專利師 109 年計算機結構考古題

請說明下列有關指令集的問題： 有些CPU 的指令集的浮點運算（floating point operations）是以可有可 無（optional）的協同處理器（co-processor）的形式來支援。為什麼？ （10 分） 如果某個CPU 沒有配置浮點運算的協同處理器，那它該如何達成浮 點運算？（10 分）

某指令集有四類（class）指令，分別為class A, class B, class C, class D。 此指令集有兩種硬體的實現方式P1 及P2。這些指令在P1 及P2 的clock rate 及CPI（cycles per instruction）如下表。有一個程式總共執行了10,000 個指令，其中class A, class B, class C, class D 的指令比重各為40%, 30%, 20%, 10%。 clock rate CPI of class A CPI of class B CPI of class C CPI of class D P1 1.0 GHz 1 2

P2 1.2 GHz 1 3 3 6 依該程式在P1 及P2 上執行的CPI 值而言，P1 及P2 那一個比較快？ （10 分） 依該程式在P1 及P2 上執行的時間而言，P1 及P2 那一個比較快？ （10 分） 71260 三、2’s complement 是一種用二進位表示有號數的方法。它的好處是可以在 加法或減法處理中，不需因為數字的正負而使用不同的計算方式。例如， 兩個二進位數字A 及B 之減法可表達為A – B = A + (~B) + 1，其中“~” 是bitwise not 運算。下圖為一個1-bit Arithmetic Logic Unit (ALU)，其中a, b 為1-bit input signal，Result 為1-bit output signal, Binvert (1 bit, possible values: 0/1), CarryIn (1 bit, possible values: 0/1)及Operation (2 bits, possible values: 00/01/10/11)為控制訊號。請依序設定這三個控制訊號值，使得 Result = a – b。（20分） 四、請說明下列有關高效能處理器的問題： Pipelining 是指把一個工作拆成多個前後銜接的子工作。如果拆成五個子 工作，理想情況下，這個pipeline 的效能可以變為原來的幾倍？（10 分） 有那些因素會無法達成上題中的理想效能？（10 分）

請說明下列有關記憶體設計的問題： 請依下表格式作答，並在空格中以1～3 之數值（1 最佳，2 其次，3 最 差）來分別評比SRAM（static random access memory）, DRAM（dynamic random access memory）, HD（hard disk）的Speed 及Capacity。（10 分） Storage Devices SRAM DRAM HD Speed Capacity 如何根據以上的分析，以階層（hierarchical）的方式將這三種storage devices 組合成為處理器（CPU）的記憶體系統，以優化整體的效能？ （10 分） Operation Binvert Result CarryOut Carryln a b