109 成大資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 2 頁、5 大題、100 分，不可使用計算機。

作答規定：於本試題紙上作答者不予計分。這一年起不再有卷首表格，全部是申論題。

計算機組織考點

• 第 1 題（20%）｜簡要說明並討論 CPU 與 GPU 的架構與 pipeline，開放式論述
• 第 2 題（10%）｜兩個定義：(a) heterogeneous computing (b) data parallelism 運算（data parallel computing）
• 第 3 題（20%）｜手寫一段 C 程式（用熟悉的 GPU 程式框架擴充）做矩陣乘法：A 是 M×N、B 是 N×P，結果 C 是 M×P，CPU 由 GPU 加速

作業系統考點

• 第 4 題（20%）｜看一段讀者—寫者的 semaphore 實作回答四個小問，卷上給 wmut、rmut、rcount 的完整程式
• 第 4(1) 題（5%）｜這段 pseudo-code 是不是 readers-writers problem 的最佳解，為什麼
• 第 4(2) 題（5%）｜三條 thread 依序是讀者 R1、寫者 W1、讀者 R2 準備進入 critical section，實際進入的順序是什麼
• 第 4(3) 題（5%）｜實作 semaphore 要用什麼特殊硬體指令
• 第 4(4) 題（5%）｜嵌入式平台沒有這些硬體指令時，用什麼軟體實作保證 wait()／signal() 的 atomicity
• 第 5 題（30%）｜file system 的 cache
• 第 5(1) 題（10%）｜從磁碟把檔案資料讀進使用者空間應用時，除了處理器 cache 外還會經過哪些 cache，什麼情況下寫入不會被這些軟體 cache 緩衝
• 第 5(2) 題（10%）｜同時 cache process 頁面與檔案內容的 virtual memory 技術叫什麼，在這種系統上，process 讀取大檔案並把資料存進 heap 會發生什麼事
• 第 5(3) 題（5%）｜檔案資料被兩個不同 cache 各存一份的情況叫什麼
• 第 5(4) 題（5%）｜用什麼技術避免 (3) 的情況，並畫出使用該技術的檔案 I/O 方塊圖

作答時要注意的地方

1. 全卷 5 題，每題 10 至 30 分。
2. 第 3 題要同時寫出主機端與裝置端兩部分。
3. 第 4(2) 題的程式在卷上，順序要依卷上的程式判斷。
4. 第 5(4) 題的方塊圖是評分項目。
5. 第 1、2、3 題（CPU 與 GPU、heterogeneous computing、GPU 程式）合計 50 分。

準備方向

• GPU 的架構與程式模型：109 第 1、3 題。
• 矩陣乘法：109 第 3 題（GPU 程式）、110 第 1 題（cache 與向量化）。
• readers-writers problem 的兩種版本（109 第 4 題）。
• synchronization primitive 的硬體與軟體實作（109 第 4(3)(4) 題）。
• 檔案 I/O 的多層 cache 與 unified virtual memory：109 第 5 題、112 第 1(4) 題。