115 師大資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 4 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 4 題的 Figure 1 是記憶體第 19 頁到第 75 頁的十六進位傾印（hex dump），共 57 列，占第 2 頁的大半頁。

作業系統考點

• 第 1 題（10%）｜OS fundamental：用至多兩句話指出，為了保護作業系統 kernel，電腦硬體必須做什麼
• 第 2 題（10%）｜file system：用一句話總結 inode 在 file system 設計中是什麼
• 第 3 題（15%）｜Round-Robin scheduling，time quantum 為 3，三個工作：A 到達時間 0、長度 4，B 到達時間 1、長度 3，C 到達時間 2、長度 5，求三個工作的整體平均 turnaround time
• 第 4 題（15%）｜兩層 page table 的 address translation：頁面大小 32 bytes，physical memory 有 128 個頁面（physical address 需要 12 位元），process 的 address space 有 1024 個 virtual page。8 位元的 page directory entry（PDE）格式為 VALID、PT6 到 PT0（由最高位元起），8 位元的 page table entry（PTE）格式為 VALID、PFN6 到 PFN0。Figure 1 是部分記憶體頁面的十六進位傾印，每列第一個位元組在左邊，page directory 放在第 57 頁（十進位），要把 virtual address 0x5aa8 轉換成對應的 physical address，答案以十六進位表示

計算機組織考點

• 第 5 題（10%）｜兩個處理器執行相同的 instruction set：P1 為 2 GHz、CPI 1.5，P2 為 1.5 GHz、CPI 1.0。兩個處理器都要把程式的執行時間縮短 20%，但這會使 CPI 增加 20%，問各處理器需要什麼 clock rate，要寫出計算過程
• 第 6 題（10%，2 小題各 5%）｜$t0 與 $t1 的內容分別是 0xAAAAAAAA 與 0x12345678，求下列 MIPS 指令序列執行後 $t2 的內容：(a) sll $t2,$t0,4 接著 or $t2,$t2,$t1 (b) srl $t2,$t0,3 接著 andi $t2,$t2,0xFFEF
• 第 7 題（10%，2 小題各 5%）｜給乘法與除法合併使用的硬體（Register A 32 位元，Register B 與 Register C 合起來 64 位元，附 ALU 與 Control，可左右位移），指出下列運算元對應的 register（A、B 或 C）與位移方向（Left、Right 或 None）。題目的例子是被乘數放在 Register A、位移方向為 None：(a) 乘數（Multiplier） (b) 商（Quotient）
• 第 8 題（10%）｜給處理器的 single-cycle datapath 圖與各邏輯區塊的延遲：I-Mem 180 ps、Add 70 ps、ALU 100 ps、Mux 20 ps、Regs 90 ps、D-Mem 220 ps、Sign-Ext 10 ps、Shift-left-2 5 ps。若處理器只需支援條件式 PC-relative 分支指令，datapath 的最小 cycle time 是多少，要寫出計算過程
• 第 9 題（10%，2 小題各 5%）｜cache 有 4096 個 double-word，block size 為 2 個 double-word：(a) 在 direct-mapped、64 位元位址的 cache 中，tag 有幾個位元 (b) 這個 cache 的總位元數

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 1 題限制至多兩句話，第 2 題限制一句話。
3. 第 3 題問的是平均 turnaround time。
4. 第 4 題答案要寫成十六進位的 physical address。
5. 第 5、8 題要求寫出計算過程。
6. 第 6(b) 題用的是 srl 與 andi。
7. 第 9 題的位址是 64 位元。

準備方向

• system call、kernel 保護與執行模式：115 第 1 題；106 第六題、110 第 1 題、111 第 1 題也有。
• file system：115 第 2 題；114 第 6 題也有。
• CPU scheduling：115 第 3 題；106 第九題、107 第 8 題、108 第 8 題、109 第 6 題、110 第 2 題、112 第 2 題、114 第 5 題也有。
• address translation 與 paging（segmentation、TLB、多層 paging）：115 第 4 題；107 第 6 題、109 第 5 題、111 第 3 題、113 第 3、4 題、114 第 4 題也有。
• 效能公式（CPI、clock rate、每秒指令數）：115 第 5 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、113 第 7 題也有。
• MIPS 迴圈與指令：115 第 6 題；113 第 8、9 題、114 第 12 題也有。
• 乘除法硬體：115 第 7 題。
• single-cycle datapath 的 cycle time：115 第 8 題。
• cache：115 第 9 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、113 第 5 題、114 第 8 題也有。