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Z-329
Computer Science — Computer System Architectureकंप्यूटर विज्ञान — कंप्यूटर सिस्टम आर्किटेक्चर
B.Sc. (First Year) (NEP) (Reg./Pvt.) Examination, 2026 — Major
⏱ Timeसमय: 3 Hours
🎯 Max Marksपूर्णांक: 70
Section A — Very Short Answer Type Questionsखण्ड ‘अ’ — अति लघु उत्तरीय प्रश्न
Attempt any two questions. All questions carry equal marks. (Answer in about 50 words) · 2×3=6किन्हीं दो प्रश्नों के उत्तर दीजिए। सभी प्रश्नों के अंक समान हैं। (लगभग 50 शब्दों में) · 2×3=6
Q1. What is the purpose of error detection codes ?त्रुटि पहचान कोड (Error Detection Codes) का उद्देश्य क्या है ?
3 Marksअंक
Error detection codes identify errors that occur during data transmission or storage, caused by noise or interference. Techniques like parity bits, checksums and CRC (Cyclic Redundancy Check) add redundant bits to data, enabling the receiver to detect whether the received data has been corrupted.त्रुटि पहचान कोड का उपयोग डेटा संचरण या संग्रहण के दौरान होने वाली त्रुटियों की पहचान हेतु किया जाता है। पैरिटी बिट, चेकसम व CRC जैसी तकनीकें डेटा में अतिरिक्त बिट जोड़ती हैं, जिससे प्राप्तकर्ता यह पता लगा सकता है कि प्राप्त डेटा दूषित तो नहीं हुआ।
Q2. What is flip-flop ?फ्लिप-फ्लॉप क्या है ?
3 Marksअंक
A flip-flop is a basic digital electronic circuit made from logic gates that can store one bit of binary information (0 or 1). It has two stable states and is the fundamental building block of sequential circuits like registers, counters and memory units.फ्लिप-फ्लॉप एक मूल डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक परिपथ है जो लॉजिक गेट्स से बना होता है और एक बिट बाइनरी सूचना (0 या 1) संग्रहीत कर सकता है। इसकी दो स्थिर अवस्थाएँ होती हैं और यह रजिस्टर, काउंटर व मेमोरी यूनिट जैसे अनुक्रमिक परिपथों की मूल इकाई है।
Q3. Explain Register Transfer Language.रजिस्टर ट्रांसफर लैंग्वेज को समझाइए।
3 Marksअंक
Register Transfer Language (RTL) is a symbolic notation used to describe the micro-operations performed on data stored in registers within a digital system, such as data movement and arithmetic/logical operations, using symbols like arrows and function notation (e.g. R1 ← R2 + R3).रजिस्टर ट्रांसफर लैंग्वेज (RTL) एक प्रतीकात्मक संकेतन है जिसका उपयोग रजिस्टरों में संग्रहीत डेटा पर किए जाने वाले माइक्रो-ऑपरेशनों, जैसे डेटा स्थानांतरण व अंकगणितीय संक्रियाओं, को तीर व फ़ंक्शन संकेतन (जैसे R1 ← R2 + R3) द्वारा वर्णित करने हेतु किया जाता है।
Q4. What is the main difference between RISC and CISC ?RISC और CISC में मुख्य अंतर क्या है ?
3 Marksअंक
RISC (Reduced Instruction Set Computer) uses a small set of simple, fixed-length instructions that execute in a single clock cycle, relying on compilers for complex operations. CISC (Complex Instruction Set Computer) uses a larger set of complex, variable-length instructions that can perform multi-step operations in one instruction, but take multiple clock cycles.RISC (रिड्यूस्ड इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटर) सरल, नियत-लंबाई निर्देशों के छोटे समूह का उपयोग करता है जो एक क्लॉक चक्र में निष्पादित होते हैं। CISC (कॉम्प्लेक्स इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटर) जटिल, परिवर्तनशील-लंबाई निर्देशों के बड़े समूह का उपयोग करता है जो एक ही निर्देश में कई चरणों का कार्य कर सकते हैं परंतु कई क्लॉक चक्र लेते हैं।
Q5. Define Cache memory.कैश मेमोरी को परिभाषित कीजिए।
3 Marksअंक
Cache memory is a small, high-speed memory located between the CPU and main memory (RAM) that temporarily stores frequently accessed data and instructions, reducing the average time needed to access data and improving overall system performance.कैश मेमोरी एक छोटी, उच्च गति वाली मेमोरी है जो CPU व मुख्य मेमोरी (RAM) के बीच स्थित होती है तथा बार-बार प्रयुक्त डेटा व निर्देशों को अस्थायी रूप से संग्रहीत करती है, जिससे मुख्य मेमोरी से डेटा एक्सेस करने का औसत समय कम होता है।
Section B — Short Answer Type Questionsखण्ड ‘ब’ — लघु उत्तरीय प्रश्न
Attempt any four questions. All questions carry equal marks. (Answer in about 150 words) · 4×9=36किन्हीं चार प्रश्नों के उत्तर दीजिए। सभी प्रश्नों के अंक समान हैं। (लगभग 150 शब्दों में) · 4×9=36
Q6. Describe the uses of Vedic methods like Nikhilam Sutra in computational speed.गणना की गति में निखिलम् सूत्र जैसी वैदिक विधियों के उपयोग का वर्णन कीजिए।
9 Marksअंक
Vedic mathematics offers fast mental calculation techniques with modern computational relevance. The Nikhilam Sutra (“all from 9 and last from 10”) is especially useful for multiplying numbers close to a base (10, 100, 1000), significantly reducing the steps compared to conventional long multiplication. In computing, this principle has inspired efficient multiplier circuit designs in VLSI and digital signal processors, where Vedic multipliers are implemented in hardware to achieve faster multiplication with lower power consumption and reduced propagation delay compared to conventional array or Booth multipliers. This is especially valuable in high-speed arithmetic applications such as digital signal processing (DSP), image processing and cryptography, where multiplication operations are frequent and speed-critical. Thus, ancient Vedic sutras have found practical modern applications in optimising computer arithmetic hardware for enhanced computational speed and efficiency.वैदिक गणित प्राचीन भारतीय ग्रंथों से व्युत्पन्न तीव्र मानसिक गणना तकनीकें प्रदान करता है जिनकी आधुनिक कम्प्यूटेशनल प्रासंगिकता है। निखिलम् सूत्र (“सभी 9 से और अंतिम 10 से”) किसी आधार (जैसे 10, 100, 1000) के निकट संख्याओं के गुणन हेतु विशेष रूप से उपयोगी है, जो पारंपरिक गुणन की तुलना में चरणों की संख्या को काफी कम करता है। कंप्यूटिंग में इस सिद्धांत ने VLSI व डिजिटल सिग्नल प्रोसेसरों में कुशल गुणक परिपथ डिज़ाइन को प्रेरित किया है, जहाँ वैदिक गुणक हार्डवेयर में तीव्र गुणन, कम विद्युत खपत व कम प्रसार विलंब हेतु लागू किए जाते हैं। यह विशेष रूप से डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग, इमेज प्रोसेसिंग व क्रिप्टोग्राफी जैसे अनुप्रयोगों में मूल्यवान है।
Q7. Draw and explain a Full Adder Circuit.एक फुल एडर सर्किट को सचित्र व्याख्या कीजिए।
9 Marksअंक
A full adder is a combinational logic circuit that adds three binary bits — two significant bits (A and B) and a carry-in bit (Cin) — producing two outputs: Sum and Carry-out (Cout).
It can be built using two half adders and an OR gate: the first half adder adds A and B producing an intermediate sum and carry; the second half adder adds this intermediate sum with Cin to produce the final Sum; the OR gate combines the two carry outputs to produce Cout. Full adders are cascaded to build multi-bit adders (ripple carry adders) used in the ALU of a CPU for binary addition of larger numbers, forming a fundamental building block of computer arithmetic circuits.फुल एडर एक संयोजी लॉजिक परिपथ है जो तीन बाइनरी बिट्स - दो सार्थक बिट्स (A व B) तथा वाहक बिट (Cin) - को जोड़ता है, और दो आउटपुट उत्पन्न करता है: योग (Sum) व वाहक-आउट (Cout)।
इसे दो हाफ एडर व एक OR गेट का उपयोग कर बनाया जा सकता है: पहला हाफ एडर A व B जोड़कर मध्यवर्ती योग व वाहक उत्पन्न करता है; दूसरा हाफ एडर इस मध्यवर्ती योग को Cin के साथ जोड़कर अंतिम योग देता है; OR गेट दोनों वाहक आउटपुट मिलाकर Cout देता है। फुल एडर को श्रृंखलाबद्ध कर बहु-बिट एडर बनाए जाते हैं जो CPU की ALU में प्रयुक्त होते हैं।
Sum = A ⊕ B ⊕ CinCout = (A·B) + (Cin·(A⊕B))It can be built using two half adders and an OR gate: the first half adder adds A and B producing an intermediate sum and carry; the second half adder adds this intermediate sum with Cin to produce the final Sum; the OR gate combines the two carry outputs to produce Cout. Full adders are cascaded to build multi-bit adders (ripple carry adders) used in the ALU of a CPU for binary addition of larger numbers, forming a fundamental building block of computer arithmetic circuits.फुल एडर एक संयोजी लॉजिक परिपथ है जो तीन बाइनरी बिट्स - दो सार्थक बिट्स (A व B) तथा वाहक बिट (Cin) - को जोड़ता है, और दो आउटपुट उत्पन्न करता है: योग (Sum) व वाहक-आउट (Cout)।
Sum = A ⊕ B ⊕ CinCout = (A·B) + (Cin·(A⊕B))इसे दो हाफ एडर व एक OR गेट का उपयोग कर बनाया जा सकता है: पहला हाफ एडर A व B जोड़कर मध्यवर्ती योग व वाहक उत्पन्न करता है; दूसरा हाफ एडर इस मध्यवर्ती योग को Cin के साथ जोड़कर अंतिम योग देता है; OR गेट दोनों वाहक आउटपुट मिलाकर Cout देता है। फुल एडर को श्रृंखलाबद्ध कर बहु-बिट एडर बनाए जाते हैं जो CPU की ALU में प्रयुक्त होते हैं।
Q8. Differentiate between Machine Language and Assembly Language.मशीन लैंग्वेज और असेंबली लैंग्वेज में अंतर बताइए।
9 Marksअंक
Machine language is the lowest-level programming language, consisting of binary code (0s and 1s) directly executed by the CPU without any translation, making it extremely fast but very difficult for humans to read or write, and it is hardware-specific (not portable across architectures). Assembly language uses mnemonic codes (like MOV, ADD, SUB) instead of raw binary, making it more human-readable, though still closely tied to hardware architecture; it requires an assembler to translate it into machine code before execution. While machine language requires no translation and executes directly, assembly language offers easier programming and debugging at the cost of an additional translation step, though it still provides more control over hardware than high-level languages.मशीन भाषा सबसे निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग भाषा है, जिसमें बाइनरी कोड (0 व 1) होता है जो बिना अनुवाद के सीधे CPU द्वारा निष्पादित होता है, जिससे यह अत्यंत तीव्र परंतु मनुष्यों के पढ़ने-लिखने हेतु कठिन होती है तथा हार्डवेयर-विशिष्ट होती है। दूसरी ओर, असेंबली भाषा कच्चे बाइनरी के बजाय स्मरणीय कोड (जैसे MOV, ADD, SUB) का उपयोग करती है, जिससे यह अधिक मानव-पठनीय बनती है। इसे निष्पादन से पूर्व मशीन कोड में अनुवादित करने हेतु एक असेंबलर की आवश्यकता होती है।
Q9. Explain Stack Organizer in a CPU.CPU में स्टैक ऑर्गनाइजर की व्याख्या कीजिए।
9 Marksअंक
Stack organisation in a CPU is a memory organisation technique that uses a Last-In-First-Out (LIFO) data structure, called a stack, to store temporary data such as return addresses, function parameters and local variables during program execution. It is managed using a Stack Pointer (SP) register that always points to the top element. Two primary operations are performed: PUSH (adds data to the top of the stack) and POP (removes data from the top). Stack organisation is essential for implementing subroutine calls and returns, handling interrupts, evaluating arithmetic expressions in stack-based/zero-address instruction computers, and managing recursion in programming languages, making it a critical component of CPU architecture and program execution control.CPU में स्टैक संगठन एक मेमोरी संगठन तकनीक है जो प्रोग्राम निष्पादन के दौरान रिटर्न एड्रेस, फ़ंक्शन पैरामीटर व स्थानीय चरों जैसे अस्थायी डेटा को संग्रहीत करने हेतु LIFO (लास्ट-इन-फर्स्ट-आउट) संरचना का उपयोग करती है। इसे स्टैक पॉइंटर (SP) रजिस्टर द्वारा प्रबंधित किया जाता है। दो मुख्य संक्रियाएँ हैं: PUSH (स्टैक के शीर्ष पर डेटा जोड़ना) व POP (शीर्ष से डेटा हटाना)। स्टैक संगठन सबरूटीन कॉल व रिटर्न, इंटरप्ट प्रबंधन तथा अंकगणितीय अभिव्यक्तियों के मूल्यांकन हेतु आवश्यक है।
Q10. Explain the memory hierarchy and why it is necessary.मेमोरी पदानुक्रम की व्याख्या कीजिए और बताइए कि यह क्यों आवश्यक है।
9 Marksअंक
Memory hierarchy is the organisation of different storage types in a computer, arranged in levels based on speed, cost and capacity. At the top are CPU registers (fastest, most expensive, smallest), followed by cache memory (L1, L2, L3), then main memory (RAM), then secondary storage (SSD/HDD), and finally tertiary/backup storage (tapes, cloud) at the bottom (slowest, cheapest, largest). This hierarchy is necessary because of an inherent trade-off between speed, cost and capacity — fast memory is extremely expensive, making large amounts impractical, while slower memory is affordable in large capacities. By using a hierarchy, frequently accessed data is kept in faster, smaller memories (exploiting locality of reference), while bulk data is stored in cheaper, larger, slower memory, achieving an optimal balance that maximises system performance while minimising cost.मेमोरी पदानुक्रम कंप्यूटर प्रणाली में विभिन्न प्रकार के भंडारण का संगठन है, जो गति, लागत व क्षमता के आधार पर स्तरों में व्यवस्थित होता है। शीर्ष पर CPU रजिस्टर (सबसे तीव्र, महंगे), फिर कैश मेमोरी, फिर मुख्य मेमोरी (RAM), फिर द्वितीयक भंडारण (SSD/HDD), और अंत में तृतीयक भंडारण (टेप, क्लाउड)। यह पदानुक्रम इसलिए आवश्यक है क्योंकि गति, लागत व क्षमता के बीच एक अंतर्निहित समझौता होता है। पदानुक्रम का उपयोग कर बार-बार प्रयुक्त डेटा तीव्र, छोटी मेमोरी में रखा जाता है, जबकि थोक डेटा सस्ती, बड़ी, धीमी मेमोरी में संग्रहीत होता है।
Section C — Long Answer Type Questionsखण्ड ‘स’ — दीर्घ उत्तरीय प्रश्न
Attempt any two questions. All questions carry equal marks. (Answer in about 300 words) · 2×14=28किन्हीं दो प्रश्नों के उत्तर दीजिए। सभी प्रश्नों के अंक समान हैं। (लगभग 300 शब्दों में) · 2×14=28
Q11. What is map simplification ? Explain the process of simplifying a Boolean expression using Karnaugh Maps (K-Maps).मानचित्र सरलीकरण क्या है ? कर्नाघ मैप्स (K-Maps) का उपयोग करके बूलियन व्यंजक को सरल बनाने की विधि समझाइए।
14 Marksअंक
Map simplification, using Karnaugh Maps (K-Maps), is a graphical method for simplifying Boolean expressions without extensive Boolean algebra laws, minimising the logic gates needed to implement a digital circuit. A K-Map is a grid representing all possible input combinations, where adjacent cells differ by only one variable (Gray code ordering). The process: (1) Constructing the K-Map — drawing a grid with 2n cells for n variables, labelling rows/columns with Gray code sequences. (2) Plotting the Function — placing 1s where output is 1 (from the truth table) and 0s elsewhere (or “don’t cares” as X). (3) Grouping — forming the largest possible groups of adjacent 1s in powers of 2 (1, 2, 4, 8, 16), which may wrap around map edges; larger groups give greater simplification. (4) Deriving the Simplified Expression — for each group, identifying variables that remain constant, writing the product term; the final expression is the OR-sum of all product terms. This method significantly reduces circuit complexity, gate count and cost, making it a fundamental tool for optimising Boolean expressions in combinational circuits, commonly used for 2 to 5 variables.मानचित्र सरलीकरण, कर्नाघ मानचित्र (K-Map) का उपयोग कर, बूलियन बीजगणितीय अभिव्यक्तियों को सरल बनाने की एक ग्राफिकल विधि है, जिससे डिजिटल परिपथ हेतु आवश्यक लॉजिक गेट्स की संख्या न्यूनतम होती है। K-Map एक ग्रिड है जिसमें आसन्न सेल केवल एक चर में भिन्न होते हैं (ग्रे कोड क्रम अनुसार)। प्रक्रिया: (1) K-Map बनाना - n चरों हेतु 2n सेल वाला ग्रिड बनाना; (2) फ़ंक्शन को अंकित करना - आउटपुट 1 वाले सेलों में 1 रखना; (3) समूहन - आसन्न 1s के सबसे बड़े संभव समूह (2 की घातों में) बनाना, जो किनारों के चारों ओर लपेट सकते हैं; (4) सरलीकृत अभिव्यक्ति प्राप्त करना - प्रत्येक समूह हेतु स्थिर चरों की पहचान कर पद लिखना; अंतिम अभिव्यक्ति इन पदों का योग (OR) होती है। यह विधि परिपथ जटिलता व गेट संख्या को काफी कम करती है।
Q12. Explain the difference between combinational and sequential circuits with an example of each.संयोजी (Combinational) और अनुक्रमिक (Sequential) परिपथों के बीच अंतर को प्रत्येक के उदाहरण सहित समझाइए।
14 Marksअंक
Combinational circuits are digital circuits whose output at any instant depends solely on the current combination of inputs, with no memory element — the output changes immediately (after propagation delay) when inputs change. Examples: adders, multiplexers, decoders, comparators; a Full Adder always produces the same Sum/Carry for given inputs A, B, Cin, regardless of any previous operation. Sequential circuits, in contrast, have output depending not only on current inputs but also on the past sequence of inputs (the circuit’s current state), requiring memory elements (flip-flops/latches) and typically synchronised by a clock signal. Examples: registers, counters, finite state machines; a counter’s output depends on both the clock pulse and its previous count value. Key differences: combinational circuits are memory-less and faster (limited only by gate propagation delay), while sequential circuits have memory and are generally slower (limited by clock speed) but are essential for systems requiring state retention, such as CPUs, memory units and control units.संयोजी परिपथ वे डिजिटल परिपथ हैं जिनका आउटपुट किसी भी क्षण केवल वर्तमान इनपुट संयोजन पर निर्भर करता है, इनमें कोई मेमोरी तत्व नहीं होता। उदाहरण: एडर, मल्टीप्लेक्सर, डिकोडर, तुलनाकर्ता; फुल एडर दिए गए A, B व Cin हेतु सदैव समान योग/वाहक देता है। अनुक्रमिक परिपथों का आउटपुट वर्तमान इनपुट के साथ-साथ पिछले इनपुट अनुक्रम (वर्तमान अवस्था) पर भी निर्भर करता है, जिसके लिए मेमोरी तत्व (फ्लिप-फ्लॉप) आवश्यक होते हैं व ये सामान्यतः क्लॉक सिग्नल द्वारा समकालिक होते हैं। उदाहरण: रजिस्टर, काउंटर, फिनाइट स्टेट मशीन। मुख्य अंतर: संयोजी परिपथ मेमोरी-रहित व तीव्र होते हैं, जबकि अनुक्रमिक परिपथों में मेमोरी होती है व ये CPU, मेमोरी यूनिट जैसे अवस्था-धारण आवश्यक प्रणालियों हेतु अनिवार्य हैं।
Q13. Explain in detail the various instruction formats and addressing modes used in modern processors.आधुनिक प्रोसेसरों में प्रयुक्त होने वाले विभिन्न निर्देश प्रारूपों (Instruction Formats) और एड्रेसिंग मोड्स की विस्तार से व्याख्या कीजिए।
14 Marksअंक
Instruction Formats define the layout of bits in a machine instruction, typically with an Opcode field and one or more Operand fields. Common formats: (1) Three-address — two source operands and one destination (e.g. ADD R1,R2,R3). (2) Two-address — one operand also serves as destination (ADD R1,R2 means R1=R1+R2). (3) One-address — uses an implied accumulator (ADD R1 means AC=AC+R1). (4) Zero-address — used in stack-based architectures where operands are implicit from the stack. Addressing Modes specify how the operand’s effective address is determined: (1) Immediate — operand value given directly in the instruction. (2) Direct — instruction contains the actual memory address. (3) Indirect — instruction contains the address of a location holding the actual address. (4) Register — operand is in a CPU register (fast access). (5) Register Indirect — a register holds the operand’s memory address. (6) Indexed — an index register value is added to a base address, useful for arrays. (7) Relative — effective address computed by adding an offset to the Program Counter, common in branch instructions. Modern processors combine formats and addressing modes to balance flexibility, code density and execution speed, per RISC (simple/fixed) or CISC (complex/variable) philosophies.निर्देश प्रारूप मशीन निर्देश में बिट्स की व्यवस्था को परिभाषित करता है, जिसमें ऑपकोड क्षेत्र व एक या अधिक ऑपरेंड क्षेत्र होते हैं। सामान्य प्रारूप: (1) तीन-पता प्रारूप - दो स्रोत ऑपरेंड व एक गंतव्य; (2) दो-पता प्रारूप - एक ऑपरेंड गंतव्य भी होता है; (3) एक-पता प्रारूप - निहित संचायक रजिस्टर; (4) शून्य-पता प्रारूप - स्टैक-आधारित आर्किटेक्चर में। एड्रेसिंग मोड्स: (1) तात्कालिक - मान सीधे निर्देश में; (2) प्रत्यक्ष - मेमोरी पता निर्देश में; (3) अप्रत्यक्ष - निर्देश में उस पते का पता जो वास्तविक पता रखता है; (4) रजिस्टर - ऑपरेंड CPU रजिस्टर में; (5) रजिस्टर अप्रत्यक्ष; (6) इंडेक्स्ड - इंडेक्स रजिस्टर व आधार पते का योग; (7) सापेक्ष - प्रोग्राम काउंटर में ऑफसेट जोड़ना, शाखा निर्देशों में प्रयुक्त।
Q14. Analyze the advantages and disadvantages of RISC architecture in modern computing.आधुनिक कंप्यूटर में RISC आर्किटेक्चर के लाभ तथा हानियों का विश्लेषण कीजिए।
14 Marksअंक
RISC (Reduced Instruction Set Computer) is based on using a small set of simple, fixed-length instructions executing in a single clock cycle. Advantages: (1) faster execution due to uniform, single-cycle instructions; (2) simpler hardware/control unit design, reducing chip complexity and cost; (3) excellent pipelining efficiency, boosting performance via instruction-level parallelism; (4) lower power consumption, popular in mobile/embedded devices (e.g. ARM); (5) heavy compiler reliance allows better code optimisation. Disadvantages: (1) larger code size since each instruction does less work, needing more instructions; (2) increased memory/cache access frequency, a potential bottleneck; (3) heavy dependency on compiler efficiency; (4) more tedious low-level/assembly programming since complex operations need multiple simple instructions. Despite these drawbacks, RISC’s speed, power efficiency and simplicity have made it the dominant architecture in modern computing, especially mobile devices (ARM) and increasingly servers/desktops (Apple Silicon, RISC-V).RISC (रिड्यूस्ड इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटर) सरल, नियत-लंबाई निर्देशों के छोटे समूह के सिद्धांत पर आधारित है जो एक क्लॉक चक्र में निष्पादित होते हैं। लाभ: (1) तीव्र निष्पादन; (2) सरल हार्डवेयर डिज़ाइन, कम चिप जटिलता व लागत; (3) पाइपलाइनिंग दक्षता; (4) कम विद्युत खपत, मोबाइल उपकरणों (ARM) में लोकप्रिय; (5) कंपाइलर द्वारा बेहतर कोड अनुकूलन। हानियाँ: (1) बड़ा कोड आकार - अधिक निर्देशों की आवश्यकता; (2) बढ़ी हुई मेमोरी/कैश एक्सेस; (3) कंपाइलर दक्षता पर अत्यधिक निर्भरता; (4) निम्न-स्तर पर जटिल प्रोग्रामिंग। इन कमियों के बावजूद, गति व ऊर्जा दक्षता में RISC के लाभों ने इसे आधुनिक कंप्यूटिंग की प्रमुख आर्किटेक्चर बना दिया है।
Q15. How to apply modern parallelism from single core to multicore system, including the advantages and applications of each ?सिंगल कोर से मल्टी कोर सिस्टम तक आधुनिक पैरेलिज्म को कैसे लागू करें, जिसमें दोनों के फायदे और अनुप्रयोग शामिल हैं ?
14 Marksअंक
Parallelism executes multiple computations simultaneously to improve performance. In single-core systems, it is achieved via: (1) Instruction-Level Parallelism — pipelining, overlapping instruction stages; (2) Superscalar Execution — multiple execution units within one core; (3) Simultaneous Multithreading — a core handling multiple threads by sharing resources. Advantages include lower power and simpler programming, but returns diminish due to instruction dependencies and the power/heat wall. In multicore systems, parallelism is achieved via: (1) Task/Process-Level Parallelism — independent tasks distributed across cores; (2) Thread-Level Parallelism — program divided into concurrent threads on different cores; (3) Data Parallelism — large datasets split across cores (common in GPUs). Advantages include significantly higher throughput and better performance-per-watt, and true simultaneous handling of multiple tasks. Applications include multitasking OS, parallel scientific computing, video rendering, machine learning training and web servers. However, multicore parallelism requires careful software design (synchronisation, avoiding race conditions) to fully exploit available cores, making the shift from single-core to multicore an important hardware-software co-evolution for maximum performance benefits.समांतरता से आशय प्रदर्शन सुधार हेतु एक साथ कई संगणनाओं के निष्पादन से है। सिंगल-कोर प्रणाली में समांतरता निम्न से प्राप्त होती है: (1) निर्देश-स्तरीय समांतरता - पाइपलाइनिंग; (2) सुपरस्केलर निष्पादन - एक कोर में कई निष्पादन इकाइयाँ; (3) समकालिक मल्टीथ्रेडिंग। लाभ कम ऊर्जा खपत हैं, परंतु निर्देश निर्भरता व ऊष्मा सीमाओं के कारण सीमाएँ हैं। मल्टी-कोर प्रणालियों में समांतरता प्राप्त होती है: (1) कार्य-स्तरीय समांतरता; (2) थ्रेड-स्तरीय समांतरता; (3) डेटा समांतरता (GPU में सामान्य)। लाभ उच्च समग्र थ्रूपुट व बेहतर ऊर्जा दक्षता हैं। अनुप्रयोगों में मल्टीटास्किंग OS, वैज्ञानिक संगणना, वीडियो रेंडरिंग व मशीन लर्निंग शामिल हैं। हालाँकि, इसके लिए सावधानीपूर्वक सॉफ्टवेयर डिज़ाइन आवश्यक है।