106 中正資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 5 頁、11 題、100 分。卷面沒有倒扣規定。

第 1 題：十個單選（20%）

• 第 1(1) 題｜哪一項工作可以由 user mode 的應用程式直接完成（關閉 interrupt、設定系統計時器、修改 interrupt vector、執行 I/O 指令）
• 第 1(2) 題｜控制器產生 interrupt 時會發生什麼事
• 第 1(3) 題｜允許 preemption 的 scheduling 要付出什麼代價
• 第 1(4) 題｜kernel level thread 的主要缺點
• 第 1(5) 題｜用 X=X+1 說明 process 間需要 synchronization 時，這個指令的問題是什麼
• 第 1(6) 題｜unsafe state 是什麼意思
• 第 1(7) 題｜哪一個不是建議執行 deadlock detection 演算法的時機
• 第 1(8) 題｜為什麼發展 multi-level page table
• 第 1(9) 題｜log-based file system 的功能
• 第 1(10) 題｜RAID 6 相對於 RAID 5 的優點

第 2 題至第 11 題

• 第 2 題（5%）｜說明行動作業系統一般不支援 swapping 的原因
• 第 3 題（15%）｜五個 process P1–P5，CPU burst 為 9、1、3、1、5 ms，priority 為 3、1、3、4、2（數字小者優先），依 P1 到 P5 的順序在時間 0 到達，畫出 FCFS、SJF、non-preemptive priority、RR（quantum = 4）四張 Gantt chart
• 第 4 題（10%）｜磁碟有 5000 個 cylinder（0–4999），目前在 143、前一個請求在 125，queue 為 86, 1470, 800, 337, 4677, 890, 220, 32，求讀寫臂移動的總 cylinder 數。(a) 3 分：FCFS。(b) 3 分：SSTF。(c) 4 分：C-LOOK
• 第 5 題（10%）｜三個輸入 X1、X2、X3 與權重 W1、W2、W3 的 neuron，輸出 Y = f(Σ W_iX_i)，sigmoid 以二次多項式 a + bx + cx² 近似，D_ADD = 0.1 × D_MUL，乘法與加法可以平行，求最小延遲（以 D_MUL 表示）
• 第 6 題（5%）｜同第 5 題的網路，改用 NPU 計算，NPU 有兩個 adder、一個 multiplier，每個 clock cycle 可同時做兩次加法與一次乘法，求輸入改變後算出輸出最少要幾個 clock cycle
• 第 7 題（5%）｜同第 5 題的網路，權重 W_i 分別以 IEEE 754 single precision、double precision 與 16 位元 fixed-point 數儲存時需要的記憶體空間
• 第 8 題（5%）｜DRAM、SRAM、flash 三種記憶體哪一種存取最快
• 第 9 題（8%）｜卷上的電路是 D flip-flop 的 Q 經過一個 inverter 接回 D。(a) 用 next state 方程式描述電路的功能。(b) flip-flop 的 setup time、clock-to-q delay、hold time 分別為 100 ps、100 ps、300 ps，inverter 延遲 300 ps，求最高操作頻率
• 第 10 題（7%）｜卷上的電路是 D flip-flop 的 Q̄ 直接接回 D，沒有 inverter，對這個電路重做第 9 題
• 第 11 題（10%）｜頁式 virtual memory 類似 fully associative cache，管理單位分別是頁面與 cache block。說明 page table 與 cache tag RAM 的關係，以及分別如何檢查一個項目在不在 physical memory 或 cache 中

作答時要注意的地方

1. 全卷沒有倒扣規定，第 1 題每題 2 分。
2. 第 3 題要畫四張 Gantt chart，priority 是數字小者優先，RR 的 quantum 是 4。
3. 第 5 題指定 D_ADD = 0.1 × D_MUL，乘法與加法可以平行；第 6 題的硬體限制是每週期兩次加法、一次乘法。
4. 第 9、10 題是兩個不同的電路，第 10 題沒有 inverter。

準備方向

• 單選題在之後的年度重複出現：user mode 能直接做的事（106 第 1(1) 題）在 109 第 1(6) 題，控制器產生 interrupt（106 第 1(2) 題）在 113 第 1(2) 題，preemption 的代價（106 第 1(3) 題）在 108 第 1(8) 題，multi-level page table（106 第 1(8) 題）在 108 第 1(3) 題、113 第 1(8) 題，log-based file system（106 第 1(9) 題）在 111 第 1(9) 題。
• neural network 與 convolution 的延遲、週期數（106 第 5、6 題），107 第 5、6 題、108 第 6、7 題也有，109 第 9 題考 convolution 的 IEEE 754 數值。
• 數位邏輯：flip-flop 回授電路與最高頻率（106 第 9、10 題），109 第 10、11 題、110 第 6 題也有。
• deadlock（106 第 1(6)(7) 題），107 第 1(7) 題、108 第 1(6) 題與第 2 題也有。
• disk scheduling（106 第 4 題），110 第 1(5) 題、112 填空第 1 題、113 第 1(14) 題也有。
• CPU scheduling 的 Gantt chart（106 第 3 題），112 第 I-1 題、114 填空第 4 題考含 I/O burst 的 scheduling。
• SRAM 與 DRAM（106 第 8 題），110 第 7 題也有。
• RAID（106 第 1(10) 題），108 第 1(2) 題、112 填空第 4 題、114 填空第 8 題也有。
• floating point 與 fixed-point 格式的儲存空間（106 第 7 題），108 第 8 題、109 第 9 題、110 第 10 題、112 填空第 5 題考 IEEE 754。