110 中央資工所硬體考點分析

題型與配分

所別「資工類」，科目：作業系統與計算機組織，全卷 100 分、5 頁、20 題。本科考試禁用計算器。

同一份卷子裡兩種完全相反的計分規則，而且剛好前半 50 分、後半 50 分。前 10 題要保守（沒把握就空白），後 10 題要積極（不倒扣，全部都該作答）——但後半是「全對才給分」，五個選項錯一個就整題 0 分，部分把握等於沒把握。

這一年沒有任何一題單選，也沒有任何一題「mod 5」，是中央硬體十年裡計算量最低的一份。取而代之的是大量觀念敘述題。

OS 與計組的比重：計組 50%（第 1–10 題）、OS 40%（第 11–14、16–20 題）、計算機網路 10%（第 15、16 題）。切分是十年裡最整齊的一年。

計算機組織考點（1–10，逐選項倒扣）

• 第 1 題（5%）｜快取位址拆解：32 位元位址、64 個區塊、16 bytes／區塊、4 路組相聯。四個敘述分別宣稱某個位址落在哪一組、以及 index／offset／tag 各佔幾位元。最容易錯的就是忘記「先把區塊數除以路數才是組數」；另一個判斷點是由位址算出區塊號後再對組數取餘
• 第 2 題（5%）｜記憶體階層——涵蓋 時間區域性與空間區域性的定義、加大區塊對失誤罰則的影響方向、提高關聯度對利用率的影響方向、valid bit 的作用、快取儲存的基本單位。時間／空間區域性的定義對調，109 年第 19 題也用過同一招
• 第 3 題（5%）｜五級管線的危障——涵蓋 forwarding 的傳遞方向、結構危障的觸發條件、重排指令能解決哪一類危障、把分支判斷提前到 ID 級後需要幾個停頓、比較用的暫存器來自緊接在前的 load 時需要幾個停頓。最後兩項的停頓數要自己推，不能憑印象
• 第 4 題（5%）｜單週期與多週期的週期時間：給五級各自的延遲（IF 200／ID 100／EXE 200／MEM 200／WB 100 ps），四個敘述分別宣稱兩種設計的週期時間與某道指令的執行時間各是多少。要分清三件事：單週期的週期怎麼定、多週期的週期怎麼定，以及「某道指令的執行時間」在多週期下怎麼算
• 第 5 題（5%）｜16 位元電腦的 I-type 格式（op 5／rs 3／rt 3／immediate 5 bits）——四個敘述分別由欄位寬度推論最多幾種運算、有幾個暫存器、立即數的二補數範圍、暫存器本身有多長。兩個陷阱：二補數範圍的算法；暫存器的「長度」與「編號欄位的寬度」是兩回事
• 第 6 題（5%）｜動態分支預測——涵蓋 BHT 用 PC 的哪一端位元索引、BPB 需不需要 tag 與位址檢查、2-bit 預測器要連錯幾次才改變預測、索引撞號會造成什麼、相關性預測器的基本假設
• 第 7 題（5%）｜RISC 的特性——涵蓋 核心邏輯用掉的電晶體比例、省下來的電晶體拿去做什麼、指令格式與解碼複雜度、適不適合管線化、支援的定址模式多寡。這五項其實是同一條因果鏈的不同段落，想清楚 RISC 的設計哲學就能逐項判斷
• 第 8 題（5%）｜Amdahl's Law：FP 佔 25%、CPI 4，其他指令 CPI 1.5；改良後 FP 的 CPI 降到 2。五個敘述分別宣稱改良前後的 CPI、FP 部分的加速比、總加速比，以及一條 Amdahl 式子。陷阱在那條 Amdahl 式子：題目給的 25% 是「指令比例」，而 Amdahl 要代的是「時間比例」，CPI 不同時兩者不相等。這是全卷設計最精巧的一題
• 第 9 題（5%）｜指令級平行——涵蓋 迴圈展開的前提條件與它減少的是哪一種停頓、RAW 能不能用暫存器重新命名解決、反相依（WAR）的定義、多重發射對理想 CPI 的影響。「哪一種相依能用重新命名解決」在 109 年第 14 題、111 年第 14 題也考過，中央考三次
• 第 10 題（5%）｜記憶體階層與虛擬記憶體——涵蓋 虛擬記憶體採用哪一種寫入策略（以及為什麼）、關聯度與衝突失誤的關係、虛擬記憶體的放置策略、頁面大小與頁表大小的方向、write-back 下讀取失誤會不會引發寫入。頁面大小那一項與 109 年第 9 題是同一個考點

作業系統考點（11–20，全對才給分）

• 第 11 題（5%）｜決定頁面大小要考慮什麼：頁表大小、碎裂、I/O 開銷、頁錯誤次數。每一項都要想想頁面變大或變小時它會怎麼變
• 第 12 題（5%）｜執行緒——涵蓋 兩種執行緒的建立成本比較、同程序的使用者層執行緒能不能有不同排程優先權、阻塞一條核心層執行緒會不會擋住整個程序、many-to-one 模型下的阻塞行為。第三、四項是同一件事在兩種模型下的問法，最容易混
• 第 13 題（5%）｜死結——涵蓋 資源配置圖有環是不是死結的充分條件（要分單實例與多實例）、unsafe 狀態的意涵、鴕鳥法算不算一種處理方式、銀行家演算法屬於預防還是避免。unsafe 與 deadlock 的關係在 106 第 13 題、109 第 11 題已經考過兩次，這是第三次
• 第 14 題（5%）｜容器與虛擬機——涵蓋 容器裡有沒有完整的客體作業系統、同一台機器上的容器共不共用核心、VM 在主機上以什麼形式執行、兩者的輕重比較。核心分界是兩者各自虛擬化到哪一層。這是中央硬體十年第一次考容器（111 年第 7 題又考一次）
• 第 15 題（5%）｜網路協定——涵蓋 路由器能不能分割 IPv6 封包、DHCP 的用途、NAT 轉換的是哪兩種位址、DNS 查到的是什麼。要把 NAT、DNS、ARP 各自處理的「位址」種類分清楚。第一項與 109 年第 12 題相同
• 第 16 題（5%）｜客戶端的合法通訊埠：選項有 21、23、80、1625 等。考知名埠（well-known ports）的範圍與用途，以及客戶端的埠號是怎麼來的
• 第 17 題（5%）｜哪些「不是」處理臨界區的技術：選項有 Peterson's solution、Dekker's algorithm、spinlock、nonpreemptive kernel、preemptive kernel。這題是反問句，又是「全對才給分」，兩個陷阱疊在一起。要想清楚後兩項屬於什麼類別的概念
• 第 18 題（5%）｜有效記憶體存取時間：TLB 命中率 90%、TLB 存取 15 ns、主記憶體 85 ns。全卷唯一的純計算題，TLB 失誤時要多一次頁表存取
• 第 19 題（5%）｜LRU 之後三個頁框的最終內容：參考串 1 2 3 4 2 3 4 1 2 1 1 3 1 4，三個頁框跑 LRU。要注意題目說「FIFO queue is left out right in」——排列順序代表使用的先後，答案的順序也要對
• 第 20 題（5%）｜阻塞式系統呼叫的定義——選項裡混入了描述非阻塞呼叫的敘述，要分清兩者的行為與程式設計上的難易

這份考卷的難點

1. 兩種計分規則要用兩種完全不同的作答策略。 前 10 題（逐選項倒扣）沒把握就空白；後 10 題（不倒扣但全對才給分）一定要作答，可是必須五個選項全部判斷正確。很多人整份用同一種心態作答，前半扣光、後半又因為少勾一個選項整題歸零。
2. 第 8 題有一個全卷最深的陷阱：Amdahl's Law 要代入的是「時間比例」，而題目給的是「指令比例」。式子看起來完全合理，但前提就錯了。
3. 「數字或定義對調」是中央的固定出題手法。 第 2 題（時間／空間區域性）、第 3 題（停頓數）、第 5 題（二補數範圍）都有這種設計，憑印象作答很容易中招。
4. 第 17 題是反問句 + 全對才給分。要同時看出「問的是 NOT」以及每個選項的分類，只錯一個選項就 0 分。

準備建議

• 110 是中央硬體十年裡最適合當「觀念總複習」的一份：沒有 mod 5、沒有繁重計算，20 題幾乎涵蓋 Patterson & Hennessy 與 Silberschatz 的所有核心章節
• 十年反覆出現的「對調型陷阱」在這一年一次出現好幾個，務必整理成對照表：
• 時間區域性與空間區域性的定義（110 第 2 題、109 第 19 題）
• 頁面大小與頁表大小的關係（110 第 10 題、109 第 9 題）
• 哪些相依能用暫存器重新命名解決（110 第 9 題、109 第 14 題）
• 銀行家演算法屬於死結的哪一種處理策略（110 第 13 題、109 第 11 題、106 第 13 題）
• Amdahl's Law 要分清「指令比例」與「時間比例」（第 8 題）。看到百分比先問自己「這是時間還是指令」
• 容器與虛擬機的差異（第 14 題）近年各校都在考，建議補齊
• 「全對才給分」的複選題（11–20）不倒扣，所以每一題都一定要作答——即使只有七成把握，期望值也是正的