專利師 97 年計算機結構考古題

假設一計算機（只能儲存整數），2 個連續bytes 構成一個word，一個byte 8 個bits， 整數以二進位數方式儲存，資料表示則以2 的補數方式表示。一指令由16 位元組成， 指令格式如下： opcode (4) x (1) y(1) address /disp (10) 其中x=0 採用直接定址，x=1 採用間接定址；y=0 採用程式計數（Program-counter Based） 定址，y=1 採用基底（Base-relative Based）定址，請問假設只考慮直接定址，記憶體 可定址到的大小為何？每一記憶體位置可儲存資料的長度為何？可儲存整數的範 圍、指令暫存器（Instruction Register, IR）的長度為何？（20 分）

在一計算機結構中，一指令由24 位元組成，其中6 個位元為操作碼（Operation Code）， 6 個位元為各種定址方式之表示，12 個位元為位址（Address）或位移（Displacement）， 給予記憶體和暫存器資料（以16 進位表示）如下： (3300)=001800 /*表示記憶體位址3300 之內容為001800*/ (3630)=003300 (6690)=103000 (0300)=003630 (B) =006000 (PC) =003000 (X) =000000 假設LDA 指令係將指定的記憶體位址內資料載入累積器（Accumulator），請寫出執行 LDA 300（採用直接定址）；LDA300（300 為memory address，採用PC-relative 定址， 目標位址（Target Address）的值為PC 的值加上位移值（Displacement））；LDA @630, X （630 為memory address，採用PC-relative，X 表示索引，@表示間接定址）；LDA #630 後暫存器A 之內容。（20 分）

在一計算機結構中，假設數字系統使用的是二的補數（2’s Complement），請設計一邏 輯線路以偵測兩個數字an-1an-2…a0 與bn-1bn-2…b0 相加，其結果cn-1cn-2…c0 是否溢位 （Overflow）；並用兩個四位數的二進位數相加說明。（20 分）

請列舉三種I/O 操作方式來做處理器（Processor）與I/O 模組（I/O Module）之資料 交換，並說明其優缺點。（20 分）

在指令串流排（Instruction Pinelining）中，可將一指令之執行分為存取指令（Fetch Instruction, FI），解碼指令（Decode Instruction, DI），計算運算元（Calculate Operands, CO），存取運算元（Fetch Operands），執行指令（Execute Instruction, EI），和寫入運 算元（Write Operands, WO）六個階段（Stage），請畫出9 個指令利用此六個階段執 行之時序圖（Timing Diagram），並計算利用此六個階段指令串流排執行9 個指令比 六個階段沒有使用指令串流排執行可節省多少單位時間。（20 分）