專利師 102 年計算機結構考古題

今有一C 語言程式，一精簡指令集計算機（RISC, Reduced Instruction Set Computer）， 及一複雜指令集計算機（CISC, Complex Instruction Set Computer）。 兩個計算機使用的編譯器（compiler）是否可為同一個？為何如此？（6 分） 轉譯成機器碼後，兩個計算機的機器碼一般而言何者有較多道指令？為何如此？ （7 分） 執行該程式的機器碼時，兩個計算機一般而言何者較快？為何如此？（7 分）

效能一般指的是計算機執行機器碼程式時的速度，通常以所需的時間來反映。相關計算 式如下：程式執行時間=執行的機器指令數×平均每道指令所花費時脈數×時脈週期 透過編譯器與組譯器（assembler）可以改善上式中那些參數？並扼要說明之。 （6 分） 透過積體電子技術無法改善上式中那些參數？並扼要說明之。（7 分） 若機器碼程式共執行了1010 道指令，其中45%為數據處理（data processing）類指 令，其平均每道指令所花費時脈數為1.5；30%為數據搬移（data movement）類 指令，其平均每道指令所花費時脈數為2.5；20%為控制流向（control flow）類指 令，其平均每道指令所花費時脈數為4.0；其餘為系統呼叫（system call）類指令， 其平均每道指令所花費時脈數為20.0。則程式執行時間在時脈頻率為5 GHz 時為 若干？（7 分）

在處理器的設計中： 一般是如何定義出字元（word）的大小？（6 分） 若稱其記憶體空間有4 GB（G 表giga 或稱為接近109 的2 的整數次方值；B 表 byte），則一般稱其為幾個位元的架構？（7 分） 何謂管線化（pipelined）的指令執行方式？何謂超純量（superscalar）的指令執行 方式？（7 分） 102年專門職業及技術人員高等考試律師、 會計師、不動產估價師、專利師考試試題 代號： 類 科： 專利師 全一張 （背面） 70660 71260

設有一計算機，若僅考慮中央處理器（CPU），某應用程式執行的情形為：數據處 理（data processing）類指令執行的比例為50%，數據搬移（data movement）類指 令執行的比例為30%，以及控制流向（control flow）類指令執行的比例為20%。理 想情況下，管線化處理時每道指令所花費的時脈數（CPI, Cycles Per Instruction）為 1.0。以下計算結果均請取至小數點後兩位： 若僅考慮數據相依性（data dependency）造成的管線停頓，以致於35%的指令需 停頓1 個週期、25%的指令需停頓2 個週期。則此時的CPI 將為若干？（6 分） 若僅考慮控制相依性（control dependency）造成的管線停頓，以致於在20%的控 制流向指令中，有40%因不改變控制流向而不需停頓，另60%因改變控制流向而 需停頓4 個週期。則此時的CPI 將為若干？（7 分） 同時考慮數據相依性及控制相依性時，有1/5 的數據相依造成的管線停頓及1/3 的控制相依造成的管線停頓將與另一種管線停頓重疊。則此時的CPI 將為若干？ （7 分）

在精簡指令集計算機（RISC, Reduced Instruction Set Computer）設計中： 同時配備有指令快取記憶體（instruction cache memory）及數據快取記憶體（data cache memory）有何特殊重要性及優勢？請針對RISC 的特性作答。（6 分） 程式中那些類別的指令會用到指令快取記憶體？那些類別的指令會用到數據快取 記憶體？並分別具體舉例說明之。請儘量用專業的指令類別名稱答題。（7 分） 設程式執行時對指令快取記憶體及數據快取記憶體的存取數比例為2：1，且在理 想快取設計下的每道指令時脈數（CPI）為1。若實際情況下指令快取記憶體的 錯失率（miss rate）為20%，錯失懲罰（miss penalty）為12 個時脈週期；數據快 取記憶體的錯失率為35%，錯失懲罰為15 個時脈週期。則實際的CPI 為若干？ （計算結果請取至小數點後一位。）（7 分）