113 師大資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 2 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」。

前四題是作業系統，後五題是計算機組織。第 5–9 題每題 10 分。

作業系統考點

• 第 1(a) 題（11%）｜畫出 process state diagram，說明一個新的工作／process 從第一次提交到結束如何在各狀態之間轉換
• 第 1(b) 題（4%）｜用 process state diagram 說明 short-term scheduler 與 long-term scheduler 在 scheduling 中的職責與差異
• 第 2 題（15%）｜synchronization：(a) 4% 什麼是 critical section (b) 2% 什麼是 busy waiting (c) 4% busy waiting 的優缺點 (d) 5% 如何避免 busy waiting
• 第 3 題（10%）｜單層 paging 系統使用 TLB 減少記憶體參考次數，搜尋 TLB 要 30 ns，存取 main memory 要 90 ns，TLB hit rate 為 70%，求 effective memory access time，要寫出計算過程
• 第 4 題（10%）｜32 位元 virtual address、4 KB 頁面、page table 每個 entry 8 B，physical address 48 位元，以 byte 為定址單位，採用多層 paging：(a) 3% 系統中最多有幾個 physical frame (b) 3% 一個 process 最多有幾個頁面 (c) 4% 需要幾層

計算機組織考點

• 第 5 題（10%）｜256 KB 的 cache 為 K-way set associative，存取 cache 時的位址欄位為 Tag（位元 31–14）、Set（位元 13–4）、Offset（位元 3–0），求 K
• 第 6 題（10%）｜五級 MIPS pipeline、不使用 forwarding，給五道指令：add $1,$2,$3、sub $4,$1,$5、add $6,$1,$7、add $8,$4,$1、sub $2,$7,$9，求這段程式完成所需的總週期數
• 第 7 題（10%）｜三個處理器 P1、P2、P3 執行相同的 instruction set：P1 為 3.6 GHz、CPI 1.8，P2 為 2.5 GHz、CPI 1.0，P3 為 5.0 GHz、CPI 5.0，找出每秒指令數效能最高的處理器，要寫出計算過程
• 第 8 題（10%）｜MIPS 迴圈 LOOP: slt $t2,$0,$t1、beq $t2,$0,DONE、subi $t1,$t1,1、addi $s2,$s2,2、sll $t2,$s2,1、j LOOP，$t1 的初始值為 N，求這個迴圈執行的 MIPS 指令總數
• 第 9 題（10%）｜下列分支指令所在位置的 PC 為 12，若分支成立，新的 PC 是多少：beq $1, $2, 17

作答時要注意的地方

1. 卷面沒寫倒扣，第 5–9 題都是 10 分的計算題。
2. 第 1(a) 題的敘述和 112 年第 1(a) 題幾乎一樣。
3. 第 3 題要求寫出計算過程。
4. 第 4 題 page table 每個 entry 是 8 B，physical address 是 48 位元。
5. 第 6 題題目只寫「不使用 forwarding」，沒有說明 register file 是否在同一週期內前半寫、後半讀。
6. 第 7 題要求寫出計算過程支持結論。
7. 第 8 題的 $t1 初始值是 N，答案以 N 表示。

準備方向

• process state diagram 與 scheduler：113 第 1 題；106 第七題、107 第 10 題、112 第 1(a)(b) 題、114 第 2 題也有。
• synchronization（busy waiting、critical section、semaphore、鎖）：113 第 2 題；108 第 9 題、112 第 1(c) 題、114 第 7 題也有。
• address translation 與 paging（segmentation、TLB、多層 paging）：113 第 3、4 題；107 第 6 題、109 第 5 題、111 第 3 題、114 第 4 題、115 第 4 題也有。
• cache：113 第 5 題；106 第三、五題、107 第 4、5(a) 題、108 第 3(c)(d) 題、109 第 4 題、110 第 6、8(5) 題、111 第 11 題、112 第 8 題、114 第 8 題、115 第 9 題也有。
• pipeline hazard 與 forwarding：113 第 6 題；106 第四題、107 第 3、5(b) 題、108 第 4 題、109 第 3 題、110 第 7、8(3)(4) 題、111 第 10 題、112 第 7 題、114 第 9 題也有。
• 效能公式（CPI、clock rate、每秒指令數）：113 第 7 題；106 第二(一)(二)題、107 第 2 題、108 第 2 題、109 第 2(a)(b) 題、110 第 8(2) 題、112 第 4 題、115 第 5 題也有。
• MIPS 迴圈與指令：113 第 8、9 題；114 第 12 題、115 第 6 題也有。