專利師 114 年計算機結構考古題

Amdahl’s Law 是評估電腦效能的重要概念： ㈠說明它的意義。（5 分） ㈡它對於改善電腦效能有何幫助？（5 分） ㈢程式X 在電腦A 上執行需要100 秒，其中乘法指令占了40%，請問 有沒有可能藉由改善乘法器的速度達到把程式X 的執行速度加倍的 目的？若是可以，該把乘法器的速度加強到幾倍？若是不可以，那是 為什麼？（15 分）

我們要把以下的C 程式片段編譯成MIPS 組合語言程式。假設變數g 是 存在$s1 暫存器裡，陣列B 的base address 是存在$s2 暫存器裡。 B[9] = g + B[8]; 以下是編譯後的MIPS 組合語言程式。請推導出L, X, Y, Z, M 這五個欄位 裡的值。這些值是暫存器名稱（例如$s3）或（十進位）立即值。（25 分） lw $t0, X(L) % $t0 = Memory[L+X] add $t0, Y, $t0 % $t0 = Y + $t0 sw $t0, Z(M) % Memory[M+Z] = $t0

記憶體設計 ㈠何謂快取記憶體（cache memory）？（5 分） ㈡何謂虛擬記憶體（virtual memory）？（5 分） ㈢以上兩者的工作原理有什麼相近之處？（5 分） ㈣有一個direct mapped cache，它有8 個block，每個block 存一筆memory word。假設一開始該cache 內容全部空白，請問依序存取八筆memory word（address 依序為0, 4, 8, 4, 8, 0, 3, 0）後，總共有幾次cache miss？ （10 分）

考量在下圖的MIPS 處理器管線（pipeline）裡執行以下MIPS 組合語言 程式： lw add sub or and $4, 8($9) $2, $3, $4 $7, $6, $5 $8, $2, $7 $1, $3, $8 ㈠如果電路中沒有forwarding unit，請列出在第五個clock cycle 結束時， 在MIPS 五級pipeline stage（IF, ID, EXE, MEM, WB）中各有那個指令 在執行？（若沒有指令在執行，那就列為nop 指令）（12 分） ㈡當forwarding unit 有作用時，請列出在第五個clock cycle 結束時，在 MIPS 五級pipeline stage（IF, ID, EXE, MEM, WB）中各有那個指令在 執行？（若沒有指令在執行，那就列為nop 指令）（13 分）