109 師大資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 3 頁、9 大題、100 分，答案寫在答案卷上，卷面沒寫倒扣，沒有選擇題。卷面注意事項是「請依序在答案卷上作答，並標明題號，不必抄題」與「答案必須寫在指定作答區內，否則依規定扣分」。

第 8 題 Amdahl's law 排在作業系統題之間，敘述是從加處理核心的角度寫的；本頁依主題歸在計組，與 110、111、114 年的歸法相同。

計算機組織考點

• 第 1 題（10%，2 小題各 5%）｜16 位元十六進位數 7B22 與 F12E 轉成二進位
• 第 2 題（15%，5 小題各 3%）｜RISC 處理器的指令與資料記憶體分開，執行 8 道指令（三道 LW、兩道 SW、一道 SUB、兩道 ADD），共 20 個 clock cycle、cycle time 5 ns：(a) CPI (b) CPU 時間（ns） (c) 指令記憶體的存取次數 (d) 資料記憶體的存取次數 (e) 找出所有不需要存取資料記憶體的指令
• 第 3 題（10%）｜五級（IF、ID、EX、MEM、WB）RISC pipeline，有 forwarding 與 hazard detection，指令與資料記憶體分開，沒有 cache miss 與 structural hazard，求所需的週期數：(a) 三道 ADD，每一道都用到前一道的結果 (b) LW、ADD、SUB 三道，ADD 用到 LW 載入的 register、SUB 用到 ADD 的結果
• 第 4 題（15%，3 小題各 5%）｜direct-mapped cache 有 32 個 block，miss rate 每次存取 0.25、hit time 1 個週期、miss penalty 200 個週期：(a) block address 321 對到哪個 block (b) AMAT（以週期計） (c) 一段程式有 500 次記憶體存取，總共有多少個 memory-stall 週期
• 第 8 題（10%）｜Amdahl's law：應用程式中可以平行執行的比例為 P，系統有 N 個處理核心，最大 speedup 是多少

作業系統考點

• 第 5 題（8%，2 小題各 4%）｜16 位元 virtual address 的格式圖與 4 段的 segment table，base 依序為 C400、6200、AA00、3000，length 依序為 1100、1300、1250、1000（十六進位），求 virtual address (a) 5240 (b) B130（十六進位）對應的 physical address
• 第 6 題（12%，2 小題各 6%）｜P1 到 P5 的 CPU burst time 1、4、5、4、7，arrival time 0、2、3、5、9，求 (a) non-preemptive SJF (b) RR、time slice 3 的平均 waiting time
• 第 7 題（12%，2 小題各 6%）｜參考串 9, 10, 2, 10, 7, 1, 3, 6, 10, 10, 2, 10, 10, 5, 9, 2, 5, 10, 8, 10（20 個參考），demand paging、五個 frame，求 (a) FIFO (b) LRU 的 page fault 數
• 第 9 題（8%）｜for(i=0; i<8; i++) fork(); 的程式，包含最初的 parent process 在內，總共產生多少個 process

作答時要注意的地方

1. 卷面沒寫倒扣，全部是申論與計算題。
2. 第 2 題的 20 個 clock cycle 與 5 ns cycle time 是題目給定的，(e) 問的是「不需要」存取資料記憶體的指令。
3. 第 4(a) 題給的是 block address，不是 byte address。
4. 第 5 題的位址格式圖與 107 年第 6 題相同，沒有用數字標出 segment number 的位元數。
5. 第 6 題 (a) 是 non-preemptive，(b) 的 time slice 是 3。
6. 第 7 題用五個 frame，參考串中 10 出現多次並有連續重複。
7. 第 8 題給的是可平行比例 P，與 114 年第 10 題相同。
8. 第 9 題問的是包含最初 parent process 在內的總數。

準備方向

• 數字表示（進位、IEEE-754、two's complement）：109 第 1 題；106 第一題、107 第 1 題、108 第 1 題、110 第 8(1) 題、111 第 5 題、112 第 5、6 題、114 第 11 題也有。
• 效能公式（CPI、clock rate、每秒指令數）：109 第 2(a)(b) 題；106 第二(一)(二)題、107 第 2 題、108 第 2 題、110 第 8(2) 題、112 第 4 題、113 第 7 題、115 第 5 題也有。
• 指令記憶體與資料記憶體的存取次數：109 第 2(c)(d)(e) 題；106 第二(三)(四)(五)題、108 第 3 題也有。
• pipeline hazard 與 forwarding：109 第 3 題；106 第四題、107 第 3、5(b) 題、108 第 4 題、110 第 7、8(3)(4) 題、111 第 10 題、112 第 7 題、113 第 6 題、114 第 9 題也有。
• cache：109 第 4 題；106 第三、五題、107 第 4、5(a) 題、108 第 3(c)(d) 題、110 第 6、8(5) 題、111 第 11 題、112 第 8 題、113 第 5 題、114 第 8 題、115 第 9 題也有。
• address translation 與 paging（segmentation、TLB、多層 paging）：109 第 5 題；107 第 6 題、111 第 3 題、113 第 3、4 題、114 第 4 題、115 第 4 題也有。
• CPU scheduling：109 第 6 題；106 第九題、107 第 8 題、108 第 8 題、110 第 2 題、112 第 2 題、114 第 5 題、115 第 3 題也有。
• page replacement：109 第 7 題；107 第 7 題、108 第 6 題、110 第 5 題、112 第 3 題也有。
• Amdahl's law：109 第 8 題；108 第 5 題、110 第 3 題、111 第 8 題、114 第 10 題也有。
• fork() 的 process 數：109 第 9 題；111 第 2 題、114 第 1 題也有。