Các nhà khoa học phát triển kỹ thuật mới này khai thác hành vi của điện tử, tập trung vào spin của nó thay vì điện tích. Electron, hay còn gọi là điện tử là một hạt sơ cấp có vai trò vô cùng quan trọng. Bạn có biết tất cả các thiết bịđiện tử ngày nay, theo cái tên của chúng, đều khai thác tính chất điện của electron. Chúng ta sản xuất điện, chế tạo bóng đèn, điện thoại, máy tính đều dựa vào điều đó. Nhưng electron bản thân chúng không chỉ có tính chất điện. Khai thác các đặc trưng còn lại của điện tử sẽ mở ra nhiều hướng ứng dụng mới vô cùng tuyệt vờị Đó chính là điều mà một nhóm các nhà khoa học quốc tế tại Phòng thí nghiệm Berkeley, Hoa Kì đã làm. Họ phát triển một kỹ thuật mới để khai thác hành vi của điện tử, tập trung vào spin của nó thay vì điện tích. Điều này hứa hẹn mở ra một kiến trúc máy tính và truyền thông tin lượng tử mớị Trong khi gây sốc một vật liệu
silic đặc thù bằng vi sóng, các nhà nghiên cứu nhận ra spin điện tử của chúng nhanh chóng bị thay đổị Nó sẽ nhanh chóng chuyển từ trạng thái kích thích xuống trạng thái cơ bản,
đồng thời phát ra một photon ánh sáng. Spin là một khái niệm vật lý đặc trưng cơ bản của
điện tử. Nó chỉ có thể nhận một trong hai giá trị.
Vì vậy, có thể hình dung spin giống như một đồng xu hoặc sấp hoặc ngửạ Đặc trưng
này dẫn đến ý tưởng sử dụng spin để miên tảcác bit 0 và 1 trong máy tính. Đây là một điều rất thú vị. Hãy thửtưởng tượng một điện tửnhư một đồng xụ Máy tính ngày nay miêu tả
1 bit dữ liệu bằng cách đóng mở dòng điện trong các transistor siêu nhỏ. Mặc dù vậy, nó vẫn giống như bạn phải ném hàng ngàn đồng xu qua một khoảng cách cực lớn chỉ để mô tả 1 bit. Với spin, bạn đơn thuần là lật tại chỗ hai mặt của đồng xu để nó thể hiện các bit khác nhaụ Mặc dù vậy, việc lật một đồng xu spin là không đơn giản. Hiệu ứng này chỉ xảy
ra trong tự nhiên mỗi 10.000 năm. Tuy nhiên, bằng nghiên cứu mới này, các nhà khoa học có thể khiến việc này diễn ra chỉ trong 1 giâỵ “Nó giống như một nghệsĩ tung hứng ném quả bóng lên trời và nó rơi xuống với tốc độ nhanh gấp 1.000 lần. Cùng với đó phát ra một luồng ánh sáng”, Thomas Schenkel, nhà vật lý làm việc tại Bộ phận Công nghệ gia tốc và
Ứng dụng vật lý thuộc Berkeley Lab cho biết. “Kết quả này của chúng tôi rất quan trọng cho việc xử lí thông tin lượng tử”, Patrice Bertet, người dẫn đầu thí nghiệm tại Ủy ban
Năng lượng nguyên tử Pháp (CEA) cho biết. “Thật vậy, đây sẽ là nền móng hướng tới sự
kết hợp mạnh mẽ của spin điện tử với photon, mà sẽ hình thành cơ sở một kiến trúc máy tính lượng tử mới”.
Trong các máy tính ngày nay, thông tin được lưu trữ trong các bit riêng lẻ. Mỗi bit được gán giá trị 0 hoặc 1. Máy tính lượng tửđược hứa hẹn là sẽ mạnh mẽhơn gấp nhiều lần, bởi nó sử dụng một loại khác của bit có tên qubit. Một qubit có thể cùng lúc nhận hai giá trị 0 và 1, theo một hiệu ứng kì lạ của cơ học lượng tử. Nếu xây dựng được một mảng liên kết các qubit, máy tính lượng tử có khảnăng thực hiện rất rất nhiều tính toán cùng lúc. Nghiên cứu mới đã chỉ ra rằng trong khi spin của điện tử có thể đóng vai trò một qubit, photon vi sóng phát ra có thể làm việc như một cách thức truyền thông tin. Kết hợp lại, chúng ta sẽ có một kiến trúc máy tính lượng tử mớị “Những gì chúng tôi cần làm bây giờ
là kết nối các spin với nhau”, Morton nóị “Chúng tôi cần phải kết cặp các qubit với nhau nếu muốn thực hiện tính toán”.Đểlàm được điều này, các nhà nghiên cứu đã thực hiện thí nghiệm tại cơ sở CEA, Pháp. Họ sử dụng những tinh thể siêu tinh khiết của silic, sau đó pha tạp với một số nguyên tử bismuth. Schenkel mô tả công việc này giống như bạn đang cố ép những quả bóng bowling vào một mạng lưới bóng bàn vậỵ Sau đó, một mạch siêu dẫn bằng nhôm được tạo ra dể hình thành khoang cộng hưởng cho phép điều chỉnh chính xác vi sóng phát rạ Đồng xu spin của các điện tửbismuth lúc này đều ở trạng thái lật. Khi quá trình phát vi sóng bắt đầu, khoang cộng hưởng nhôm được tinh chỉnh sao cho tới một trạng thái nào đó, các đồng xu spin đều bị lật úp trở lại, đồng thời phát ra một photon ánh sáng. Các khoa học cho biết nghiên cứu mới này của họ không chỉ có ý nghĩa với việc phát triển máy tính lượng tử. Hiệu ứng còn giúp nâng cao chất lượng của kỹ thuật chụp cộng hưởng từ MRI, ứng dụng trong y tế, nghiên cứu cấu trúc vật liệu và phân tử sinh học. Bertet nói nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục rút ngắn thời gian lật những spin này xuống cỡ một mili giâỵ Khi đó, “điều này sẽ mởđường cho nhiều ứng dụng mới hơn nữa”.
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 6
*****
Câu hỏi hướng dẫn ôn tập, thảo luận
Câu 1. Phân loại các kiến trúc song song theo Mycheal Flynn?
Câu 2. Vẽsơ đồ của kiến trúc Single Instruction Stream, Single Data Stream? Câu 3. Vẽ sơ đồ của kiến trúc Single Instruction Stream, Multiple Data Stream? Câu 4. Vẽsơ đồ của kiến trúc Multiple Instruction Stream, Single Data Stream? Câu 5. Vẽ sơ đồ của kiến trúc Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream? Câu 6. Trình bày về kiến trúc song song mức lệnh và song song mức luồng? Câu 7. Các ví dụ về siêu máy tính dùng kỹ thuật xử lý song song?
Câu 8. Kiến trúc RISC là gì? Phân tích đặc trưng của máy tính dùng kiến trúc RISC? Câu 9. Kiến trúc CISC là gì? Phân tích đặc trưng của máy tính dùng kiến trúc CISC? Câu 10. So sánh những đặc tính khác nhau cơ bản của kiến trúc RISC và CISC?
Câu 11. Mạng liên kết trong có những dạng nàỏ Nêu đặc trưng điển hình của mỗi dạng? Câu 12. Trình bày một số kiến trúc trong tương lai mà em biết?
Câu hỏi trắc nghiệm
Câu 1. Có mấy mô hình kiến trúc máy tính dựa vào sự phân loại của Flynn
Ạ 1 B. 2 C. 4 D. 3
Câu 2. Mô hình SISD có mấy đơn vịđiều khiển tín hiệu
Ạ 1 B. 2 C. n D. 3
Câu 3. Mô hình SISD có mấy đơn vị xử lý số học
Ạ 1 B. 2 C. 3 D. n
Câu 4. Mô hình SIMD có mấy đơn vịđiều khiển
Ạ 2 B. 1 C. 3 D. n
Câu 5. Mô hình SIMD có mấy đơn vị xử lý số học
Ạ 2 B. 1 C. 3 D. n
Câu 6. Mô hình MISD có mấy đơn vịđiều khiển
Ạ 2 B. 1 C. 3 D. n
Câu 7. Mô hình MISD có mấy đơn vị xử lý số học
Ạ 2 B. 1 C. 3 D. n
Câu 8. Mô hình MIMD có mấy đơn vịđiều khiển
Ạ 2 B. 1 C. n D.3
Ạ n B. 1 C. 2 D. 3 Câu 10. Mục đích của xử lý song song là
Ạ Làm giảm thời gian tính toán của hệ thống B. Giải quyết các bài toán có kích thước dữ liệu lớn C. Giải quyết các bài toán có độ phức tạp cao
D. Làm giảm thời gian tính toán của hệ thống, giải quyết các bài toán có kích thước dữ liệu lớn, giải quyết các bài toán có độ phức tạp caọ
Câu 11. Để tăng cường hiệu quả của máy tính, người ta đã nghĩ tới giải pháp song song bằng cách:
Ạ Tăng số lượng bộ nhớ B. Tăng tốc độ xử lý
C. Tăng sốlượng bộ xử lý D. Tăng thiết bị vào ra Câu 12. SIMD thuộc loại máy tính:
Ạ Một dòng lệnh, một dòng số liệu B. Nhiều dòng lệnh, một dòng số liệu C. Một dòng lệnh, nhiều dòng số liệu D. Nhiều dòng lệnh, nhiều dòng số liệụ Câu 13. MIMD thuộc loại máy tính:
Ạ Nhiều dòng lệnh, nhiều dòng số liệu B. Một dòng lệnh, nhiều dòng số liệu C. Nhiều dòng lệnh, một dòng số liệu D. Một dòng lệnh, một dòng số liệụ Câu 14. MISD thuộc loại máy tính:
Ạ Nhiều dòng lệnh, nhiều dòng số liệu B. Một dòng lệnh, nhiều dòng số liệu C. Nhiều dòng lệnh, một dòng số liệu D. Một dòng lệnh, một dòng số liệụ Câu 15. SISD thuộc loại máy tính:
Ạ Nhiều dòng lệnh, nhiều dòng số liệu B. Một dòng lệnh, nhiều dòng số liệu C. Nhiều dòng lệnh, một dòng số liệụ D. Một dòng lệnh, một dòng số liệụ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tiến sĩ Nguyễn Kim Khánh: bài giảng Kiến trúc máy tính trường Đại học Bách Khoa Hà Nộị 2015
[2] Nguyễn Đình Việt: Kiến trúc máy tính. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nộị 2010
[3] Tiến sĩ Trần Công Hùng: Kiến trúc máy tính tiên tiến. Nhà xuất bản Thông tin và truyền
thông. 2011
[4] Báo cáo Cấu trúc và bảo trì hệ thống - ĐH Kỹ thuật hậu cần CAND
[5] John L. Henness & David Ạ Patterson. Computer Architecturẹ A Quantitative Approach. 2006 (4th edition).
[6] William Stallings. Computer Organization and Architecturẹ Designing for Performance - 2009 (6th edition).
[7] David Ạ Patterson & Jonhn L. Hennessỵ Computer Organization and design: The hardware/Software Interfacẹ 2005 (3th edition).Patterson, Hennessy - Computer Organization and Design; The Hardware-Software Interface, 2E (Morgan Kaufman, 1997).pdf
[8] David Tarnoff: Computer Organization and Design Fundamentals. 2007. Revised First Edition.pdf