nhưng không phải tất cả, các máy
tính hiện đại hoạt động theo nguyên lý chuyển dữ liệu từ bộ nhớ chính vào các thanh ghi, tính
toán trên chúng, sau đó chuyển kết quả vào bộ nhớ chính.

2. Hãy liệt kê các thanh ghi lập trình được?
▪ Thanh ghi đa dụng (General purposeregister).
▪ Thanh ghi dữ liệu (Data register).
▪ Thanh ghi địa chỉ (Address register)
▪ Thanh ghi cờ
- Cờ dấu (SF - sign flag).
- Cờ zero (ZF - zero flag).
- Cờ nhớ (CF - carry flag).
- Cờ nhớ phụ/nhớ nửa (AF – auxiliary flag / half-carry).
- Cờ chẵn lẻ (PF - parity flag).
- Cờ tràn (OF - overflow flag).
- Cờ ngắt (IF - interrupt flag).

3. Vai trò của mã điều kiện là gì?
CCR chứa năm bit cờ, được ALU đặt để chứa thông tin về kết quả của một lệnh hoạt động số học
hoặc logic vừa được thực hiện.

Cờ trong CCR và ý nghĩa của chúng:

Thực hiện C, bit 0. Đặt thành 1 nếu một hoạt động thêm tạo ra một hoạt động thực hiện hoặc trừ đi tạo
ra một khoản vay; mặt khác xóa thành 0.

Tràn V, bit 1. Chỉ hữu ích trong các hoạt động trên các số nguyên đã ký. Đặt thành 1 nếu cộng hai số
có chữ ký giống nhau (hoặc phép trừ hai số có chữ ký ngược nhau) tạo ra kết quả vượt quá phạm vi bổ
sung 2�s của toán hạng; mặt khác xóa thành 0.

Không Z, bit 2. Đặt thành 1 nếu kết quả là 0, nếu không thì xóa thành 0.

Phủ định N, bit 3. Chỉ có ý nghĩa trong các hoạt động số đã ký. Đặt thành 1 nếu kết quả âm tính được
tạo ra, nếu không thì bị xóa thành 0. Cờ N theo MSB của toán hạng 8-, 16 hoặc 32 bit.

Mở rộng X, bit 4. Bit này hoạt động như một vật mang cho nhiều hoạt động chính xác.

4. a) Nếu phép toán cộng được thực hiện trên máy tính có từ nhớ là
8 bit với hai toán hạng là 00000010 và 00000011, giá trị gì được
gán cho các cờ sau: Carry, Zero, Overflow, Sign, Parity, Halfcarry.
A 00000010 + B 00000011=00000101
Carry: 0
Zero: 0
Overflow : 0
Sign: 0
Parity: 0
Half-carry : 0
b)Thực hiện lại cho hai toán hạng là -1 và 1. Tương tự
Carry: 1
Zero: 1
Overflow : 1

Sign: 1
Parity: 1
Half-carry : 1
5. Giống như câu 4) nhưng thực hiện phép toán A – B, trong đó A =
11110000 và B = 00010100.


B 00010100 + 1 = 11101100
A 11110000 – B+1 11101100 =11011100
Carry: 0, Zero flag: 0, Overflow: 0, Sign: 0, Even Parity: 0, Half-Carry: 0
8. Liệt kê và tóm tắt định nghĩa của ba kiểu tổ chức hệ thống máy
tính.
1.

SISD (Single instruction single data) : là một kiến trúc máy tính trong đó một bộ xử lý
đơn lõi, thực thi một luồng lệnh duy nhất, để hoạt động trên dữ liệu được lưu trữ trong một
bộ nhớ. Điều này tương ứng với kiến trúc von Neumann.
2.
SIMD (Single instruction multiple data): là một lớp các máy tính song song trong
phân loại của Flynn. Nó mô tả các máy tính có nhiều phần tử xử lý thực hiện cùng một hoạt
động trên nhiều điểm dữ liệu cùng một lúc. Các máy như vậy khai thác song song mức dữ
liệu, nhưng không đồng thời: có các tính toán đồng thời (song song), nhưng chỉ có một quy
trình (hướng dẫn) duy nhất tại một thời điểm nhất định. SIMD đặc biệt áp dụng cho các tác
vụ thông thường như điều chỉnh độ tương phản trong hình ảnh kỹ thuật số hoặc điều chỉnh
âm lượng của âm thanh kỹ thuật số. Hầu hết các thiết kế CPU hiện đại bao gồm các hướng
dẫn SIMD để cải thiện hiệu suất sử dụng đa phương tiện. Không nên nhầm lẫn SIMD với
SIMT, sử dụng các luồng.
3.
MIMD (multiple instruction multiple data): là một kỹ thuật được sử dụng để đạt được
song song. Các máy sử dụng MIMD có một số bộ xử lý hoạt động không đồng bộ và độc lập.

Bất cứ lúc nào, các bộ xử lý khác nhau có thể thực hiện các hướng dẫn khác nhau trên các
phần dữ liệu khác nhau. Kiến trúc MIMD có thể được sử dụng trong một số lĩnh vực ứng
dụng như thiết kế hỗ trợ máy tính / sản xuất hỗ trợ máy tính, mô phỏng, mô hình hóa và
làm công tắc giao tiếp. Máy MIMD có thể thuộc loại bộ nhớ dùng chung hoặc loại bộ nhớ
phân tán. Các phân loại này dựa trên cách bộ xử lý MIMD truy cập bộ nhớ. Các máy nhớ
dùng chung có thể thuộc loại dựa trên bus, mở rộng hoặc phân cấp. Máy bộ nhớ phân tán
có thể có sơ đồ kết nối hypercube hoặc lưới

9. Các nét đặc trưng chính của bộ đa xử lý đối xứng (SMP) là gì?
▪Có hai hay nhiều hơn bộ xử lý cùng loại.
▪ Các bộ xử lý này chia sẻ cùng bộ nhớ chính và được kết nối với nhau. Thời gian truy xuất bộ nhớ
của mỗi bộ xử lý xấp xỉ nhau.
▪ Tất cả bộ xử lý chia sẻ truy xuất các thiết bị nhập/xuất.
▪ Tất cả bộ xử lý có thể thực hiện cùng các chức năng (đối xứng – symmetric).
▪ Hệ thống được điều khiển bởi một hệ điều hành phân tán.

10. Một số ưu điểm của SMP so với bộ xử lý đơn là gì?
Hiệu năng:Nếu công việc được thực hiện bởi máy tính có thể tổ chức thành nhiều phần để thực hiện
song song, thì một hệ thống với nhiều bộ xử lý sẽ mang lại hiệu năng lớn hơn hệ thống có một bộ xử
lý cùng loại
Tính sẵn dùng: Các bộ xử lý có thể thực hiện các chức năng giống nhau, vì vậy lỗi của một bộ xử lý
sẽ không làm dừng hệ thống.


Khả năng mở rộng: Người sử dụng có thể tăng hiệu năng của hệ thống bằng cách thêm bộ xử lý.
Khả năng lựa chọn: Nhà cung cấp cho thể đưa ra nhiều loại hệ thống với giá cả và hiệu năng khác
nhau dựa vào số bộ xử lý được tích hợp trong hệ thống.