21. Trình bày nguyên tác hoạt động của bộ nhớ ngăn xếp

Trả lời

Ngăn xếp ( stack) là một vùng nhớ đặc biệt được truy cập theo cơ chế vào trước ra sau - LIFO. Nó bao gồm nhiều phần tử, mỗi phần tử là một từ.

Vị trí của ngăn xếp được xác định bởi cặp thanh ghi SS và SP : SS dùng chứa địa chỉ đoạn ngăn xếp, còn SP dùng chứa địa chỉ của đỉnh ngăn xếp. Khi chưa sử dụng ngăn xếp rỗng thì địa chỉ chứa trong SP lúc đó là đáy của ngăn xếp.

Stack có cấu trúc dữ liệu dạng thùng chứa của các phần dữ liệu và có hai phép toán cơ bản là push và pop.

Push là phép toán dùng bổ sung một phần tử dữ liệu vào ngăn xếp và phần tử này sẽ được chứa trong ô nhớ đỉnh ngăn xếp.

Pop là phép toán dùng giải phóng và trả về phần dữ liệu đang đứng ở đỉnh ngăn xếp. Trong stack thì các dữ liệu có thể thêm vào stack bất kì lúc nào nhưng chỉ có phần dữ liệu được thêm vào sau cùng, tức là nó đang ở vị trí đỉnh ngăn xếp mới được lấy ra.

Ngoài ra còn có một sô thao tác sau đây:

-isEmpty( ): dùng kiểm tra xem stack có rỗng hay không ?.

-Top( ): trả về giá trị của phần tử nằm ở đầu mà ko hủy nó khỏi stack.

Tuy nhiên nếu stack rỗng thì lỗi sẽ xảy ra.

22. Trình bày về hệ thống bus trong máy tính

Trả lời

Bus là đường truyền tín hiệu điện chung nối các thiết bị khác nhau của một hệ thống máy tính. Bus thường bao gồm 50 đến 100 dây được gắn chặt với mainboard, trên các dây này có các đầu nối ra, các đầu cắm được sắp xếp và cách nhau những khoảng nhất định để có thể cắm vào đó các bảng mạch điều khiển hoặc vào ra bộ nhớ.

Nói cách khác thì bus là đường truyền tín hiệu song song, và nó bao gồm tập hợp nhiều dây được gắn liền với nhau.

Có hai loại bus là bus một chiều và bus hai chiều, tùy vào việc trao đổi dữ liệu mà người ta sử dụng các loại bus thích hợp. Và để các bộ phân được nối với nhau thì hệ thống bus cần tuân theo một tiêu chuẩn chung.

- Hệ thống bus trong máy tính được chia làm hai là bus hệ thống (system bus) hoặc bus giao tiếp với thiết bị ngoại vi ( I/O bus)

+Bus hệ thống là những bus chuyên dùng để liên lạc và trao đổi dữ liệu giữa các bộ phận bên trong máy tính như: CPU, main board, ram....

+Bus giao tiếp với thiết bị ngoại vi ( I/O bus) là bus chuyên dùng để trao đổi giữa CPU của máy với các thiết bị ngoại vi bên ngoài.

-Mỗi loại bus trên lại bao gồm ba loại bus sau: Bus hệ thống bao gồm có bus địa chỉ (address bus), bus dữ liệu ( data bus), bus điều khiển ( control bus).

+Bus địa chỉ là loại bus chuyên sử dụng để truyền địa chỉ, đây là loại bus một chiều, chủ yều là từ CPU đi ra các bộ phận khác.

+Bus dữ liệu chuyên dùng để truyền dữ liệu qua lại giữa các bộ phận của máy.

+Bus điều khiển là bus cho CPU biết trạng thái của những thiết bị cần trao đổi hoặc thì hành công việc là đang bận hay rỗi để điều khiển quá trình làm việc trơn chu không gặp sự cố.

Bus dữ liệu và bus điều khiển là loại bus hai chiều.

Quá trình làm việc là: đầu tiên add đc phát đi trên bus địa chỉ, sau đấy thì bus điều khiển sẽ xác định xem thiết bị hoặc ô nhớ có địa chỉ đc phát trên bus địa chỉ là đang bận hay dỗi, nếu bận thì quá trình sẽ được ngừng lại cho đến khi thiết bị hay ô nhớ đó báo là dỗi. Nếu dỗi thì bus điều khiển sẽ xác định hướng truyền dữ liệu là từ đâu đến đâu và tiếp đấy dữ liệu sẽ được phát theo hướng đó trên bus dữ liệu.

23. Thế nào là I/O (vào ra) được ánh xạ vào bộ nhớ và I/O được sử dụng riêng biệt

Trả lời

I/O được nối với máy tính thông qua hệ thống bus và giao diện I/O.

Nhiều máy tính sử dụng chung một hệ thống bus cho cả hai khối bộ nhớ và khối giao diện I/O. Có hai cách là sử dụng chung bus nhưng tách riêng hai đường điều khiển cho hai khối chức năng riêng biệt hoặc là sử dụng chung hoàn toàn, tức là chung cả đường điều khiển.

Ngoài ra cũng có một số loại máy tính sử dụng hai đường bus riêng biệt cho hai khối chức năng này. Trong đó:

Trao đổi thông tin giữa CPU và tất cả các khối giao diện là qua một bus I/O chung.

Một giao diện được nối tới một thiết bị ngoai vi có thể có một số thanh ghi dữ liệu, một thanh ghi dữ liệu và 1 thanh ghi trạng thái.

Một lệnh được chuyển tới ngoại vi bằng cách gửi tới một thanh ghi giao diện thích hợp.

Không cần đến các đường mã chức năng và đường cảm ứng ( chuyển giao thông tin điều khiển dữ liệu và thông tin trạng thái luôn qua một bus I/O chung).

a.I/O riêng biệt.

-Là I/O được nối với máy tính thông qua hệ thống bus có:

+ Tách riêng các đường điều khiển đọc/ ghi I/O ngoài các đường điều khiển đọc/ ghi bộ nhớ.

+Tách riêng không gian địa chỉ bộ nhớ và không gian địa chỉ I/O.

+ Các lệnh ra vào riêng biệt.

b.I/O được ánh xạ vào bộ nhớ.

Hệ thống bus nối I/O với máy tính có đặc điểm sau:

-Cả hai khối chức năng sử dụng chung đường đọc/ ghi dữ liệu.

-Sử dụng chung không gian địa chỉ giảm được khoảng địa chỉ cho bộ nhớ có thể sử dụng.

-Lệnh vào/ra không xác định  các lệnh tương tự tham chiếu bộ nhớ có thể sử dụng đẻ chuyển giao I/O.

-PP này khá linh hoạt trong tác vụ giám sát I/O.

24. Tại sao nên sử dụng phương pháp bắt tay (handshake) trong chuyển giao dữ liệu không đồng bộ?

Trả lời

Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ giữa hai khối độc lập yêu cầu các tìn hiệu điều khiển phải phát đi giữa các khối thông tin để chỉ thị dữ liệu dạng được phát đi.

Có hai phương pháp chuyển giao:

-Stobe pulse ( xung nháy): một xung stobe được cung cấp bởi một khối để chỉ thị khối khác khi chuyển giao xảy ra. Trong đó có thể sử dụng 1 đường điều khiển duy nhất cho mỗi lần chuyển giao hoặc stobe sẽ được kích hoạt bằng khối nguồn hay khối kích.

-Bắt tay ( handshake): tín hiệu điều khiển được cung cấp cùng với dữ liệu.

Tuy nhiên pp stobe gặp phải những hạn chế là:

Khối nguồn khởi tạo không thể biết được khi nào thì khối đích nhận được dữ liệu và có thực sự nhận được hay không.

Khối đích khởi tạo không thể bit được khối nguồn đã thực sự đặt dữ liệu lên trên bus hay chưa.

Để giải quyết vấn đề này thì pp bắt tay đưa ra một tín hiệu điều khiển thứ hai để cung cấp cho nguồn khởi tạo ra chuyển giao một phản hồi .Điều này cho phép trễ tùy ý từ trạng thái này sang trạng thái khác và mỗi khối phản hồi có thể hoạt động theo tốc độ của riêng nó. Trong pp này thì tốc độ chuyển giao sẽ đc xác định bởi khối có tốc độ châm hơn.

PP bắt tay cung cấp một mức độ mềm linh hoạt và độ tin cậy cao do hoàn toàn thành công trong việc chuyển giao dữ liệu dựa trên sự tích cực tham gia trong quá trình chuyển giao của cả hai khối. Nếu có một khối bị lỗi thì quá trình chuyển giao không thể hoàn thành và ta có thể phát hiện điều này bằng các cơ chế timeout.

25. Trình bày cấu trúc, các tham số của ổ đĩa từ.

Trả lời

Ổ đĩa cứng còn gọi là ổ cứng ( Hard Disk Drive - HDD ) là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn có phủ vật liệu từ tính. Chính vì vậy mà chúng còn được gọi là ổ đĩa từ. Đây là loại bộ nhớ ko bị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn

a.Cấu tạo.

HDD bao gồm nhiều một hay nhiều đĩa cứng đồng trục, đĩa làm bằng kim loại có phủ một lớp bột từ bên trên.

Disk sẽ được lưu trữ trên cả hai mặt: side 0 và side 1.

Rãnh ( track ): là các đường tròn đồng tâm trên mặt đĩa, đây là nơi lưu trữ các thông tin.

Cung ( sector ) là một phần của rãnh, thông thương mỗi cung lưu đc 5/2 byte.

Mặt trụ ( cylinder ): là chồng các rãnh ở cùng vị trí đầu từ.

Đầu từ ( head ): là hệ thống đầu đọc ( t0, t1, t2, t3) trên cùng một mặt trụ, dùng để ghi và đọc thông tin lên đĩa.

b.Các thông số của HDD.

- Chuẩn giao tiếp: có rất nhiều chuẩn giao tiếp giữa HDD và main board. Điều này xuất phát từ yêu cầu là tốc độ đọc ghi dữ liệu khác nhau giữa các hệ thống máy tính. Các loại chuẩn thông dụng hiện nay là EIDE, SCSI và SATA.

- Dung lượng: được tính như sau

Dung lượng đĩa = số mặt trụ × số đầu từ × số cung rãnh × dung lượng của một cung.

Hiện nay dung lượng của máy tính thường được dùng là GB và trong tương lai sẽ là TB. Dung lượng của HDD được tính là 1GB = 1000MB trong khi hệ điều hành lại tính là 1GB = 1024MB nên dung lượng do hệ điều hành báo cáo thường thấp hơn dung lượng ghi trên nhãn đĩa.

-Tốc độ quay: được kí hiệu là rpm - số vòng quay trong 1 phút. Tốc độ quay càng cao thì HDD làm việc càng nhanh do chúng thực hiện việc đọc ghi nhanh hơn và thời gian tìm kiếm thấp hơn.

Tốc độ thông dụng hiện nay là 5.400 rpm hoặc 7.2 rpm, ngoài ra nếu là máy trạm hoặc máy chủ thì tốc độ có thể lên đến 10.000 rpm hoặc 15.000 rpm.

-Bộ nhớ đệm - cache: đây là bộ nhớ có nhiệm vụ lưu trữ tạm dữ liệu trong quá trình làm việc của HDD nên độ lớn của cache cũng ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc của HDD bởi vì việc đọc ghi ko xảy ra tức thời vì một lí do nào đấy thì dữ liệu sẽ được đặt tạm trong bộ nhớ đệm. Hiện nay dung lượng của bộ nhớ cache thường là 2 hoặc 8MB, tuy nhiên cũng có bộ nhớ cache lên đến 16MB.

-Tốc độ truyền dữ liệu: đa phần tốc độ truyền dữ liệu của HDD thấp hơn so với thiết kế ban đầu vì có nhiều thông số ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu như tốc độ quay của đĩa từ, số lượng đĩa từ trong ổ đĩa cứng, công nghệ chế tạo, dung lượng bộ nhớ đệm...

-Kích thước: để tiện cho việc lắp ráp và thay thế ổ mỗi khi bị hỏng thì kích thước của ổ đĩa đã được chuẩn hóa thành 6 loại: 5,25 inch dùng trong các máy tính các thế hệ trước. 3,5 inch dùng cho các máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ. 2,5 inch dùng cho máy tính xách tay. 1,8 inch hoặc nhỏ hơn dùng trong các thiết bị kỹ thuật số cá nhân và PC Card. 1,0 inch dùng cho các thiết bị siêu nhỏ.

26. Trình bày ý nghĩa của RIAD và hoạt động của các mức RAID cơ bản.

Trả lời

a. Ý nghĩa.

RIAD là sự kết hợp của nhiều ổ đĩa cứng vật lí để tạo ra một HDD logic nhằm: tăng độ an toàn của dữ liệu, tăng dung lượng, tăng tính sẵn sàng và tăng tốc độ đọc ghi dữ liệu.

Có hai kĩ thuật chính được sử dụng trong RIAD là:

-Kĩ thuật lưu kép: dữ liệu sẽ được lưu kép trên nhiều đĩa vật lí khác nhau  có nhiều bản copy của một data  tăng độ an toàn cho data.

-Kĩ thuật đọc và ghi song song: data đc chia thành nhiều khối, mỗi khối đc ghi trên một ổ đĩa cứng khác nhau, đọc và ghi song song nên tốc độ nhanh hơn.

Các loại RIAD: - RIAD cứng : tạo thiết bị phần cứng.

-RIAD mềm: tạo bởi phần mềm.

b. Hoạt động của các RIAD cơ bản.

* RIAD mức 0: mức này cần tối thiếu hai HDD, khi ghi vào thì dữ liệu được phân làm hai phần và ghi vào hai ổ, mỗi phần sẽ được ghi vào một ổ. Khi lấy dữ liệu ra thì lấy ra đồng thời trên cả hai ổ. Như vậy tốc độ đọc và ghi dữ liệu sẽ diễn ra nhanh hơn, cụ thể là tăng lên gấp đôi.

Tuy nhiên độ an toàn của dữ liệu ở mức này là kém, vì khi một ổ xảy ra trục trặc và bị mất dữ liệu thì máy ko thể dựa vào phần còn lại để nhận diện và coi như là dữ liệu đã bị mất hoàn toàn. Vậy độ rủi ro của dữ liệu cũng tăng gấp đôi.

*RAID mức 1: là sự kết hợp của ít nhất là hai ổ đĩa cứng, trong đó dữ liệu sẽ được ghi song song trên cả hai ổ nên rủi ro bị mất dữ liệu do trục trặc ổ đã được giảm đi một nửa, nếu dữ liệu bị hỏng thì sử dụng ổ còn lại để sửa và khôi phục dữ liệu.

Vì dữ liệu được ghi đồng thời vào cả hai ổ đĩa nên tốc độ ghi dữ liệu có thể ko nhannh hơn, nhưng mà khi đọc máy sẽ lựa chọn ổ nhanh nhất để đọc nên tốc độ đọc là nhanh hơn.

Nó thường được dùng trong các hệ thống máy chủ để lưu trữ các thông tin quan trong vì độ an toàn của dữ liệu, khi một ổ bị hỏng thì ng quản lí có thể thay thế mà ko làm dừng hệ thống.

*RAID mức 2: cần có bảy đầu từ đã được đồng bộ và dịch chuyển cùng nhau