Câu 1: a.Máy tính là gì? b.Nêu các cách phân loại máy tính(cách truyền thống và cách hiện đại) Bài Làm Máy vi tính: là một thiết bị điện tử, thao tác thông tin hay dữ liệu. Có có khả năng lưu trữ, truy xuất, và xử lý dữ liệu. Như các bạn đã biết, một chiếc máy tính có thể sử dụng để gõ văn bản, gửi email, chơi trò chơi hay lướt web. Máy tính, cũng gọi là máy vi tính hay máy điện toán, là những thiết bị hay hệ thống dùng để tính toán hay kiểm soát các hoạt động mà có thể biểu diễn dưới dạng số hay quy luật logic. Máy tính được lắp ghép bởi các thành phần có thể thực hiện các chức năng đơn giản đã định nghĩa trước. Quá trình tác động tương hỗ phức tạp của các thành phần này tạo cho máy tính một khả năng xử lý thông tin. Nếu được thiết lập chính xác (thông thường bởi các chương trình máy tính) máy tính có thể mô phỏng lại một số khía cạnh của một vấn đề hay của một hệ thống. Trong trường hợp này, khi được cung cấp một bộ dữ liệu thích hợp nó có thể tự động giải quyết vấn đề hay dự đoán trước sự thay đổi của hệ thống. Có nhiều phương pháp và cách phân loại khác nhau, ở đây ta nêu lên một số phương pháp phân loại máy tính điện tử: Theo phương pháp truyền thống: 1. Máy vi tính ( Microcomputer) Một thiết bị hay hệ thống điện tử có khả năng xử lý dữ liệu, dùng để tính toán hay kiểm soát các hoạt động mà có thể biểu diễn dưới dạng số hay quy luật logic. 2. Máy tính nhỏ (Minicomputer) Là một dạng máy tính nhỏ cầm tay, với tốc độc trung bình, có khả năng xử lý và thực thi các chương trình cỡ nhỏ và chuyên biệt. 3. Máy tính lớn (Mainframe Computer) Máy tính cỡ lớn, thường là các máy tính chủ trong các hệ thống mạng của công ty hoặc nhà máy 4. Siêu máy tính (Super Computer) Một siêu máy tính là một máy tính vượt trội trong khả năng và tốc độ xử lý. Thuật ngữ Siêu Tính Toán được dùng lần đầu trong báo New York World vào năm 1920 để nói đến những bảng tính (tabulators) lớn của IBM làm cho trường Đại học Columbia. Theo phương pháp hiện đại: 1. Máy tính để bàn (Desktop Computer) Là máy tính cá nhân, hay máy tính đa năng, đáp ứng nhu cầu mọi người sử dụng chung trong các lĩnh vực gia đình, văn phòng, giải trí,.v.v. 2. Máy chủ (Servers) Phục vụ các yêu cầu từ các máy khách trong hệ thống mạng. Có nhiều loại máy chủ khác nhau như máy chủ WEB, máy chủ dữ liệu, máy chủ tên miền,... 3. Máy tính nhúng (Embedded Computer) Máy tính được đặt vào trong một hệ thống lớn, làm nhiệm vụ xử lý thông tin và điều khiển khiển hoạt động cho một phần hoặc toàn bộ hệ thống. Ví dụ: điện thoại di động, bộ điều khiển các thiết gia đình, Router định tuyến,...
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Câu 1: a.Máy tính gì? b.Nêu cách phân loại máy tính(cách truyền thống cách đại) Bài Làm Máy vi tính: thiết bị điện tử, thao tác thông tin hay liệu Có có khả lưu trữ, truy xuất, xử lý liệu Như bạn biết, máy tính sử dụng để gõ văn bản, gửi email, chơi trò chơi hay lướt web Máy tính, gọi máy vi tính hay máy điện toán, thiết bị hay hệ thống dùng để tính toán hay kiểm soát hoạt động mà biểu diễn dạng số hay quy luật logic Máy tính lắp ghép thành phần thực chức đơn giản định nghĩa trước Quá trình tác động tương hỗ phức tạp thành phần tạo cho máy tính khả xử lý thông tin Nếu thiết lập xác (thông thường chương trình máy tính) máy tính mô lại số khía cạnh vấn đề hay hệ thống Trong trường hợp này, cung cấp liệu thích hợp tự động giải vấn đề hay dự đoán trước thay đổi hệ thống Có nhiều phương pháp cách phân loại khác nhau, đây ta nêu lên số phương pháp phân loại máy tính điện tử: -Theo phương pháp truyền thống: Máy vi tính ( Microcomputer) Một thiết bị hay hệ thống điện tử có khả năng xử lý liệu, dùng để tính toán hay kiểm soát hoạt động mà biểu diễn dưới dạng số hay quy luật logic Máy tính nhỏ (Minicomputer) Là dạng máy tính nhỏ cầm tay, với tốc độc trung bình, có khả năng xử lý thực thi chương trình cỡ nhỏ chuyên biệt Máy tính lớn (Mainframe Computer) Máy tính cỡ lớn, thường máy tính chủ hệ thống mạng công ty hoặc nhà máy Siêu máy tính (Super Computer) Một siêu máy tính máy tính vượt trội khả năng tốc độ xử lý Thuật ngữ Siêu Tính Toán được dùng lần đầu báo New York World vào năm 1920 để 1 nói đến bảng tính (tabulators) lớn IBM làm cho trường Đại học Columbia -Theo phương pháp đại: Máy tính để bàn (Desktop Computer) Là máy tính cá nhân, hay máy tính đa năng, đáp ứng nhu cầu người sử dụng chung lĩnh vực gia đình, văn phòng, giải trí,.v.v Máy chủ (Servers) Phục vụ yêu cầu từ máy khách hệ thống mạng Có nhiều loại máy chủ khác như máy chủ WEB, máy chủ liệu, máy chủ tên miền, Máy tính nhúng (Embedded Computer) Máy tính được đặt vào hệ thống lớn, làm nhiệm vụ xử lý thông tin điều khiển khiển hoạt động cho phần hoặc toàn hệ thống Ví dụ: điện thoại di động, điều khiển thiết gia đình, Router định tuyến, Câu 2: a.Vẽ sơ đồ cấu trúc máy tính (các thành phần kết nối) b.Nêu chức từng thành phần Sơ đồ cấu trúc máy tính Chức Năng từng thành phần: a) Bộ nhớ ( Memory ) - Bộ nhớ trong: dùng để chứa liệu, lệnh, chương trình để xử lý 2 + ROM ( Read Only Memory): nhớ đọc, ROM hãng chế tạo cài đặt sẵn chương trình bên trong, bao gồm chương trình kiểm tra cốt lõi để ta tắt nguồn máy không bị liệu + RAM (Random Access Memory): Là nhớ mềm, truy xuất cách ngẫu nhiên RAM làm từ mạch vi mạch (gọi Chip nhớ) - Bộ nhớ (external memory): hay gọi thiết bị lưu trữ (storage devices): • Bộ nhớ gồm thiết bị lưu trữ đĩa, thẻ nhớ, băng từ • Nó có dung lượng lớn tốc độ truy cập chậm nhớ b) Bộ xử lý trung tâm(CPU: Central Processor Unit ) - Thực việc nhận lệnh, giải mã lệnh điều khiển khối khác thực lệnh - Thực phép tính số học, logic phép tính khác - Sinh tín hiệu địa máy CPU bao gồm phần sau: + Đơn vị điều khiển (Control unit): Thực việc nhận lệnh, giải mã lệnh điều khiển khối khác thực lệnh sinh tín hiệu địa máy để quản lý nhớ + Đơn vị tính toán số học Logic (Arithmeric – Logic Unit): Bao gồm vi mạch tính để thực phép tính số học, logic phép tính khác + Thanh ghi (Register) cấu trúc gồm 16 bít (hoặc 32 bit) nhớ liền kề thiết lập mạch vi xử lý, phận thường trực CPU, nơi đón loại liệu phục vụ cho việc thực lệnh: mã lệnh, địa liệu liệu để đưa vào cho CPU xử lý, nơi nhận kết sau CPU xử lý đưa Các ghi phân thành nhóm theo mục đích sử dụng c) Thiết bị ngoại vi - Bàn phím : dùng đưa vào máy lệnh điều khiển, chương trình, liệu xem thêm - Chuột (mouse):chuột bi, hay chuột quang, có dây hay loại không dây - Màn hình ( Display ) : có kiểu hình + Màn hình văn (Text mode) đƣợc phân thành chế độ: 80 cột ( kí tự) 25 dòng dạng chuẩn hoặc 40 cột ( kí tự) 25 dòng 3 + Màn hình đồ hoạ (Graphic Mode) thiết kế gồm nhiều điểm sáng (Pixel) theo hai chiều ngang dọc Màn hình đồ hoạ phân thành nhiều chế độ khác tuỳ theo độ phân giải: 640x480, 1024x768 - Máy in (Printer) + Máy in mầu (Ploter) gồm bút vẽ màu khác hoạt động nguyên tắc bút vẽ + Máy in Lazer hoạt động nguyên tắc dùng tia Laeser ép nóng chẩy bột mực khô bám lô + Máy in kim (9 kim hoặc 24 kim) hoạt động nguyên tắc kim phun bắn vào băng mực tạo giấy nốt chấm đen - Các thiết bị khác : Các thiết bị ngoại vi máy vi tính phong phú, thiết bị nêu thiết bị khác nhƣ : đĩa CD-ROM, máy chiếu (Projecter), máy quét ảnh (Scaner), Tất thiết bị ngoại vi giúp cho việc đưa (input) thông tin vào máy nhiều dạng từ kí tự đến âm thanh, hình ảnh Câu 3: Nêu định nghĩa Kiến trúc máy tính - Kiến trúc máy tính bao gồm ba phần: Kiến trúc phần mềm ,tổ chức máy tính lắp đặt phần cứng - Kiến trúc phần mềm máy tính chủ yếu kiến trúc phần mềm xử lý, bao gồm: tập lệnh, dạng lệnh kiểu định vị Trong đó, tập lệnh tập hợp lệnh mã máy (mã nhị phân) hoàn chỉnh hiểu xử lý bới xử lý trung tâm, thông thường lệnh tập lệnh trình bày dạng hợp ngữ Mỗi lệnh chứa thông tin yêu cầu xử lý thực hiện, bao gồm: mã tác vụ, địa toán hạng nguồn, địa toán hạng kết quả, lệnh (thông thường thông tin ẩn) Kiểu định vị cách thức thâm nhập toán hạng - Kiến trúc phần mềm phần mà lập trình viên hệ thống phải nắm vững để việc lập trình hiểu quả, sai sót 4 - Phần tổ chức máy tính liên quan đến cấu trúc bên xử lý, cấu trúc bus, cấp nhớ mặt kỹ thuật khác máy tính + Lắp đặt phần cứng máy tính ám việc lắp ráp máy tính dùng linh kiện điện tử phận phần cứng cần thiết + Ta nên lưu ý vài máy tính có kiến trúc phần mềm phần tổ chức khác (VAX- 11/780 VAX 8600) Các máy VAX- 11/780 VAX- 11/785 có kiến trúc phần mềm phần tổ chức gần giống Tuy nhiên việc lắp đặt phần cứng máy khác Máy VAX- 11/785 dùng mạch kết cải tiến tần số xung nhịp thay đổi tổ chức nhớ Câu 4: Nêu mô hình máy tính John von Neumann? • • • Mô hình máy tính John von Neumann mô hình máy tính thực tế nhà toán học người Mỹ gốc Hungary John Von Neumann đưa tham gia thiết kế máy tính EDVAC năm 1945 Máy gồm khối : đơn vị xử lý, nhớ hệ thống xuất nhập Mô sau: Các máy tính đại ngày sử dụng kiến trúc máy tính vonNeumann cải tiến – gọi kiến trúc máy tính von-Neumann đại Mô sau: Nguyên lý Von Neumann: 1.- Máy tính phải điều khiển chương tŕnh lưu trữ nhớ, theo kịch mà người ta đă chuẩn bị sẵn cho 2.- Máy tính truy cập tới liệu thông qua địa Dữ liệu gồm liệu vào, ra, trung gian hay mã lệnh chương tŕnh Câu 5: Nêu nhiệm vụ đơn vị xử lý trung tâm CPU - CPU xem não máy tính CPU đảm nhận thực chức máy tính thực thi chương trình Chương trình thực thi gồm dãy thị lưu trữ nhớ Quá trình thực thi chương trình gồm hai bước: CPU đọc thị từ nhớ thực thi thị Việc thực thi chương trình lặp lặp lại trình lấy thị thực thi thị -CPU có khối : Bộ điều khiển ( Control Unit )Là vi xử lí có nhiệm vụ thông dịch lệnh chương trình điều khiển hoạt động xử lí,được điều tiết xác xung nhịp đồng hồ hệ thống Mạch xung nhịp đồng hồ hệ thống dùng để đồng thao tác xử lí CPU theo khoảng thời gian không đổi.Khoảng thời gian chờ hai xung gọi chu kỳ xung nhịp.Tốc độ theo xung nhịp hệ thống tạo xung tín hiệu chuẩn thời gian gọi tốc độ xung nhịp - tốc độ đồng hồ tính triệu đơn vị giây-Mhz Thanh ghi phần tử nhớ tạm vi xử lý dùng lưu liệu địa nhớ máy thực với chúng Bộ số học-logic (ALU-Arithmetic Logic Unit)Có chức thực lệnh đơn vị điều khiển xử lý tín hiệu Theo tên gọi,đơn 6 vị dùng để thực phép tính số học( +,-,*,/ )hay phép tính logic Thanh ghi ( Register )Thanh ghi có nhiệm vụ ghi mã lệnh trước xử lý ghi kết sau xử lý Câu 6: a vẽ sơ đồ cấu truc đơn vị xử lý trung tâm CPU(các thành phần kết nối) b.nêu chức từng thành phần Sơ đồ cấu trúc đơn vị xử lí trung tâm CPU: Chức thành phần trên: -Đơn vị điều khiển(Control Unit-CU):điều khiển hệ thống máy tính theo chương trình định sẵn -Đơn vị số học logic(Arithmetic and Logic Unit-ALU):thực phép toán só học phép toán logic liệu cụ thể -Tập ghi(Register File-RF):lưu giữ thông tin tạm thời phục vụ cho hoạt động CPU -Đơn vị ghép nối bus(Bus interface Unit-BIU):kết nối trao đổi thông tin bus bên trong(internal bus) bus bên ngoài(external bus) 7 Bài 31: Biểu diễn số thực sau dạng dấu phẩy động IEEE754/85, 32 bit X=-27,0625 Chuyển -27,0625 hệ nhị phân (-27.0625)10 = (-11011.0001)2 Chuẩn hóa theo IEEE 32 bit -11011.0001 =>-1.10110001 × 24 Xác định thông số biểu diễn S,E,M S:phần định trị số âm , nên S E:phần mũ xác định E = 4+127=131=10000011 M:phần định trị xác định 10110001000000000000000 ( M=dãy số sau dấu chấm sau chuẩn hóa, lại ghi số cho đủ 23 số) Vậy X=-27,0625 dạng dấu phẩy động IEEE là: 10000011 10110001000000000000000 X=1/32 Chuyển 1/32 hệ nhị phân 1/32= (0.00001)2 Chuẩn hóa theo IEEE 32 bit 1/32 =>0.00001×20 Xác định thông số biểu diễn S,E,M S:phần định trị số dương , nên S E:phần mũ xác định E=127=1111111 M:phần định trị xác định 00001000000000000000000 ( M=dãy số sau dấu chấm sau chuẩn hóa, lại ghi số cho đủ 23 số) Vậy X=1/32 dạng dấu phẩy động IEEE là: 111111 00001000000000000000000 Câu 7: Giới thiệu tóm tắt đơn vị số học logic ALU: Chức năng, mô hình kếtnối Bài làm 8 Đơn vị logic ALU Chức năng: ALU đa số loại vi sử lí thực chức năg + ADD (cộng) 2s Complement (bù nhị phân) + SUB (trừ ) Shilft Right (dịch phải ) + AND ( Và logic) Shilft Lefl ( dịch trái ) + OR ( hoặc logic ) Increment (tăng ) + XOR (Cộng module 2) Decrement (giảm) - Có hai cổng vào (in) để nhận liệu vào ALU cổng (out) để lấy kết xử lý liệu ALU Câu :Giới thiệu tóm tắt tập ghi CPU :Chức , đặc điểm ,phân loại Bài Làm Thanh ghi: Trong kiến trúc máy tính, ghi nhớ dung lượng nhỏ nhanh, sử dụng để tăng tốc độ xử lý chương trình máy tính cách cung cấp truy cập trực tiếp đến giá trị cần dùng Hầu hết, tất cả, máy tính đại hoạt động theo nguyên lý chuyển liệu từ nhớ vào ghi, tính toán chúng, sau chuyển kết vào nhớ Các ghi xử lý phần phân cấp nhớ, cung cấp nhanh vào hệ thống để xử lý liệu Thuật ngữ thường dùng để nói đến tập ghi trực tiếp cho việc nhập hay xuất câu lệnh, xem thêm tập lệnh Chúng gọi " kiến trúc ghi" Ví dụ, Đưa biến số thường dùng vào ghi hoạt động then chốt làm tăng hiệu ứng chương trình Việc có tên register 9 allocation thường thực trình biên dịch giai đoạn phát sinh mã hoá Các loại ghi Thanh ghi thường đo bit chứa, ví dụ, ghi "8-bit" hay ghi "32-bit" Các ghi thường xem file ghi - register file, chúng dùng riêng rẽ flip-flop, tốc độ cao core memory, thin film memory, cách khác nhiều máy móc Có số phân lớp ghi tùy theo nội dung: Thanh ghi khả - Có hai loại Thanh ghi liệu ghi địa Thanh ghi liệu dùng để lưu số nguyên (xem ghi số thực đây) Trong số CPU trước đây, có ghi đặc biệt ghi tích lũy tích lũy, dùng cho nhiều tính toán Thanh ghi địa chứa địa nhớ dùng để truy cập nhớ Trong số CPU, có ghi địa đặc biệt ghi mục, dù chúng thường dùng để sửa đổi địa chứa địa Thanh ghi điều kiện chứa giá trị thực thường dùng để định hoật động thực thi lệnh Thanh ghi đa (GPRs) chứa liệu lẫn địa chỉ., kết hợp ghi liệu ghi địa Thanh ghi dấu phẩy động(FPRs) dùng để chứa kiểu số Thanh ghi số chứa giá trị đọc (Ví dụ: 0, 1, pi, ) Thanh ghi định hướng chứa liệu cho việc xử lý định hướng đối tượng, thực lệnh SIMD (lệnh đơn, bội kiện) Thanh ghi chuyên biệt chứa trạng thái chương trình; thường bao gồm trỏ lệnh, trỏ ngăn xếp, ghi trạng thái Thanh ghi lệnh chứa lệnh tạm huỷ Thanh ghi mục dùng cho sửa đổi địa tác tử trình thực chương trình 10 10 mềm ứng dụng thực cách thuận tiện hiệu Ngoài hệ điều hành, phần mềm hệ thống bao gồm chương trình nhúng, chương trình khởi động Microcode Phần mềm ứng dụng thiết kế cho người dùng cuối có giao diện người dùng Phần mềm ứng dụng: chương trình máy tính thiết kế để thực nhóm chức phối hợp nhiệm vụ hoặc hoạt động lợi ích người sử dụng Ví dụ ứng dụng bao gồm xử lý từ, bảng tính, ứng dụng kế toán, trình duyệt web, máy nghe nhạc,… Phần mềm tiện ích: chương trình ứng dụng thiết kế để hỗ trợ quản trị hệ thống lập trình máy tính Các loại phần mềm tiện ích Anti – virus, phần mềm lưu, quản lý clipboard, Cryptographic, nén liệu,…Hệ điều hành: chương trình máy tính hoạt động trung gian người sử dụng máy tính phần cứng máy tính Chương trình khởi động: máy tính lưu trữ chương trình đòi hỏi chương trình máy tính ban đầu lưu giữ nhớ để đọc khời động Qúa trình khởi động xác định khởi tạo tất khía cạnh hệ thống, từ đăng ký xử lý để điều khiển thiết bị cho nội dung nhớ Chương trình nhúng: thiết bị phần cứng nhúng firmware để kiểm soát hoạt động Firmware sử dụng chương trình máy tính không thay đổi, hoặc chương trình không bị tắt nguồn Microcode: chương trình kiểm soát số phận xử lý trung tâm số phần cứng khác Mã di chuyển liệu ghi, đơn vị logic số học đơn vị chức khác CPU Bài 12: Giới thiệu tóm tắt lệnh máy: đặc trưng, thành phần Bài làm *Các đặc trưng lệnh máy: 15 15 -Mỗi xử lý có tập lệnh xác định -Tập lệnh thường có hàng chục đến hàng trăm lệnh -Mỗi lệnh chuỗi số nhị phân mà xử lý hiểu để thực thao tác xác định-Các lệnh mô tả kí hiệu gợi nhớ->chính lệnh hợp ngữ *Các thành phần lệnh máy -Mã thao tác (operation code -> opcode): mã hóa cho thao tác mà xử lý phải thực -Địa toán hạng: Chỉ nơi chứa toán hạng mà thao tác tác động +Toán hạng nguồn:dữ liệu vào thao tác +Toán hạng đích:dữ liệu thao tác Bài 32 : Xác định giá trị số thực biểu diễn số dấu phẩy động IEEE754/85 , 32 bit sau : X = C0 A8 00 00(16) Bài làm S e m *S bit dấu: S=0 ->số dương S=1->số âm E (8 bit) mã excess-127 phần mũ E: e=E+127 -> E=e-127 Giá trị 127 gọi độ lệch (bias) M(23 bit) phần lẻ phần định trị M: M=1.m Công thức xác định giá trị số thực: X=(-1)S.1.m.2e-127 Áp dụng vào tập: 16 16 Xác định giá trị số thực biểu diễn số dấu phẩy động IEEE754/85, 32-bit sau: X = C0 A8 00 00(16) =1100 0000 1010 1000 0000 0000 0000 0000(2) Ta có: o Bit dấu: S=1 -> X số âm o Mã lệnh: e=100 0000 1(2)=129(10) Phần mũ: E=e-127=129-127=2 o Phần định trị: M=1.m=1.0101(2)=1.3125(10) Vậy: X=(-1)1 x 1.3125 x 22 = -5.25 a b • • • • • • • Vì X số âm Nên giá trị số thực X = -5.25 Câu 14: RISC (viết tắt Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa) phương pháp thiết kế vi xử lý (VXL) theo hướng đơn giản hóa tập lệnh, thời gian thực thi tất lệnh Hiện vi xử lý RISC phổ biến ARM, SuperH, MIPS, SPARC, DEC Alpha, PA-RISC, PIC, PowerPC củaIBM Mạch RISC có số đặc trưng sau: Có số lệnh (thông thường 100 lệnh ) Có số kiểu định vị (thông thường hai kiểu: định vị tức định vị gián tiếp thông qua ghi) Có số dạng lệnh (một hoặc hai) Các lệnh có chiều dài Chỉ có lệnh ghi hoặc đọc ô nhớ thâm nhập vào nhớ Dùng tạo tín hiệu điều khiển mạch điện để tránh chu kỳ giải mã vi lệnh làm cho thời gian thực lệnh kéo dài Bộ xử lý RISC có nhiều ghi để giảm bớt việc thâm nhập vào nhớ Các xử li RISC thực tất lệnh chu kì máy 17 17 Câu 17: Khái niệm Máy tính có kỹ thuật siêu ống dẫn bậc n cách chia giai đoạn kỹ thuật ống dẫn đơn giản, giai đoạn thực khoản thời gian Tc, thành n giai đoạn thực khoản thời gian Tc/n Nhận xét a) Ưu điểm • Độ hữu hiệu kỹ thuật tương đương với việc thi hành n lệnh chu kỳ Tc • Hình 3.5 trình bày ví dụ siêu ống dẫn bậc 2, có so sánh với ống dẫn đơn giản Ta thấy chu kỳ Tc, máy dùng kỹ thuật siêu ống dẫn làm lệnh thay làm lệnh máy dùng kỹ thuật ống dẫn bình thường • Trong máy tính siêu ống dẫn, tốc độ thực lệnh tương đương với việc thực lệnh khoảng thời gian Tc /n Nhóm 17 Các kĩ thuật tiên tiến vi xử lý b) Nhược điểm • Thời gian thực giai đoạn ngắn Tc /n việc trì hoãn thi hành lệnh nhảy lớn • Trong ví dụ hình 3.5, lệnh thứ i lệnh nhảy tương đối lệnh giải mã giai đoạn ID, địa nhảy đến tính vào giai đoạn EX, lệnh phải nhảy tới lệnh thứ i+4, có trì trệ lệnh thay lệnh kỹ thuật ống dẫn bình thường Hình 3.5: Siêu ống dẫn bậc so với ống dẫn đơn giản III SIÊU VÔ HƯỚNG (SUPERSCALAR) Khái niệm Máy tính siêu vô hướng bậc n thực đồng thời n lệnh chu kỳ xung nhịp Tc Hình 3.6 trình bày ví dụ vận hành máy tính siêu vô hướng bậc so với máy tính dùng kỹ thuật ống dẫn Nhóm 18 Các kĩ thuật tiên tiến vi xử lý Hình 3.6: Siêu vô hướng so với kỹ thuật ống dẫn Nhận xét Trong máy tính siêu vô hướng phần cứng phải quản lý việc đọc thi hành đồng thời nhiều lệnh Vậy phải có khả quản lý quan hệ số liệu với Cũng cần phải chọn lệnh có khả thi hành lúc Những xử lý đưa thị trường dùng kỹ thuật xử lý Intel i860 IBM RS/6000 Các xử lý có khả thực song song nhiều tác vụ số nguyên số lẻ Năm 1992, người ta thấy xuất xử lý có nhiều thực tác vụ độc lập với (nhiều ALU, tính toán số lẻ, nạp liệu, lưu liệu, nhảy), thực song song nhiều lệnh (lệnh 18 18 tính số nguyên, số lẻ, lệnh nhớ, lệnh nhảy ) Số lệnh thi hành song song nhiều phần cứng thực việc phức tạ Hình 4.2: Đặc tính ba mẫu máy RISC Máy tính có lệnh dài (VLIW – Very long instruction word) Máy tính có lệnh dài máy tính siêu vô hướng thực hoặc lệnh chu kỳ xung nhịp Do kỹ thuật ống dẫn đòi hỏi lệnh phải phụ thuộc vào nên khó thực nhiều lệnh chu kỳ Như vậy, thay cố thực nhiều lệnh chu kỳ, người ta tìm cách đưa vào nhiều lệnh từ lệnh dài Một lệnh VLIW chứa hai tác vụ tính toán số nguyên, hai tác vụ tính toán số lẻ, hai tác vụ thâm nhập nhớ lệnh nhảy Một lệnh chia thành nhiều trường, trường có từ 16 đến 24 bít chiều dài lệnh VLIW từ 112 đến 168 bit Có nhiều kỹ thuật tạo lệnh VLIW tất trường dùng Giá thành độ phức tạp máy tính có lệnh thật dài tăng lên nhiều người ta tăng số trường lệnh VLIW Kỹ thuật ống dẫn kỹ thuật làm cho giai đoạn khác nhiều lệnh thi hành lúc • Các giai đoạn : - Lấy lệnh (IF: Instruction Fetch) - Giải mã (ID: Instruction Decode) - Thi hành (EX : Execute) - Thâm nhập nhớ (MEM: Memory access) - Lưu trữ kết (RS: Result Storing) Hình 3.1: Các giai đoạn khác kỹ thuật ống dẫn Những khó khăn kỹ thuật ống dẫn Khi thi hành lệnh máy tính dùng kỹ thuật ống dẫn, có nhiều trường hợp 19 19 làm cho việc thực kỹ thuật ống dẫn không thực là: thiếu mạch chức năng, lệnh dùng kết lệnh trước, lệnh nhảy Có thể phân biệt loại khó khăn: khó khăn cấu trúc, khó khăn số liệu khó khăn điều khiển • Khó khăn cấu trúc: Đây khó khăn thiếu phận chức năng, ví dụ máy tính dùng kỹ thuật ống dẫn phải có nhiều ALU, nhiều PC, Nhóm 14 Các kĩ thuật tiên tiến vi xử lý nhiều ghi lệnh IR… Các khó khăn giải cách thêm phận chức cần thiết hữu hiệu • Khó khăn số liệu: Ví dụ trường hợp lệnh liên tiếp sau: Lệnh 1: ADD R1,R2, R3 Lệnh 2: SUB R4, R1, R5 Lệnh 3: AND R6, R1, R7 Lệnh 4: OR R8, R1, R9 Hình 3.2 cho thấy R1, kết lệnh dùng cho lệnh sau giai đoạn MEM lệnh 1, R1 dùng cho lệnh vào giai đoạn EX lệnh Chúng ta thấy R1 dùng cho lệnh Hình 3.2: Khó khăn số liệu Bài 18: Giới thiệu tóm tắt hoạt động ngắt (Interrupt) máy tính : Khái niệm, loại, hoạt động * Khái niệm: - Ngắt chế cho phép CPU tạm dừng chương trình thực để chuyển sang thực chương trình khác, gọi chương trình phuc vụ ngắt * Các loại : - Ngắt lỗi thực chương trình ví dụ :tràn số, chia cho - Ngắt lỗi phần cứng , ví dụ lỗi nhớ RAM - Ngắt mô-đun vào- phát tín hiệu ngắt đến CPU yêu cầu trao đổi liệu * Hoạt động ngắt: - Sau hoàn thành lệnh, vi xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt - Nếu ngắt xử lý nhận lệnh chương trình - Nếu có tín hiệu ngắt : + Tạm dừng chương trình thực + Cất ngữ cảnh(các thông tin lien quan đến chương trình bị ngắt ) 20 20 • • • • • - + Thiết lập PC trỏ đến chương trình phục vụ ngắt + Chuyển sang thực chương trình phục vụ ngắt + Cuối chương trình phục vụ ngắt ,khôi phục ngữ cảnh tiếp tục chương trình bị tạm dừng Bài 19: Giới thiệu tóm tắt nhớ máy tính: chức năng, hoạt động, loại : * Chức năng, hoạt động: - Bộ nhớ máy tính bao gồm hình thức, phương thức để lưu trữ liệu máy tính cách lâu dài (khi kết thúc phiên làm việc máy tính liệu không bị đi), hoặc lưu liệu tạm thời trình làm việc máy tính (khi kết thúc phiên làm việc máy tính nhớ bị hết liệu) * Bộ nhớ máy tính chia thành hai dạng: Bộ nhớ nhớ -Bộ nhớ hiểu loại nhớ nằm nội bên thùng máy + Bộ nhớ đệm nhanh (cache memory): Tốc độ truy xuất nhanh; Thường nằm CPU, số cache cũ nằm CPU: cache đế cắm kiểu slot 1, hoặc cache dạng thanh, tháo rời giống thành RAM ngày nay; Bao gồm Cache L1 Cache L2, Cache L3 (L3 có số CPU) có tốc độ truy xuất gần tốc độ truyền liệu CPU; + Bộ nhớ (main memory); Bộ nhớ RAM (Random access memory), hay Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên: Tốc độ truy cập nhanh, lưu trữ liệu tạm thời, liệu bị bị cắt nguồn điện; Bộ nhớ ROM (Read Only Memory), hay Bộ nhớ đọc: Lưu trữ chương trình mà nguồn điện cung cấp không bị (xóa) Ngày có công nghệ FlashROM tức nhớ ROM đọc mà ghi lại được, nhờ có công nghệ BIOS cải tiến thành FlashBIOS Bộ nhớ 21 21 Bộ nhớ hiểu nhớ máy tính gắn bên thùng máy, dùng để mang lại Bao gồm: + Bộ nhớ từ: đĩa cứng, Đĩa mềm, + Bộ nhớ quang: CD, DVD, + Bộ nhớ bán dẫn: flash disk, thẻ nhớ + Các loại nhớ dựa công nghệ FlashROM: Kết hợp với chuẩn giao tiếp máy tính USB (Universal Serial Bus) tạo nhớ máy tính di động thuận tiện đa như: Các thiết bị giao tiếp USB lưu trữ liệu, thiết bị giao tiếp USB chơi nhạc số, chơi video số; khóa bảo mật qua giao tiếp USB; thẻ nhớ Dung lượng thiết bị lưu trữ FlashROM lên tới 32GB (Samsung,Intel công bố năm 2005), tương lai, FlashROM dần thay ổ đĩa cứng, loại đĩa CD, DVD - Bài 20: Nêu đặc trưng nhớ chính: - ROM RAM nhớ máy tính dùng lưu trữ chương trình liệu suốt trình hoạt động - ROM RAM tạo với nhiều chủng loại khác đáp ứng nhu cầu sử dụng người dùng - ROM( Read only memory) + Bộ nhớ đọc + Ghi thông tin vào ROM cách sử dụng thiết bị hoặc phương pháp đặc biệt + Là nhớ ổn định :tất thông tin trì nguồn nuôi + Là nhớ bán dẫn : ô nhớ cổng bán dẫn + Thường dùng để lưu trữ thông tin hệ thống RAM( Random Access Memory) + Bộ nhớ truy suất ngẫu nhiên + Lưu trữ thông tin sau: Thư viện chương trình Các chương trình điều khiển hệ thống(BIOS) Các bảng chức Vi chương trình 22 22 Bài 21: A Bộ nhớ cache gì: - Bộ nhớ Cache kiểu nhớ tốc độ cao có bên CPU để tăng tốc độ truy cập cho liệu lệnh lưu nhớ RAM Trong hướng dẫn này, chúng giới thiệu cho bạn cách làm việc nhớ theo cách dễ hiểu B.Nguyên lý: - Cache có tốc độ truy xuất nhanh nhiều nhớ - Cache đặt CPU nhớ nhằm tăng tốc độ trao đổi thông tin CPU nhớ - Cache thường đặt chip vi xử lí Bài 22: A.Ba phương pháp tổ chức nhớ Cache: - Ánh xạ trực tiếp - Liên kết đầy đủ - Liên kết tập hợp B.Các phương pháp ghi liệu cache hit: có phương pháp - Write through:ghi liệu vào cache BNC, không cần thiết ,tốc độ chậm ,mạch đơn giản - Write back: ghi vào cache, Block(trong cache ) ghi bị thay ghi vào BNC, tốc độ nhanh mạch phức tạp Bài 23: Giới thiệu tóm tắt nhớ : chức , đặc điểm, loại * Chức đặc điểm: -Lưu giữ tài nguyên phần mềm máy tính -Được kết nối với hệ thống dạng thiết bị vào –ra -Dung lượng lớn -Tốc độ chậm * Các loại nhớ ngoài: -Bộ nhớ từ: đĩa cứng,đĩa mềm -Bộ nhớ quang:đĩa CD,DVD -Bộ nhớ bán dẫn :Flash disk, memory card Bài 24: * Khái niệm nhớ ảo: Bộ nhớ ảo kĩ thuật quản lý nhớ thực phần mềm phần cứng 23 23 * Các kĩ thuật thực hiện: lien kết địa ô nhớ dùng phần mềm gọi địa ảo tới địa vật lý nhớ máy tính Bộ nhớ tác vụ coi khoảng trống có địa lien tiếp hoặc tập hợp vùng lien tiếp hệ điều hành quản lý ô địa ảo phân vùng từ ổ nhớ thực đến ổ nhớ ảo phần cứng phụ trách xử lý địa nằm CPU thường gọi MMU, tự động chuyển địa ảo sang địa vật lý Phần mềm nằm hệ điều hành tạo vùng địa ảo nhằm mở rộng khả lưu trữ vật lý nhớ từ chương trình có nhiều nhớ thực tế máy tính có Lợi ích quan trọng nhớ ảo đảm nhiệm giùm ứng dụng quản lý vùng nhớ chia sẻ, tăng độ an toàn cho vùng nhớ giúp chương trình xử dụng nhiều nhớ nhiều nhớ vật lý mà phần cứng máy tính có, dựa kỹ thuật phân trang Câu 25: * Raid gì? - RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks hoặc Redundant Arrays of Independent Disks) hình thức ghép nhiều ổ đĩa cứng vật lý thành hệ thống ổ đĩa cứng có chức gia tăng tốc độ đọc/ghi liệu hoặc nhằm tăng thêm an toàn liệu chứa hệ thống đĩa hoặc kết hợp hai yếu tố * Các mức Raid là? - RAID 0:RAID cần ổ đĩa Tổng quát ta có n đĩa (n >= 2) đĩa loại Dữ liệu chia nhiều phần đg ta dùng 02 ổ cứng 80GB hệ thống đĩa chúng ta 160GB + Ưu điểm: - Tăng tốc độ đọc/ghi đĩa: đĩa cần phải đọc/ghi 1/n lượng liệu yêu cầu Lý thuyết tốc độ tăng n lần +Nhược điểm: Tính an toàn thấp Nếu đĩa bị hư liệu tất đĩa lại không sử dụng Xác suất để liệu tăng n lần so với dùng ổ đĩa đơn 24 24 - RAID 1: Đây dạng RAID có khả đảm bảo an toàn liệu Cũng giống RAID 0, RAID đòi hỏi hai đĩa cứng để làm việc Dữ liệu ghi vào ổ giống hệt (Mirroring) + Ưu điểm: Trong trường hợp ổ bị trục trặc, ổ lại tiếp tục hoạt động bình thường Bạn thay ổ đĩa bị hỏng mà lo lắng đến vấn đề thông tin thất lạc Đối với RAID 1, hiệu yếu tố hàng đầu nên chẳng có ngạc nhiên lựa chọn số cho người say mê tốc độ Tuy nhiên nhà quản trị mạng hoặc phải quản lý nhiều thông tin quan trọng hệ thống RAID thứ thiếu Dung lượng cuối hệ thống RAID dung lượng ổ đơn (hai ổ 80GB chạy RAID cho hệ thống nhìn thấy ổ RAID 80GB) RAID 5:là cải tiến RAID 0,có cung cấp chế khôi phục liệu, Parity dùng để khôi phục liệu phân bố đồng tất ổ đĩa cứng Giả sử liệu A phân tách thành phần A1, A2, A3 (Xem hình minh hoạ RAID 5), liệu chia thành phần chứa ổ đĩa cứng 0, 1, (giống RAID 0) Phần ổ đĩa cứng thứ chứa Parity (Ap) A1 A2 A3 để khôi phục liệu ổ đĩa cứng 0, 1, Dữ liệu B chia thành B1 B2 B3 Parity Bp, theo thứ tự B1 B2 B3 lưu trữ ổ 3, Bp lưu trữ ổ Các Parity lưu trữ ổ đĩa cứng RAID cho phép tối đa có ổ cứng bị chết thời điểm, có nhiều ổ cứng bị chết thời điểm toàn liệu coi hết RAID yêu cầu ổ cứng tham gia RAID phải có dung lượng Dung lượng xác cuối RAID tính cách: (Dung lượng ổ cứng)x(Số lượng ổ cứng tham gia RAID) (Dung lượng ổ cứng) Bài 34: Execursion time A = instruction x 2,0 x 250 Execursion time B = instruction x 2,0 x 500 25 25 Performance A/performance B= (instruction x 2,0 x 500)/ (instruction x 2,0 x 250) = lần Vậy máy B chạy nhanh nhanh lần BÀI LÀM NHÓM Câu 14 a, RISC (viết tắt Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa) phương pháp thiết kế vi xử lý(VXL) theo hướng đơn giản hóa tập lệnh, thời gian thực thi tất lệnh Hiện vi xử lý RISC phổ biến ARM, SuperH, MIPS, SPARC, DEC Alpha, PA-RISC, PIC, PowerPC IBM b,Những bạn nhận từ kiến trúc RISC CPU đơn giản, với tập lệnh dễ hiểu trực quan Tất lệnh có chiều dài, điều làm cho chúng dễ dàng xắp xếp gọn gàng RAM Chúng có cách mã hóa tương tự nhau, bạn có ý định dịch ngược opcode RISC dễ thực Cũng dễ dàng đếm số lệnh nhớ Và cuối dễ tính toán số chu kỳ máy thực cho đoạn chương trình, lệnh RISC hầu hết thực chu kỳ máy Chỉ cần đếm số lệnh (hoặc số byte, đem chia cho 4) bạn có kết quả, dĩ nhiên tạm loại trừ ảnh hưởng cache trạng thái chờ RISC thực hoặc không tập lệnh, hoặc tính khác mà bạn muốn Trước tiên toán học Hầu hết chíp RISC trước lệnh nhân lệnh chia Ngày hầu hết lệnh chia Nếu bạn người lập trình hợp ngữ xin chúc mừng, bạn phải tự viết hàm thực phép nhân phép chia số nguyên Đừng nghĩ đến phép toán dấu chấm động, hầu hết chíp RISC không hỗ 26 26 trợ điều Công hầu hết chíp CISC chẳng có FPU, FPU phổ biến vi xử lý CISC loại cũ nhiều chíp RISC Bạn chẳng có phép toán trực tiếp bít Ví dụ, để kiểm tra đảo bít ghi trạng thái, bạn phải đọc toàn nội dung ghi vào bên vi xử lý Rồi che bít mà bạn không sử dụng, dịch phải kết quả, kiểm tra trạng thái bít, đảo bít dùng phép exclusive-OR, dịch trái trở lại vị trí cũ, ghi trở ghi Truy cập nhớ không xắp xếp phần bị bỏ RISC Các chíp RISC thiết kế cho trạm làm việc, nơi mà liệu xắp xếp theo từ (word) trình biên dịch đặt chúng nằm Lượng liệu nhỏ (như byte) hoặc không tồn hoặc chèn thêm zero để vừa với từ 32 bít Trong hệ thống nhúng có ngăn nắp Một số 32 bít lưu địa lẻ truy cập nhiều chíp RISC Chúng xử lý toán hạng không xắp xếp (?) Tương tự vậy, lượng liệu lẻ, giá trị 24 bít phải mở rộng zero- hoặc sign- lưu trữ chúng, lãng phí RAM Có tin tốt trình biên dịch xử lý điều Nếu bạn người lập trình hợp ngữ, RISC đau khổ Nếu bạn lập trình C hoặc ngôn ngữ cấp cao bạn không cần để ý đến giới hạn Trừ bạn quan tâm đến mật độ mã Câu 15: Có thể từ phải sang trái (vi xử lý họ Intel) hoặc ngược lại từ trái sang phải (vi xử lý họ Motorola) Trường hợp liệu lưu giữ số nguyên hai cách xếp trở ngại Nhưng liệu bao gồm số nguyên xâu ký tự có vấn đề Ví dụ, xét ghi (h 7.1) gồm có xâu tên nhân viên BILL GATE trường số nguyên: tuổi 42 Xâu kết thúc byte 27 27 cuối để điền kín chỗ trống từ, số nguyên thêm vào byte phần có trọng số cao Do dịch cách xếp sang cách xâu giống số nguyên bị nhầm • • • • • • • Câu 16 a , Đường ống (Pipelining) kĩ thuật để tăng tốc máy tính,tận dụng tối đa thời gian CPU.Quá trình thực lệnh chia thành công đoạn nhận lệnh,giải mã lệnh,tính địa toán hạng,nhận toán hạng,điều khiển xủa lý lệnh,cắt kết b , Cần phải có mạch điện để thi hành giai đoạn lệnh tất giai đoạn lệnh thi hành lúc Trong xử lý không dùng kỹ thuật ống dẫn, ta dùng làm toán ALU để cập nhật ghi PC, cập nhật địa toán hạng nhớ, địa ô nhớ mà chương trình cần nhảy tới, làm phép tính toán hạng phép tính xảy nhiều giai đoạn khác Phải có nhiều ghi khác dùng cho tác vụ đọc viết Trên hình III.4, chu kỳ xung nhịp, ta thấy lúc có tác vụ đọc (ID, MEM) tác vụ viết (RS) Trong máy có kỹ thuật ống dẫn, có kết tác vụ trước đó, toán hạng nguồn tác vụ khác Như có thêm khó khăn mà ta đề cập mục tới Cần phải giải mã lệnh cách đơn giản để giải mã đọc toán hạng chu kỳ xung nhịp Cần phải có làm tính ALU hữu hiệu để thi hành lệnh số học dài nhất, có số giữ, khoảng thời gian chu kỳ xung nhịp Cần phải có nhiều ghi lệnh để lưu giữ lệnh mà chúng ta phải xem xét cho giai đoạn thi hành lệnh Cuối phải có nhiều ghi đếm chương trình PC để tái tục lệnh trường hợp có ngắt quãng 28 28 Bài 33 =8GHZ 29 29 ... Bài 34: Execursion time A = instruction x 2,0 x 250 Execursion time B = instruction x 2,0 x 500 25 25 Performance A/performance B= (instruction x 2,0 x 500)/ (instruction x 2,0 x 250) = lần Vậy... cho giai đoạn khác nhiều lệnh thi hành lúc • Các giai đoạn : - Lấy lệnh (IF: Instruction Fetch) - Giải mã (ID: Instruction Decode) - Thi hành (EX : Execute) - Thâm nhập nhớ (MEM: Memory access)... thực việc phức tạ Hình 4.2: Đặc tính ba mẫu máy RISC Máy tính có lệnh dài (VLIW – Very long instruction word) Máy tính có lệnh dài máy tính siêu vô hướng thực hoặc lệnh chu kỳ xung nhịp Do kỹ