110 中正資工所硬體考點分析
第 6 題給一張含兩個反相器與 NAND 的循序電路，要寫出布林式、追蹤輸出並算最高操作頻率。第 2 題比較 RMS 與 EDF。
題型與配分
科目名稱：計算機系統，系所組別「資訊工程學系－甲組」，第 4 節，全卷 100 分、4 頁、11 大題。
| 題號 | 配分 | 主題 |
|---|---|---|
| 1 | 20% | 十個單選 |
| 2 | 10% | RMS 與 EDF 的可排程性 |
| 3 | 10% | 多層分頁的層數與 TLB 有效存取時間 |
| 4 | 5% | 銀行家演算法 |
| 5 | 5% | inode 的最大檔案大小 |
| 6 | 15% | 循序電路的布林式、輸出追蹤與最高頻率 |
| 7 | 8% | SRAM 與 DRAM 的四個面向比較 |
| 8 | 8% | 雙埠記憶體對單埠記憶體的效能比較 |
| 9 | 7% | C 的三元運算子翻成 MIPS 組語 |
| 10 | 6% | FP16 半精度浮點的表示 |
| 11 | 6% | 提升快取頻寬的兩種最佳化 |
110 年是中正硬體唯一一次在第 4 節考（其餘多在第 3 節），入場後 40 分鐘內不得離場，卷面無倒扣標示。
第 6 題又出現數位邏輯（15 分），與 109 年第 10、11 題呼應——中正硬體在 109、110 兩年連續考數位邏輯。
OS 與計組的比重：OS 50%（第 1–5 題）、計組 35%（第 7–11 題）、數位邏輯 15%（第 6 題）。
第 1 題：十個單選（20%）
- (1)｜哪個關於行動裝置的敘述是錯的——選項圍繞行動裝置與桌機在核心數、記憶體與電力管理上的差異。用十年前的印象去判斷核心數會中招
- (2)｜對檔案套用獨占鎖（exclusive lock）的效果——要能分辨共享鎖與獨占鎖各允許幾個程序、做哪些操作
- (3)｜「統一虛擬記憶體用什麼機制同時快取程序頁與檔案資料」——與成大 112 年第 1(4) 題一字不差
- (4)｜記憶體映射 I/O（memory-mapped I/O）的定義——關鍵在「用哪一套位址空間、用哪一套指令」，選項就是拿這兩個維度互相排列
- (5)｜磁碟排程為何只考慮尋道距離——要能說出現代磁碟對 OS 隱藏了什麼資訊。與成大 112 年第 1(7) 題一字不差
- (6)｜關於裝置格式化哪個是錯的——核心分界是「低階格式化」與「邏輯格式化」各由誰、在什麼時候做
- (7)｜關於 Linux spinlock 哪個不正確——「單處理器上能不能用 spinlock」是最常見的絕對化敘述。與成大 112 年第 1(10) 題一字不差
- (8)｜POSIX 條件變數的正確使用方式——要記牢
pthread_cond_wait()與pthread_cond_signal()各自對 mutex 的要求（呼叫前後誰該鎖、誰該解） - (9)｜臨界區三個性質之間的蘊含關係（mutual exclusion／progress／bounded waiting 與 no deadlock、no starvation）——要能排出「誰比誰強」的順序。與台大 111 年第 13 題是同一個考點
- (10)｜關於執行緒哪個是錯的——選項涵蓋 Java 執行緒的建立方式與共享語意。四個選項的敘述都很接近，要逐條對照，不能靠語感
作業系統考點
- 第 2 題（10%）｜三個即時程序：P1(20/50)、P2(30/100)、P3(90/300)，期限等於週期、全部在時間 0 就緒。
- (a) 5%｜RMS 能否全部準時完成
- (b) 5%｜改用 EDF 能否全部準時完成
- 先算總利用率，再分別對照 RMS 與 EDF 的可排程條件。兩者的條件性質不同（一個是充分條件、一個是充要條件），這題的數據刻意設計在會讓兩者結論分歧的位置。RMS 光靠界限測試不夠時，要畫時間軸實際驗證
- 第 3 題（10%）｜多層分頁與 TLB：64-bit 虛擬位址、頁面 32 KB、頁表條目 4 bytes、頁框號要 3 bytes 存。
- (a) 5%｜需要幾層分頁。考一頁能放幾個條目，由此決定每層能解析幾個位元
- (b) 5%｜TLB 命中率 80%、記憶體存取 100 ns、TLB 存取 10 ns 時的有效存取時間。TLB 失誤時要走幾次頁表，取決於 (a) 的答案——兩小題連動
- 第 4 題（5%）｜銀行家演算法：四個程序、四種資源，判斷是否存在安全序列
- 第 5 題（5%）｜inode 的最大檔案大小：區塊 4 KB、指標 8 bytes。標準的 12 個直接 + 單／雙／三重間接結構，陷阱是指標大小 8 bytes（很多人習慣 4 bytes）
數位邏輯考點
- 第 6 題（15%）｜循序電路：卷上給一張圖，含兩個反相器、一個 NAND 閘、一個 D flip-flop。
- (a) 6%｜寫出布林方程式，包含 next_state 函式與 output 函式
- (b) 4%｜輸入依序是 0, 0, 1, 1, 0, 1，初始 present_state 為 0，求輸出序列。要逐拍代入 (a) 的方程式，(a) 錯 (b) 就跟著錯
- (c) 5%｜最高操作頻率：D flip-flop 的 T_setup = 100 ps、T_clk-to-q = 100 ps、T_hold = 50 ps；反相器 50 ps、NAND 100 ps。考最小時脈週期由哪三段時間組成，以及要從圖上正確找出最長的組合邏輯路徑。hold time 也順便檢查，題目給了就是希望你提到
計算機組織考點
- 第 7 題（8%）｜SRAM 與 DRAM 在密度、功耗、成本、速度四個面向的比較。送分題，但四個面向都要寫到，功耗這一項要講出兩者耗電的來源不同
- 第 8 題（8%）｜雙埠對單埠記憶體：A 機用雙埠記憶體（指令與資料可同時存取）、B 機用單埠（有結構危障）；兩者理想 CPI 都是 1，B 的時脈比 A 快 1.05 倍，load 佔 40%。
- 考結構危障對 CPI 的影響。要把「時脈快一點」與「多出來的停頓」放在同一個式子裡權衡，不能只看單一項
- 第 9 題（7%）｜把
f = (i==j) ? g+h : g-h;翻成 MIPS 組語並說明執行流程。這是 Patterson & Hennessy 的 if-then-else 標準範例。MIPS 沒有條件搬移指令，要想清楚分支條件怎麼寫 - 第 10 題（6%）｜FP16 半精度（1 符號、5 指數、10 尾數，bias = 15）的表示，把 −5.0 與 +2.5 轉成 FP16。標準步驟：轉二進位 → 正規化 → 指數加 bias → 尾數去掉隱藏的 1。bias 是 15 不是 127，套錯單精度的參數是最常見的錯
- 第 11 題（6%）｜提出兩種提升快取頻寬的最佳化。注意題目問的是「頻寬」而不是命中率或命中時間，要先把快取最佳化手段依「改善的是哪一個指標」分類
這份考卷的難點
- 第 3(b) 題的 TLB 失誤成本跟第 (a) 小問連動。 多層頁表失誤時，每一層都要一次額外的記憶體存取，很多人只算一次。第一題錯第二題必錯。
- 第 2 題的利用率是刻意設計的邊界值。 要把 RMS 與 EDF 條件的「充分」與「充要」差別答出來，光寫結論沒寫理由會被扣分。
- 第 8 題要看出「單埠記憶體會對 load 造成結構危障」。 B 機時脈快聽起來有利，但停頓的代價要算進去才知道誰快。
- 第 11 題問的是「頻寬」不是「命中率」。 很多人會答「提高關聯度」「加大快取」，但那些改善的是失誤率，不是頻寬。
準備建議
- 中正硬體在 109、110 兩年連續考數位邏輯（109 年 25 分、110 年 15 分）。要會：flip-flop 的三個時序參數、最小時脈週期的組成、循序電路的 next_state／output 布林式與逐拍追蹤
- RMS 與 EDF 的可排程條件（第 2 題）：兩個界限都要背，並知道哪個是充分、哪個是充要
- 多層分頁 + TLB 的有效存取時間（第 3 題）：TLB 失誤時要走完每一層頁表
- SRAM 對 DRAM 的四象限比較（第 7 題）是送分題，但要四個面向都答到
- 快取最佳化要分清三個目標（第 11 題）：降低命中時間、降低失誤率、提升頻寬，各有哪些手段要能分類
- MIPS 的條件運算（第 9 題）：if-then-else 的標準寫法
- FP16 的參數（第 10 題）：1 符號、5 指數（bias 15）、10 尾數。近年 AI 應用讓 FP16／BF16／FP8 變成跨校新考點
- 110 年有三題單選與成大 112 年一字不差（page caching、磁碟排程只看尋道、Linux spinlock）。兩校的單選題庫可能有共同來源，值得交叉練習