106 中興資工所考古題解答｜硬體考點分析

資訊概論 PART 2 作業系統與 PART 3 計算機組織各 25 分。OS 考英文填空、process 與 thread、fork 與 exec、locality 與 demand paging；計組考五題是非、可變 clock 與單一 clock 的比較、含記憶體 stall 的 CPI。

題型與配分

全卷 4 頁、100 分，不得使用計算機，卷首註明請按照題號依序作答。112 年以前硬體沒有獨立考科，在資訊概論的 PART 2、PART 3，與 PART 1（軟體）合印成同一份卷子。

區段	題號	配分	計分
PART 1 Introduction to Computer Science	a、b	50%	見軟體 106 年頁
PART 2 Operating Systems	1 英文填空	8%	卷面未標示倒扣
PART 2 Operating Systems	2 process 與 thread 問答	12 分	卷面未標示倒扣
PART 2 Operating Systems	3 locality 與 demand paging	5 分	卷面未標示倒扣
PART 3 Computer Organizations	1 是非題 (1)–(5)	10%	卷面未標示倒扣
PART 3 Computer Organizations	2 可變 clock 與單一 clock	10%（5%、2%、3%）	卷面未標示倒扣
PART 3 Computer Organizations	3 含記憶體 stall 的 CPI	5%	卷面未標示倒扣

第 1 題（8%）｜用英文填空：(a) process 沒有足夠的 frame 支撐常用的頁面，一直發生 page fault，花在換頁的時間比執行還多，這種 process 叫什麼；(b) page table 放在記憶體，存取一個 byte 要兩次記憶體存取，標準解法是一種特殊的硬體 cache，要寫出全名；(c) 把 assembly 檔翻成 object file 或 machine code 的工具，以及把一個或多個 object file 合成單一執行檔的工具
第 2 題（12 分）｜一段描述 web server 的長文：單一 thread 一次只能服務一個 client，為每個請求建立新 process 又耗時耗資源，改用 multithreading。(a) 新工作與既有工作不同時，為什麼要用 process 而不是 thread；(b) Linux 用哪個 system call 建立新 process；(c) 讓 child process 以新的執行檔覆蓋自己映像的 system call；(d) 跟 thread 比，為什麼建立 process 耗時又耗資源
第 3 題（5 分）｜理論上一道指令可能存取多個新頁面、造成多次 page fault，但實際上程式有 locality of reference：(a) 什麼是 locality of reference；(b) 為什麼有 locality 時 demand paging 的效能可以接受

第 1 題（10%）｜是非題五小題：(1) interrupt 是來自處理器外部、造成控制流程意外改變的事件；(2) pipelining 改善的是 instruction throughput 而不是單一指令的執行時間；(3) 原句為 DMA is implemented with a specialized controller that transfers data between an I/O device and memory dependent on the processor；(4) forwarding 能消除 data dependence 造成的所有 pipeline stall；(5) 下面這段程式有六個 data hazard
第 2 題（10%）｜Table 1 給 Load 30%、Store 15%、Arithmetic 40%、Branch 15% 四類指令的比例與 IF、ID、EXE、MEM、WB 各級時間（X 表示不需要該級），求可變 clock 設計下的 CPI（5%）、單一 clock 設計下的 CPI（2%）、效能提升多少（3%）
第 3 題（5%）｜沒有記憶體 stall 時 CPI 為 3，memory stall penalty 為 150 個 clock cycle，程式中 8% 的指令要存取記憶體，cache miss rate 0.5，求含記憶體 stall 的 CPI

第 1(5) 題的程式：

add R2, R4, R4
sub R1, R2, R1
add R3, R1, R2
add R1, R1, R3

Table 1 的各級時間：

指令	比例	IF	ID	EXE	MEM	WB
Load	30%	2 ns	1 ns	3 ns	1 ns	1 ns
Store	15%	2 ns	1 ns	3 ns	2 ns	X
Arithmetic	40%	2 ns	1 ns	1 ns	X	1 ns
Branch	15%	2 ns	1 ns	2 ns	X	X

pipeline 與 data hazard：106 PART 3 第 1(2)(4)(5) 題，110 第 5-A 題、113 問答第 2 題也考 forwarding 與 data hazard。
interrupt 與 DMA：106 PART 3 第 1(1)(3) 題，110 第 5-B、5-D 題、111 第 4-II、4-III 題、112 第 14 題也有。
各級時間與 single-cycle 設計：106 PART 3 第 2 題，108 第 (10) 題也考 single-cycle datapath 各類指令的時間。
含記憶體 stall 的 CPI：106 PART 3 第 3 題，107 PART 3 第 2(c) 題、108 第 (5) 題、113 第 16 題、114 第 18 題也有。
fork 與 exec：106 PART 2 第 2 題問 system call 的名稱，110 第 2-A 題、112 第 13、21–23 題、113 第 4 題、115 第 13 題考 process 追蹤。
process 與 thread：106 PART 2 第 2 題，111 第 7-I 題、113 第 2 題、114 第 11 題也有。
thrashing、TLB 與 demand paging：106 PART 2 第 1、3 題，軟體 109 第 11 題的名詞解釋也有 Thrashing 與 Demand Paging，110 第 3 題組、112 第 5 題、115 第 16 題考 TLB。
locality：106 PART 2 第 3 題，112 第 19 題也有。