刑事警察人員 110 年計算機系統考古題

有一DMA（direct memory access）模組正在使用循環偷竊（cycle stealing）， 企圖從9600 bps 傳輸速率的設備將字元（characters）傳輸到記憶體 中。若CPU 正在以每秒一百萬個指令（MIPS）的速率擷取（fetch） 指令，則此DMA 模組將使得處理器減慢多少速度？（假設CPU 只 擷取指令未處理資料的讀寫）（20 分）

有一計算機系統（computer system）包含32K 16-bit 單字（word）的 主記憶體（main memory），同時具有4K-word 快取記憶體（cache memory）， 此快取記憶體分割以每組（set）有4 個槽（slot）為單位，每個槽包 含64 個單字。假設快取記憶體最初是空的，CPU 開始從位置 （locations）30、31、32、…、4300 依序擷取（fetch）單字。若使用 快取記憶體重複執行前述的依序擷取5 次，則估計可改善執行時間 多少？假設快取記憶體的速度比主記憶體快10 倍，區塊替換 （block replacement）使用LRU（least recently used）策略。（20 分）

如果單獨執行I/O 綁定的程式（I/O-bound program），其花費在等待 I/O 時間會比使用處理器（processor）多，而處理器綁定的程式 （processor-bound program）剛好相反。假設短期排程演算法 （short-term scheduling algorithm）適合最近使用較少處理器時間的程 式。請說明為什麼此演算法偏好I/O 綁定程式，卻沒有永久性地拒 絕處理器時間（processor time）限制於處理器綁定程式。（20 分）

請說明快取系統（cache system）中直接映射（direct mapping）、關 聯映射（associative mapping）和集關聯映射（set-associative mapping） 之間有何不同？（20 分）

有一管線機（pipeline machine）分四個階段執行一個指令，第1 階 段需要80 奈秒（nanosecond, ns），第2 階段需要50 奈秒，第3 階 段需要90 奈秒，第4 階段需要40 奈秒，該管線如下所示：（假設沒 有其他延遲）若以此管線來完成10 個指令需要多少時間？（20 分） Stage 1 80 ns Stage 2 50 ns Stage 3 90 ns Stage 4 40 ns