Câu hỏi: CSI106 - Phần 5: Tổ chức máy tính

Đáp án đúng: "ROM". Bộ nhớ không khả biến là loại giữ được nội dung khi mất điện, và bộ nhớ chỉ đọc đúng như vậy: nội dung được ghi lúc chế tạo hoặc nạp sẵn, dùng để lưu chương trình khởi động nên máy mới có thứ để chạy ngay khi vừa bật. Loại "RAM" là bộ nhớ khả biến, các ô nhớ cần được nuôi điện liên tục nên nội dung mất sạch khi tắt máy. Loại "Cache" được xây bằng bộ nhớ bán dẫn tốc độ cao và cũng khả biến, nó chỉ giữ bản sao tạm của dữ liệu đang được dùng nhiều. Loại "Register" nằm ngay trong bộ xử lý, giữ toán hạng và kết quả trung gian trong lúc thi hành lệnh, và cũng mất nội dung khi ngắt điện.

Đáp án đúng: "Programming in RISC is more difficult and time-consuming than in the other design". Kiến trúc tập lệnh thu gọn chỉ cung cấp một số ít lệnh rất đơn giản, nên một tác vụ phức tạp phải được ghép từ nhiều lệnh và gánh nặng ấy dồn sang người viết hợp ngữ hoặc trình biên dịch; kiến trúc tập lệnh phức hợp thì có sẵn những lệnh làm nhiều việc một lúc nên viết ngắn hơn. Nhận định "Programming in CISC is more difficult and time-consuming than in the other design" đảo ngược quan hệ vừa nêu. Nhận định "The strategy behind CISC architectures is to have a small set of instructions" gán chiến lược tập lệnh nhỏ cho bên sai, vì đó là chủ trương của kiến trúc thu gọn. Nhận định "Programs executed on RISC architecture tend to have more bugs because there are not enough instructions available for the programmer" suy diễn sai, vì tập lệnh nhỏ vẫn đủ sức biểu đạt mọi tính toán.

Đáp án đúng: "Registers". Thanh ghi là các ô nhớ rất nhanh nằm ngay trong bộ xử lý, dùng để giữ tạm lệnh đang được thi hành, địa chỉ của lệnh kế tiếp, toán hạng và kết quả trung gian, nhờ đó bộ xử lý không phải ra bộ nhớ chính cho từng bước nhỏ. Bộ phận "Decoder" chỉ dịch mã lệnh thành các tín hiệu điều khiển tương ứng, nó không lưu giữ gì. Bộ phận "ALU" thực hiện các phép tính số học và phép logic trên toán hạng được đưa tới, kết quả của nó lại được cất vào thanh ghi. Bộ phận "Control unit" điều phối hoạt động của các khối khác theo đúng nhịp, nó ra lệnh chứ không phải nơi chứa dữ liệu tạm.

Đáp án đúng: "Cache memory." Bộ nhớ đệm được xây bằng linh kiện nhanh và đặt rất gần bộ xử lý, nhiệm vụ của nó là giữ bản sao của những khối dữ liệu và lệnh vừa dùng hoặc được dùng nhiều, nhờ vậy lần truy cập sau không phải chờ bộ nhớ chính; trong các mức lưu trữ được nêu thì nó là mức nhanh nhất. Loại "Hard disk drive." là bộ nhớ ngoài, chậm hơn nhiều bậc và dùng để lưu lâu dài. Loại "Random Access Memory (RAM)." nhanh hơn đĩa nhưng vẫn chậm hơn bộ nhớ đệm, nó là nơi chứa toàn bộ chương trình và dữ liệu đang chạy. Loại "Read Only Memory (ROM)." chỉ đọc và giữ chương trình khởi động, nó không được dùng làm nơi đệm dữ liệu truy cập thường xuyên.

Đáp án đúng: "Magnetic disk". Đĩa từ là thiết bị lưu trữ nối với máy qua cổng vào ra và luồng dữ liệu đi theo cả hai chiều: máy ghi dữ liệu xuống đĩa và cũng đọc dữ liệu từ đĩa lên, nên nó được xếp vào nhóm thiết bị vào ra có chức năng lưu trữ. Thiết bị "Keyboard" chỉ đưa dữ liệu vào máy và không giữ lại gì, nó là thiết bị nhập thuần. Thiết bị "Monitor" chỉ trình bày kết quả cho người xem, dữ liệu đi một chiều ra khỏi máy và không được lưu lại. Thiết bị "Printer" cũng chỉ xuất, nó in kết quả ra giấy chứ không trả dữ liệu lại cho máy và không phải nơi lưu trữ đọc lại được.

Đáp án đúng: "To connect all the parts of the computer together". Bo mạch chủ là tấm mạch mang socket CPU, khe cắm RAM, các khe mở rộng và hệ thống bus cùng đầu nối, nhờ đó mọi thành phần trao đổi được dữ liệu và tín hiệu điều khiển với nhau. Mục "To store data permanently" là việc của bộ nhớ phụ như ổ cứng hay SSD, bo mạch chủ không giữ dữ liệu người dùng. Mục "To supply power to the computer" thuộc bộ nguồn, bo mạch chủ chỉ phân phối lại điện đã được bộ nguồn chuyển đổi. Mục "To cool down the components" là nhiệm vụ của quạt, tản nhiệt và vỏ máy. Những chi tiết đó có thể gắn trên bo mạch chủ, nhưng chức năng chính của bo mạch vẫn là liên kết các bộ phận thành một hệ thống hoạt động được.

Đáp án đúng: "Coordinate memory, ALU, and I/O operations." Đơn vị điều khiển lấy lệnh từ bộ nhớ, giải mã rồi phát tín hiệu điều khiển theo chu kỳ lấy lệnh, giải mã, thực hiện, nhờ đó bộ nhớ, khối tính toán và các thiết bị vào ra hoạt động đúng thứ tự và đúng lúc; nó chỉ huy chứ không tự tính. Mục "To perform arithmetic and logical operations." là việc của đơn vị số học và logic. Mục "To store data and program instructions." thuộc bộ nhớ chính và các thanh ghi, nơi giữ lệnh cùng dữ liệu đang dùng. Mục "To connect the CPU to external networks." là chuyện của card mạng và khối vào ra, nằm ngoài bộ xử lý. Thiếu đơn vị điều khiển thì các bộ phận này vẫn đủ nhưng không ai điều phối nên lệnh không chạy được.

Đáp án đúng: "A physical path used for data transmission between components". Bus là tập các đường dẫn vật lý nối các bộ phận để truyền tín hiệu: bus dữ liệu chở dữ liệu, bus địa chỉ chở địa chỉ ô nhớ hay thiết bị, bus điều khiển chở tín hiệu chỉ huy giữa bộ xử lý, bộ nhớ và các khối vào ra. Mục "A type of memory" hiểu sai bản chất, bus chỉ dẫn dữ liệu đi qua chứ không giữ lại gì. Mục "A backup storage system" nói về thiết bị lưu dự phòng, hoàn toàn khác một đường truyền. Mục "A processor's internal clock" là xung nhịp dùng để đồng bộ thời gian trong máy; nhịp này có thể quy định tốc độ truyền trên bus, nhưng bản thân bus vẫn là đường dây chứ không phải cái đồng hồ đó.

Đáp án đúng: "4 KB". Không gian địa chỉ chạy từ 0 tới 4095 nên tổng số ô được định địa chỉ là 4096, kể cả ô số 0; mỗi ô lưu 1 byte nên dung lượng là 4096 byte, và vì 1 KB bằng 2 luỹ thừa 10 tức 1024 byte, 4096 byte đúng bằng 4 KB. "2 KB" ứng với 2048 ô, nghĩa là địa chỉ cao nhất phải là 2047 chứ không phải 4095. "1 KB" ứng với 1024 ô, nhỏ hơn bốn lần không gian địa chỉ đã cho. "6 KB" bằng 6144 byte, không phải luỹ thừa của 2 nên không thể là kích thước của một không gian địa chỉ liền mạch đánh số từ 0.

Đáp án đúng: "Registers". Thanh ghi nằm ngay trong bộ xử lý và là nơi lệnh lấy toán hạng ra để tính, nên thời gian truy cập ngắn nhất trong toàn bộ cấp bậc bộ nhớ, đổi lại số lượng rất ít và dung lượng rất nhỏ. "Cache memory" đứng ngay dưới thanh ghi: nhanh hơn bộ nhớ chính nhưng mỗi lần dùng vẫn phải tra xem dữ liệu có nằm trong đó hay không, nên chậm hơn thanh ghi. "RAM" là bộ nhớ chính, dung lượng lớn và phải truy cập qua bus nên chậm hơn hẳn hai cấp trên. "Hard disk" là bộ nhớ ngoài với cơ cấu cơ học, thời gian truy cập lớn hơn tới nhiều bậc độ lớn.

Đáp án đúng: "Arithmetic Logic Unit (ALU)". Đơn vị số học và logic là nơi thực sự thực hiện phép tính: cộng, trừ, các phép so sánh, cùng các phép logic như AND, OR, NOT trên dữ liệu lấy từ thanh ghi rồi trả kết quả về thanh ghi. "Control Unit" không tính toán mà giải mã lệnh rồi phát tín hiệu điều khiển để các bộ phận khác làm việc đúng trình tự. "Memory Unit" chỉ lưu lệnh và dữ liệu, nó không biến đổi giá trị nào. "Input/Output Unit" lo việc chuyển dữ liệu giữa máy tính và thế giới bên ngoài như bàn phím, màn hình hay đĩa, cũng không tham gia tính toán.

Đáp án đúng: "Cache Memory". Bộ nhớ cache được đặt giữa thanh ghi của bộ xử lý và bộ nhớ chính: dung lượng nhỏ nhưng nhanh hơn bộ nhớ chính, dùng để giữ những phần dữ liệu và lệnh đang được dùng nhiều nhằm giảm số lần bộ xử lý phải chờ bộ nhớ chính. "Read Only Memory (ROM)" là bộ nhớ chỉ đọc, giữ chương trình khởi động, không nằm trên đường tăng tốc giữa bộ xử lý và bộ nhớ chính. "Dynamic Random Access Memory (DRAM)" chính là công nghệ làm nên bộ nhớ chính, nên không thể vừa là nó lại vừa nhanh hơn nó. "Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM)" là bộ nhớ không mất dữ liệu khi tắt điện, ghi chậm và dùng để lưu cấu hình, không phục vụ việc đệm tốc độ.

Đáp án đúng: "32". Bộ nhớ cần cấp bằng tổng kích thước các biến đã khai báo: năm biến nguyên, mỗi biến 4 byte, cho 20 byte; ba biến thực, mỗi biến 4 byte, cho 12 byte; cộng lại là 32 byte. "20" chỉ là phần của năm biến nguyên, bỏ sót toàn bộ các biến thực. "12" chỉ là phần của ba biến thực, bỏ sót các biến nguyên. "28" là kết quả khi đếm thiếu một biến, tức chỉ cộng bảy biến thay vì tám. Điều dễ gây nhầm ở đây là kiểu thực cũng chiếm 4 byte đúng như kiểu nguyên, nên không có biến nào được tính nhẹ hơn và tổng số byte đúng bằng tám lần 4.

Đáp án đúng: "Display output". Bộ xử lý trung tâm làm việc theo chu trình máy gồm lấy lệnh, giải mã lệnh rồi thi hành lệnh. Việc hiện kết quả ra màn hình thuộc thiết bị ra cùng bộ điều khiển màn hình trong phân hệ vào ra; bộ xử lý chỉ ghi dữ liệu vào bộ nhớ hoặc cổng tương ứng rồi để thiết bị lo phần trình bày. "Fetch instructions" là chức năng của bộ xử lý, nó đọc lệnh kế tiếp từ bộ nhớ theo địa chỉ trong con trỏ lệnh. "Decode instructions" là chức năng của đơn vị điều khiển, nó dịch mã lệnh thành các tín hiệu điều khiển. "Execute instructions" là chức năng của đơn vị số học và logic cùng các thanh ghi, nơi phép toán thực sự được tiến hành.

Đáp án đúng: "A register". Thanh ghi là ô nhớ nhỏ nằm ngay trong bộ xử lý, giữ dữ liệu hoặc lệnh trong thời gian rất ngắn khi chúng đang được dùng; nó đứng riêng chứ không thuộc dãy ô nhớ có địa chỉ của bộ nhớ chính, và truy nhập nhanh hơn bộ nhớ nhiều lần. "An ALU" sai vì đơn vị số học và logic là nơi thực hiện phép tính cùng phép so sánh, nó lấy toán hạng từ thanh ghi chứ không làm chỗ lưu. "A control unit" sai vì đơn vị điều khiển phát tín hiệu điều phối các khối khác theo mã lệnh, nó không phải chỗ chứa dữ liệu. "A tape drive" sai vì ổ băng từ là thiết bị lưu trữ ngoài, lưu lâu dài và chỉ truy nhập tuần tự, trái hẳn vai trò giữ tạm trong lúc tính.

Đáp án đúng: "Program counter". Bộ đếm chương trình giữ địa chỉ của lệnh đang được thi hành rồi tự tăng để trỏ sang lệnh kế tiếp, nên nó chính là nơi máy theo dấu lệnh hiện hành trong suốt quá trình chạy, đúng như cách tài liệu môn này định nghĩa. Cần nói thẳng rằng đây là cặp gây tranh luận thật: phương án "Instruction register" cũng có cơ sở, vì thanh ghi lệnh giữ bản thân mã lệnh vừa nạp về để giải mã, và một số bộ khoá tham khảo chọn nó; điểm phân định nằm ở chỗ câu dẫn hỏi về việc theo dấu lệnh đang thi hành và lệnh sẽ thi hành tiếp, vốn là vai trò của bộ đếm chương trình. Phương án "Data register" chỉ nhóm thanh ghi chứa toán hạng và kết quả tính toán, không dính tới việc lần theo lệnh. Phương án "User register" là các thanh ghi để chương trình người dùng lưu biến trung gian, càng không có chức năng theo dấu lệnh.

Đáp án đúng: "To manage data flow inside the CPU.". Khối điều khiển không tự tính toán gì; nó lấy lệnh, giải mã rồi phát các tín hiệu điều khiển để điều phối hoạt động bên trong CPU, quyết định dữ liệu đi từ thanh ghi nào tới khối nào và vào thời điểm nào, nên vai trò của nó đúng là quản lý luồng dữ liệu nội bộ. Phương án "To perform arithmetic and logic operations." là việc của khối số học và luận lý, khối này chỉ thực hiện phép tính khi khối điều khiển ra lệnh. Phương án "To store instructions." thuộc bộ nhớ và thanh ghi lệnh; khối điều khiển đọc lệnh chứ không phải nơi lưu lệnh. Phương án "To control peripheral devices." nằm ở phân hệ vào ra với các bộ điều khiển thiết bị riêng, CPU chỉ phát yêu cầu rồi để chúng tự làm việc với thiết bị.

Đáp án đúng: "control unit". Trong mô hình von Neumann, máy tính gồm bốn phân hệ và phân hệ đóng vai người quản lý chính là khối điều khiển: nó lấy lệnh, giải mã rồi phát tín hiệu điều khiển để các phân hệ còn lại làm việc đúng thứ tự và đúng lúc, bản thân nó không tính toán cũng không lưu dữ liệu. Phương án "ALU" là khối số học và luận lý, nó chỉ thực hiện phép cộng, phép so sánh hay phép luận lý khi được yêu cầu, nên là nơi bị điều khiển. Phương án "input/output" là phân hệ vào ra, nhận lệnh để đưa dữ liệu vào hay đẩy kết quả ra, cũng chịu sự điều phối. Phương án "memory" chỉ lưu lệnh và dữ liệu rồi trả về khi được đọc, hoàn toàn thụ động nên không thể là bộ phận quản lý.

Đáp án đúng: "CPU". Thiết bị hoạt động ngoại tuyến là thiết bị làm việc mà không chịu sự điều khiển của bộ xử lý trung tâm: dữ liệu được ghi hay đọc độc lập, rồi mới chuyển vào hệ thống sau, nên bộ xử lý không cần đợi và không tham gia vào thao tác đó. Phương án "Memory" không phải cái đang thiếu, vì thiết bị ngoại tuyến vẫn có thể dùng vùng nhớ đệm riêng của chính nó. Phương án "ALU" chỉ là khối tính toán nằm bên trong bộ xử lý, bản thân nó chưa bao giờ trực tiếp điều khiển thiết bị ngoại vi nên nói không chịu sự điều khiển của nó là vô nghĩa. Phương án "Control unit" nêu một phần của bộ xử lý, hẹp hơn mức khái niệm mà định nghĩa ngoại tuyến nhắm tới. Phương án "None of the above" không dùng được vì đã có một lựa chọn đúng.

Đáp án đúng: "20% of the data is accessed 80% of the time". Quy tắc 80-20 diễn tả tính cục bộ của truy cập: chỉ một phần nhỏ dữ liệu được dùng tới rất nhiều lần, nên chỉ cần giữ khoảng một phần năm dữ liệu nóng trong bộ nhớ đệm là đã phục vụ được phần lớn số lượt truy cập, và đó là lý do một cache dung lượng nhỏ nhưng rất nhanh lại hiệu quả. Phương án "80% of the data is accessed 20% of the time" nhìn vào phần dữ liệu lạnh, nên dù nói về cùng hiện tượng thì nó không nêu được điều có ích là phần nào đáng đưa vào cache. Phương án "20% of the date is computed 80% of the time" dùng từ sai bản chất, vì cache quan tâm tới số lượt truy cập dữ liệu, không phải số lần tính toán. Phương án "80% of the data is computed 20% of the time" sai cả tỉ lệ nhấn mạnh lẫn cách dùng từ, nên không diễn tả được quy tắc này.