113 中正資工所硬體考點分析｜國立中正大學

15 題單選裡有 6 題與 108–111 年一字不差。第 3 題與 106 年成大第 7 題同一道最大可接受頁錯誤率。

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 3 節，全卷 100 分、5 頁、6 大題。

題號	配分	主題
1	30%	十五個單選（每題 2 分）
2	10%	巢狀 fork + thread_create 的程序與執行緒數
3	10%	需求分頁的最大可接受頁錯誤率
4	20%	快取失誤的 3C 分類（兩種區塊大小）
5	15%	管線為何無法達到無限加速（CPI 與時脈兩方面）
6	15%	MIPS 迴圈的危障、插 NOP 與總週期數

中正硬體的單選題重複率極高：本卷 15 題中至少有 6 題與 108–111 年完全相同（非法位址、Linux 架構、SRTF 的問題、MLFQ 的時間分配、多層頁表的動機、清理髒頁、sandbox 模式）。

OS 與計組的比重：OS 50%（第 1、2、3 題）、計組 50%（第 4、5、6 題）。

第 1 題：十五個單選（30%）

(1)｜程序產生超出合法範圍的位址，立即結果是什麼——與 109 年第 1(7) 題一字不差
(2)｜控制器產生中斷時會發生什麼——要能描述中斷向量在這個流程裡的角色
(3)｜哪個最能描述 Linux 的架構——要能分辨單體式（monolithic）、微核心、模組化三者，以及 Linux 實際上是哪一種的混合。與 108 年第 1(9) 題一字不差
(4)｜單處理器時代就有、如今讓程式能在 SMP 上利用平行的是什麼技術
(5)｜FCFS 排程最大的問題——要能說出這個效應的名稱與成因
(6)｜SRTF 在實務上的根本困難——與 108 年第 1(7) 題一字不差；中央 112 年第 11 題也考過同一個觀念
(7)｜MLFQ 下 CPU 時間如何在各層之間分配——與 108 第 1(4)、109 第 1(9) 題一字不差，這是第三次出現
(8)｜為什麼要發展多層頁表——單層頁表的問題出在哪，要能講清楚。與 108 年第 1(3) 題一字不差
(9)｜為了避免磁碟存取而先花掉一些 CPU 週期，哪一種做法划算——關鍵是「哪一種頁被換出時不必寫回磁碟」。與 108 年第 1(5) 題一字不差
(10)｜什麼是 buddy system——要能說出它怎麼切割與合併區塊
(11)｜驗證使用者身分的方式中，哪個「不是」課本提過的——課本只列三種 something you ___，要能背出來
(12)｜什麼是沙箱（sandbox）模式——與 108 年第 1(10) 題一字不差
(13)｜檔案系統中的內部碎裂是什麼——要能把內部碎裂與外部碎裂各寫一句，選項就是拿兩者互換
(14)｜既然 LOOK 的尋道延遲最小，為何還要設計尋道時間更長的其他磁碟排程演算法——效能以外還有另一個目標
(15)｜哪些是網際網路的應用層協定——要能把 HTTP／FTP／SMTP／POP3 等協定歸到正確的層級

第 2 題：巢狀 fork 與執行緒（10%）

pid_t pid;
pid = fork();
if (pid == 0) {
    fork();
    thread_create(...);
}
fork();

(a)｜建立了幾個獨特的程序。要逐層畫出程序樹，並標出每個節點走的是哪一條分支。「created」算不算最初的父程序題目沒講清楚，作答時要說明自己的計算方式
(b)｜建立了幾個獨特的執行緒。thread_create() 被包在 if 區塊裡，要先數出「有哪些程序會走進那個區塊」；另外要說明算不算每個程序原本的主執行緒
陷阱：if 裡面的 fork() 產生的子程序，也會繼續往下執行 thread_create，容易漏算

第 3 題：最大可接受頁錯誤率（10%）

頁表放在暫存器中、頁錯誤服務時間 8 ms（乾淨）或 20 ms（髒）、70% 的被換出頁是髒的、記憶體存取 100 ns，要求有效存取時間 ≤ 200 ns。

考有效存取時間的公式，並反求頁錯誤率的上限
先把兩種頁錯誤服務時間依比例加權，再代入不等式。ms 與 ns 差了六個數量級，單位要統一

這題與成大 106 年第 7 題一字不差——兩校共用同一道 Silberschatz 習題。

第 4 題：快取失誤的 3C 分類（20%）

字位址序列：18, 121, 26, 123, 168, 169, 126, 68, 85, 89（10 個）。

(a) 10%｜直接對映、10 個區塊、每區塊 1 word。要對每個存取標出是 命中／強制失誤／衝突失誤／容量失誤 之一
(b) 10%｜每區塊改成 10 words，再做一次
區塊數是 10 而不是 2 的冪，index 要用除法與取餘數算。(b) 要先把字位址換成區塊號再取 index
這題的精髓是「加大區塊利用了空間區域性，但也可能製造新的衝突」，兩種效應同時發生，必須逐一追蹤
與 111 年第 6 題題型完全相同，只換位址序列

第 5 題：管線為何無法無限加速（15%）

CPU 執行時間 = IC × CPI × 時脈週期。N 級管線理想加速比是 N，但 N → ∞ 時無法達到無限加速。

(a)｜分別說明管線如何透過「CPI」與「時脈週期」影響效能（指令數不變）
(b)｜列出兩個與「CPI」相關、阻止無限加速的因素
(c)｜列出兩個與「時脈週期」相關的因素
分類要對：每個因素要歸到正確的那一項（CPI 還是時脈週期），歸錯就答不到點上。可以從危障與管線暫存器／各級切割兩個方向去想

第 6 題：MIPS 迴圈的危障與 NOP（15%）

LOOP: lw   $t0, -4($s0)      # $s0 初值 400
      sw   $t0, 996($s0)
      addi $s0, $s0, -4
      bne  $s0, $zero, LOOP
      trap

(a)｜找出所有管線危障（五級 IF/ID/EXE/MEM/WB）。資料危障與控制危障都要找
(b)｜無任何危障硬體（無互鎖、無預測、無 forwarding）時，在不改變指令順序的前提下插入最少的 NOP。NOP 數取決於「暫存器檔能不能同週期先寫後讀」與「分支在哪一級解析」，作答時要註明假設
(c)｜執行 (b) 的程式碼共需幾個週期（到 trap 完成 WB 為止）。要先算出迴圈跑幾次，再把 (b) 插的 NOP 一起算進去，最後別忘了管線填滿與排空的週期

這份考卷的難點

第 4 題要對同一組位址做兩次完整的 3C 分類。 區塊大小改變之後，有些原本失誤的會變成命中、有些原本不衝突的反而開始撞，必須逐一追蹤。
第 6(c) 題要先算出迴圈跑幾次。 $s0 從 400 開始每次減 4、到 0 為止——邊界要算清楚，差一的錯誤在這裡特別常見。
第 5 題要分別從 CPI 與時脈週期兩個方向回答，而且各要兩個因素，分類錯了就沒分。
第 2 題的 fork 樹：thread_create 也在 if 區塊裡，要看清楚有哪些程序會執行到它。

準備建議

中正硬體的單選題庫重複率極高。 113 年 15 題裡至少 6 題與 108–111 年完全相同。把 108–112 的所有單選題整理成一份題庫背熟，113 年的 30 分先拿一半
第 3 題與成大 106 年第 7 題一字不差——兩校共用 Silberschatz 的習題。這代表課本習題本身就是最好的考古題
快取失誤的 3C 分類（第 4 題）是中正連兩年的考點（111 年第 6 題、113 年第 4 題）。要練到能：算 index → 追蹤命中失誤 → 判斷是強制、容量還是衝突
管線無法無限加速的理由（第 5 題）要能分成 CPI 類與時脈週期類
插 NOP 的規則（第 6 題）：要清楚 NOP 數跟哪些假設有關，而且要先算出迴圈次數才能算總週期
中正十年無倒扣，選擇題全部都要猜完

113 中正資工所硬體考點分析