106 交大資工所考古題詳解｜硬體考點分析

題型與配分

全卷 8 頁、31 題、100 分，不可使用計算機，請用答案卡作答。

複選題計分，卷上舉的例子：四個選項中答案是 a、b，選了 a、b、c，則 3 個選項正確 1 個錯誤，該題得 3 − 2 = 1 分。

題組分別是 A（21–23）、B（24–25）、C（26–28）、D（29–31），組內錯一小題整組 0 分，題組不倒扣。

計組出現在第 1–10、16、17 題與題組 A、B，OS 出現在第 11–15、18 題與題組 C、D，資訊安全為第 19、20 題。

複選題（1–20，80 分）

• 第 1 題（4%）｜哪些物件在 little endian 與 big endian 下有相同的二進位表示。選項包含 2's complement 的 −1、C 的 null pointer、0xABBAABBA、IEEE754 的 −0.0
• 第 2 題（4%）｜MIPS pipeline 的錯誤敘述：四個敘述分別考 pipeline register 的長度、pipeline clock cycle 由什麼決定、exception handling 與分支誤判的相似處、分離指令與資料記憶體是為了解決哪一種 hazard
• 第 3 題（4%）｜MIPS machine code 與程式追蹤：給一段從 8000 4000h 開始的迴圈。(a) beq 的 machine code (b) j 的 machine code (c)(d) 假設 $s1 = 5、$s2 = 6 時 $v0 的最終值與 beq 執行次數
• 第 4 題（4%）｜1-bit 與 2-bit branch predictor：實際結果為 T-N-T-N-N-T-N，兩個 predictor 都初始化為預測 taken。要寫出各自的預測序列，並算出同樣模式重複數千次時的準確率
• 第 5 題（4%）｜single-cycle 與 pipeline 的 cycle time：記憶體存取 200 ps、ALU 100 ps、register 讀寫 50 ps，只支援 R-type、lw、sw。要找出 single-cycle 的 cycle time 與 pipeline 的 cycle time，再算出五道指令在兩種 CPU 上的執行時間
• 第 6 題（4%）｜效能與功耗綜合：四個敘述分別考 pipelining 改善的是延遲還是 throughput、CPI 受哪些因素影響、dynamic power 與電壓和頻率的關係（clock 1.5→2 GHz、電壓 1→1.25 V，是否超過 2 倍）、Amdahl 上限（87% 可平行、16 核，能否達 6 倍）
• 第 7 題（4%）｜1 KB、4-way、64-byte block 的 cache（初始為空）：main memory 有 256 個 block，依 0, 255, 1, 4, 3, 8, 142, 133, 159, 216, 113, 129, 63, 8, 17, 48, 32, 73, 92, 155 的順序存取，問用 LRU 時最後哪些 block 不會留在 cache 中（選項為 block 3、8、133、216）
• 第 8 題（4%）｜看 miss rate 曲線挑出平均讀取延遲 ≤ 某值的組態：cache 讀取 X ms、磁碟讀取 Y ms、cache 大小 Z MB
• 第 9 題（4%）｜virtual memory 與 page table：四個敘述分別考 virtual memory 的寫入策略、單層 page table 大小（32-bit 位址、4 KB 頁、4 bytes/entry），以及兩種 TLB、page table、cache 的 hit 組合是否可能發生
• 第 10 題（4%）｜RAID：四個敘述分別考 RAID 的整體目的、RAID 1、RAID 4 相對 RAID 3、RAID 6 相對 RAID 5
• 第 11 題（4%）｜硬體 interrupt 會造成哪些 process 狀態轉移
• 第 12 題（4%）｜互動式系統的 scheduling：四個敘述分別考互動式 process 的 CPU burst 特性、CPU-bound process 該給什麼 priority、I/O-bound process 在 FCFS 下的處境、SJF 對 waiting time 的影響
• 第 13 題（4%）｜哪些操作至少涉及一次 system call：讀檔案、複製字串、建立新 process、在螢幕上顯示視窗
• 第 14 題（4%）｜test-and-set 指令：四個敘述分別考它在多處理器下能否運作、能否在使用者空間實作、取不到鎖時是否浪費 CPU、硬體要保證什麼
• 第 15 題（4%）｜什麼會造成 thrashing：降低 degree of multiprogramming、加大 paging 檔、降低 CPU clock、拔掉一半的記憶體
• 第 16 題（4%）｜Amdahl's Law：10% 時間在 I/O、90% 在 CPU，CPU 加速 100 倍，問整體加速落在哪個區間
• 第 17 題（4%）｜加大 RAM 對儲存子系統的影響：四個敘述涉及磁碟讀寫比例、random seek、journaling file system 的必要性、磁碟加密的開銷
• 第 18 題（4%）｜哪些操作不需要實際搬動檔案資料 block：同一 partition 內搬移目錄、刪除檔案、搬到 USB、搬到不同 partition
• 第 19 題（4%）｜哪些屬於 principle of least privilege：防毒軟體、防火牆規則、滲透測試、系統更新、stack 位址隨機化五選
• 第 20 題（4%）｜哪些措施能防範 buffer overflow attack：用 static code analysis 找出超出 array 邊界的寫入、library 基底位址隨機化、stack 基底位址隨機化、改用 Java 或 Python 開發

題組（21–31，20 分）

• 題組 A（21–23，5%）｜五級 pipeline 的逐拍追蹤：給八道指令的序列與 datapath 圖
• 第 21 題｜有 forwarding 與 stall 機制時，第 7 個週期哪道指令在 IF 級
• 第 22 題｜同上，第 7 個週期哪道指令在 EXE 級
• 第 23 題｜只有 stall 沒有 forwarding，且 register 可同週期先寫後讀時，第 7 個週期哪道指令在 MEM 級
• 題組 B（24–25，5%）｜三層記憶體的資料傳輸時間：L1 block 16 words、L2 block 4 words、main memory 4-word 寬；存取時間 L1 2 ns、L2 20 ns、main memory 200 ns
• 第 24 題｜L1 miss、L2 hit 時的總傳輸時間
• 第 25 題｜L1 miss、L2 miss、main memory hit 時的總時間
• 題組 C（26–28，5%）｜有界緩衝區的 semaphore 初值：緩衝區可存 10 個項目，問 empty、full、mutex 三個 semaphore 的初值，選項包含 0、1、−1、None of the above
• 題組 D（29–31，5%）｜看 AES-256-CBC 加密程式回答
• 第 29 題｜在 UNIX 下輸入 ./a.out ./a.out 會產生什麼檔名
• 第 30 題｜加密 163,900 bytes 的檔案時，第 49 行（write）會執行幾次
• 第 31 題｜加密 500 MB 檔案時哪一行會產生大量磁碟 I/O

作答時要注意的地方

1. 複選題答對一個選項 +1、答錯一個 −2，整題未作答不給分。第 9、10、14、19 題都是四個敘述的細節題。
2. 題組全對才給分，不倒扣，每一小題都要作答。題組 A 三小題的條件分別是有 forwarding 與只有 stall 兩種情況。
3. 題組 C 的選項包含 None of the above。
4. 第 9 題要判斷 TLB、page table、cache 三者的 hit 組合是否可能發生。

準備方向

• pipeline 時序圖：題組 A 有 forwarding 與無 forwarding 兩種情況。
• Amdahl's Law 在這一年出現兩次（第 6 題的 16 核、第 16 題的 CPU 加速 100 倍）。
• RAID 各級的差異（第 10 題）。
• TLB、page table、cache 三者的 hit 組合（第 9 題）。
• 有界緩衝區的 semaphore 初值（題組 C）。