專利師 100 年計算機結構考古題

什麼叫做一個位址的指令集（one-address instruction set）？（4 分） 什麼叫做零個位址的指令集（zero-address instruction set）？（4 分） 零個位址的指令集的電腦比起一個位址的指令集的電腦優缺點何在？（6 分） 請利用一個位址的指令集寫出將記憶體中的兩數A 和B 相加，然後結果存回C 的組合語言程式，並說明每個指令的意義。（8 分） 請用零個位址的指令集寫同樣的程式，並說明每個指令的意義。（8 分）

假設一個CPU 的clock rate 為8 GHz，那麼其cycle time 為幾秒？（4 分） 一個程式在一個clock rate 為4GHz 的CPU 需要10 秒的執行時間，假設我們改進 了這個CPU 的設計，讓同樣的程式可以在8 秒執行完畢，但所需的CPU cycle 變 成原來的1.2 倍，那麼現在新CPU 的clock rate 為多少GHz？（12 分）

設計一個一位元的全加法器，假設輸入為A、B、Carry-in，輸出為C、Carry-out， 寫出其真假值表。（8 分）並畫出其簡化過後的邏輯閘圖。（12 分）

假設一個指令可以分成指令擷取（instruction fetch）、指令解碼（instruction decode）、 指令執行（instruction execution）、結果存回（result store）四個步驟。請問： 若我們按照此四個步驟來做pipeline 執行，對一個有1000 個指令的程式，本來需 要10 秒的執行時間，採用pipeline 後最快可在幾秒內執行完畢？（10 分） 若其中的第101 個指令無法pipeline，必須等第100 個指令執行完後才可以執行， 其他指令都可以pipeline，那麼在此情況下程式多快可以執行完畢？（10 分）

假設一個程式的指令cache 的錯失率（miss ratio）為2%，資料cache 的錯失率為 4%。如果CPU 執行一個指令需2 個cycle time，而一個cache 錯失（不管是指令或 資料）的代價是100 個cycle time。假設程式中有36%的指令會使用到資料cache， 那麼此程式執行的時間會是在完美cache（0%錯失率）情況下的幾倍？（14 分）