115 中興資工所硬體考點分析

題型與配分

科目名稱：計算機組織與作業系統，系所「資訊工程學系甲組」，本科目不得使用計算機，全卷 7 頁（另有 1 頁考生注意事項）。

計組被搬到卷首。 108–114 年的硬體卷一律「作業系統先、計算機組織後」，115 年倒過來，第 1–6 題一開場就是管線、IPC、保留站、AMAT、MESI。心理準備要調整：第一頁就是全卷最硬的六題，而且每題 5 分、答錯 −3。

倒扣一律 −3，而且第三大題是「五選一」：

• 第一大題（四選一）亂猜期望值 = 0.25 × 5 + 0.75 × (−3) = −1.0 分
• 第三大題（五選一）亂猜期望值 = 0.2 × 5 + 0.8 × (−3) = −1.4 分
• 第二大題（複選）沒有倒扣標示 ⇒ 五題二十分是全卷唯一可以放心猜的區域，一定要全部作答

第三大題有多題的 (E) 是「None of the above」，這種設計讓「刪去法」變得很不可靠——刪到剩兩個仍可能兩個都錯。

OS 與計組的比重：第 1–6 題與兩題問答（50 分）是計算機組織；第 7–17 題（50 分）是作業系統。與 113、114 年一樣維持 50／50。

第一大題：計算機組織（第 1–6 題，每題 5 分，答錯 −3）

六題全部是「觀念比較」，沒有一題能靠公式硬套。

第二大題：複選題（第 7–11 題，每題 4 分，全對才給分）

• 7｜哪些操作至少涉及一次系統呼叫——選項包含讀檔案、複製字串、建立程序、顯示視窗、取得環境變數（getenv）
• 判準只有一條：這件事需不需要核心介入
• getenv() 是全卷最漂亮的陷阱——要想清楚環境變數存在哪裡，名字聽起來像系統呼叫不代表就是
• 8｜銀行家演算法：五個程序、三種資源，問「若某程序提出一個請求」之後，兩個後續請求能否批准、三條宣稱的安全序列是否成立
• 這是 Silberschatz 課本的三資源版原始範例，與 113 年第 6 題（四資源版）連兩年考
• Available 沒有直接給，要自己從「總量 − 已配置」算出來
• > 這題有解讀爭議：兩個選項明寫「If the request granted」而三條安全序列沒寫。把它們當成「批准之後」或「T₀ 原始狀態」來判斷，結果不同。作答時建議在答案卷上加註你的假設——這是「全對才給分」規則下唯一能自保的做法
• 9｜21 個參考、3 個頁框，判斷選項給的 LRU／FIFO／OPT 頁錯誤數是否正確
• 要跑三遍，是全卷工作量最大的一題，卻只值 4 分
• 考場策略：先跑最快的 OPT，再用「OPT 與其他兩者的必然大小關係」去刪掉互相矛盾的選項，不要硬跑三遍
• 這條參考串與 113、114 年的某個反覆出現的觀念有關，跑完可以對照看看
• 10｜虛擬記憶體中頁表的使用——涵蓋每個程序是否各有位址空間、Linux 的頁表由誰管理、PTE 是否一定指向實體頁框、未使用區域的頁表開銷、inverted page table 的「inverted」是什麼意思
• 要想清楚 valid/invalid 位元存在的目的，以及多層頁表怎麼處理未使用的區段
• 「inverted」的意思選項會拿字面義來騙，要回到反轉頁表的結構去想
• 11｜選出正確的敘述——涵蓋 valid/invalid 位元的用途、置換時決定要不要寫回的是哪個位元、copy-on-write、TLB 的目的、虛擬記憶體與程序隔離
• 前兩個選項要分清 valid 與 dirty 兩個位元各自的功能
• 112 年第 6 題也考過 valid 位元（誰設定、誰查詢），中興很愛這個位元

第三大題：單選題（第 12–17 題，每題 5 分，答錯 −3）

• 12｜虛擬化與檔案系統的綜合觀念——涵蓋虛擬機提供誰一份底層電腦的副本、Java 編譯器與直譯器的轉換方向、VFS 的作用、容器包不包含完整客體 OS、兩類 Hypervisor 的效能比較
• 要能分清：編譯器與直譯器各自的輸入與輸出；容器與 VM 在核心上的差別；兩類 Hypervisor 各跑在哪一層
• > 這題有瑕疵：「虛擬機提供每個 process 一份底層電腦的虛擬副本」是舊版 Silberschatz 的原句，現代版本用的是 guest。另一個選項在所有版本都成立——兩個選項都能在課本找到依據，作答時要判斷出題者依據的是哪一版
• 13｜fork() ＋ execlp() 的程序計數
• 三個陷阱疊在一起：迴圈條件要看清楚會跑幾輪、else 裡的 fork() 之後有哪些程序會繼續往下執行、execlp() 成功後會發生什麼
• 一定要畫程序樹，而且要標出每個節點走的是 if 還是 else 分支
• 與 112 年第 21 題同型——中興的 fork 題一定會把 exec 塞進來
• 14｜Round-Robin（q = 5）的等待時間總和，其中一個程序的 burst 序列中間夾了一段 I/O
• 兩個細節各能毀掉這題：時間量用完的程序與同期間新到達者誰先排進佇列、等待時間算不算 I/O 那段
• 這是本卷唯一需要畫完整甘特圖的選擇題，而且要處理 I/O 造成的中途離開與回歸
• 15｜由虛擬位址空間、頁面大小與實體記憶體大小，反推頁數／實體位址位元數／頁框數
• > 這題問了三件事卻只給一個答案，是卷面瑕疵。 五個選項只對得上其中一小問——考場上要能快速判斷「這題其實只在問哪一問」並果斷作答，不要反覆重算
• 16｜由目標有效存取時間反推 TLB 命中率下限
• 關鍵是 TLB 失誤時總共要付出哪幾段時間：查 TLB 那一次付不付、主記憶體要存取幾次
• > 嚴格說命中率取到臨界值時會「等於」而不是「小於」目標值——這種敘述瑕疵在中興卷子裡不只一次，遇到就選最接近的
• 17｜需求分頁的有效存取時間（給無頁錯誤時的存取時間、頁錯誤服務時間、頁錯誤率）
• 唯一的陷阱是單位換算：ms 與 ns 差幾個數量級。換算錯一個數量級，選項裡剛好有那個答案在等
• 算完之後可以體會一下：頁錯誤率很低，存取時間卻被拉高了多少倍

第四大題：計算與問答題（每題 10 分）

• 問答 1（10%）｜快取寫入政策：(a) 寫入命中的兩種標準政策、(b) 寫入失誤的兩種標準政策、(c) 哪個組合的資料一致性較強
• (a)(b) 每一種都要講到寫到哪幾層、寫入流量、記憶體內容會不會過期
• (c) 要想清楚「一致性」是由寫入命中還是寫入失誤的政策決定，並說明它在多處理器與 DMA 的場合為什麼重要
• 「常見的搭配組合」與「一致性最強的組合」不是同一件事，別把兩者混為一談
• 問答 2（10%）｜4-issue 超純量的平均 IPC（給相依、load、分支三類指令的比例與各自的停頓週期）
• 要把理想發射與各類停頓一起算進平均週期數，再換算成 IPC
• 題目沒有明確定義停頓是否可重疊 ⇒ 把式子的結構寫清楚並註明假設即可，閱卷看的是式子不是小數點後兩位
• 算完之後跟名義上的發射寬度比一比，這個落差就是題目想讓你看到的東西

這份考卷的難點

1. 第 1–6 題一開場就是全卷最硬的六題，每題 5 分、答錯 −3，單題分差 8 分。 而且題型全是「觀念比較」——沒有一題可以靠公式硬套，全部要理解。第一頁就決定了三分之一的分數。
2. 第 9 題要對 21 個頁號跑三次完整模擬，而且不能用計算器。 這是全卷工作量最大的一題，卻只值四分。策略上要善用三種演算法之間的必然關係去刪選項，而不是硬跑三遍。
3. 第 8 題的解讀爭議足以讓整題 0 分。 複選題「全對才給分」的規則把這個爭議放大到最嚴重——這是全卷最該在答案卷上加註假設的一題。
4. 第 15 題問三件事只給一個答案，是卷面瑕疵。 考場上要能快速判斷並果斷作答。
5. 第 14 題的 RR 排隊順序與「I/O 時間算不算等待」兩個細節，任何一個弄錯都會落到誘答上。
6. 第三大題多題的 (E) 是「以上皆非」，讓刪去法失效。 搭配 −3 的倒扣，這 30 分是全卷風險最高的一段。

準備建議

• 心理準備：計組可能排在最前面。 115 年把計組搬到第一大題，如果你的習慣是「先寫有把握的 OS」，要練習在卷面順序被打亂時仍能先跳過去寫後面
• 銀行家演算法連兩年考，而且都是 Silberschatz 的原始範例（113 年是四資源版、115 年是三資源版）。課本 Chapter 8 那兩張 snapshot 表值得直接背起來
• FIFO 與 LRU 的比較三年考三次（113 第 5 題、114 問答 2、115 第 9 題）。判準是「該演算法是不是 stack algorithm」
• fork() + exec() 的程序計數是中興的固定班底（112 第 13、21 題、113 第 4 題、115 第 13 題）
• MESI 連兩年考（114 問答 4 考四狀態定義、115 第 6 題考狀態轉移）。四個狀態之間的每一條轉移，以及觸發它的匯流排事件，都要能默畫
• AMAT 的階層式算法要分清楚 local 與 global 命中率（第 5 題）
• 單位換算不能錯（第 17 題）。中興的 EAT 題目一定會混用 ms 與 ns
• 倒扣規則八年八個樣：108 −3、109 全申論、110／111 無、112 −1、113 −3、114 三段 −1／−2／−3、115 −3（複選不倒扣）。進場先讀卷首，這是唯一有效的方法