109 中興資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 5 頁、14 大題、100 分，不得使用計算機。計算機組織的第 1–4 題都是申論題，卷面沒有計分規則的標示。

第 1 題：MIPS 記憶體定址（6%）

給一段 MIPS 程式與一張記憶體初始內容表，$t1 為 3000、$t2 為 3004，要寫出每條指令逐步的動作：

lw   $s1, 0($t1)
sub  $s2, $s2, $s2
add  $s2, $s2, 100
lw   $s1, 0($s1)
add  $s1, $s1, $s2
lw   $s3, 0($t2)
add  $s3, $s3, $s2
sw   $s3, 4($s1)
sw   $s1, 0($s1)

第 2 題：指令格式與定址範圍（6%）

給 MIPS R-format、I-format、J-format 三種指令格式的欄位寬度表（op 6 位元，R-format 的 rs、rt、rd、shamt 各 5 位元、funct 6 位元，I-format 的 address 或 immediate 欄位）。

• 2(a)｜求 (i) immediate、(ii) displacement、(iii) PC-relative branch 三種定址的最大範圍
• 2(b)｜判斷三道指令的型別：sub $s2, $s2, $s2、lw $s1, 100($s1)、beq $s0, $1, Exit

第 3 題：記憶體階層（6%）

在 virtual memory 系統中，存取 cache 內的一個 word 要 10 ns；word 在 main memory 但不在 cache，要 30 ns 載入 cache，然後重新開始參考；word 不在 main memory，要 12 ms 從磁碟取回，接著 30 ns 複製到 cache，再重新開始參考。

• 3(a)（3%）｜cache hit rate 0.9、main memory hit rate 0.6，求平均存取時間（ns）
• 3(b)（3%）｜作業系統可以在等待磁碟載入資料的 12 ms 內改做其他事來提升 CPU 使用率，說明這個機制如何運作

第 4 題：加法（7%）

• 4(a)｜$s1 為 0100 0000 … 0000，$s2 為 0111 1111 … 1111，分別執行 addu $s3, $s1, $s2 與 add $s4, $s1, $s2，求結果並說明
• 4(b)｜1 位元 full adder 有三個輸入（a、b、CarryIn）與兩個輸出（CarryOut、Sum），寫出 CarryOut 與 Sum 的邏輯函式

作答時要注意的地方

1. 第 1–4 題都是申論，每題都要寫出過程。
2. 第 1 題要求逐條說明每道指令的動作。
3. 第 3(a) 題單位同時出現 ns 與 ms。
4. 第 4(a) 題要求說明答案。
5. 計算機組織共 25 分，第 5–14 題 75 分都在軟體。

準備方向

• MIPS 程式的逐條追蹤：109 第 1 題。
• MIPS 指令格式與定址範圍：109 第 2 題。paging 的 address translation 見 112 第 25 題。
• 含磁碟的平均存取時間：109 第 3 題，111 第 8-I 題、115 第 17 題也有存取時間的計算。
• add 與 addu：109 第 4(a) 題，112 第 17 題有 two's complement。
• full adder 的邏輯函式：109 第 4(b) 題，113 問答第 1 題考 adder-subtractor。