107 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、33 題、100 分，不可使用計算機，請使用答案卡作答。

複選題計分與 106 年相同。題組為 A（21–23）、B（24–27，四小題）、C（28–30）、D（31–33），比 106 年多了兩個小題（106 年題組 B 只有兩小題）。

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

複選題（1–20，80 分）

• 第 1 題（4%）｜高階語言、assembly、機器語言、編譯器、assembler：四個敘述考各層語言的可攜性，以及編譯器、assembler 各自的輸入輸出
• 第 2 題（4%）｜電腦的五大經典元件（input、output、memory、datapath、control）：四個敘述考處理器對應哪幾個元件、哪個元件真正做運算、軟體算不算元件、觸控螢幕的角色
• 第 3 題（4%）｜效能的表示法：response time 與 throughput 的單位、個別使用者與資料中心管理者各自在意什麼、增加 CPU 對 response time 的影響
• 第 4 題（4%）｜memory hierarchy：四個敘述考多層階層的目的、blocking 利用的是哪一種 locality、cache 是否越大越好、cache 由誰控制
• 第 5 題（4%）｜記憶體系統設計：四個敘述考各層是否都是隨機存取、virtual memory 下 physical memory 由誰管理、register 配置由誰決定、cache 變大時 associativity 怎麼調整
• 第 6 題（4%）｜single-cycle datapath 的執行時間：各邏輯區塊延遲為 I-mem 100／Add 50／Regs 30／ALU 50／Sign-extend 10／D-mem 120 ps，要算 beq、R-type、lw 各自經過的 critical path，以及支援三者的最小週期
• 第 7 題（4%）｜beq 與 j 的跳躍範圍：PC 目前是 0x00000040，要逐一判斷四個目標位址用 beq 或 j 能不能到達
• 第 8 題（4%）｜IEEE754 single precision 表示：四個敘述考負數的指數偏移、指數過小時的 denormalization、最小正 normalized number、最小正 denormalized number
• 第 9 題（4%）｜branch prediction 失敗造成的額外 CPI：R-type 50%、beq 25%、lw/sw 25%，預測準確率 20%。分別問分支在 MEM 級與 ID 級修正時的額外 CPI
• 第 10 題（4%）｜static 2-issue 的 loop unrolling 與 register renaming：原程式每次 addi $s1,$s1,-4（位址遞減），展開 3 份後把 pointer 更新提到最前面，問後續 load/store 的 offset 與 speedup
• 第 11 題（4%）｜thread 模型的反推：從「CPU 增加時執行時間下降」「同步 I/O block 住所有執行緒」等現象反推是哪種 thread 模型
• 第 12 題（4%）｜三種 process 狀態：四個敘述考 scheduler 從哪個狀態挑 process、哪條轉移代表 preemption、哪條轉移需要 context switch、system call 是否必然進入 waiting
• 第 13 題（4%）｜哪些動作需要政策：挑選下一個執行的 process、決定 I/O 服務順序、找出犧牲頁、查 interrupt vector 表
• 第 14 題（4%）｜FIFO scheduling 的主要問題
• 第 15 題（4%）｜deadlock avoidance 的可能後果
• 第 16 題（4%）｜paging 與 TLB：四個敘述考 64-bit 位址需要幾層 paging、inverted page table 在空間與時間上的取捨、first-fit 與 best-fit 造成哪一種 fragmentation、TLB 的結構
• 第 17 題（4%）｜資訊安全：四個敘述考埠掃描的定位、特洛伊木馬的定義、數位憑證由誰簽署、MAC 需不需要金鑰
• 第 18 題（4%）｜密碼學：四個敘述考 DES、AES、RC4 的分類、asymmetric encryption 的金鑰保密性、UNIX 密碼檔存什麼
• 第 19 題（4%）｜buffer overflow：char buffer[256] 配上 strcpy(buffer, argv[1])。四個敘述考漏洞成因、能否覆寫返回位址、改用 strncpy() 之後的差異
• 第 20 題（4%）｜綜合：page fault rate 與 frame 數的關係、RAID 0 的重建、system call 如何切換模式、thrashing 發生前 CPU 使用率的變化

題組（21–33，20 分）

• 題組 A（21–23，5%）｜三層記憶體的位址拆解與 AMAT：32-bit 位元組定址虛擬空間、physical memory 2 GB、frame 4 KB；L2 為 512 KB 4-way、block 64 B；L1 為 32 KB direct-mapped、block 32 B
• 第 21 題｜頁數與 frame 數
• 第 22 題｜L2 physically addressed 的 tag、index、offset 位元數
• 第 23 題｜L1 1 ns、L2 5 ns、main memory 300 ns，local miss rate 20%、5%、0%，求 AMAT
• 題組 B（24–27，5%）｜forwarding control signal 的四個值：程式為 add $2,$10,$11 → add $1,$12,$13 → add $1,$1,$2 → sub $3,$1,$2
• 第 24、25 題｜第 3 道指令在 EX 級時的 fwdA 與 fwdB
• 第 26、27 題｜第 4 道指令在 EX 級時的 fwdA 與 fwdB
• 題組 C（28–30，5%）｜閱覽室的 semaphore 實作：10 個學生、4 個座位，用 S1 與 S2 兩個 semaphore 與一個 seat[4] array，問 S1 的初值 X、找到座位後的敘述 Y、離開時的敘述 Z
• 題組 D（31–33，5%）｜RSA 與數位簽章：給 Allen 的 RSA 公私鑰 Kpa/Ksa、一次性 AES 金鑰 Kda，Bob 的 Kpb/Ksb。第 31 題問只要認證、要傳大檔案 M 時最好的方式

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 16、17、18、20 題都是四個敘述的細節題。
2. 題組 B 有四個小題，全對才給 5 分。
3. 第 9 題題目給的是預測準確率 20%。
4. 題組 A 第 23 題給的是 local miss rate。

準備方向

• 資安：第 17、18、19 題與題組 D 合計 17 分，包含 symmetric 與 asymmetric encryption、MAC、數位簽章、buffer overflow、埠掃描。
• pipeline 題組：107 題組 B 問 forwarding 的 control signal 值，106 題組 A 問各週期各級是哪道指令，兩年都有 forwarding 的判斷。
• AMAT 的多層計算（題組 A 第 23 題）。
• 分支修正級數與額外 CPI（第 9 題）。
• IEEE754 的邊界值（第 8 題）。
• semaphore 配對（題組 C）。