Đề cương ôn tập kiến trúc máy tính

Câu 1: Trình bày khái niệm kiến trúc máy tính và các thành phần của kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính là một khoa học trong việc lựa chọn và kết nối các thành phần phần cứng của máy tính để đạt được các yêu cầu về chức năng, hiệu năng và giá thành. Kiến trúc máy tính là một khái niệm cơ bản của ngành Công nghệ máy tính. Các thành phần: kiến trúc tập lệnh, vi kiến trúc, thiết kế hệ thống.

Đề cương ơn tập Kiến trúc máy tính Câu 1: Trình bày khái niệm kiến trúc máy tính thành phần kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính khoa học việc lựa chọn kết nối thành phần phần cứng máy tính để đạt yêu cầu chức năng, hiệu giá thành Kiến trúc máy tính khái niệm ngành Cơng nghệ máy tính Các thành phần: kiến trúc tập lệnh, vi kiến trúc, thiết kế hệ thống Câu 2: Nêu thành phần tổ chức máy tính Các thành phần tổ chức máy tính là: - Khối xử lý trung tâm - Bộ nhớ - Các thiết bị vào - Bus hệ thống Câu 3: Trình bày cấu trúc xử lý trung tâm Câu 4: Phân biệt kiến trúc máy tính Von Neuman Harvard Kiến trúc máy tính Von Neuman xây dựng dựa khái niệm sở: - Lệnh liệu lưu nhớ đọc, ghi chia sẻ Sử dụng nhớ để lưu lệnh liệu Bộ nhớ đánh địa theo vùng không phụ thuộc vào nội dung lưu trữ Các lệnh thực Quá trình xử lý lệnh gồm giai đoạn: - CPU đọc lệnh CPU giải mã thực lệnh, lệnh yêu cầu liệu CPU đọc liệu CPU ghi kết thực lệnh vào nhớ (nếu có) Sơ đồ khối: Khối xử lí trung tâm CPU Bộ nhớ Các thiết bị vào I/O Đơn vị điều khiển CU Main memory Đơn vị số học – logic ALU Các ghi BUS hệ thống Kiến trúc máy tính Havard: Kiến trúc máy tính Havard có nhớ chia thành hai thành phần riếng biệt nhớ lưu chương trình (program memory) nhớ lưu liệu (data memory) Có hai hệ thống BUS riêng biệt để kết nối CPU với hai nhớ hệ thống BUS có đủ ba thành phần truyền dẫn chương trình, lệnh liệu Máy tính dựa kiến trúc Havard có khả đạt tốc độ xử lí cao máy tính dựa kiến trúc Von Neuman hỗ trợ hai hệ thống BUS độc lập với băng thơng lớn Ngồi nhờ có hai hệ thống BUS độc lập, nên hệ thống nhớ kiến trúc Havard hỗ trợ nhiều lệnh truy nhập thời điểm giúp giảm xung đột truy nhập, đặc biệt CPU xử dụng kĩ thuật đường ống Sơ đồ khối : Bộ nhớ chương trình (program memory) Bộ nhớ liệu Program 14bits CPU Data 8bits (data memory) Address 12 bits address bits Câu 5: Trình bày loại ghi điển hình vi xử lý Thanh ghi tích lũy A Bộ đếm chương trình PC Thanh ghi địa MRA Thanh ghi đệm MRB Thanh ghi tạm thời Thanh ghi cờ Câu 6: Phân biệt hai loại máy tính CISC RISC CISC kiến trúc máy tính với tập lệnh phức tạp RISC kiến trúc máy tính với tập lệnh đơn giản Trong kiến trúc CISC, lệnh thực cần số chu kì lớn lệnh CISC gồm nhiều bước, thực nhiều tác vụ khác nhau, đó, lệnh kiến trúc RiSC thực tác vụ cụ thể Câu 7: Trình bày khái niệm lệnh trình thực lệnh Khái niệm lệnh Lệnh từ nhị phân gán cho nhiệm vụ cụ thể Quá trình thực lệnh - Đọc lệnh - Giải mã lệnh - Thực lệnh - Lưu kết Câu 8: Trình bày loại tốn hạng cho ví dụ minh họa Toán hạng địa VD: ADD R1, R2, R3  R1 = R2 + R3 Toán hạng địa VD: ADD R1,R2  R1 = R1 + R2 Toán hạng địa VD: ADD R1  Racc = Racc + R1 (với Racc ghi tích lũy CPU) Tốn hạng 1.5 địa VD: ADD R1, A  R1 = R1 + A (trong đó, R1 ghi CPU, cịn A địa nhớ) Tốn hạng địa VD thao tác push, pop với stack Câu 9: Trình bày khái niệm chế độ định địa chỉ, phân loại chế độ định địa chỉ, cho ví dụ Khái niệm chế độ định địa Chế độ địa phương thức cách thức mà CPU tổ chức toán hạng lệnh Chế độ địa cho phép CPU kiểm tra dạng lệnh tìm tốn hạng lệnh Phân loại chế độ định địa - Chế độ địa tức thì: Giá trị số tốn hạng đặt sau mã lệnh, tốn hạng cịn lại ghi địa ô nhớ VD: LOAD R1, #1000  nạp giá trị 1000 vào ghi R1 - Chế độ địa trực tiếp Một toán hạng tạo nên số địa toán hạng, toán hạng cịn lại ghi địa ô nhớ VD: LOAD R1, 100  R1  M[100] (nạp giá trị ô nhớ 100 vào ghi R1 - Chế độ địa gián tiếp Một toán hạng tạo nên ghi địa nhớ chứa địa tốn hạng, tốn hạng cịn lại số, ghi địa ô nhớ VD: LOAD R1, (R2)  R1  M[R2] LOAD R1, (1000)  R1  M[M[1000]] - - Chế độ địa chỉ số Địa toán hạng tạo nên phép cộng số ghi số, tốn hạng cịn lại số, ghi địa ô nhớ VD: LOAD R1, X(Rind)  R1  M[X+Rind ] Rind ghi số Chế độ địa tương đối Địa toán hạng tạo nên phép cộng số đếm chương trình, tốn hạng cịn lại số, ghi địa ô nhớ VD: LOAD R1, X(PC)  R1  M[X+PC] Câu 10: Trình bày nhóm lệnh thơng dụng cho ví dụ lệnh hợp ngữ Lệnh vận chuyển liệu - Chức năng: vận chuyển liệu phận máy tính - Ví dụ: o MOV cx, ax : Vận chuyển liệu từ ghi ax vào ghi cx Lệnh toán học logic - Chức năng: thực thao tác tính tốn nội dung ghi nhớ - Ví dụ: o ADD cx, ax : cộng giá trị ghi cx với giá trị ghi ax, kết lưu vào cx Lệnh điều khiển chương trình - Chức năng: thay đổi trật tự thực lệnh chương trình hay làm thay đổi logic chương trình - Ví dụ: mov cx, CONG: add ax, Loop CONG (thực ax + năm lần) Lệnh vào, - Chức năng: vận chuyển liệu máy tính thiết bị ngoại vi - Ví dụ: Mov ah,1 Int 21h (nhập vào kí tự từ bàn phím) Câu 11: trình bày kĩ thuật đường ống giai đoạn hệ thống máy tính Tranh chấp liệu cách khắc phục - - - - Kĩ thuật đường ống phương pháp mà việc thực lệnh chia thành nhiều giai đoạn, giai đoạn thực đơn vị chức khác CPU Nhờ đó, CPU tận dụng tối đa lực xử lí đơn vị chức giai đoạn chế ống lệnh: o IF: đọc lệnh từ nhớ o ID: giải mã lệnh đọc toán hạng o EX: thực lệnh, lệnh truy cập nhớ tính tốn địa nhớ o MEM: đọc/ ghi nhớ o WB: ghi kết vào ghi Tranh chấp liệu lệnh dự kiến thực thi chu kì pipeline liệu yêu cầu chưa sẵn sang Loại tranh chấp liệu phổ biến (Read After Write - RAW) Cách khắc phục xung đột kiểu RAW: o Nhập dạng tranh chấp RAW diễn o Khi RAW xảy ra, tạm dừng ống lệnh lệnh trước hồn thành giai đoạn WB o Sử dụng trình biên dịch để nhận dạng tranh chấp RAW thực hiện:  Chèn lệnh rỗng vào hai lệnh tranh chấp RAW  Chèn lệnh độc lập vào hai lệnh tranh chấp RAW o Sử dụng phần cứng để nhận dạng tranh chấp RAW dự đoán trước giá trị liệu phụ thuộc Câu 13: Trình bày hệ thống nhớ phân cấp hệ thống máy tính Hệ thống nhớ phân cấp hệ thống máy tính gồm lần lượt: Các ghi CPU Bộ nhớ Cache Bộ nhớ Bộ nhớ thứ cấp Hệ thống nhớ có dung lượng tăng theo chiều từ ghi CPU tới nhớ thứ cấp, có giá thành tốc độ truy cập tăng theo chiều ngược lại Các ghi CPU thường xử dụng để lưu toán hạng đầu cuối phục vụ cho việc thực lệnh CPU o o o o - - - Bộ nhớ Cache đoán tải trước lệnh, liệu mà CPU cần, nhờ giảm thời gian truy cập hệ thống nhớ, tăng tốc độ xử lí Bộ nhớ gồm ROM RAM dùng để lưu lệnh liệu hệ thống người dùng Bộ nhớ thứ cấp gồm đĩa từ, đĩa quang, băng từ, dùng để lưu trữ liệu lâu dài dạng tệp Câu 14: Trình bày phương pháp phân loại nhớ Có phương pháp phân loại nhớ dựa theo: Kiểu truy cập Khả trì liệu Cơng nghệ chế tạo Phân loại theo kiểu truy cập: (3 loại) - Truy cập ngẫu nhiên - Truy cập - Bộ nhớ đọc Phân loại theo khả trì liệu: (2 loại) - Bộ nhớ ổn định - Bộ nhớ không ổn định Phân loại theo công nghệ chế tạo: (3 loại) - Bộ nhớ bán dẫn - Bộ nhớ từ tính - Bộ nhớ quang học Câu 15: Trình bày khái niệm đặc điểm hoạt động nhớ Cache Khái niệm Cache hay nhớ đệm phần hệ thống phân cấp nhớ nằm CPU nhớ Cache có chức trung chuyển liệu từ nhớ CPU ngược lại Đặc điểm hoạt động Cache có khả đoán trước yêu cầu liệu lệnh CPU Lệnh liệu cần thiết tải trước từ nhớ vào Cache, nhờ đó, CPU cần truy cập vào Cache, giúp giảm thời gian CPU truy cập hệ thống nhớ Để làm điều đó, Cache dựa theo hai nguyên lý nguyên lý lân cận không gian nguyên lý lân cận thời gian - Nguyên lý lân cận không gian: Nếu nhớ truy cập xác suất ô nhớ lân cận truy cập tương lai cao Nguyên lý lân cận thời gian: Nếu ô nhớ truy cập xác suất truy cập lại tương lai cao Câu 16: Trình bày hai loại kiến trúc Cache Look Aside Look Through Kiến trúc Look Aside Trong kiến trúc Look Aside, cache nhớ kết nối với bus hệ thống, nhờ đó, chúng thấy chu kì bus CPU thời điểm Kiến trúc Look Aside có thiết kế đơn giản, nhiên kiện hit kiến trúc thường chậm cache kết nối với CPU sử dụng bus hệ thống – thường có tần số làm việc khơng cao băng thông hẹp Tuy nhiên kiện miss lại nhanh CPU khơng tìm thấy mục tin cache, đồng thời tìm nhớ chu kỳ xung nhịp Sơ đồ khối: CPU SRAM CACHE CONTROLLER TAG RAM MAIN MEMORY Kiến trúc Look Through Trong kiến trúc Look Through, cache đặt nằm CPU nhớ Cache kết nối với CPU bus riêng tốc độ cao, thường bus mặt trước Cache kết nối với nhớ qua bus hệ thống, gọi bus mặt sau Với kiến trúc này, kiện hit thường nhanh cache kết nối với CPU qua bus tốc độ cao, kiện miss lại chậm CPU khơng tìm thấy tin cache, phải tìm nhớ xung nhịp khác SRAM CPU CACHE CONTROLLER MAIN MEMORY TAG RAM Câu 17: Trình bày phương pháp ánh xạ trực tiếp tổ chức nhớ Cache Nguyên lý - Cache chia thành n dịng, nhớ chia thành m trang, trang chia thành n dòng, dòng có kích thước dịng cache - Dịng thứ i trang thứ j ánh xạ đến dòng thứ i cache Ưu điểm - Thiết kế đơn giản - Khơng tốn nhiều thời gian tìm địa ô nhớ cache Nhược điểm - Dễ gây xung đột - Hiệu tận dụng không gian cache khơng cao - Hệ số hit thấp Câu 18: Trình bày phương pháp ánh xạ kết hợp đầy đủ tổ chức nhớ cache Nguyên lý - Cache chia thành n dịng, nhớ chia thành m dịng, dịng có kích thước dịng cache - Mỗi dịng nhớ ánh xạ đến dịng cache Ưu điểm - Giảm xung đột sử dụng dòng cache - Hiệu tận dụng không gian cache cao - Hệ số hit cao Nhược điểm - Việc truy tìm dịng cache tốn nhiều thời gian - Thiết kế phức tạp Câu 19: Trình bày phương pháp ánh xạ tập kết hợp tổ chức nhớ cache Nguyên lý - Cache chia thành k đường (way), way chia thành n dòng (line) - Bộ nhớ chia thành m trang (page), trang có kích thước đường cache chia thành n dịng, dịng có kích thước dịng cache - Mỗi trang nhớ ánh xạ đến đường cache - Dịng thứ i trang ánh xạ đến dòng thứ i đường Ưu điểm - Kết hợp hài hòa ánh xạ mềm ánh xạ cố định - Dễ dàng xác định vị trí dịng nhớ đường cache - Tốc độ nhanh - Ít xung đột - Phân bố không gian cache đồng đều, đạt tỉ lệ hit cao Nhược điểm - Thiết kế phức tạp Câu 20: Trình bày sách thay khối nhớ cache Có sách thay thế: Thay ngẫu nhiên - Các dòng cache lựa chọn thay cách ngẫu nhiên, không theo quy luật - Đơn giản, dễ cài đặt - Hệ số miss cao Thay kiểu vào trước trước - Các dòng cache nạp vào cache trước thay trước - Hệ số miss thấp so với thay ngẫu nhiên - Chưa xem xét đến dòng cache già sử dụng - Thiết kế cài đặt phức tạp Thay dịng xử dụng gần - Các dòng cache lựa chọn để thay dịng sử dụng gần - Cho hệ số miss thấp - Có xem xét đến dịng sử dụng - Thiết kế cài đặt phức tạp Câu 21: Trình bày phương thức ghi liệu nhớ cache Khi Hit Có hai sách “ghi thẳng” “ghi trễ” - Với “ghi thẳng”: liệu ghi đồng thời vào cache nhớ Chính sách tạo quán cache nhớ gây chậm tốn nhiều băng thông - Với “ghi trễ”: liệu ghi vào cache ghi vào nhớ ghi bị thay Phương pháp hiệu tốc độ Khi Miss Có hai sách “ghi có đọc lại” “ghi không đọc lại” - Với “ghi có đọc lại”: liệu ghi vào nhớ chính, sau đọc lại vào cache - Với “ghi không đọc lại”: liệu ghi vào nhớ mà khơng đọc lại vào cache Câu 22: Trình bày phương thức đọc liệu nhớ cache Khi Hit Mẩu tin đọc trực tiếp từ nhớ Cache vào CPU, nhớ khơng tham gia Với phương pháp này, thời gian đọc thời gian truy cập cache CPU Khi Miss Mẩu tin đọc từ nhớ vào cache, đọc từ cache vào CPU Với phương pháp này, thời gian đọc thời gian CPU truy cập cache cộng thời gian cache truy cập nhớ Câu 23: Trình bày tham số hiệu nhớ cache cách cải thiện hiệu Có ba vấn đề ảnh hưởng đến hiệu cache - Kích thước cache: Cache có kích thước lớn hiệu xử lí cao Chia tách cache: Để cải thiện hiệu cache, người ta chia cache thành cache liệu cache lệnh Tạo cache nhiều mức: Việc tạo cache nhiều mức với kích thước tăng dần tốc độ giảm dần giúp dung hòa tốt tốc độ CPU tốc độ nhớ Câu 24: RAID gì? Trình bày kĩ thuật tạo RAID RAID gì? - RAID công nghệ chế tạo thiết bị lưu trữ tiên tiến sở ổ đĩa cứng, nhằm đạt hiệu tốc độ cao, tính tin cậy dung lượng lưu trữ lớn Các kỹ thuật tạo RAID có hai kỹ thuật tạo lát đĩa soi gương đĩa - Kỹ thuật tạo lát đĩa: computer RAID CONTROLLER A1 A2 B1 B2 C1 C2 - Kỹ thuật soi gương đĩa - computer RAID CONTROLLER A1 A1 B1 B1 C1 C1 Trong kỹ thuật tạp lát đĩa hướng đến tốc độ cao soi gương đĩa hướng đến độ tin cậy cao cho hệ thống lưu trữ Câu 25: Trình bày loại RAID RAID RAID dựa kỹ thuật tạo lát đĩa cần tối thiểu hai ổ đĩa Tốc độ truy cập RAID tỷ lệ thuận với số lượng đĩa độc lập Dung lượng RAID tương đương tổng dung lương ổ đĩa tham gia Hạn chế RAID tính tin cậy tương đương ổ đĩa đơn RAID RAID dựa kĩ thuật soi gương đĩa, cần tối thiểu ổ đĩa Tốc độ truy cập dung lượng RAID ổ đĩa đơn Ưu điểm tính tin cậy cao RAID 10 RAID 10 kết hợp RAID RAID 0, cần tối thiểu ổ đĩa Tốc độ truy cập tỷ lệ với số ổ đĩa tham gia Dung lượng tổng dung lượng nửa số ổ đĩa Độ tin cậy cao Hạn chế lớn RAID 10 giá thành cao Câu 26: NAS gì? Đặc điểm NAS Khái niệm Là máy chủ chuyên dùng làm thiết bị lưu trữ, kết nối vào mạng, cung cấp dịch vụ lưu trữ thông qua mạng, thường mạng cục Đặc điểm - Thường dựa tảng RAID tốc độ cao, dung lượng lớn, độ tin cậy cao - Có thể cung cấp dịch vụ lưu trữ cho hầu hết loại máy chủ với cấu hình phần cứng hệ điều hành khác Câu 27: SAN gì? Đặc điểm SAN - Là mạng máy chủ chuyên dụng, cung cấp dịch vụ lưu trữ với đặc điểm: o Tốc độ truy cập cao o Dung lượng cực lớn o Độ an toàn cao o An toàn liệu cục o An toàn liệu với copy đồng khoảng cách xa địa lý ... Thanh ghi cờ Câu 6: Phân biệt hai loại máy tính CISC RISC CISC kiến trúc máy tính với tập lệnh phức tạp RISC kiến trúc máy tính với tập lệnh đơn giản Trong kiến trúc CISC, lệnh thực cần số chu kì... biệt kiến trúc máy tính Von Neuman Harvard Kiến trúc máy tính Von Neuman xây dựng dựa khái niệm sở: - Lệnh liệu lưu nhớ đọc, ghi chia sẻ Sử dụng nhớ để lưu lệnh liệu Bộ nhớ đánh địa theo vùng không... BUS có đủ ba thành phần truyền dẫn chương trình, lệnh liệu Máy tính dựa kiến trúc Havard có khả đạt tốc độ xử lí cao máy tính dựa kiến trúc Von Neuman hỗ trợ hai hệ thống BUS độc lập với băng thơng