Đề 5 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Kiến trúc máy tính

SRAM (Static RAM) sử dụng flip-flop để lưu trữ mỗi bit dữ liệu, nhanh hơn và không cần làm tươi dữ liệu định kỳ, nhưng đắt hơn và mật độ lưu trữ thấp hơn DRAM. DRAM (Dynamic RAM) sử dụng tụ điện, rẻ hơn và mật độ cao hơn nhưng chậm hơn và cần làm tươi dữ liệu định kỳ để tránh mất dữ liệu.

Kiến trúc superscalar cho phép CPU thực hiện nhiều lệnh đồng thời trong cùng một chu kỳ xung nhịp bằng cách sử dụng nhiều đơn vị thực thi song song (ví dụ: nhiều ALU, đơn vị dấu phẩy động). Điều này giúp tăng thông lượng lệnh và cải thiện hiệu suất xử lý.

Pipelining là kỹ thuật chia quá trình thực hiện lệnh thành nhiều giai đoạn và thực hiện các giai đoạn khác nhau của nhiều lệnh đồng thời, giống như dây chuyền lắp ráp, giúp tăng thông lượng lệnh.

Hertz (Hz) là đơn vị đo tần số, trong trường hợp CPU, nó đo số chu kỳ xung nhịp mà CPU thực hiện mỗi giây. Các tiền tố như MHz (Megahertz), GHz (Gigahertz) thường được sử dụng để biểu thị tốc độ xung nhịp cao hơn.

Thanh ghi là bộ nhớ tốc độ cao, dung lượng nhỏ, nằm trong CPU, được sử dụng để lưu trữ tạm thời dữ liệu và lệnh đang được CPU xử lý, giúp CPU truy cập dữ liệu nhanh chóng để thực hiện các phép tính và thao tác.

Địa chỉ logic (ảo) là địa chỉ mà chương trình sử dụng, nó được ánh xạ bởi hệ điều hành và phần cứng quản lý bộ nhớ (MMU) sang địa chỉ vật lý, là địa chỉ thực tế trong bộ nhớ RAM. Điều này cho phép quản lý bộ nhớ hiệu quả hơn và bảo vệ bộ nhớ giữa các tiến trình.

DMA cho phép các thiết bị ngoại vi (ví dụ: ổ cứng, card mạng) truyền dữ liệu trực tiếp đến hoặc từ bộ nhớ chính mà không cần sự can thiệp liên tục của CPU, giải phóng CPU để thực hiện các tác vụ khác và tăng hiệu suất truyền dữ liệu.

Kiến trúc Von Neumann sử dụng một không gian địa chỉ bộ nhớ duy nhất cho cả dữ liệu và lệnh, trong khi kiến trúc Harvard có các không gian bộ nhớ riêng biệt cho dữ liệu và lệnh, cho phép truy xuất đồng thời cả hai.

Bottleneck xảy ra khi một thành phần trong hệ thống hoạt động chậm hơn đáng kể so với các thành phần khác, làm giới hạn hiệu suất tổng thể. Điều này thường do sự khác biệt tốc độ truy cập hoặc xử lý dữ liệu giữa CPU, bộ nhớ, ổ cứng và các thiết bị khác.

Bộ nhớ cache tận dụng nguyên tắc tính cục bộ, bao gồm cục bộ thời gian (dữ liệu vừa được truy cập có khả năng cao sẽ được truy cập lại) và cục bộ không gian (dữ liệu gần với dữ liệu vừa được truy cập có khả năng cao cũng sẽ được truy cập).

Cache line là khối dữ liệu có kích thước cố định được truyền giữa bộ nhớ chính và bộ nhớ cache. Khi dữ liệu được yêu cầu, toàn bộ cache line chứa dữ liệu đó sẽ được tải vào cache, tận dụng tính cục bộ không gian.

Page fault xảy ra khi CPU cố gắng truy cập một trang dữ liệu hoặc lệnh không có trong bộ nhớ RAM mà chỉ có trên ổ cứng (bộ nhớ thứ cấp). Hệ điều hành sau đó phải tìm nạp trang này từ ổ cứng vào RAM, gây ra độ trễ.

Polling là phương pháp mà CPU liên tục kiểm tra (thăm dò) trạng thái của các thiết bị ngoại vi để xem chúng có yêu cầu dịch vụ hay có dữ liệu sẵn sàng để truyền hay không. Đây là phương pháp đơn giản nhưng có thể tốn tài nguyên CPU vì CPU phải liên tục bận rộn kiểm tra.

Caching là quá trình sao chép dữ liệu từ bộ nhớ chậm hơn (ví dụ: RAM, ổ cứng) vào bộ nhớ nhanh hơn (ví dụ: cache CPU) để tăng tốc độ truy cập. Swapping và paging liên quan đến quản lý bộ nhớ ảo, segmentation là phân chia bộ nhớ thành các đoạn.

RISC (Reduced Instruction Set Computing) thường được ưa chuộng trong hệ thống nhúng vì thiết kế đơn giản, số lượng lệnh ít, thực hiện lệnh nhanh, tiêu thụ ít năng lượng và kích thước chip nhỏ hơn so với CISC.

Instruction Set Architecture (ISA) định nghĩa giao diện giữa phần cứng và phần mềm, bao gồm tập hợp các lệnh mà CPU có thể thực thi, các kiểu dữ liệu mà nó hỗ trợ, chế độ địa chỉ, và các thanh ghi có thể truy cập.

Memory Management Unit (MMU) là một phần cứng quản lý bộ nhớ ảo, thực hiện ánh xạ giữa địa chỉ logic mà chương trình sử dụng và địa chỉ vật lý trong RAM, cũng như quản lý quyền truy cập bộ nhớ và bảo vệ bộ nhớ giữa các tiến trình.

RAM (Random Access Memory), đặc biệt là DRAM (Dynamic RAM), là loại bộ nhớ chính được sử dụng vì khả năng đọc/ghi nhanh và dung lượng lớn, phù hợp để lưu trữ dữ liệu và chương trình đang hoạt động.

RAID 1 (mirroring) sao chép dữ liệu giống hệt nhau lên ít nhất hai ổ đĩa. Nếu một ổ đĩa bị lỗi, dữ liệu vẫn còn nguyên vẹn trên ổ đĩa còn lại, cung cấp khả năng chịu lỗi cao nhất trong các cấp độ RAID cơ bản. RAID 0 tăng hiệu suất nhưng không có khả năng chịu lỗi. RAID 5 và 10 cung cấp sự cân bằng giữa hiệu suất và khả năng chịu lỗi, nhưng RAID 1 đơn giản và trực tiếp nhất về mặt dự phòng.

Interrupt (ngắt) là một tín hiệu từ phần cứng hoặc phần mềm gửi đến CPU, yêu cầu CPU tạm dừng công việc hiện tại và chuyển sang xử lý một sự kiện cụ thể, ví dụ như khi thiết bị ngoại vi hoàn thành một thao tác hoặc có lỗi xảy ra.

Trong kiến trúc đa nhân, mỗi nhân CPU có bộ thanh ghi và có thể có bộ nhớ cache L1 riêng, nhưng thường chia sẻ chung bộ nhớ RAM và bộ nhớ cache L2/L3 (nếu có). Chia sẻ bộ nhớ RAM cho phép các nhân phối hợp và truy cập dữ liệu chung.

Branch prediction là kỹ thuật được sử dụng trong pipelining để dự đoán kết quả của các lệnh rẽ nhánh (ví dụ: lệnh IF-ELSE) trước khi chúng được thực thi. Dự đoán đúng giúp tránh việc đường ống bị dừng lại (pipeline stall) do phải chờ kết quả rẽ nhánh, tăng hiệu suất.

Bus hệ thống là tập hợp các đường dẫn vật lý (dây dẫn) dùng để truyền dữ liệu, địa chỉ và tín hiệu điều khiển giữa CPU, bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi khác trong hệ thống máy tính.

Cache coherence là vấn đề đảm bảo rằng dữ liệu được chia sẻ giữa các bộ nhớ cache của các nhân CPU khác nhau trong hệ thống đa nhân luôn nhất quán. Khi một nhân thay đổi dữ liệu trong cache của nó, các nhân khác phải được thông báo và cập nhật cache của họ để tránh sử dụng dữ liệu lỗi thời.

Word size (kích thước từ) xác định số bit dữ liệu mà CPU có thể xử lý đồng thời trong một thao tác. Ví dụ, CPU 32-bit có kích thước từ là 32 bit, CPU 64-bit có kích thước từ là 64 bit.

Khối Số học và Logic (ALU) là đơn vị trong CPU thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán logic (AND, OR, NOT, XOR).

USB (Universal Serial Bus) là một chuẩn giao tiếp phổ biến và linh hoạt được sử dụng rộng rãi để kết nối máy tính với nhiều loại thiết bị ngoại vi khác nhau nhờ tính dễ sử dụng, tốc độ truyền dữ liệu đủ nhanh và khả năng cấp nguồn cho một số thiết bị.

ROM (Read-Only Memory) là bộ nhớ không khả biến, có nghĩa là nó giữ lại dữ liệu ngay cả khi không có nguồn điện. SRAM và DRAM là bộ nhớ khả biến, mất dữ liệu khi mất nguồn. Cache thường được tạo từ SRAM và cũng là bộ nhớ khả biến.

SSD có nhiều ưu điểm như tốc độ nhanh hơn, chống sốc tốt hơn, tiêu thụ điện năng ít hơn, nhưng nhược điểm chính hiện tại là giá thành trên mỗi GB vẫn cao hơn so với HDD. HDD vẫn chiếm ưu thế về dung lượng lớn với giá thành phải chăng.

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) là một chuẩn bus tốc độ cao được thiết kế để kết nối các thành phần hiệu suất cao như card đồ họa, card mạng tốc độ cao và ổ SSD NVMe với bo mạch chủ.