計組計結準備方法

一、選擇適當參考用書

工欲善其事，必先利其器。

準備考試最重要的第一步，便是選擇一本適當參考用書。

選錯了書本讀再熟、再多本也都是枉然。

不同書本，即使介紹的概念是一樣的，但用詞遣字、語氣、假設都不同

在這些差異下失去了熟悉感，心中不夠篤定作答時。

不僅無法確定出題者題意，甚至在假設基礎不同的前提之下，也會誤以為條件不足，而不知該如何作答。

《Computer Organization and Design - The Hardware/SoftwareInterface》一書(俗稱白算盤)，是介紹「計算機組織與結構」非常有系統的一本教科書。

不僅廣泛使用於國外知名大學「計算機建構」相關課程上。

國內公立大學不管是電機或者資工系多半也都是使用這本教科書。

因此，在準備不論是電機或是資工相關的研究所入學考試。

此書可謂是計算機組織與結構這個科目的聖經了。

不過此書的內容較為艱澀不易在短時間讀懂，同學可參考張凡老師編纂的「計算機組織重點直擊」一書。

此書精簡了原文書的重要內容，也附錄了最新考古題。

可讓同學於短時間內，充分掌握計算機組織要義與菁華，是準備考試的最佳參考書籍了。

二、理解與思考並行

計算計組織與結構課程，正如其名，課程內容非常有組織、有結構。

雖然在學習其建構原理，與運作細節時不至於太難琢磨。

但如同一般的電路設計，基於相同規格也會存在各種不同的計算機實作方式。

每一種實作方式，會面臨不同的設計選擇。

而每一種設計選擇也會有各自的優、缺點。

因此，在設計計算機的過程中，反覆思考每一個設計選項，並分析評估其優缺點及可行性，是設計出符合成效益計算機的不二法門。

因而，同學準備這門科目時，除了要了解各種計算機實作的基礎原理及運作之外，也要能一邊思考不同設計選項的必要性及充分性。

如此，才能在考試題目有變化時，能從容應變，解出死讀課文者所無法解出的問題。

三、充分心理建設

計算機組織雖然有很多原理及運作細節，必須用理解的方式，才能全盤了解應付考題。

但更多題目，需要刻意背誦一些基本術語、結構方式、演算法，甚至電路圖才能拿到分數。

因此，要在這個科目上，要拿到好的分數就必須放下身段。

該背就得背，該記就得記。

當然最佳的記憶方式，是來自於熟習。

而課文內容要不斷的複習，才可建立熟習感，也才可以幫助記憶。

至於哪些課文內容是該背、該記的？該如何背、要如何記？

張凡老師會讓同學以最有系統，最有效率的方式，記住冗長的演算法與複雜的電路圖。

不需要同學多背一張圖、一個演算法。

同學只要心理建設好，這個科目有蠻大一部份的題目是要背誦的。

而且要明白甘心情願、無怨無悔，才是記住無趣的電路圖最有效的辦法。

四、勤做考古題

每一位命題老師，都會有自己出題的風格，以及自己認為的重點。

考題重複出現的比例，事實上是蠻高的。

我們不僅可以從考古題中，掌握出題者命題的形態。

甚至可以進而預測，其未來的命題趨勢。

此外，解題速度若不夠快，通常是無法在時間內，完成整份試卷的作答。

因此，勤做考古題，不但可以熟習固定形式的命題、鍛鍊實力，也可以加快解題速度。

另外，在做考古題時，必須注意到的是，切勿追逐奇異艱澀難題。

因為這些題目，只有在特定的學校會出現，而且重複出現在其它學校的機會不高。

如果你沒有要考這些學校，就沒有必要去做這些考古題。

做這些艱澀難題，不但會浪費你的時間，也會貶抑你的自信。

儘量熟練基礎題目，並顧好基本盤。

行有餘力、時間容許時，再將基本盤擴大即可。

計組計結趨勢分析

計算計組織與結構考試的趨勢可分為以下四大部份：

一、規格的擬定與了解

任何產品的設計，都需要先擬定規格後，才能依據規格，設計出符合要求的產品。

「指令集」就是設計計算機的規格。

因此，要了解計算機是如何被建構出來，以及其運作原理。

則必須先熟習計算機的基本指令。

這個部份的題目，都是相關於 MIPS 指令集的功能與使用。

像是將高階語言敘述轉譯成 MIPS 組合語言程式碼，MIPS 組合語言程式碼轉譯為機器碼、以及 MIPS 指令集的定址模式等。

二、各種不同計算機的實作

基於相同的規格，存在多種不同計算機的實作方法。

這個部份的題目，都是聚焦於單一時脈週期、多重時脈週期、及管線這三種計算機的電路設計。

例如以下內容，都是必考的項目：

• 單一時脈週期計算機各類指令執行時間的計算
• 控制信號的設定
• 多重時脈週期計算機平均一個指令時間的計算
• 各類指令各別時脈週期的決定
• 管線計算機的建構方法
• 各種危障的原因及解決

三、階層式記憶體的建構

記憶體的效能，決定了處理器存取指令與資料的速度。

即使處理器效能再高，記憶體的速度跟不上的情況下，計算機整體的效能，也無法有效的獲得提升。

這個部份的題目，都是關於如何利用程式的區域性，來建構容量大且速度快的階層式記憶體，以匹配處理器的速度。

例如，如何使用快取記憶體，以利用空間區域性加速程式的執行相關題目。

像是直接映射快取記憶體、集合關聯式快取記憶體，以及完全關聯是快取記憶體設計等題目。

另外，如何使用虛擬記憶體，以利用時間區域性加速程式的執行相關題目。

像是分頁表結構說明與大小計算等題目。

四、利用平行處理加速計算

由於功率消耗衍生出的散熱問題，使得單一處理器的設計不再追求效能上的改善。

取而代之的，是由多顆效能較差但功率消耗也較低的處理器。

這種理念源自於多重處理器系統。至少含有兩個以上處理器的單一電腦，即稱為多處理器。

多重處理器可經由工作層級平行，或行程層級平行於獨立的工作間獲致高的。

並且可藉由將平行處理程式，於多重處理器執行，以改善單一程式的執行時間。

這個部份的題目，頃向於多重處理器的架構於連接，以及多重處理器同步，及快取資料一致性的解決。

另外，圖形處理器藉由大量處理器，以利用資料層次的平行處理，加速圖型應用程式的執行，也是近年來熱門的考題素材。

張凡老師教學特色

計組計結各考試類別考情分析

「計算計組織與結構」是資工所、電機所計算機組、積體電路設計組的基本考科。

其考題類型基本上差異不大，多是集中於管線計算機與階層式記憶體的設計。

其次，近年來由於多核心處理器的發展，使得多處理系統相關的題目，有逐年增加的趨勢。

另外，開放式資源在軟、硬體上的風行，使得免費的指令集 RISCV 格外受到矚目。

其相關的試題也首度於 106 年出現，後續發展非常值得注意。

計組計結章節重點

微積分參考用書

• 計算機組織重點直擊，鼎茂出版，張凡編著
• Computer Organization and Design- The Hardware/SoftwareInterface, 5 th edition, Elsevier, David A. Patterson and John L. Hemmessy.

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