111 中正資工所硬體考點分析
單選暴增到 15 題 30 分。最後一題直接問「蘋果為什麼要自己做 M1 取代 Intel」，要給三個技術理由。
題型與配分
科目名稱：計算機系統，系所組別「資訊工程學系－甲組」，第 3 節，全卷 100 分、4 頁、7 大題。
| 題號 | 配分 | 主題 |
|---|---|---|
| 1 | 30% | 十五個單選（每題 2 分） |
| 2 | 20% | 四個簡答（動態載入／連結、處理器親和性、優先權反轉、自旋鎖） |
| 3 | 10% | CPU 效能方程式與 multiply-accumulate 指令 |
| 4 | 10% | 管線危障與把 ID 拆成兩級的後果 |
| 5 | 10% | BHT 與 1-bit／2-bit 預測器的比較 |
| 6 | 10% | 快取失誤數與 3C 分類 |
| 7 | 10% | 蘋果為何自研 M1 取代 Intel CPU |
111 年的單選題暴增到 15 題 30 分（108–110 都是 10 題 20 分），是中正硬體十年裡客觀題比重最高的一年。
第 2 題明訂「答案要盡可能精簡，目標三到五句」——中正很少見地直接規定答案長度。
OS 與計組的比重：OS 50%（第 1、2 題）、計組 50%（第 3–7 題）。
第 1 題：十五個單選（30%）
- (1)｜應用程式為何可能不使用硬體提供的鎖定指令——要點出忙碌等待的代價
- (2)｜共享記憶體的主要缺點——與訊息傳遞相比，共享記憶體快在哪、麻煩在哪
- (3)｜UNIX 的
exec系統呼叫做什麼——關鍵分界：它建不建立新程序。選項就是拿「建立新程序」與「替換現有映像」互換 - (4)｜使用核心執行緒函式庫「不是」優點的是——要把核心層執行緒的優點與代價分開列，其中一項其實是代價
- (5)｜哪個「不是」位址繫結（address binding）的時機——課本只列三個時機，要能背出來
- (6)｜加了什麼硬體來減少分頁造成的多次記憶體擷取——送分題
- (7)｜虛擬記憶體實作後 valid 位元多了什麼意義——純分頁與需求分頁下，它代表的意義不一樣。與 109 年第 1(10) 題一字不差
- (8)｜一般單層分頁系統有幾個頁表——考的是頁表的擁有粒度
- (9)｜日誌式（journaling）檔案系統的功能——它記錄的是什麼、為了換取什麼
- (10)｜訊息簽章達成什麼——要能把「認證」「不可否認」「機密性」三者分開，數位簽章提供的不是全部
- (11)｜什麼技術讓同一台機器同時跑多個作業系統——送分題
- (12)｜哪個機制「不是」為了提升磁碟系統效能——要分清哪些機制目標是「效能」、哪些是「可靠度」
- (13)｜開機後永遠留在記憶體中的那部分 OS 叫什麼——送分題
- (14)｜指示裝置控制器做 I/O 時，哪個「不是」必須傳給控制器的參數——要分清「每次 I/O 都要給的參數」與「系統開機時就設定好的組態」
- (15)｜讓各層級快取都能提升效能的基本原理——整個記憶體階層的存在理由
第 2 題：四個簡答（20%，每題 5 分）
- (1)｜動態載入與動態連結的差異。兩者名稱很像，差在「延後的是哪一件事」以及需不需要 OS 支援
- (2)｜處理器親和性（processor affinity）的目的。要連到快取
- (3)｜優先權反轉（priority inversion）的概念。要講出三個優先權層級的工作如何互相影響，並提到解法
- (4)｜應用程式為何不用自旋鎖？改用什麼。要說出使用者層程式使用自旋鎖的問題，以及替代的同步機制
題目限定三到五句，寫太長反而不好。
計算機組織考點
- 第 3 題（10%）：
- (1) 5%｜寫出 CPU 效能方程式。三個因子缺一不可，最好也能說出每一個由什麼決定
- (2) 5%｜設計團隊加入 multiply-accumulate 指令（
Rd += Rs × Rt）取代原本分開的乘法與加法，說明效能方程式中的參數會怎麼變。三個因子都要討論，只講指令數減少只能拿部分分數 - 第 4 題（10%）：
- (1) 5%｜什麼是管線危障，要講出三種類型
- (2) 5%｜五級管線的關鍵路徑在指令解碼器，團隊打算把 ID 拆成 ID1／ID2 兩級（變成 IF/ID1/ID2/EX/MEM/WB）。列出可能新增哪些危障，並舉出指令序列說明。要分別思考資料危障與控制危障在管線變長之後會怎麼變，題目要求舉出具體的指令序列
- 第 5 題（10%）：
- (1) 5%｜什麼是 BHT。要答出全名、怎麼索引、記錄什麼、拿來做什麼
- (2) 5%｜用一個簡單例子說明 2-bit BHT 為何優於 1-bit。標準例子是巢狀迴圈，要能逐次比較兩種預測器在迴圈進入與離開時的錯誤次數
- 第 6 題（10%）｜快取失誤數與 3C 分類：字位址序列
8, 11, 21, 22, 17, 30, 134, 38, 43, 48（10 個）。 - (1) 5%｜直接對映、10 個區塊、每區塊 1 word，標出每次失誤並分類成 強制／容量／衝突
- (2) 5%｜每個區塊改成 10 words，再算一次
- 這題的區塊數是 10 而不是 2 的冪，index 不能用取低位元的方式，要用除法與取餘數。容量失誤與衝突失誤的界線要用「如果是全關聯，這次還會不會失誤」來判斷
- 第 7 題（10%）｜列出蘋果自研 M1 處理器 SoC 取代 Intel CPU 的三個技術理由。開放題，但必須給「技術」理由而不是商業理由（成本、利潤不算）。可以從記憶體架構、能效比、指令集、客製化加速器、製程這幾個面向切入
這份考卷的難點
- 第 7 題是一道開放的產業分析題。 沒有標準答案，但必須給技術理由，而且理由要具體（講出是什麼技術、解決了什麼問題）。
- 第 4(2) 題要推論「加深管線會新增哪些危障」。 要舉出具體的指令序列，只講概念會被扣分。
- 第 6 題的 3C 分類在只有 10 個區塊、10 個位址的情況下，容量失誤與衝突失誤的界線需要仔細判斷。
- 第 1(3) 題的
exec：選項拿「在目前的程序中」與「在另一個程序中」互換。exec與fork的差別要清楚。
準備建議
- 111 年的單選有 15 題 30 分，而且多題與 109、110 年重複（valid 位元的意義、MLFQ 的時間分配）。中正的單選題庫重複率很高，把 108–111 的四份單選練熟投報率極高
- CPU 效能方程式的三個參數（第 3 題）：要能分析「新增一道複合指令」對三者的不同影響——這是 Patterson & Hennessy 第 1 章的核心
- 1-bit 與 2-bit 預測器的比較（第 5 題）：用巢狀迴圈自己推一次
- 快取失誤的 3C 分類（第 6 題）：三種失誤的定義與判斷方法
- 四個簡答題（第 2 題）都是 Silberschatz 的標準名詞，但要求三到五句的精簡回答。練習用三句話講清楚一個概念
- 蘋果 M1 這類產業題（第 7 題）在中正不是唯一一次——108 年考 sandbox、110 年考行動裝置。考前掃一遍當年度的處理器與作業系統新聞
- 中正十年無倒扣，選擇題全部都要猜