114 中正資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 3 頁、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。

I. 單一選擇題（30%）

• 第 I-1 題｜關於效能的敘述，哪一項錯誤（以真實應用程式量測、執行時間、clock rate、clock cycle 數與 cycle time 的乘積）
• 第 I-2 題｜關於 cache、register、virtual memory 與 main memory 的敘述，哪一項錯誤
• 第 I-3 題｜哪一種架構支援對編譯器產生程式碼沒有幫助（更多 register、完整 instruction set、可變長度指令、更多 addressing mode）
• 第 I-4 題｜distributed file system（DFS）的主要功能
• 第 I-5 題｜哪一種 synchronization 機制保證同一時間只有一個 thread 存取資源，並讓其他 thread block 到資源被釋放
• 第 I-6 題｜在 I/O 操作中使用 DMA 的主要目的

II. 多重選擇題（20%）

• 第 II-1 題｜關於 branch prediction 的敘述：對 control hazard 的幫助、2 位元與 1 位元 predictor 的比較、static 與 dynamic prediction 的比較、loop unrolling
• 第 II-2 題｜哪些敘述錯誤：1 的補數與 2 的補數、1 的補數的零、zero-extension、用 4 位元 ALU 建 32 位元 ALU
• 第 II-3 題｜現代 file system 通常提供哪些功能（journaling、檔案版本、跨節點複寫、階層式目錄）
• 第 II-4 題｜作業系統使用 interrupt 有哪些好處

III. 填空題（50%）

• 第 III-1 題｜memory hierarchy 中，cache 與記憶體之間的映射單位
• 第 III-2 題｜32 位元位址的電腦，資料容量 128 KB、block 4 個字組的 direct-mapped cache，總位元數
• 第 III-3 題｜五級 pipeline（IF、ID、EXE、MEM、WB）執行 add $2,$1,$3、and $12,$2,$5、sub $13,$6,$2、or $14,$2,$2。(a) 程式中的 dependence。(b) 不使用任何技術所需的週期數。(c) 可用哪種技術解決 hazard
• 第 III-4 題｜三個 process P1、P2、P3（到達時間 0、2、4 ms），每個 process 有第一段 CPU burst、I/O burst 與第二段 CPU burst，使用 preemptive SRTF，求 P1、P2、P3 的 waiting time
• 第 III-5 題｜32 位元 virtual address、三層 page table，位址切成第一層索引 10 位元、第二層索引 10 位元、第三層索引 6 位元、offset 6 位元。virtual address 0x1A3F5C，三層 page table 的 base address 分別為 0x1000、0x2000、0x3000，PTE 4 bytes，頁面 64 bytes，求各層要存取的 PTE 位址（十六進位）
• 第 III-6 題｜網路伺服器用 semaphore 控制資料庫連線池，最多 4 個連線，2 個 thread 取得連線、另 1 個 thread 釋放連線後，semaphore 的值
• 第 III-7 題｜參考字串 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2，3 個 frame，用 LRU page replacement 會產生幾次 page fault
• 第 III-8 題｜8 顆磁碟的 RAID 0+1，在沒有整個 striped set 失效的前提下，最多可容忍幾顆磁碟故障而不遺失資料

作答時要注意的地方

1. 第 II 部分每題所有答案都符合才算分，卷面沒有倒扣規定。
2. 第 III 部分不需要作答過程，每個答案要標明題號與空格編號，每格 5 分。
3. 第 III-5 題的答案要用十六進位表示。
4. 第 III-4 題每個 process 在第一段 CPU burst 後先做 I/O，再做第二段 CPU burst。

準備方向

• 含 I/O burst 的 scheduling（114 填空第 4 題），112 第 I-1 題也有。
• 三層 page table 的位址計算（114 填空第 5 題），107 第 4 題、110 第 3 題考多層 paging 的層數。
• cache 位元數（114 填空第 2 題），108 第 9(b) 題也考 tag 位元。
• pipeline hazard 與 forwarding（114 填空第 3 題），111 第 4 題、112 多選第 4、5 題、113 第 6 題也有。
• branch prediction（114 多選第 1 題），111 第 5 題也有。
• RAID（114 填空第 8 題），108 第 1(2) 題、112 填空第 4 題也有。
• LRU page replacement（114 填空第 7 題），113 第 3 題考 page fault rate。
• semaphore 與 synchronization（114 單選第 5 題、填空第 6 題），110、111、115 也有 synchronization 題。
• DMA 與 interrupt（114 單選第 6 題、多選第 4 題），110 第 1(4) 題、112 多選第 1 題、113 第 1(2) 題也有。
• file system 的功能（114 多選第 3 題），109、110、111、112、113 也有 file system 題。