成大資工所硬體考古題十年大統整（106–115）
作答規定與計分逐年對照
成大硬體的科目全名是「計算機組織與系統」，系所「電機資訊學院－資訊聯招」，十年都固定在第 1 節考，十年都不可使用計算機，OS 約 50% ＋ 計組約 50%。
成大硬體十年來從未出現倒扣，但作答規定十年不變、而且非常嚴格：
| 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，否則不予計分 |
| 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予計分 |
| 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 | 首度有單選題 | 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 | 答案要摘要進表格（o／×） |
| 115 | 8 | 配對＋單選＋簡答 | 首度出現配對題 | 按題號彙整到指定表格 |
三件事十年不變：
- 「請於答案卷（卡）作答，於本試題紙上作答者，不予計分」——每一年都印這一句。
- 答案要依指定格式彙整：106–108 是填入卷首的空表格、114 年是 o／× 表格、115 年是按題號彙整。格式不對就不計分。
- 十年沒有倒扣，所以每一題都要作答。
成大很重視「寫出過程與理由」：107 年第 5 題明訂「請也寫出計算頁錯誤數的詳細過程」、106 年第 3 題與 113 年第 5 題都寫「explain your answer」、114 年第 4 題寫「provide your explanations to justify your answers」。只寫答案或只填 T／F 拿不到全部分數。
題型演變
| 年度 | 最大單題 | 特色 |
|---|---|---|
| 106 | 30% | TLB／快取方塊圖連問六個小問；銀行家演算法 20 分 |
| 107 | 25% | 虛擬機的 CPI 開銷；碟片圖上的尋道 vs 旋轉延遲 |
| 108 | 30% | 同一組位址跑兩種快取；TLB reach 反推最佳頁面大小 |
| 109 | 30% | GPU 佔 50 分，含手寫 GPU 矩陣乘法程式 |
| 110 | 50% | 全卷只有兩大題；鍵值儲存的十個設計面向 |
| 111 | 50% | I/O 子系統一題 50 分、十個小問 |
| 112 | 30% | 首度有單選題；管線資料路徑找 bug 並畫圖修正 |
| 113 | 30% | 客觀題佔 50 分；迴圈最佳化的三種加速 |
| 114 | 30% | Part I/II 明確分科各 50 分；指數分布的無記憶性 |
| 115 | 25% | 配對題 + 卷首給參考概念；LSM-tree 的三種放大 |
結論：成大硬體十年的形式變化最劇烈——從「填表格的短答題」（106–108）→「少題大分的純申論」（109–111）→「客觀題回歸」（112–113）→「明確分科 + 配對題」（114–115）。
但無論形式怎麼換，「一題 10–50 分、沒有選擇題可以猜」的本質沒變（112、113、115 的客觀題也只佔 20–50 分）。容錯率是八校裡最低的。
重複出題清單
| 題目 | 出現年度 |
|---|---|
| IBM 的 ISAM（主索引 → 次級索引 → 檔案區塊） | 112 第 1(5) 題、115 選擇題 3（一字不差） |
| 統一虛擬記憶體用 page caching 同時快取程序頁與檔案資料 | 109 第 5(2) 題、112 第 1(4) 題 |
| 多層快取中 L1 與 L2 各自的設計目標（敘述被對調） | 108 第 3(4) 題、114 第 4(c) 題、115 配對題 |
| 浮點加法的結合律 | 108 第 3(5) 題、113 第 5(4) 題 |
| 銀行家演算法的安全序列 | 106 第 6 題、113 第 3 題 |
| FIFO 與 LRU 的頁錯誤數模擬 | 107 第 5 題、115 選擇題 9 |
| inode 的最大檔案大小（直接＋三層間接） | 107 第 6 題 |
| 磁碟排程的總移動距離與族群比較 | 107 第 7 題、111 第 4(i)(j) 題、112 第 1(7) 題、115 選擇題 11 |
| 大頁的優缺點／TLB reach | 108 第 4 題、113 第 4(3) 題、115 選擇題 10 |
| 迴圈最佳化的三種加速（展開／多核／SIMD） | 108 第 2 題、110 第 1(5) 題、113 第 6 題 |
| 矩陣乘法的快取分塊與區域性 | 109 第 3 題、110 第 1 題、113 第 6 題、114 第 5 題 |
| 鍵值儲存／LSM-tree | 110 第 2 題、115 簡答題 2 |
| GPU 與 CPU 的架構差異 | 106 第 3(3) 題、108 第 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 |
| 快取追蹤（同一組位址跑多種組態） | 108 第 1 題、111 第 3 題 |
最值得練的三組：108 第 1 題 ↔ 111 第 3 題（快取追蹤，從兩種組態變三種）、110 第 2 題 ↔ 115 簡答題 2（鍵值儲存與 LSM-tree）、108 第 2 題 ↔ 113 第 6 題（迴圈最佳化的三種加速）。
主題出現年度一覽
計算機組織
| 主題 | 出現年度 |
|---|---|
| 快取設計、追蹤與 AMAT | 106、108、111、112、113、115 |
| 管線危障、forwarding、停頓 | 106、111、112、113 |
| 管線資料路徑與級間暫存器 | 112、115 |
| 分支預測 | 111、112 |
| 效能公式（CPI、MIPS、加速比） | 107、111、113 |
| 虛擬記憶體與 TLB | 106、108、112、113 |
| GPU 架構與程式模型 | 106、108、109、111 |
| SIMD 與資料層平行 | 108、110、113 |
| 多核與 strong/weak scaling | 106、108、113、114 |
| IEEE754 與浮點 | 111、113 |
| 快取一致性（MESI） | 115 |
| 記憶體區域性與預取 | 110、113、114、115 |
作業系統
| 主題 | 出現年度 |
|---|---|
| 死結與銀行家演算法 | 106、113 |
| 分頁與置換演算法 | 106、107、112、113、115 |
| 輾轉與工作集模型 | 106、111 |
| 磁碟排程與 I/O 子系統 | 107、111、112、115 |
| 檔案系統與 inode | 107、109、112、113、114、115 |
| 同步（號誌、讀者寫者） | 106、109、114 |
| CPU 排程 | 108、112、114、115 |
| 虛擬化 | 107 |
| 即時系統與排程界限 | 108、115 |
| 儲存系統現代議題（長尾延遲、寫入放大、TRIM） | 112、115 |
| 鍵值儲存與 LSM-tree | 110、115 |
| 保護與安全（MAC、RBAC、capability） | 112、113 |
成大硬體的三個特色
1. 一題 10–50 分，沒有選擇題可以猜
成大硬體的單題配分是八校裡最高的：110 年全卷只有兩大題各 50 分、111 年第 4 題一題就 50 分。這代表：
任何一個主題沒讀到，失去的就不是 4 分而是 10–50 分。
即使是 112、113 年出現的客觀題，也只佔 20–50 分，其餘仍是申論。準備成大硬體要求的是「完整」而不是「廣泛」。
2. 近年大幅轉向儲存系統與現代議題
這是成大與其他七校最明顯的差異：
- 110 年第 2 題｜鍵值儲存的十個 OS 設計面向（50 分）
- 112 年第 3 題｜儲存系統的長尾延遲：四個成因 + 兩個解法
- 112 年第 1 題｜NVM 裝置的空閒空間管理、FAT、ISAM
- 115 年選擇題 12｜SSD 的寫入放大與 TRIM
- 115 年簡答題 2｜LSM-tree 的寫入放大、讀取放大與 write stall（12 分）
這一塊在 Silberschatz 裡篇幅很少，必須另外補產業知識。
3. 矩陣運算的最佳化是貫穿十年的主線
| 年度 | 問法 |
|---|---|
| 109 第 3 題 | 手寫 GPU 矩陣乘法程式（CUDA 風格） |
| 110 第 1 題 | 寫出 MIPS 組語、判斷該優化哪條資料路徑、SIMD 改寫、算分塊後的最大子矩陣邊長 |
| 113 第 6 題 | 迴圈展開、雙核加速比、128-bit SIMD 的加速比 |
| 114 第 5 題 | 辨識時間／空間區域性、算需要多少快取區塊、預取技術 |
核心能力就三件事：看出迴圈間有沒有相依、算出分塊後的資料要多少快取容量、估出 SIMD 能帶來多少加速。
給 116 年考生的策略
- 進場第一件事是看作答規定。 成大十年都寫「於本試題紙上作答者不予計分」，而且 106–108、114、115 還要求把答案彙整進指定格式的表格。格式不對，算對也沒分
- 成大沒有倒扣，所以每一題都要寫。 申論題即使只寫得出架構，部分分數也拿得到
- 「寫出過程與理由」是成大的鐵律：107 年明訂要寫計算過程、106／113／114 年明訂 explain your answer。只填 T／F 或只寫答案是拿不到全部分數的
- 一題 10–50 分意味著容錯率極低。 建議按「主題完整度」而非「題量」準備——OS 的每一章（程序、排程、同步、死結、記憶體、虛擬記憶體、檔案系統、I/O、儲存、保護）都可能單獨成為一題 20–50 分
- 必補的三塊現代議題（其他學校較少考，成大近年反覆出現）：
- LSM-tree 與鍵值儲存：WAL → MemTable → SSTable → compaction 的完整流程；寫入放大、讀取放大、write stall 三者各自的成因要能講清楚
- SSD 內部機制：FTL、垃圾回收、寫入放大、TRIM、over-provisioning、長尾延遲的成因與解法
- 記憶體階層的現代設計：MESI、預取與串流緩衝區、兩層記憶體之間的頁面遷移政策
- 矩陣運算的最佳化四連考（109、110、113、114）務必練熟：迴圈間相依的辨識、分塊後的快取容量計算、SIMD 加速比的估算。分塊容量題最常見的錯是只算了一個矩陣
- 跨校共同的五個計組陷阱在成大也反覆出現：快取用的記憶體技術、MIPS 能否跨 ISA 比較、浮點加法的結合律、L1 與 L2 各自的設計目標、GPU 用什麼方式隱藏延遲。這五個都是課本一句話帶過、選項最愛對調的地方
- 禁用計算器十年不變，AMAT、頁錯誤率、TLB 命中率、2 的冪次都要手算
本頁的題型、配分、作答規定均直接取自 106–115 年度試卷標示。112 年的試題檔名為
EC24_112_1.pdf（編號 202）。若發現有誤，歡迎來信指正。