112 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、7 頁、20 題。

全卷 100 分都是逐選項倒扣，而且卷面沒有寫「倒扣到 0 分為止」——這與 109、110、111、113、114、115 都不同（那幾年都明訂了下限）。以卷面文字為準，112 年是有可能扣到負分的，作答必須比其他年度更保守。

這一年沒有單選、沒有「mod 5」、也沒有純計算題，20 題全是敘述判斷（只有第 9、10 題要算）。100 分等於 100 個獨立的是非判斷。

OS 與計組的比重：計組 50%（第 1、3–10 題）、OS 45%（第 2、11、12、14–20 題）、計算機網路 5%（第 13 題）。

最後四題（17、18、19、20）全部是 106–109 年的原題原樣重出，合計 20 分。這是中央硬體十年裡重複出題最密集的一段。

計算機組織考點

• 第 1 題（5%）｜效能評估——涵蓋 吞吐量與回應時間的定義、CPI 必不必須是整數、某元件佔總時間 30% 且時間減半後總時間變成幾成、CPU 時間有沒有可能大於經過時間。最後一項要想到多核的情況
• 第 3 題（5%）｜MIPS 組合語言——涵蓋 I-type 的欄位組成與它最多能用幾個暫存器、JUMP 的跳躍範圍相對於什麼、涵蓋多大、jr 屬於哪一種指令格式、邏輯位移與算術位移在左移／右移時的差異。jr 那一項是最經典的陷阱：它的行為像跳躍，格式要另外判斷
• 第 4 題（5%）｜單週期、多週期與管線——涵蓋 管線改善的是吞吐量還是單一指令的回應時間、10 道指令在 5 級完美管線上要幾奈秒、多週期勝過單週期的真正理由是 CPI 還是時脈、級數越多是否越不受危障影響。「管線改善的是哪一個指標」在 107 第 14 題、109 第 17 題已經考過兩次，這是第三次
• 第 5 題（5%）｜RISC 對 CISC——涵蓋 單一指令執行時間的比較、哪一邊的指令格式較統一、RISC 是否已過時、指令集複雜度。「RISC 是否過時」在 109 第 15 題也出現過
• 第 6 題（5%）｜RAM 與 ROM——涵蓋兩者的讀寫能力與揮發性。全卷最簡單的送分題
• 第 7 題（5%）｜快取設計——涵蓋 inclusive 設計下誰是誰的子集、第一層快取為了短命中時間該做大還是做小、降低失誤罰則對 AMAT 的影響、全關聯與直接對映的命中率比較。inclusive 那一項與 111 年第 11 題一字不差
• 第 8 題（5%）｜快取失誤的分類——涵蓋 強制失誤能不能用預取避免、衝突失誤與容量失誤的定義、直接對映與組相聯的衝突失誤比較。選項會把強制／容量／衝突／一致性失誤的定義互相對調——四種失誤的定義要能各寫一句
• 第 9 題（5%）｜write-through 的平均存取時間公式：L1 存取 C ns、主記憶體 M ns、60% 讀取、讀取命中率 H、寫入命中率為 1。要自己推導 AMAT 的代數式並在五個選項中辨認。關鍵是 write-through 下「寫入」一律要花多少時間。113 年第 1 題把讀寫比例改成 80/20 再考一次同一題
• 第 10 題（5%）｜Amdahl's Law 的兩案比較：FP 指令佔總執行時間 60%，其中 25% 花在開根號。第一步就要把「開根號佔總時間的比例」算對（不是直接拿 25%）。接著對兩個方案各套一次 Amdahl 再比大小。這題把 111 第 1 題的單一 Amdahl 擴充成兩案比較，是全卷最完整的一題

作業系統考點

• 第 2 題（5%）｜segmentation fault——四個敘述分別問 存取 heap、解參考空指標、解參考未初始化的野指標、無窮遞迴 會不會造成 segfault。判準是「這次存取有沒有落在程序合法的位址空間內」，野指標那一項要想清楚「一定」與「可能」的差別。十年唯一一次考 C 語言的執行期錯誤
• 第 11 題（5%）｜綜合判斷——涵蓋 偵測演算法算不算一種「避免」手段、使用者層程序能不能自行修改頁表、SRTF 能不能真的在 OS 裡實作、fork() 之後子程序的 PID 從哪來
• 第 12 題（5%）｜管線（pipe）——涵蓋 一般管線是單向還是雙向、要達成雙向通訊該怎麼做、UNIX FIFO 傳輸的資料形式。前兩項是同一件事的正反問法
• 第 13 題（5%）｜網路技術——涵蓋 Web 3.0 的訴求、SDN 的控制平面是集中式還是去中心化、DNS 的資料庫結構、網際網路標準由哪個組織制定。「去中心化」這個詞被同時套在兩個選項上，要分別判斷
• 第 14 題（5%）｜程序狀態與位元——涵蓋 程序狀態圖上有沒有「ready 直接到 waiting」這條線、reference bit 由誰設定、mode bit 的作用、決定「置換時要不要寫回磁碟」的是哪個位元。分頁相關的幾個位元（valid、dirty、reference）各自的功能要分清楚，這是分頁題最常見的偷換
• 第 15 題（5%）｜COW、具名管線與 IPSec——涵蓋 copy-on-write 對父子程序的作用、具名管線需不需要父子關係、IPSec 的用途、銀行家演算法處理的是哪一種問題
• 第 16 題（5%）｜哪些環境需要硬即時排程——選項橫跨核電廠控制、客機降落系統、家用恆溫器、汽車省油系統、郵件系統。判準只有一條：錯過期限的後果是「災難」還是「品質下降」
• 第 17 題（5%）｜哪些排程演算法會造成飢餓。與 109 年第 4 題一字不差（連選項 E 的 Weighted fair queueing 都一樣），也與 106 年第 9 題相同
• 第 18 題（5%）｜計數號誌：與 109 年第 5 題一字不差
• 第 19 題（5%）｜many-to-many 模型的核心執行緒數：與 108 年第 14 題、109 年第 6 題一字不差，這是第三次出現
• 第 20 題（5%）｜硬體無特權模式時如何維持掌控：與 106 年第 7 題、107 年第 10 題、108 年第 12 題一字不差，這是第四次出現

這份考卷的難點

1. 全卷 100 分逐選項倒扣、卷面沒寫下限，是中央硬體十年裡風險最高的計分設計。在這個規則下，「五個選項都表態」的期望值極差——只勾有把握的，其餘留白。
2. 第 3 題有兩個很細的 ISA 陷阱：jr 的行為像跳躍，但它的指令格式屬於哪一類；以及算術位移與邏輯位移的差別到底在左移還是右移（想想 MIPS 為什麼沒有「算術左移」這道指令）。
3. 第 8 題把失誤類型的定義兩兩對調。3C 模型要背到能反向辨認。
4. 第 9 題要自己推導 AMAT 的代數式而不是代數字。五個選項的差別只在括號怎麼擺，必須把讀取命中、讀取失誤、寫入三種情境各自的時間想清楚再組合。

準備建議

• 112 的最後四題（20 分）全部是舊題原樣重出，而且是連續四題。把 106–109 的 OS 題做熟，等於 112 年開場就先拿 20 分：
• 第 17 題（飢餓）= 106 第 9 題 = 109 第 4 題
• 第 18 題（計數號誌）= 109 第 5 題
• 第 19 題（many-to-many）= 108 第 14 題 = 109 第 6 題
• 第 20 題（無特權模式）= 106 第 7 題 = 107 第 10 題 = 108 第 12 題
• Amdahl's Law 三年三種問法：111 第 1 題（單一模組）、112 第 10 題（兩案比較）、110 第 8 題（指令比例陷阱）。三題一起練就能覆蓋所有變化
• AMAT 的代數推導（第 9 題）在 113 年第 1 題再考一次，只是改了讀寫比例，而且 113 那題是「全對才給分」的複選題。兩題一起推導一次，可以同時拿下兩年的分數
• MIPS 指令格式要背到能判斷每一道指令屬於哪種型別。中央在 109 第 18 題、112 第 3 題各考一次
• 這一年沒有任何計算題可以「算完檢查」，20 題全靠觀念。建議準備方式是把 Patterson & Hennessy 的 3C 失誤模型、RISC/CISC 對照、管線危障、Amdahl's Law，以及 Silberschatz 的號誌、管線、程序狀態、即時排程整理成正反敘述對照表