111 中正資工所考古題解答｜硬體考點分析

全卷 7 題 4 頁，第 1 題 15 個單選共 30 分，其餘是簡答與計算。內容含 dynamic loading 與連結、priority inversion、CPU 效能方程式、pipeline hazard、BHT、cache 3C 與蘋果自研處理器。

題型與配分

全卷 4 頁、7 題、100 分。答案寫在試卷（答案卷）作答區內，限用藍色或黑色筆（含鉛筆），試題須隨試卷繳還。入場後 40 分鐘內不得離場。卷面沒有倒扣規定。第 2 題的簡答要求答案盡可能精簡，目標三到五句。

題號	配分	主題
1	30%	十五個單選（每題 2 分）
2	20%	四個簡答（每題 5 分）
3	10%	CPU 效能方程式與 multiply-accumulate 指令
4	10%	pipeline hazard 與把 ID 拆成兩級
5	10%	BHT 與 1 位元、2 位元 predictor
6	10%	cache miss 數與 3C 分類
7	10%	蘋果為何自研處理器

第 2 題（20%）｜簡答，每題 5 分。(1) dynamic loading 與 dynamic linking 的差別。(2) processor affinity 的目的。(3) 簡述 priority inversion 的概念。(4) 為什麼應用程式不使用 spin-lock，改用什麼
第 3 題（10%）｜每小題 5 分。(1) 寫出 CPU 效能方程式（CPU execution time = ? × ? × ?）。(2) 設計團隊為了 AI 效能，加入一個 multiply-accumulate 指令（Rd += Rs × Rt）來合併原本分開的 multiply 與 add 指令，簡述這對 CPU 效能方程式中各參數的影響
第 4 題（10%）｜每小題 5 分。(1) 什麼是 pipeline hazard。(2) 五級 pipeline（IF/ID/EX/MEM/WB）的 critical path 在指令解碼器，設計團隊打算把 ID 拆成兩級（IF/ID1/ID2/EX/MEM/WB），列出可能多出的 hazard，並給出指令序列
第 5 題（10%）｜每小題 5 分。(1) 什麼是 BHT。(2) 用一個簡單的例子說明為什麼 2 位元 BHT 的效能可以比 1 位元 BHT 好
第 6 題（10%）｜記憶體參考（字組位址，十進位）：8, 11, 21, 22, 17, 30, 134, 38, 43, 48，每小題 5 分。(1) direct-mapped cache 有 10 個 block、每個 block 只有 1 個字組，求 miss 數，並標出每次 miss 的種類（3C 之一）。(2) 如果每個 block 有 10 個字組，重做 (1)
第 7 題（10%）｜列出蘋果想自行開發處理器 SoC（例如 M1）來取代 Mac 上的 Intel CPU 的三個可能的技術理由

cache miss 的 3C 分類（111 第 6 題），107 第 8 題也用 10 個 block、兩種 block size（問第一次 hit 與 hit 數），113 第 4 題用同樣的兩種 block size（10 個 block 各 1 個字組、10 個字組），115 第 1 題改成同一組位址跑三種組態。
CPU 效能方程式（111 第 3 題），109 第 6、8 題、112 單選第 3 題與填空第 6 題、113 第 5 題、115 第 3 題也有。
pipeline hazard（111 第 4 題），112 多選第 4、5 題、113 第 6 題、114 填空第 3 題也有。
BHT 與 branch prediction（111 第 5 題），114 多選第 1 題也有。
valid 位元（111 第 1(7) 題），107 第 1(9) 題、109 第 1(10) 題也有。
shared memory 的缺點（111 第 1(2) 題）在 107 第 1(8) 題，log-based file system（111 第 1(9) 題）在 106 第 1(9) 題也有。
spinlock 與 synchronization（111 第 1(1) 題、第 2(4) 題），110 第 1(7)(8)(9) 題、115 第 7 題也有。
產業題：蘋果 M1（111 第 7 題），110 第 1(1) 題考行動裝置。
訊息簽章與驗證（111 第 1(10) 題），113 第 1(11) 題也有安全題。