基本機器組織：練習題

在電腦的匯流排系統（Bus System）中，哪一種匯流排主要負責傳送如「讀取」（Read）或「寫入」（Write）等控制指令，以協調各硬件組件的操作？

一個處理器的地址匯流排（Address Bus）寬度為 \(16\) 位元。假設該電腦系統採用位元組定址（Byte-addressable），則該處理器理論上可以直接存取的最大主記憶體容量是多少？

一個 CPU 的字長（Word length）為 \(64\) 位元，且其位址匯流排（Address Bus）的寬度為 \(40\) 位元。假設該系統採用位元組定址（Byte-addressable），則以下關於該系統能力的描述，哪項是正確的？

在資訊科技領域中，用於量度電腦儲存容量的標準定義，通常是基於二進制（binary）而不是國際單位制（SI）的十進制（decimal）前綴。根據這個標準，1 兆字節 (Megabyte, MB) 應該等於多少個字節 (Byte)？

在中央處理器 (CPU) 的提取-譯碼-執行周期 (Fetch-Decode-Execute Cycle) 中，譯碼 (Decode) 階段的主要功能是什麼？

若電腦系統的數據匯流排 (Data Bus) 寬度由 \(32\) 位元增加至 \(64\) 位元，請解釋這項硬件升級如何直接提升中央處理器 (CPU) 與記憶體之間交換數據的效率。

在電腦架構中，中央處理器 (CPU) 的字長 (Word length) 是指什麼？請簡述增加字長對電腦整體效能的一項正面影響。

若中央處理器（CPU）的時脈頻率為 \(4 \text{ GHz}\)，請計算其單一個時脈週期（Clock Cycle）所需的時間，並以納秒（\(ns\)）為單位表示結果。

電腦系統的中央處理器 (CPU) 是其核心組件，其設計和特性對整體性能有著關鍵影響。

(a) 列出並簡要解釋中央處理器 (CPU) 的兩個關鍵特性，這些特性直接影響其運算性能。

(b) 解釋為何僅僅提升 CPU 的時脈速度 (Clock Speed) 並不能無限地提升電腦系統的整體性能。你認為還有哪些其他硬件因素對系統的整體性能有顯著影響？

一家大型建築設計公司正為其多媒體設計師購買新的專業工作站，這些設計師主要從事複雜的三維渲染 (3D Rendering) 和高畫質影片編輯 (High-definition Video Editing) 工作。請根據這些需求，針對工作站的關鍵硬件組件提供建議並解釋理由：

(a) 針對這些高性能運算需求，建議並解釋一個適合的中央處理器 (CPU) 配置 (例如核心數量、時脈速度和快取記憶體等方面的考慮)。

(b) 該設計師應如何選擇主記憶體 (RAM) 的容量和類型，以確保多任務處理和大型文件編輯的流暢度？請詳細解釋你的理由。

(c) 考慮到需要處理和儲存大量大型項目文件 (例如幾百 GB 到數 TB)，建議並比較兩種適合此工作站的儲存設備組合方案，並解釋每種方案在性能、成本和可靠性方面的優點和缺點。