112 中央資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 7 頁、20 題、100 分。

卷面沒有寫「扣到 0 分為止」。沒有單選題，也沒有 mod 5 的題目。

計算機組織考點

• 第 1 題（5%）｜效能評估：throughput 的定義、clock rate 為整數時 CPI 是否必為整數、某元件佔總時間 30% 且該元件時間減半後總時間變成多少、multithreading 環境下 CPU 時間是否可能大於經過時間
• 第 3 題（5%）｜MIPS assembly：I-type 的欄位組成與最多能用幾個 register、JUMP 的跳躍範圍、jr 是否為 J-type 指令、logical shift left 與 arithmetic shift left 是否需要各自的指令
• 第 4 題（5%）｜single-cycle、multicycle 與 pipeline：pipeline 是否縮短每道指令的 response time、10 道指令在 5 級完美 pipeline（每級 1 ns、無 bubble）上要幾奈秒、multicycle 是否因 CPI 較低而勝過 single-cycle、級數愈多是否愈不受 hazard 影響
• 第 5 題（5%）｜RISC 與 CISC：單一指令的執行時間、哪一邊的指令格式較統一、RISC 是否已過時、instruction set 的複雜度
• 第 6 題（5%）｜RAM 與 ROM：RAM 能否隨機讀寫、ROM 能否讀寫、RAM 是否因 volatile 而不能作為永久儲存、ROM 能否永久保存程式
• 第 7 題（5%）｜cache 設計：inclusive 設計中上層是否為下層的子集、第一層 cache 為了短 hit time 是否該做大、降低 miss penalty 對 AMAT 的影響、fully associative 與 direct-mapped 的 hit rate 比較
• 第 8 題（5%）｜cache miss 類型：compulsory miss 能否用 prefetch 避免、conflict miss、capacity miss 與外部處理器更新資料的關係、direct-mapped 與 n-way set associative 的 conflict miss 比較
• 第 9 題（5%）｜L1 存取時間 C ns、main memory（L2）存取時間 M ns，60% 的存取是讀、其餘為寫，讀取 hit rate 為 H、寫入 hit rate 為 1，採 write-through，問平均記憶體存取時間（AMAT）的式子
• 第 10 題（5%）｜某處理器 C1 上的應用程式，FP 指令佔總執行時間的 60%，其中 25% 花在開根號。新處理器 C2 可以把 FP 指令的效能提升 1.5 倍，或把開根號運算的效能提升 8 倍，比較兩案，並問兩案各自的 speedup

作業系統與網路考點

• 第 2 題（5%）｜C 語言程式的 segmentation fault：存取 heap、解參考 null pointer char* p = NULL; printf("%c\n", *p);、解參考未初始化的 pointer、無窮遞迴 int foo() { return foo(); }
• 第 11 題（5%）｜deadlock detection 演算法是否能避免 deadlock、使用者層 process 能否修改自己的 page table entries、SRTF 是否為 OS 中能實作的最佳 preemptive scheduling、fork() 後 child process 是否 inherit process ID
• 第 12 題（5%）｜pipe：一般 pipe 是否單向、pipe() system call 是否提供雙向可靠通訊、雙向通訊是否要兩個 named pipe、UNIX FIFO 是否只能傳 byte 導向資料
• 第 13 題（5%）｜網路技術：Web 3.0 的目標、SDN 的架構是否去中心化、DNS 是否為分散式階層資料庫、網際網路標準由誰制定
• 第 14 題（5%）｜process 能否從 ready 狀態移到 waiting 狀態、reference bit 由誰設定、mode bit 的作用、valid-invalid bit 設定時是否要把記憶體頁 write-back 磁碟
• 第 15 題（5%）｜copy-on-write 讓 parent 與 child process 起初共享頁面、named pipe 是否需要父子關係、IPSec 用於建立 VPN、race condition 能否以 Banker's algorithm 解決
• 第 16 題（5%）｜哪些環境需要 hard real-time scheduling：家用恆溫器、核電廠控制系統、汽車省油系統、客機降落系統、郵件系統
• 第 17 題（5%）｜哪些 scheduling 演算法會造成 starvation：FCFS、SJF、Round robin、Priority、Weighted fair queueing
• 第 18 題（5%）｜counting semaphore：是否本質上是整數變數、是否只透過一個標準操作存取、能否被多個 thread 同時修改、能否用來控制 critical section、是否作為單一不可 interrupt 單位執行
• 第 19 題（5%）｜many-to-many 模型下，user-level thread 數多於處理器數，kernel thread 數分別少於處理器數、等於處理器數、介於處理器數與 user-level thread 數之間、等於 2、多於 user-level thread 數時，效能有何較低的影響
• 第 20 題（5%）｜硬體沒有 privileged mode 時，如何確保 OS 隨時掌控：軟體詮釋所有使用者程式、協同處理器、網路伺服器、全部以高階語言撰寫並由編譯器檢查、叢集運算

作答時要注意的地方

1. 全卷 100 分逐選項倒扣，卷面沒有寫扣到 0 分為止。
2. 第 17、18、19、20 題與 106–109 年的題目相同。
3. 第 3 題是 32 位元 MIPS 的欄位與指令格式。
4. 第 10 題給的 FP 指令比例是佔總執行時間的 60%。

準備方向

• 效能公式與 Amdahl's Law（112 第 1、10 題），110 第 8 題、111 第 1 題也有。
• MIPS 指令格式（112 第 3 題），109 第 18 題也有。
• single-cycle、multicycle 與 pipeline（112 第 4 題），106、108、109、110、111、115 也有 single-cycle 與 multicycle，107 第 14 題、109 第 17 題也有 pipeline 改善什麼。
• RISC 與 CISC（112 第 5 題），109 第 15 題、110 第 7 題、111 第 13 題、115 第 1 題也有。
• inclusive cache（112 第 7 題），111 第 11 題、115 第 7 題也有。
• cache miss 類型與 write-through 的 AMAT（112 第 8、9 題），113 第 1 題同型。
• 使用者 process 能否修改自己的 page table（112 第 11 題），106 第 11 題也有。
• named pipe 與 COW（112 第 12、15 題），107 第 1 題、111 第 20 題也有 fork 或 process 間通訊。
• process 狀態與 paging 的控制位元（112 第 14 題），107 第 4 題、113 第 19 題、115 第 12 題也有。
• starvation、counting semaphore、many-to-many、無 privileged mode（112 第 17–20 題），見重複出題清單。