調查局三等申論題
114年
[電子科學組] 計算機概論
第 一 題
📖 題組：
請回答下列問題：
請回答下列問題：
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
中央處理單元（CPU）是電腦執行程式的核心運算單元。當程式載入記憶體後，CPU 使用重複的機器週期從頭到尾逐一執行程式中的指令。請詳細說明 CPU 執行程式的步驟。（15 分）
思路引導 VIP
看到 CPU 執行程式的題目，應立即聯想到『機器週期』（Machine Cycle）或『指令週期』的四大核心步驟：擷取 (Fetch)、解碼 (Decode)、執行 (Execute) 與儲存 (Store/Write-back)。作答時除了文字敘述外，務必帶入程式計數器（PC）與指令暫存器（IR）等底層元件的角色，並輔以具體實例（如加法運算）來展現邏輯推演與實務結合的能力，即可穩拿高分。
小題 (二)
如果電腦使用記憶體映射 I/O（Memory-mapped I/O）的定址方法（Addressing Method），位址匯流排（Address Bus）使用 12 條線（12 位元），且其主記憶體由 4000 個字（Words）組成。假設每個 I/O 控制器（Controller）有 16 個暫存器（Register），那麼在這個系統中可以存取多少個 I/O 控制器？（10 分）
思路引導 VIP
看到『記憶體映射 I/O（Memory-mapped I/O）』，應立即聯想到其核心定義：I/O 設備與主記憶體共用相同的位址空間。解題時，先利用位址線數量算出『系統總位址空間』，扣除『主記憶體佔用空間』得出剩餘的 I/O 空間，最後除以單一控制器所需暫存器數量即可得解。
CPU運作與I/O定址
💡 CPU指令週期四階段與記憶體映射I/O之空間分配計算
🔗 CPU 指令執行與定址分配鏈路
- 1 指令擷取 — 根據PC位址從記憶體讀取指令至指令暫存器
- 2 指令解碼 — 控制單元解析指令操作碼並準備運算元
- 3 指令執行 — 由ALU執行運算或與I/O暫存器進行資料交換
- 4 定址剩餘計算 — 總定址(2^12)減記憶體(4000)得可用I/O位址
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🔄 延伸學習：延伸學習：管線化(Pipelining)如何重疊執行上述步驟以提升效能
