111 中央資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 8 頁、20 題、100 分。

沒有 mod 5 的題目。

單選題（1–8）

• 第 1 題（5%）｜Amdahl's Law：某模組佔整個系統計算時間的 40%，加速為 10 倍，問整體 speedup（取到小數點後兩位）
• 第 2 題（5%）｜16 KB、2-way set associative cache，block 4 bytes，位址 32 位元，問 tag 用幾位元
• 第 3 題（5%）｜未 pipelining 機器 clock 8 ns，ALU 4 cycles、branch 5 cycles、memory 5 cycles，比例為 30%、30%、40%。pipelining 使 clock 多 1 ns，pipelining 後理想 CPI = 1，問指令執行速率的 speedup
• 第 4 題（5%）｜for (i=0; i<4; i++) { pid = fork(); … }，在 Linux shell 執行成功，問共建立多少 process，包含執行 main() 的原 process
• 第 5 題（5%）｜Round robin、time quantum 5、context switch 時間趨近 0。四個 process 的到達時間與 CPU burst 時間為 P1（0、10）、P2（1、6）、P3（12、2）、P4（13、3），平均 waiting time 為 t，問 t 落在哪個範圍
• 第 6 題（5%）｜參考串 1 5 4 6 4 1 5 4 1 6 2 3 1 6、三個 frame：FIFO、stack-based LRU、Optimal 的 page fault 數，以及現代 OS 是否使用 Optimal
• 第 7 題（5%）｜哪個敘述不成立：Kubernetes 的定義、Docker virtualization 的是硬體嗎、paravirtualization 的定義、paravirtualization 能否不經 binary translation virtualization 舊的 x86 CPU、Java virtual machine 的 garbage collection
• 第 8 題（5%）｜producer-consumer 問題用三個 semaphore（empty = n、mutex = 1、full = 0）。生產者依序 wait(empty)、wait(mutex)、加入項目、signal(mutex)、signal(full)，消費者程式缺少兩個 signal（V1、V2），問它們是什麼

計算機組織考點（9–15，多選）

• 第 9 題（5%）｜給 single-cycle CPU 的 datapath 圖：PC 送進 adder、Instruction[15-0] 做 sign extension 的結果、ALU 的 Zero 訊號送進 AND 閘、「Write register」前的 Mux 決定什麼
• 第 10 題（5%）｜IEEE 754 binary16 為 1 位元符號、5 位元指數、10 位元尾數，bias 15。新格式把指數改為 8 位元、尾數改為 7 位元、bias 127：動態範圍、精度、同一串 0100 0010 0000 0000 在兩種格式下各代表的十進位數
• 第 11 題（5%）｜inclusive cache：上層是否為下層的子集、從 L1 逐出 block A 時 L2 是否也要逐出、對 cache 空間利用率的影響、對下層資料一致性的影響
• 第 12 題（5%）｜L1 的分離式 I-cache 與 D-cache：合併後的 L1 miss rate 與原本 I-cache、D-cache miss rate 的比較、能否用不同路徑同時存取指令與資料、分離是否減少 structural hazard
• 第 13 題（5%）｜instruction set 設計與 CPU 實作，哪些不成立：dynamic scheduling 的優點、single-cycle clock 由最長路徑決定、Reg-Reg 架構與 Mem-Mem、Reg-Mem 架構相比 CPI 變異是否較大、RISC 是否已成主流產品、single-cycle 是否比 multicycle 更適合 pipelining
• 第 14 題（5%）｜pipeline hazard：編譯器 scheduling 能否避開部分 hazard、分離 I/D cache 是否主要減少 structural hazard、WAR 與 RAW 能否用 register renaming 解決
• 第 15 題（5%）｜提高 associativity 對 miss rate 與 hit time 的影響、MIPS branch offset 以 4 bytes 為單位、加大 cache 是否「總是」能提高 hit rate、pipeline stage 間 register 是否必要、MIPS 指令是否為 32 位元

作業系統與網路考點（16–20，多選）

• 第 16 題（5%）｜contention scope：kernel thread 排到可用 CPU 上是否為 SCS、Linux 是否只允許 PTHREAD_SCOPE_PROCESS、one-to-one 模型是否只用 SCS、PTHREAD_SCOPE_SYSTEM 是否使用 PCS scheduling
• 第 17 題（5%）｜processor affinity：Linux 是否只支援 hard affinity、load balancing 是否抵消親和性的效益、系統的 main memory 架構是否影響親和性、soft affinity 的定義
• 第 18 題（5%）｜網路協定：BGP 是否為 intra-AS 路由協定、HTTP 是否採用 TLS 加密、ARP request 是否為廣播封包、ARP 欺騙攻擊的原理
• 第 19 題（5%）｜同 process 的 thread 是否共享 stack、是否能存取相同的 TLB entry、process 執行時間多於 paging 時間是否為 thrashing、local replacement 演算法能否完全解決 thrashing
• 第 20 題（5%）｜process 遷移的原因含資料存取、標準 UNIX pipe 是否允許 process 遷移、process 合作的原因含模組化、shared memory 是否為合作 process 間 IPC 的模型

作答時要注意的地方

1. 單選與多選兩個倒扣池互不相通，各自扣到該大題 0 分為止。
2. 第 5 題的四個 process 到達時間不同，time quantum 為 5。
3. 第 13 題問的是「不成立」，第 7 題問的是「不成立」，第 15 題的選項有「總是」。
4. 第 6 題要跑三種 replacement algorithm。

準備方向

• Amdahl's Law（111 第 1 題），110 第 8 題、112 第 10 題也有。
• cache 位址拆解（111 第 2 題），107 第 16 題、109 第 2 題、110 第 1 題也有。
• pipeline speedup（111 第 3 題），106 第 14 題、109 第 1 題也有。
• fork 產生的 process 數（111 第 4 題），106 第 19 題也有。
• LRU、FIFO、Optimal 的 page fault 數（111 第 6 題），108 第 16 題、109 第 7 題、113 第 13 題也有。
• virtualization 與 container（111 第 7 題），110 第 14 題、113 第 14 題、114 第 16 題也有。
• producer-consumer 的 semaphore 順序（111 第 8 題）。
• single-cycle datapath 圖（111 第 9 題），108 第 11 題也考 datapath。
• inclusive cache（111 第 11 題），112 第 7 題、115 第 7 題也有。
• 分離 I-cache 與 D-cache（111 第 12、14 題），109 第 15 題也有。
• single-cycle 與 multicycle（111 第 13 題），106、108、109、110、112、115 也有。
• RISC 與 CISC（111 第 13 題），109 第 15 題、110 第 7 題、112 第 5 題、115 第 1 題也有。
• register renaming（111 第 14 題），109 第 14、20 題、110 第 9 題也有。
• contention scope（111 第 16 題），113 第 17 題、114 第 18 題也有。
• processor affinity（111 第 17 題），114 第 13 題也有。
• thrashing（111 第 19 題），107 第 7 題、113 第 7 題也有。