專利師 98 年計算機結構考古題

請以全加器（full adder）及XOR gate 為基本元件（basic block），建構4-bit 加減 法器（4-bit adder-subtracter）。（5 分） 請以上例的架構，說明如何進行加法及減法運算。（5 分） 舉一例説明，3 個運算元的8-bit carry-save-adder。其延遲（delay）為何？（5 分） 請以carry-save-adder為基本的建構方塊圖（building block），建構一個延遲（delay） 最短的8 × 8 wallace tree 乘法器（multiplier）。（5 分）

假設有兩種方法可以改進一台電腦的效能：第一種方法為加速乘法指令（multiply instruction）達到4 倍快；第二種方法為加速記憶體存取指令（memory access）達到 2 倍快。如果我們執行一個程式100 秒後，分析結果為：10%時間執行乘法指令， 50%時間執行記憶體存取指令，40%時間執行其他指令。請問： 如果只加速乘法指令，整體效能的改進（speed-up）為何？（5 分） 如果同時加速乘法指令及記憶體存取指令，整體效能的改進（speed-up）為何？ （5 分） 何謂Amdahl’s law？（5 分） 以上例説明在僅加速乘法指令及記憶體存取指令的前提下，Amdahl’s law 的結果， 可能的最大效能改進（speed-up）的極限為何？（5 分）

何謂Principle of locality？有那兩種locality？請以不同的程式結構，分別說明為 何會發生這兩種locality。（10 分） 有下列virtual memory system i. 40-bit virtual byte address ii. 16 KB page iii. 36-bit physical address 假設所有的virtual pages 都在使用，且每個page table entry（記錄項目）需另有 10 個管理用的位元（如valid, dirty, replacement 等），請問page table 的大小 （size）為何？（10 分）

給定下列數字表示1001 1010。若該表示式為unsigned number，請問該數字為何？ 若該表示式為2’s complement signed number，請問該數字為何？（10 分） 98年專門職業及技術人員高等考試律師、會計師、社會工作師 不動產估價師、專利師考試試題 代號： 類 科： 專利師 70660 71260 全一張 （背面）

給定一台電腦，以下為執行程式後，分析四種指令所得到的特性。其中X 表示不需使 用。又，throughput 定義為每秒可執行的指令數（instructions per second）。請問： Distribution IF ID EX MEM WB Load 25% 2ns 1ns 2ns 2ns 1ns Store 10% 2ns 1ns X Arithmetic 45% 1ns X 1ns Branch 20% 2ns X X 如果該電腦以single-cycle processor 實現。請問throughput 是多少？（6 分） 如果該電腦以multi-cycle processor 實現。請問throughput 是多少？（7 分） 如果該電腦以5-stage pipelined processor 實現。假設沒有任何data hazard, structural hazard 及control hazard 發生，請問throughput 是多少？（7 分） 六、下圖為ALU 的設計。請根據該設計，回答Add, Nor, Or 的控制信號為何？（10 分） Operations 4 bits (Anegat, Binvert, Op) Add Nor Or 0 3 Op 1 CarryOut 0 1 b 2 Result Anegat CarryIn 0 1 Binvert Operations a Less