成大資工所考古題解答硬體十年大統整（106–115）

各章配分

表中數字是各題的卷面配分，依主題加總。有子題的照子題分，沒有子題的整題算在主要考點。計組與 OS 依題目內容分開列，各自依十年合計排序，顏色越深，占當年總分的比例越高。所以少數卷面放在 OS 段、內容是記憶體階層的題目（114 第 1 題）算在計組。

章／細項	106	107	108	109	110	111	112	113	114	115	合計	占比	年數
Operating Systems	50	90	50	50	50	50	50	50	35	50	525	53%	10
Storage & File Systems		35	16		15	15	18	1	15	22	137	14%	8
Disk Scheduling & Management		25	16			15	12	1		6	75	8%	6
File System Design & Semantics					5		4		15	16	40	4%	4
File Allocation & Free Space		10			10		2				22	2%	3
Virtual Memory	20	20		10		10	7	12		4	83	8%	7
Virtual Memory & Demand Paging	10			10			7	10		2	39	4%	5
Page Replacement		20						2		2	24	2%	3
Thrashing & Working Set	10					10					20	2%	2
I/O Systems				20	10	25	2	1		6	64	6%	6
CPU Scheduling			30				10		15	2	57	6%	4
Scheduling Algorithms			15				10		15		40	4%	3
Real-time Scheduling			15							2	17	2%	2
Memory Management		10	4		5		7	9		4	39	4%	6
Paging, Page Tables & TLB		10	4		5		7	5		2	33	3%	6
Address Binding & Memory Layout								4			4	<1%	1
Contiguous Allocation & Fragmentation										2	2	<1%	1
Processes & Threads	10				10			10		8	38	4%	4
IPC & Signals	10				5			4			19	2%	3
fork / wait / exec								2		8	10	1%	2
Threads & Concurrency					5			3			8	<1%	2
Process States & Context Switch								1			1	<1%	1
OS Structure		25						9		2	36	4%	3
Virtual Machines & Containers		25									25	3%	1
OS Structure & Design Goals								7		2	9	<1%	2
System Calls & Dual Mode								2			2	<1%	1
Deadlock	20							7	5		32	3%	3
Safe State & Banker's Algorithm	20							5			25	3%	2
Deadlock Characterization & Handling								2	5		7	<1%	2
Synchronization				20			4			2	26	3%	3
Critical Section & Race Condition				10			2			2	14	1%	3
Classic Problems & Transactions				10							10	1%	1
Semaphores, Mutex & Monitors							2				2	<1%	1
Other					10						10	1%	1
Protection & Security							2	1			3	<1%	2
Computer Organization	50	10	50	50	40	50	50	50	65	50	465	47%	10
Memory Hierarchy	30		23		10	21		4	40	20	148	15%	7
Cache Organization			16		5	17		4	15	10	67	7%	6
Cache Performance & Optimization	5		7		5				25	10	52	5%	5
Virtual Memory, TLB & VIPT	25					4					29	3%	2
Parallel & Domain-specific	10		24	50	10	4		20	5	10	133	13%	8
SIMD, Vector & GPU			15	50	10	2		10			87	9%	5
Parallelism, Multicore & Coherence	10		9					10	5	10	44	4%	5
Roofline & Arithmetic Intensity						2					2	<1%	1
Pipelining	10					15	50	12	5	10	102	10%	6
Pipeline Timing							30		5	10	45	5%	3
Hazards & Forwarding	10					15	10				35	4%	3
Branch Prediction							10	2			12	1%	2
ILP, Superscalar & OoO								10			10	1%	1
ISA & Assembly					5	2		2	10	10	29	3%	5
Instruction Set Design & Encoding						2		2	10	10	24	2%	4
Assembly & Code Translation					5						5	<1%	1
Computer Arithmetic			3		10	4		2	5		24	2%	5
Floating Point			3		10	4		2			19	2%	4
Adders & ALU									5		5	<1%	1
Performance		5				4		8			17	2%	3
CPU Time, CPI & Benchmarks		5				2		8			15	2%	3
Power & Energy						2					2	<1%	1
I/O & Storage		5						2			7	<1%	2
I/O & Buses		5						2			7	<1%	2
Datapath & Control					5						5	<1%	1
Single-cycle Datapath & Control					5						5	<1%	1

八校各章配分比較 →

110 年第 1 題卷面標 50 分，但七個小題標的是 5、5、5、5、10、5、5，加總只有 40 分。表上照小題配分記，所以 110 年合計 90 分。

計組這邊分數最多的是 Memory Hierarchy（148 分）與 Parallel & Domain-specific（133 分，GPU 與 SIMD 為主）。OS 這邊是 Storage & File Systems（137 分），十年考八年，對應下面第 2 個特點。

重複出題清單

題目	出現年度
IBM 的 ISAM（索引循序存取法）的索引結構	112 第 1(5) 題、115 選擇題 3（題幹與四個選項一字不差）
unified virtual memory 同時 cache process 頁與檔案資料的機制	109 第 5(2) 題、112 第 1(4) 題
multilevel cache 中 L1 與 L2 各自的設計目標	108 第 3(4) 題、114 第 4(c) 題、115 配對題
floating point 加法的結合律與 parallel reduction	108 第 3(5) 題、113 第 5(4) 題
banker's algorithm 的 safe sequence	106 第 6 題、113 第 3 題
page fault 數的模擬	107 第 5 題（FIFO 與 LRU）、115 選擇題 9（LRU）
disk scheduling（總移動距離、演算法比較、由誰排程）	107 第 7 題、111 第 4(i)(j) 題、112 第 1(7) 題、113 第 5(7) 題、115 選擇題 11
huge page 的優缺點、TLB reach	108 第 4 題、113 第 4(3) 題、115 選擇題 10
多核與 SIMD 的加速	108 第 2 題、110 第 1(5) 題（只問 SIMD 改寫）、113 第 6(2)(3) 題
矩陣與二維陣列迴圈（GPU 程式、blocking、locality）	109 第 3 題、110 第 1 題、113 第 6 題、114 第 5 題
key-value store、LSM-tree	110 第 2 題、115 簡答題 2
GPU 與 CPU 的架構差異	108 第 3(1)(3) 題、109 第 1 題、111 第 1(h) 題
MIPS 作為效能指標的公平性	111 第 1(b) 題、113 第 5(2) 題
cache 追蹤（同一組位址跑多種組態）	108 第 1 題、111 第 3 題

同主題的題目：108 第 1 題與 111 第 3 題（cache 追蹤，從兩種組態變三種）、110 第 2 題與 115 簡答題 2（key-value store 與 LSM-tree）、108 第 2 題與 113 第 6(2)(3) 題（多核與 SIMD 的 speedup）。

成大硬體的三個特點

1. 單題配分高

各年最大的一題配分 25 至 50 分：110 年全卷只有兩大題、各標 50 分，111 年第 4 題一題就 50 分，109 年全卷 5 題。客觀題的比重各年不同，112 年佔 20 分、113 年佔 50 分，115 年（配對與單選）佔 80 分。

2. 近年轉向儲存系統與現代議題

儲存系統相關的題目：

110 年第 2 題：key-value store 的十個 OS 設計面向（50 分）
112 年第 3 題：儲存系統的 tail latency，四個成因加兩個解法
112 年第 1(3)(5) 題：file allocation 與空間管理、FAT、ISAM
115 年選擇題 12：SSD 的 write amplification
115 年簡答題 2：LSM-tree 的 write amplification、read amplification 與 write stall（12 分）

3. 矩陣與陣列迴圈的最佳化，每隔幾年就出現

年度	問法
109 第 3 題	用熟悉的 GPU 程式框架手寫矩陣乘法程式
110 第 1 題	寫出 MIPS assembly、判斷該優化哪條 datapath、SIMD 改寫、算 blocking 後的最大子矩陣邊長
113 第 6 題	編譯器的迴圈最佳化、雙核 speedup、128-bit SIMD 的 speedup
114 第 5 題	辨識 temporal 與 spatial locality、算需要多少 cache 區塊、串流資料下把相鄰區塊先帶進核心內緩衝區的機制

題型演變

年度	最大單題	特色
106	30%	TLB／cache 方塊圖連問六個小問；banker's algorithm 20 分
107	25%	virtual machine 的 CPI 開銷；碟片圖上的 seek 與 rotational latency
108	30%	同一組位址跑兩種 cache；TLB reach 與 page size
109	30%	第 1–3 題共 50 分談 CPU 與 GPU、heterogeneous computing 和 data parallelism，第 3 題手寫 GPU 矩陣乘法程式
110	50%	全卷只有兩大題；key-value store 的十個設計面向
111	50%	I/O 子系統一題 50 分、十個小問
112	30%	第一次有單選題；pipelined datapath 找 bug 並畫圖修正
113	30%	客觀題佔 50 分；迴圈最佳化、雙核與 SIMD 的 speedup
114	30%	Part I／II 各 50 分；指數分布下的 scheduling
115	25%	配對題，卷首附參考概念；LSM-tree 的 write amplification 與 read amplification

106–108 年的答案要填進卷首表格；109、110、111 年只有 5、2、4 大題，大題配分高；112 年第一次出現單選題；114 年卷首明確分成 OS（Part I）與計組（Part II）；115 年分成計組與 OS 各 50 分，計組部分是配對題。

客觀題（單選、是非、配對）的配分：111 年 20 分是非題，112 年 20 分單選，113 年 50 分（單選 20、是非 30），115 年 80 分（配對 50、單選 30）。114 年 Part I 的 50 分只要判斷 o／×，Part II 第 4 題的六個是非要附說明。106 年第 3 題（10 分）、108 年第 3 題（15 分）也是要說明理由的是非題。

作答規定與計分逐年對照

成大硬體十年卷面都沒有寫倒扣規則，各年度的作答規定如下：

年度	頁數	題數	形式	作答規定
106	3	7 大題	填表格	答案填入卷首指定表格，否則不計分
107	3	7 大題	填表格	同上；第 5 題明訂要寫出計算過程
108	3	5 大題	填表格	同上
109	2	5 大題	純申論	於試題紙上作答者不計分
110	2	2 大題	純申論	同上
111	4	4 大題	申論＋是非	同上
112	5	6 大題	第一次有單選題	同上
113	4	6 大題	單選＋是非＋申論	同上
114	3	5 大題	Part I／II 明確分科	Part I 的答案要摘要進表格（o／×）
115	8	配對＋單選＋簡答	第一次出現配對題	按題號彙整到指定表格

兩件事十年沒變：

每年都印不可在試題紙上作答的規定，106–114 年是「請於答案卷（卡）作答，於本試題紙上作答者，不予計分」，115 年封面寫「於試題上作答，不予計分」。
卷面都沒有寫倒扣規則。

答案要依指定格式彙整只出現在部分年度：106–108 年是填入卷首的空表格，明訂否則不予計分；114 年 Part I 是 o／× 表格，115 年是按題號彙整，這兩年卷面沒有寫不照格式會怎樣。

卷面明訂要寫過程或理由的題目，例如：107 年第 5 題要寫出計算 page fault 數的詳細過程，106 年第 1(4)(5) 題與第 3 題、108 年第 3 題要說明理由，113 年第 4(3) 題寫 brief explanation is required，114 年第 4 題寫 provide your explanations to justify your answers。

給 116 年考生的準備方向

進場先看作答規定。十年都寫不可在試題紙上作答，106–108 年明訂答案要填進卷首表格、否則不予計分，114、115 年也要把答案彙整成表格。
十年卷面都沒有寫倒扣規則。
107 年第 5 題明訂要寫計算過程；106、108、114 年的是非題要說明理由；113 年第 4(3) 題要簡述。
大題配分差距大，從 5 分（113 年第 3 題）到 50 分（110、111 年）。OS 各章（process、scheduling、synchronization、deadlock、記憶體、virtual memory、file system、I/O、儲存）在歷年卷中都曾單獨成題。
110–115 年出現過的三塊：
LSM-tree 與 key-value store：WAL、MemTable、SSTable、compaction、write amplification、read amplification、write stall。
SSD 內部機制：FTL、garbage collection、write amplification、TRIM、over-provisioning、tail latency。
memory hierarchy 的現代設計：MESI（115 配對題）、把相鄰區塊先帶進核心內緩衝區的機制（114 第 5(d) 題）、兩層記憶體之間的 page migration 政策（115 選擇題 8）。
矩陣與陣列迴圈的最佳化（109、110、113、114）：GPU 程式、blocking、SIMD、locality。
計組的重複題：MIPS 作為效能指標（111、113）、floating point 加法的結合律（108、113）、L1 與 L2 各自的設計目標（108、114、115）、GPU 與記憶體延遲（108 第 3(1) 題、111 第 1(h) 題）。
十年都禁用計算器，AMAT、page fault rate、TLB hit rate、2 的冪次都要手算。

本頁的題型、配分、作答規定都取自 106–115 年度試卷上的標示，各章配分是逐題分類後加總的。如果發現有誤，歡迎來信指正。

成大資工所考古題詳解硬體十年大統整（106–115）