109 交大資工所硬體考點分析

題型與配分

科目：計算機系統（1103），系所班別「資訊聯招」，考試日期 109 年 2 月 4 日第 3 節，全卷 100 分、11 頁、33 題。不可使用計算機、請使用答案卡作答。

不對稱倒扣的最後一年（106–109 都是答錯 −2 且扣至該題 0 分；110 年起改成答錯 −1，但扣至整科 0 分）。

OS 與計組的比重：OS 約 45%（第 1–10 題與題組 A、B）、計組約 55%（第 11–20 題與題組 C、D）。

複選題（1–20，80 分）

• 第 1 題（4%）｜現代 OS：三個敘述考微核心的效能代價、共享記憶體要用到哪些系統呼叫、DMA 對中斷次數的影響
• 第 2 題（4%）｜程序與執行緒：四個敘述考執行緒是否共享 PC、exec() 之後程序 ID 的變化、阻塞式 I/O 之後程序去了哪個佇列、中斷能否強制讓程序離開 CPU
• 第 3 題（4%）｜生產者—消費者的號誌與臨界區分段：緩衝區 n = 5，程式碼被切成 PA–PE 與 CA–CE 十段。三個敘述考 empty 的初值、同時能有幾個消費者進入 Section CA、單生產單消費時 mutex 是否多餘。第二項要看 CA 夾在哪兩個 wait 之間，第三項要想清楚緩衝區的兩端會不會被同時存取
• 第 4 題（4%）｜銀行家演算法的安全序列：五個程序、三種資源，給 Allocation／MAX／Available。要驗證 <P4,P1,P2,P3,P5> 與 <P1,P3,P5,P4,P2> 是不是安全序列，並判斷「OS 必須在程序進入就緒佇列時估計 MAX」。Need 要自己先算出來，最常見的錯是直接拿 MAX 去比 Available
• 第 5 題（4%）｜pthread 與號誌：三條執行緒各跑 func，共享的 m 有 mutex 保護、區域的 n 沒有。四個敘述考是否有競爭條件、所有輸出數字的總和、"2" 最多被印幾次、哪些變數被共享。要把每條執行緒印出的兩個值（一個來自 m、一個來自 n）分開追
• 第 6 題（4%）｜堆疊與堆積：四個敘述考兩者的釋放順序限制、每條執行緒各自擁有哪一個
• 第 7 題（4%）｜四顆同容量硬碟要容忍單碟故障，哪些 RAID 等級可以。要逐級確認有沒有冗餘、四顆碟能不能組成該等級
• 第 8 題（4%）｜頁表：四個敘述考每個程序是否有獨立的虛擬位址空間、Linux 程序的頁表由誰管理、共享記憶體對頁表條目數的影響、未使用區域的頁表開銷。第二項是把管理者換成錯的主詞
• 第 9 題（4%）｜建立檔案並寫入會涉及哪些檔案系統操作：取得空閒 i-node、更新目錄 d、取得空閒資料區塊並連結、把 "hello" 寫入資料區塊。要在腦中走一次 open(O_CREAT) 與 write() 的完整流程
• 第 10 題（4%）｜HTTPS 的保護範圍：四個敘述考 ISP 能否看出你在瀏覽哪個網站、能否看到頁面內容、從程序記憶體或磁碟快取能否得知頁面內容。考的是「HTTPS 保護的是哪一段」，要分清楚傳輸中與端點上的資料，以及握手過程中哪些資訊是明文
• 第 11 題（4%）｜算術與溢位：四個敘述考 addi 與 lb 是否需要符號延伸、n-bit 二補數的範圍式、用最高位的 carry-in 與 carry-out 偵測溢位、大正數加大負數會不會溢位
• 第 12 題（4%）｜位元組序無關的十六進位資料：56788765、56787856、56655665、55665566 四選，問哪些在大小端下儲存順序相同。要以「位元組」為單位反轉，不是以十六進位數字為單位——看錯粒度就全錯
• 第 13 題（4%）｜效能與功耗：四個敘述考管線化改善的是什麼、CPI 受哪些因素影響、時脈 2.5→2 GHz、電壓 1.2→0.9 V 時功耗降低多少、56% 可平行、8 核能否達到 2 倍加速。後兩項要實際算，而且結果都貼近選項給的數字，心算不夠精確會判錯
• 第 14 題（4%）｜哪些 MIPS 指令不是 R-type：addi、bne、sll、jr 四選。jr 與 sll 的格式最常被記錯
• 第 15 題（4%）｜術語與浮點：四個敘述考 branch delay slot 與 basic block 的定義、issue slot 的定義、0.3125 × 2³⁰ 能否被單精度精確表示、float 轉 double 是否可能損失精度
• 第 16 題（4%）｜看資料路徑圖與 ALU 控制表回答：beq 執行時需要哪些元件，以及 BInvert 控制訊號的最佳設計應該包含哪些運算。要想清楚 beq 需要 ALU 做什麼、還需要另外算什麼
• 第 17 題（4%）｜平行處理器：四個敘述考向量處理器的取指頻寬、向量處理器與 load-use 危障、倉儲級電腦的主要維護問題、Omega 網路能否同時完成 P0→P0 與 P1→P4。最後一項要實際在交換網路圖上畫出兩條路徑，看有沒有共用交換盒
• 第 18 題（4%）｜問「哪些敘述是錯的」：四個敘述考 RegWrite 控制訊號在哪一級使用、需不需要經過管線暫存器、雙重資料危障的偵測條件式、load-use 危障要停幾拍、保留站的描述。題目問的是「錯的」，別答反
• 第 19 題（4%）｜記憶體設計：四個敘述考時間區域性的例子、直接對映快取中 0xB50 與 0xB54 落在哪個區塊（32 區塊、每區塊 32 bytes）、區塊太大的壞處、兩層快取的有效 CPI（4 GHz、base CPI 1.0、L1 失誤率 2%、L2 3 ns、主記憶體 75 ns、全域失誤率 0.4%）。最後一項題目給的是全域失誤率，代公式的方式跟區域失誤率不同
• 第 20 題（4%）｜提升吞吐量的技術：(a) store 在前、load 在後時是否需要推測（考記憶體別名問題）、(b)(c)(d) 靜態雙發射與迴圈展開，要填出展開後六個位移 A–F 的值。原程式是位址遞減，指標更新提前之後位移的正負號要重新推，是 107 年第 10 題的延伸

題組（21–33，20 分）

• 題組 A（21–24，5%）｜SRTF 的等待時間四進位拆解：五個程序給到達時間與 burst，用可搶占的最短剩餘時間優先排程，算出等待時間 W 後寫成 W₃×4³ + W₂×4² + W₁×4¹ + W₀，四小題各問一位。與 108 年題組 A 同一個設計（那年是 RR 的周轉時間）。每次有新程序到達都要重新比較剩餘時間
• 題組 B（25–27，5%）｜判讀 /proc/self/maps：卷上貼出 cat 程序的真實記憶體映射表。
• 第 25 題｜哪個區間含 cat 的可執行碼——要從權限欄與檔名欄判斷，選項的區間要逐字對照卷上的數字
• 第 26 題｜哪個是含 C 函式庫可執行碼的「實體位址」範圍——要注意題目用的是「實體」兩個字，想清楚這張表列出來的是哪一種位址
• 第 27 題｜換出頁面時的四個敘述，考有檔案支撐的頁與匿名頁在換出時的差別
• 題組 C（28–30，5%）｜1-bit ALU 串接 32 級的最壞傳播延遲：給各元件延遲（NOT 1、AND 1、OR 1、2-to-1 mux 2、4-to-1 mux 4、全加器 3、溢位偵測 3）。
• 第 28 題｜32-bit NOR 的最壞延遲
• 第 29 題｜32-bit ADD 的最壞延遲
• 第 30 題｜SLT 的最壞延遲
• 三種運算走的是三條不同的關鍵路徑。要看清楚哪些運算會經過進位鏈、SLT 的結果從哪一位產生、又要送到哪一位
• 題組 D（31–33，5%）｜(7,4) 漢明碼的除錯：碼字為 c1,c2,d1,c3,d2,d3,d4，滿足三條同位方程式；再加一個整體同位位元 c4 後可偵測兩位元錯誤。
• 第 31 題｜收到 7-bit 1101100，判斷是否正確或哪一位錯
• 第 32 題｜收到 8-bit 10110101
• 第 33 題｜收到 8-bit 10001011，選項含「雙位元錯誤」
• 要逐題算出 syndrome，再用 c4 區分單錯與雙錯。c4 在 8-bit 碼字裡的位置要先從題目確認

這份考卷的難點

1. 題組 C 的 SLT 延遲最容易少算一段。 SLT 的結果不是在第 0 位直接算出來的，要想清楚它的關鍵路徑比 ADD 多了什麼。三小題全對才給分，錯這一題整組歸零。
2. 題組 B 第 26 題的「實體位址」是用字陷阱。 選項看起來都是表上的數字，但題目問的位址種類跟這張表列的不一定一樣。
3. 第 10 題的 HTTPS 保護範圍：很多人以為 HTTPS 什麼都保護，實際上它有明確的保護邊界。四個選項要逐一想「這份資料在哪裡、是不是已經解密」。
4. 第 12 題要以「位元組」為單位反轉，不是以十六進位數字。看錯粒度就全錯。

準備建議

• 交大的題組幾乎每年都有一組「把答案拆成四進位四位數」（108 題組 A、109 題組 A）。這等於全對才給分的加強版，甘特圖一定要畫對
• 1-bit ALU 的串接延遲（題組 C）要理解不同運算走的不同路徑。這是 Patterson & Hennessy 附錄的內容，課堂常跳過
• 漢明碼的編碼與除錯（題組 D）要練到能快速算 syndrome，並理解加一個整體同位位元帶來什麼能力
• /proc/self/maps 的判讀（題組 B）：每一欄代表什麼、權限組合對應哪種區段、列出來的是哪一種位址
• HTTPS 保護什麼、不保護什麼（第 10 題）要能分成「傳輸中」「握手中的明文欄位」「端點上」三類來講
• MIPS 指令格式（第 14 題）：R／I／J 三種格式各有哪些指令要背熟，jr 最常歸錯
• 不對稱倒扣（答錯 −2）的最後一年，把握低於 2/3 不要勾；但每題至少勾一個