110 台大資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 100 分、6 頁、8 大題，試題隨卷繳回。

作答規定：

• 只有答案卷「非選擇題作答區」的第一頁計分，其餘視為草稿。
• 必須把卷首的表格完整抄到第一頁，不在表格內的內容視為計算過程，不計分。
• 表格裡有多格標著「此處不作答」。

只填答案、不寫過程，與 106–109 年的「不寫過程只能拿部分分數」不同。第 8 題明訂全對才給分。

作業系統考點（1–5，50 分）

• 第 1 題（10%）｜OS 架構分層：卷上給一張圖，四個虛線框 A（應用層）、B（系統服務層）、C（kernel 層）、D（硬體層）。要判斷 (a) 2%：MS-DOS（單體式）的記憶體管理服務在哪一層　(b) 3%：Linux（分層式）的標準 I/O 函式庫在哪一層　(c) 2%：container（virtualization）的 scheduling 服務在哪一層　(d) 3%：Mach／QNX（microkernel）的 device driver 在哪一層
• 第 2 題（10%）｜process 的四種記憶體脈絡在圖上的位置：stack segment、text segment、未初始化資料段（BSS）、free space。圖上從 0xFFFFFFFF 的環境變數與引數往下排
• 第 3 題（10%）｜五個 process、五種 scheduling 演算法，全部問 PID 5 的完成時間。給 PID、priority、到達時間、CPU burst、I/O burst（I/O 發生在不同裝置上，且總是在第一個時間單位之後才開始）。(a) 2%：RR，quantum 3　(b) 2%：non-preemptive priority（數字越小 priority 越高）　(c) 2%：preemptive SJF　(d) 2%：preemptive LJF，且 PID 5 改成在 time 16 到達　(e) 2%：preemptive LJF，且 PID 5 的 CPU burst 改成 8
• 第 4 題（10%）｜I/O 緩衝模型的效能比較：基準線是「無緩衝 I/O、4 KB 緩衝區、不做磁碟同步、用 write()」。五個小問各用 (A) 較小、(B) 較大、(C) 相近回答：(a) 無緩衝加 4 KB 加 fsync() 的 clock time　(b) 無緩衝加 8 KB 加 fsync() 的 User CPU time　(c) 緩衝 I/O、行緩衝、puts() 的 System CPU time　(d) 緩衝 I/O、全緩衝、puts() 的 User CPU time　(e) 緩衝 I/O、全緩衝、puts()+fflush()+fsync() 的 System CPU time
• 第 5 題（10%）｜看 signal handling 程式碼回答五個小問（用 sigaction、sigprocmask、sigsuspend），各 2%：(a) process 第一次啟動後會停在哪一行　(b) 停住時收到 SIGUSR2 會怎樣　(c) SIGUSR2 被捕捉時的 signal mask 是什麼　(d) SIGINT 被送出並捕捉後從哪一行恢復　(e) 把三個 sigaction() 換成 signal() 之後，由 SIGINT 恢復後的遮罩是什麼

計算機結構考點（6–8，50 分）

• 第 6 題（20%）｜SMP 的 write-invalidate snooping cache coherence 與 false sharing：每個處理器有 4 KiB direct-mapped、physically addressed、16 bytes/line 的 L1。三個整數 array A、B、C 連續擺放，A 起始於 0x0000A000。P0 與 P1 各跑 for (i=4*Pn; i<4*(Pn+1); i++) C[i]=A[i]+B[i];。(a) 5%：tag array 的總位元數　(b) 5%：提高 associativity 能不能減少這段程式的 miss　(c) 5%：最壞情況會有幾次 coherence miss（c1）、其中幾次是 false sharing（c2）　(d) 5%：改成 32 bytes/line（cache 仍 4 KiB）之後的 coherence miss 數（d1）與 false sharing 數（d2）
• 第 7 題（25%）｜RISC-V 五級 pipeline，卷上給電路圖與各邏輯區塊的延遲（I-Mem 280 ps、Register File 180 ps、ALU 200 ps、Control Unit 50 ps…）與 R-type 指令格式，程式碼為 lw x10,100(x5)、add x2,x10,x2、add x2,x2,x4、sub x6,x2,x6。(a) 10%：哪一級決定 clock cycle　(b) 5%：第一道 lw 在 MEM 級時，ID 級（b1）與 EX 級（b2）分別是哪一道指令（填指令編號）　(c) 5%：sub（#4）在 EX 級時，ForwardA（c1）與 ForwardB（c2）該設什麼值　(d) 5%：sub 的四條 control signal RegWrite、MemtoReg、MemRead、MemWrite 各是多少
• 第 8 題（5%，全對才給分）｜四個敘述哪些正確：(1) MIPS 值較高的處理器效能是不是一定較好　(2) LRU 是不是已被證明為 optimal replacement policy　(3) 向量指令對哪一類應用有益　(4) SMT 如何提高 CPU 使用率

作答時要注意的地方

1. 答案要抄到指定表格，寫在表格外或第二頁一律不計分，表格裡有標「此處不作答」的格子。
2. 第 6(c)、(d) 兩小題用了不同的 cache line 大小。
3. 第 3 題要畫五張不同參數的 Gantt chart，每個 process 都有 I/O burst。
4. 第 5(e) 題問 signal() 與 sigaction() 的差別。
5. 第 8 題全對才給分。

準備方向

• 進場先讀作答規定。106–109 不寫過程扣分，110 年只有表格內的答案計分。
• false sharing 是台大常考的 coherence 主題，110 第 6 題與 111 第 19 題都考。
• process 記憶體佈局（第 2 題）也常出現在其他學校。
• Stevens《APUE》的兩個經典實驗：I/O 緩衝對 user 與 system CPU time 的影響（第 4 題）、sigsuspend 與 signal mask（第 5 題）。
• 第 8 題的 MIPS 指標與 optimal replacement algorithm，是課本正文的內容。