Bài tập và câu trả lời môn kiến trúc máy tính DHCNHN

Bài tập và câu trả lời môn kiến trúc máy tính Đại Học Công Nghiệp Hà Nội. Có đầy đủ câu hỏi và câu trả lời chi tiết cũng như các bài giải mẫu. Tốt cho việc tự học và làm việc về Kiến trúc máy tính, Architecture computer

Chương Tổng quan kiến trúc máy tính Câu 1.1 Phân biệt kiến trúc máy tính Von Neumann Non Von Neumann Von Neumann Non Von Neumann -Được xây dựng theo ý tưởng -Thuật ngữ Non Von Neumann “chương trình lưu trữ” thường đươch dành riêng cho máy đại diện cho triệt để -Đặc điểm: khỏi mơ hình Von Neumann +Dữ liệu vào chương trình thường khơng áp dụng cho chứa lọc ghi đa xử lý đa máy tính +Bộ nhớ đánh địa cho -Một máy khơng Von Neumann có ngăn nhớ khơng phụ thuộc vào nội thể khơnh có khái niệm lường dung chúng điều khiển tuần tự(Nghĩa khơng +Các lệnh máy tính thực có ghi tương ứng với chương trình đối lập cách không điểm đạt -Gồm thành phần chính: thực chương trình) +Bộ xử lý trung tâm(CPU) -Khơng có khái niệm biến(tức +Bộ nhớ làm việc(RAM) khơng có vị trí lưu trữ có tên sau tham chiếu +Bộ nhớ vĩnh viễn(ROM) thay đổi) +Thiết bị vào(Input) +Thiết bị ra(Output) Câu 1.2 Vẽ sơ đồ khối cấu trúc chung máy tính IBM-PC trình bày tóm tắt chức khối Gợi ý: Cấu trúc chung hệ thống máy tính IBM-PC tương thích IBM-PC bao gồm thành phần (hình 1.3): Đơn vị xử lý trung tâm (Central Processing Unit – CPU), nhớ (Internal Memory), hệ thống vào (Input/Output System - I/O System), bus liên kết hệ thống (System Bus) Bài Làm Đơn vị xử lý trung tâm (Central Processing Unit – CPU) Bộ nhớ (Internal Memory) Bus liên kết hệ thống Hệ thống vào (Input/Output System - I/O System) Câu 1.3 Trình bày chức năng, đặc điểm bus địa - Chức năng: vận chuyển địa để xác định ngăn nhớ hay cổng vào/ra - Đặc điểm: +Độ rộng bus địa chỉ: cho biết số lượng ngăn nhớ tối đa đánh địa *, N bit: AN-1, AN-2, A2, A1, A0 → đánh địa tối đa cho 2N ngăn nhớ (không gian địa nhớ) Câu 1.4 Cho biết ý nghĩa nói Bus địa có độ rộng 24 bit - Bus gồm 24 đường dây dẫn, CPU có khả quản lý khơng gian nhớ 2^ 24 = 16MB Câu 1.5 Trình bày chức năng, đặc điểm bus liệu - Chức năng: + vận chuyển lệnh từ nhớ đến CPU + vận chuyển liệu CPU, module nhớ, module vào/ra với - Đặc điểm: +Độ rộng bus liệu: Xác định số bit liệu trao đổi đồng thời * M bit: DM-1, DM-2, D2, D1, D0 * M thường 8, 16, 32, 64,128 bit Câu 1.6 Cho biết ý nghĩa nói Bus liệu có độ rộng 32 bit -Bus gồm 32 đường dây, CPU có khả xử lý tốn hạng 32 bit chu kì lệnh Câu 1.7 Trình bày chức năng, đặc điểm bus điều khiển Chức năng: vận chuyển tín hiệu điều khiển - Đặc điểm: + Các loại tín hiệu điều khiển bao gồm: * Các tín hiệu điều khiển đọc/ghi * Các tín hiệu điều khiển ngắt * Các tín hiệu điều khiển bus Câu 1.8 Trình bày hiểu biết em tín hiệu điều khiển đọc/ghi nhớ - Các tín hiệu (phát từ CPU) điều khiển đọc-ghi nhớ : + Memory Read (MEMR): điều khiển đọc liệu từ ngăn nhớ có địa xác định lên bus liệu + Memory Write (MEMW): điều khiển ghi liệu có sẵn bus liệu đến ngăn nhớ có địa xác định + I/O Read (IOR): điều khiển đọc liệu từ cổng vào-ra có địa xác định lên bus liệu + I/O Write (IOW): điều khiển ghi liệu có sẵn bus liệu cổng có địa xác định Câu 1.9 Trình bày hiểu biết em tín hiệu điều khiển đọc/ghi thiết bị vào/ra - Tín hiệu điều khiển đọc/ghi thiết bị vào/ra + Bus Request (BRQ) Hold: Tín hiệu từ module điều khiển vào/ra gửi đến yêu cầu CPU chuyển nhượng quyền sử dụng bus + Bus Grant (BGT) Hold Acknowledge (HLDA): Tín hiệu phát từ CPU chấp nhận chuyển nhượng quyền sử dụng bus + Lock/ Unlock: Tín hiệu cấm/cho phép xin chuyển nhượng bus Câu 1.10 Trình bày tín hiệu điều khiển ngắt cứng điển hình (NMI, INTR, INTA) - tín hiệu điều khiển ngắt cứng: + Interrupt Request (INTR): Tín hiệu từ điều khiển vào-ra gửi đến yêu cầu ngắt CPU để trao đổi vào/ra.Tín hiệu INTR bị che + Interrupt Acknowledge (INTA): Tín hiệu phát từ CPU báo cho điều khiển vào-ra biết CPU chấp nhận ngắt để trao đổi vào/ra + Non Maskable Interrupt (NMI): tín hiệu ngắt không che gửi đến ngắt CPU Chương Kiến trúc tập lệnh 1.1 Tóm tắt lý thuyết 1.1.1 Thông tin - biểu diễn xử lý thông tin 1.1.1.1 Thông tin Thông tin hiểu biết, nhận thức người giới khách quan, hay nói cách khác, thơng tin đại lượng phi vật chất, mà người cảm nhận thông qua giới thực khách quan Muốn lưu trữ truyền tải thơng tin phải vật chất hóa thơng tin thơng qua đại lượng vật lý 1.1.1.2 Dữ liệu Dữ liệu thơng tin vật chất hóa thơng qua đại lượng vật lý đó, hay nói cách khác liệu đại lượng mang tin Muốn có thơng tin phải tập hợp xử lý liệu 1.1.1.3 Biểu diễn thông tin xử lý liệu máy tính Trong máy tính, thơng tin vật chất hóa thơng qua tín hiệu điện hay nói cách khác, liệu máy tính biểu diễn, lưu trữ truyền tải thơng qua tín hiệu điện Trong máy tính có nhiều bóng đèn, bóng đèn trạng thái sáng hay tắt + Trạng thái tắt (khơng có điện hay mức điện áp thấp) � cho ta tín hiệu + Trạng thái sáng (có điện hay mức điện áp cao) � cho ta tín hiệu Tập tín hiệu 0/1 cho ta số hệ số (số nhị phân - binary) biểu diễn giá trị liệu Ví dụ, ta có bóng đèn đánh số từ - 0, bóng trạng thái tương ứng sau: tắt, sáng, tắt, tắt, tắt, tắt, tắt, sáng; tức ta có tập tín hiệu 0/1 tương ứng 0,1,0,0,0,0,0,1 biểu diễn số nhị phân 01000001b; liệu lưu trữ số tập tín hiệu biểu diễn số 65, liệu lưu trữ ký tự tập tín hiệu biểu diễn chữ “A” Quá trình xử lý liệu máy tính tóm tắt sau: - Nhận liệu đầu vào số hóa - Xử lý liệu thông qua dãy lệnh - Đưa kết xử lý lưu trữ liệu đầu 1.1.1.4 Đơn vị thông tin Mỗi bit cho ta biết trạng thái tín hiệu điện đường dây thời điểm: điện áp mức cao (có điện) 1, điện áp mức thấp (khơng có điện) Trong máy tính để biểu diễn giá trị số, dùng hệ số nói ngắn gọn hệ hai (Binary number system, viết tắt hệ B) Trong chữ số tồn giá trị (ứng với trạng thái: khơng có điện có điện) Hay chữ số số nhị phân ta gọi bit Bit đơn vị sở để xác định dung lượng nhớ, nhớ tổ chức theo byte byte = bits KB = 210 bytes (KB: Kilobyte) MB = 210 KB = 220 bytes (MB: Megabyte) GB = 210 MB = 220 KB = 230 bytes (GB: Gigabyte) TB = 210 GB = 220 MB = 230 KB = 240 bytes (TB: Terabyte) 1.1.1.5 Một số đơn vị đo độ dài số hệ dẫn xuất từ bit Hình 2.1 Các đơn vị đo độ dài số hệ dẫn xuất từ bit 1.1.2 Hệ đếm hệ số ● Hệ đếm số a (tổng quát) Một số biểu diễn hệ đếm số a (tổng quát) sau: Q = mk-1 mk∙∙∙∙∙∙m1m0.m-1m-n+k Trong đó: - i trọng số chữ số tương ứng [i = -(n-k) ÷ (k-1)] - mi = [0 ÷ (a – 1)] ● Hệ đếm thập phân (Decimal - hệ số 10): a = 10, mi = ÷ Biểu diễn: Viết bình thường, ví dụ 1029.375 ● Hệ đếm nhị phân (Binary - hệ số 2): a = 2, mi = 0/1 Biểu diễn: cuối số phải có chữ b B (2) Ví dụ: 11000100.11b 11000100.11B, 11000100.11(2) ● Hệ đếm thập lục phân (Hex - hệ số 16): a = 16, mi = ÷ 15 Biểu diễn: - Các chữ số có giá trị từ đến 9, viết bình thường - Các chữ số từ 10 đến 15 biểu diễn ký tự tương ứng sau: - Chữ số đầu không phép ký tự (bắt buộc phải chữ số) - Cuối số phải có chữ h H (16) Ví dụ biểu diễn đúng: 0A70E.36FDh 0A70E.36FDH 0A70E.36FD(16) Ví dụ biểu diễn sai: A70E.36FDh A70E.36FDH A70E.36FD(16) Ví dụ: 11000100.11b 11000100.11B, 11000100.11(2) 1.2 Câu hỏi tập chương Câu 2.1 Đổi số 1097.75 hệ Gợi ý: Ta cần thực bước Bước Đổi phần nguyên số hệ Để Chuyển đổi số nguyên hệ số nhanh chóng, tránh thực nhiều phép toán, ta thực theo thứ tự chiều mũi tên: Số hệ 10 số hệ 16 số hệ số hệ (hệ bát phân) Cụ thể: - Nếu từ số hệ 10, cần đổi hệ 2, trước hết ta đổi số hệ 10 hệ 16 (chia số hệ 10 cho 16), đổi chữ số hệ 16 hệ (giảm số phép chia đỡ nhầm lẫn) - Nếu từ số hệ cần đổi hệ 10, trước hết ta đổi số hệ hệ 16 (nhóm đủ chữ số hệ tính từ dấu chấm ngăn cách phần nguyên phần lẻ nhị phân, phần nguyên nhóm sang trái, phần lẻ nhị phân nhóm sang phải) Cuối cùng, đổi số hệ 16 số hệ 10 theo công thức (2.1) (Giảm số phép nhân) Bước Đổi phần lẻ thập phân phần lẻ nhị phân (sử dụng thuật toán nhân 2) Bước Ghép kết phần (phần nguyên nhị phân phần lẻ nhị phân) Bài làm: Đổi số 1097 hệ - Đổi số 1097 hệ 16: Lấy kết theo chiều mũi tên Ta được: 1097 = 44BH - Đổi số 44BH hệ ta được: 010001001011B - Vậy 1097 = 10001001011B Đổi 0.75 hệ 0.75 x = 1.5 0.5 x = 1.0 - Vậy 0.75 = 0.11B (kết quả: lấy phần nguyên kết nhân từ theo thứ tự từ xuống dưới) Ghép phần, ta có: 1097.75 = 10001001011.11B Câu 2.2 Đổi số 12035.125 hệ - Đổi 12035 hệ 12035:2=6017 dư 6017:2= 3008 dư 3008:2= 1504 dư 1504:2= 752 dư 752:2= 376 dư 376:2= 188 dư 188:2= 94 dư 94:2= 47 dư 47:2= 23 dư 23:2= 11 dư 11:2= dư 5:2= dư 2:2= dư 1:2= dư Vậy 12035= 10111100000011B - Đổi 0.125 hệ 0.125×2= 0.25 0.25×2= 0.5 0.5×2= 1.0 Vậy 0.125= 0.001B Vậy 12035.25= 10111100000011.001B Câu 2.3 Đổi số 7899.8 hệ - Đổi 7899 hệ 7899:2= 3949 dư 3949:2= 1974 dư 1974:2= 987 dư 987:2= 493 dư 493:2= 246 dư 246:2= 123 dư 123:2= 61 dư 61:2= 30 dư 30:2= 15 dư 15:2= dư 7:2= dư 3:2= dư 1:2=0 dư Vậy 7899 = 1111011011011B - Đổi 0.8 hệ 0.8×2= 1.6 0.6×2= 1.2 0.2×2= 0.4 0.4×2= 0.8 Vậy 0.8= 0.1100110011001100….B Vậy 7899.8= 1111011011011.110011001100….B Câu 2.4 Đổi số 10110010.11B hệ 10 Gợi ý: Đổi số Q hệ số a số P hệ số 10: ta thực theo công thức sau Q = mk-1 mk∙∙∙∙∙∙m1m0.m-1m-n+k P = ak-1 mk-1 + ak-2 mk-2 + … + a1 m1 + m0 + a-1 m-1 + … + a-n+k  m-n+k (2.1) Ta thực theo cách: Cách 1: Đổi số cho qua số hệ 16, đổi tiếp từ số hệ 16 hệ - Đổi số 10110010.11B hệ 16, ta có: 10110010.11B = 10110010.1100B = 0B2.BH - Đổi số 0B2.BH hệ 10 theo công thức (2.1), ta có: 11 * 161 + * 160 + 11 * 16-1 = = 176 + + 0.75 = 178.75 Cách 2: Đổi số cho thẳng sang số hệ 10 (theo công thức 2.1) 10110010.11B = 1*27 + 0*24 + 1*25 + 1*24 + 0*23+ 0*22 + 1*21 + 2-1 + 2-2 = 128 + 32 + 16 + + 0.5 + 0.25 = 178.75 Câu 2.5 Đổi số 1111011110110010.110001B hệ 10 (Thực theo cách câu 2.4) Cách 1: - Đổi 11110111110110010.110001B hệ 16, ta có: Nhóm 1: 1111(2) = 15(10) = F(16) Nhóm 2: 0111(2) = 7(10) = 7(16) Nhóm 3: 1011(2) = 11(10) = B(16) Nhóm 4: 0010(2) = 2(10) = 2(16) Nhóm 5: 1100(2)= 12(10)= C(16) Nhóm 6: 0100(2) = 4(10) = 4(16) Vậy 11110111101110010.110001B = F7B2.C4H - Đổi F7B2.C4 hệ 10, ta có: 15*16^3+7*16^2+11*16^1+2*16^0+12*16^(-1)+4* 16^(-2)= 63410.76563 * Phần tính tốn chung - Kích thước trang vật lý là: L = KB = 22*210 bytes = 212 bytes = 1000000000000B bytes = 1000H bytes - Vậy số bit để đánh độ lệch trang là: n1 = 12 - Số trang vật lý = dung lượng BNVL / kích thước trang = 64MB/4KB = 64*2 10 KB/4 KB = 16 * 210 = 24 * 210 = 214 = 100000000000000B = 4000H - Số bit để đánh số hiệu trang vật lý là: n2 = 14 - Số bit để đánh địa vật lý là: 64 MB = 226, n = 26 (n = n2 + n1) a Xác định địa vật lý cần truy cập theo địa logic - Số hiệu đoạn cần truy nhập là: S = < (số đoạn chương trình), địa đoạn cần truy nhập hợp lệ - Số hiệu trang logic cần truy nhập là: Np = < L = (độ dài đoạn – xem phần tử bảng SCB), số hiệu trang logic cần truy nhập hợp lệ - Địa lệch cần truy nhập trang là: d = 20BH < L = 1000H, địa lệch cần truy nhập trang hợp lệ - Phần tử SCB có Ps = 1, cho biết đoạn nạp Ap = 400400h địa đầu bảng PCB0 nhớ vật lý - Truy cập bảng PCB0, ta thấy phần tử (quản lý trang Np = 2) cho biết trang Np =2 nạp (P = 1) vào trang vật lý có số hiệu A = 406H - Vậy địa vật lý cần truy nhập là: ĐCVL = A SHL n1 OR d = 406H SHL 12 OR 20BH = 406000H OR 20BH = 40620BH b Xác định địa vật lý cần truy cập theo địa logic S=0