計算機組織與結構›Ch4 資料路徑與控制(Datapath and Control)第 1 題/共 6 題
1. MIPS Datapath、Single-Cycle、Control Signals、Stuck-at Fault
#CC-04-001難MIPS DatapathSingle-CycleControl SignalsStuck-at Fault
The following figure shows a simple implementation of a MIPS processor. Which of the following statements are true?

參考答案與解析
(a) 逐步推演:addi $t1, zero, 1 使 $t1=1;sw $t1, 0(zero) 將1存入位址0;lw $t0, 0(zero) 正常應讀回1,但若 MemtoReg 卡在0(stuck-at-0),寫回暫存器的值會誤用 ALU 結果(此處位址計算 zero+0=0)而非記憶體讀出值,使 $t0 誤為0;接著 slti $t0, $t0, 1 在正常情況($t0=1)得0,在故障情況($t0=0)得1,兩者結果不同,故此測試序列確實可偵測出 MemtoReg 的 stuck-at-0 錯誤,此敘述正確。(b) 此為單週期(single-cycle)datapath,每條指令皆在一個完整時脈週期內獨立完成,指令之間沒有重疊執行,因此不存在管線化才會出現的 load-use hazard,此敘述正確。(c) 指令記憶體在單週期設計中只需依 PC 位址做「唯讀」組合邏輯輸出(如同 ROM),不需要時脈觸發即可讀取,可以是非同步(asynchronous)元件,此敘述正確。(d) 暫存器檔案(register file)的「寫入」動作必須由時脈邊緣觸發,以確保每週期僅在正確時間點寫入一次、避免時序問題;標準 MIPS 單週期設計中暫存器檔案讀取可為非同步,但寫入必須是同步(synchronous)元件,此敘述錯誤。
📄 交大112
▤完整推導請見《WH 資工筆記 · 計算機組織與結構》Ch4 資料路徑與控制(Datapath and Control)