115 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，禁用計算器。

沒有任何一題與 106–114 年的題目相同。

計算機組織考點（1–10）

• 第 1 題（5%）｜RISC 與 ISA：MIPS 算術指令能否直接對記憶體中的運算元運算、固定指令長度是否簡化解碼、RISC 與 CISC 的 general-purpose register 數量比較、較少的 addressing mode 是否簡化控制邏輯、register 不夠時 procedure call 是否需要記憶體中的 stack
• 第 2 題（5%）｜single-cycle 對 multicycle：single-cycle 的 clock cycle 由最長路徑決定、multicycle 能否在一道指令內重複使用 ALU 等功能單元、兩者 CPI 的高低、control unit 是 combinational logic 還是 state machine、floating point 運算在哪一種 datapath 中較有效率
• 第 3 題（5%）｜五級 pipeline、full forwarding，add x1,x2,x3 後接 sub x4,x1,x5：add 與 sub 之間是否需要 bubble、add 的結果從 EX/MEM pipeline register forwarding、沒有 forwarding 時要停幾個週期（register 前半週期寫、後半週期讀）、forwarding 是否消除包括 load-use 在內的所有 data hazard、這裡偵測到的是哪一種 hazard
• 第 4 題（5%）｜branch prediction：static prediction 的依據、1-bit predictor 在迴圈出口的誤判、2-bit saturating counter 是否一次誤判就改變預測、Branch Target Buffer 的用途、delayed branch 是硬體技術還是編譯器技術
• 第 5 題（5%）｜pipeline 中的 exception handling：precise exception 的定義、exception 發生時是否要清除後續指令、pipeline 與 single-cycle 處理 exception 的難易、EPC 儲存什麼、外部 interrupt 是否為與 CPU clock synchronous 的事件
• 第 6 題（5%）｜virtual memory 與 TLB：TLB miss 是否必然導致 page fault、huge page 是否藉由增加 TLB reach 降低 miss rate、使用 EPT 或 Nested Paging 時 TLB miss 是否需要二維 page table traversal、VIPT 的 L1 cache 是否允許查 cache 與 TLB 轉譯平行進行
• 第 7 題（5%）｜多層 cache 的包含性與寫入政策：inclusive L3 是否使 snoop filter 只需檢查 L3 tag、exclusive 是否使階層的有效總容量最大、VIPT 讓哪兩件事平行、Write-Allocate 的標準搭配對象、NUCA 的 L3 bank 存取延遲取決於什麼
• 第 8 題（5%）｜GPU 的 SIMT：同一個 Warp 的 thread 走不同分支時硬體怎麼處理、Memory Coalescing 的條件、GPU 隱藏記憶體延遲靠大容量 L3 還是 thread-level parallelism、shared memory 的 bank conflict、GPU 是否避免 context switch
• 第 9 題（5%）｜locality 原則：temporal locality 與 spatial locality 的定義、cache 以 block 為單位載入依靠哪一種、temporal locality 是否主要由 prefetcher 利用、指令 cache 是否有高 spatial locality
• 第 10 題（5%）｜GPU 與 CPU 的記憶體子系統：CPU 記憶體控制器是否為低延遲最佳化、GPU 記憶體控制器是否為 throughput 最佳化並以切換大量 thread 容忍延遲、Memory Coalescing、CPU 與 GPU 的晶片面積分配、GDDR 是否與標準 DDR 針腳相容

作業系統與安全考點（11–20）

• 第 11 題（5%）｜開機流程：BIOS/UEFI 是否存放在 volatile RAM、Bootloader 的職責、Secure Boot 檢查什麼、kernel 初始化包含哪些工作、MBR 是否為大於 4 TB 的開機碟所必需
• 第 12 題（5%）｜五狀態 process 模型：Running 到 Ready、Blocked 到 Running、Ready 到 Running 由 Dispatcher 管理、Running 到 Blocked、Terminated 到 Ready，各轉換是否存在
• 第 13 題（5%）｜AI／機器學習工作負載需要的 OS 特性：huge page 是否降低 TLB miss rate、NUMA-aware scheduling、GPUDirect／RDMA 是否繞過 CPU 與系統 RAM、AI 工作負載是否偏好 fine-grained 的 context switch、container 與 VM 哪一個更適合 AI 部署
• 第 14 題（5%）｜SSD 與 HDD 的 OS 設計差異：快閃記憶體能否原地覆寫、FTL 的職責、TRIM 的作用、write amplification 的定義、wear leveling 由誰實作
• 第 15 題（5%）｜I/O 子系統：DMA 的作用、interrupt-driven I/O 是否要 CPU 持續 polling、blocking I/O 的定義、double buffering 的用途、kernel I/O 子系統管理的事項
• 第 16 題（5%）｜kernel-level thread blocking 時是否 block 整個 process、同 process 的兩條 thread 切換時是否要更新 page table base register、兩個 process 共享同一 physical page 時是否使用相同的 virtual address、共享頁的修改是否立即對雙方可見
• 第 17 題（5%）｜資訊安全：破壞 confidentiality 是否必然影響完整性、用私鑰加密提供的是認證還是 confidentiality、傳輸層加密是否也能防止流量分析、旁通道攻擊的本質
• 第 18 題（5%）｜TLB 的行為：切換 address space 不同的 process 時既有 TLB entry 是否需要清除、TLB miss 是否足以斷定該頁不在 physical memory、降低 TLB miss 頻率的效益、同一 physical page 的不同 virtual address 是否各佔一個 TLB entry
• 第 19 題（5%）｜spinlock 與 semaphore：spinlock 是否通常比 binary semaphore 有效率、interrupt 處理常式裡為何選 spinlock、持有 spinlock 時關閉 interrupt、最佳自旋時間是否與 context switch 的時間無關
• 第 20 題（5%）｜OS 與 GPU 的互動：GPU 內部的 thread scheduling 是否由 OS kernel scheduler 管理、GPU 透過 DMA 讀系統記憶體時 CPU 是否直接參與搬移、是否可用 interrupt 通知 CPU GPU 運算完成、OS 透過 GPU driver 的存取控制

作答時要注意的地方

1. 全卷單一倒扣池，扣到多選題 0 分為止。
2. 第 3 題的選項 D 寫了「包括 load-use 在內的所有 data hazard」。
3. 第 6 題的 TLB miss 與 page fault 的關係，在第 18 題也有一個選項問同一件事。
4. 第 6、7 題各有一個選項在問 VIPT。

準備方向

• GPU 架構：SIMT、Warp、Memory Coalescing、shared memory bank conflict（115 第 8、10、20 題）。
• 現代記憶體：HBM／GDDR、NUCA（115 第 7、10 題），114 第 3 題已考 bank 與 interleaving。
• virtualization 下的 paging 與 VIPT（115 第 6、7 題）。
• SSD 內部機制：FTL、TRIM、write amplification、wear leveling（115 第 14 題）。
• 開機流程：BIOS／UEFI、Secure Boot、MBR 與 GPT（115 第 11 題）。
• AI 工作負載的系統支援：huge page、NUMA、GPUDirect／RDMA（115 第 13 題）。
• single-cycle 與 multicycle（115 第 2 題），106、108、109、110、111、112 也有。
• RISC 與 CISC（115 第 1 題），109、110、111、112 也有。
• pipeline hazard 與 forwarding（115 第 3 題），106、107、108、109、110、111、114 也有。
• branch prediction（115 第 4 題），106、107、108、110 也有。
• inclusive cache（115 第 7 題），111 第 11 題、112 第 7 題也有。
• temporal locality 與 spatial locality（115 第 9 題），109 第 19 題、110 第 2 題也有。
• process 狀態轉換（115 第 12 題），109 第 10 題、112 第 14 題也有。
• blocking I/O（115 第 15 題），110 第 20 題也有 blocking system call。
• kernel-level thread blocking 與 context switch（115 第 16 題），110 第 12 題、114 第 12 題也有。
• 資訊安全（115 第 17 題），113 第 20 題、114 第 15 題也有。
• spinlock（115 第 19 題），107 第 5 題也有。