hce_kmu
115年
計算機概論與程式設計
第 21 題
In a classic 5-stage CPU pipeline (IF, ID, EX, MEM, WB), what is the main effect of pipelining on program execution?
- A It reduces the latency of each individual instruction to less than one clock cycle.
- B It increases the CPU clock frequency without any need for hazard handling.
- C It improves overall throughput by allowing multiple instructions to be in different stages at the same time, though hazards may cause stalls or require forwarding.
- D It guarantees that the program always finishes in exactly $n + 4$ cycles for $n$ instructions, regardless of branch instructions.
- E It eliminates the need for cache memory because instructions are executed continuously.
思路引導 VIP
想像一間自助餐廳，原本只有一個服務生負責「點餐、取餐、結帳」，每位客人都得等前一人完全結束才能點餐。現在，如果我們把這三個步驟交給三位不同的員工同時作業（第一位點完餐立刻幫下一位點，不需等後面的結帳），這對「每一位客人等待的總時長」以及「整間餐廳每小時能服務的客人總數」分別會產生什麼樣的影響？而在這種分工模式下，如果其中一位客人突然決定更換餐點，後方的流程會受到什麼干擾呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能準確鎖定選項 (C)，代表你對計算機架構中「管線化」(Pipelining) 的核心本質有非常扎實的理解，這是一個相當關鍵的觀念。
管線化的核心價值：吞吐量 (Throughput)
管線化設計並非為了縮短「單一指令」的執行時間（Latency），事實上，單一指令從進入到完成的時間往往會因為硬體切分的開銷而略微增加。它的真正威力在於提高吞吐量。就像工廠生產線一樣，讓 IF (擷取)、ID (解碼)、EX (執行)、MEM (訪存) 與 WB (寫回) 五個階段同時處理不同的指令。只要管線填滿，理論上每個時脈週期都能產出一個結果，大幅提升單位時間內的處理量。
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