109 中央資工所硬體考點分析

題型與配分

所別「資工類」，科目：作業系統與計算機組織，全卷 100 分、6 頁、20 題。本科考試禁用計算器。

90 分逐選項倒扣，是中央硬體十年來比重最高的一年。 卷面首次把計分講得非常明確：「每答對一個選項得一分、答錯一個選項倒扣一分」——也就是一題五個選項就是五個獨立的是非題，全卷實際上是 90 個獨立判斷。

第 13、14 題問的是「which are NOT true」。在逐選項倒扣下，讀漏 NOT 不只是這一題歸零，而是五個選項全反 ⇒ 直接 −5 分。中央十年只有這一年用反問句式。

OS 與計組的比重：OS 40%（第 3–12 題）、計組 55%（第 1、2、13–20 題）、計算機網路 5%（第 12 題）。這一年的切分同樣乾淨：前半 OS、後半計組。

單選題（1–2）

• 第 1 題（5%）｜管線化的加速比：未管線化時脈 9 ns，ALU 4 cycles 佔 30%、branch 5 cycles 佔 30%、memory 5 cycles 佔 40%；管線化後時脈多 1 ns、理想 CPI = 1。五個選項彼此只差 0.1，時脈的變化與平均 CPI 都要算準，四捨五入的時機也要小心
• 第 2 題（5%）｜直接對映快取的標籤位元數：4 KB 快取、block 4 bytes、32-bit 位址。標準的位址拆解題。111 年第 2 題把它換成 16 KB、2-way 再考一次

作業系統考點（3–12）

• 第 3 題（5%）｜虛擬機下哪些指令屬於敏感指令：設定計時器、讀時鐘、清記憶體、發出 trap、關中斷。要先掌握「敏感指令」的定義，再逐一判斷每個操作有沒有碰到系統的全域狀態
• 第 4 題（5%）｜哪些排程演算法會造成飢餓：FCFS、SJF、Priority、RR、WFQ。與 106 年第 9 題幾乎相同，只是把選項 (E) 從「None」換成「Weighted fair queueing」——多出來的 WFQ 要想清楚它的設計目的
• 第 5 題（5%）｜計數號誌（counting semaphore）——涵蓋 它的本質型別、透過幾個標準操作存取、能不能被多執行緒同時修改、能不能控制臨界區、操作的原子性。其中有一個數字、一個方向被動過手腳
• 第 6 題（5%）｜many-to-many 模型的效能：與 108 年第 14 題一字不差
• 第 7 題（5%）｜LRU／FIFO／Optimal 的頁錯誤數：三個頁框、21 個頁號的參考串。與 108 年第 16 題是同一題換參考串（108 是 20 個頁號），選項一樣要自己配對數字與演算法
• 第 8 題（5%）｜一般使用者不會主動察覺什麼：資源配置、互動性、連續性、回應性四選。考的是 OS 對使用者隱藏了什麼、又對使用者承諾了什麼
• 第 9 題（5%）｜TLB、頁表大小與排程——涵蓋 多層頁表與 TLB 的關係、頁面大小與線性頁表大小的關係、時間片拉長後 RR 會趨近哪一種排程、SJF 有沒有可搶占的版本。這一題的敘述讀起來都很順，要逐項確認，不能因為「太順」就懷疑，也不能因為順就全勾
• 第 10 題（5%）｜多工、程序狀態與位址——涵蓋 單使用者系統需不需要多工、I/O 完成後的 blocked 程序回到哪一個狀態、32-bit 實體位址配 4 KB 頁時頁框號佔幾個位元、虛擬頁數與實體頁數是否相同。第二項是程序狀態圖最常被記錯的一條轉換
• 第 11 題（5%）｜頁表存取次數與死結——涵蓋 二層頁表在沒有 TLB 時取一道指令共要幾次記憶體存取、unsafe 狀態的意涵、銀行家演算法屬於哪一類手法、wait-for graph 的用途。unsafe 與 deadlock 的關係在 106 年第 13 題、110 年第 13 題也考過，中央十年考三次
• 第 12 題（5%）｜IPv6——涵蓋 IPv6 與 IPv4 標頭長度的倍數關係、IPv6 支不支援廣播、IPsec 在規格中是選用還是強制、路由器能不能分割 IPv6 封包。標頭長度那一項要記得兩個版本各是幾 bytes

計算機組織考點（13–20）

• 第 13 題（5%）｜單週期對多週期，但問的是「哪些不成立」——這題與 106 年第 2 題是同一組敘述，只是把問法從「true」翻成「NOT true」。兩個關鍵判斷點：單週期的時脈由哪一條路徑決定、功能單元能不能在一道指令內重複使用。問法翻轉時最容易整題勾反
• 第 14 題（5%）｜快取寫入策略與危障，問的是「哪些不成立」——涵蓋 write-back 的讀取失誤會不會引發寫入、write-through 需不需要寫入緩衝區、哪一種相依能用暫存器重新命名解決、分散式共享記憶體與非均勻存取的關係。重新命名能消除哪些相依這一條在 110 年第 9 題、111 年第 14 題又各考一次
• 第 15 題（5%）｜動態排程與多核趨勢——涵蓋 分離指令與資料快取主要減少哪一種危障、RISC 是否已經過時、推動單晶片多處理器的物理限制。最後那一項就是 power wall 的論述，值得整段讀熟
• 第 16 題（5%）｜虛擬記憶體——涵蓋 位址轉換的輸出是什麼、TLB 失誤之後還有沒有機會找到對映、虛擬頁號與實體頁框號的位元數必不必須相等、切換程序時 OS 要保證什麼。有兩個選項用了同一個偷換手法，看出一個就能看出另一個
• 第 17 題（5%）｜MIPS CPU 設計——涵蓋 forwarding 能解決 RAW 到什麼程度、分支預測針對的是哪一種危障、管線改善的是吞吐量還是單一指令的完成時間、beq 的分支目標位址何時算得出來、管線對「同時執行中的指令數」的影響。管線改善什麼這一條在 107 年第 14 題、112 年第 4 題也考過，中央十年考三次
• 第 18 題（5%）｜MIPS 的程序呼叫慣例——涵蓋 stack frame 的定義、frame pointer 與 stack pointer 各指向哪裡、堆疊溢位的判準、返回時該用哪一道指令、beq 第三個運算元的型別。被動手腳的地方都是「一對相近的東西互換」，要把每一對都分清楚
• 第 19 題（5%）｜記憶體與快取——涵蓋 時間區域性與空間區域性的定義、加大區塊利用的是哪一種區域性、write-through 需不需要 dirty bit、關聯度對快取利用率與失誤率的影響。兩種區域性的定義互換這個手法在 110 年第 2 題原樣再考一次
• 第 20 題（5%）｜管線與平行化——涵蓋 迴圈展開的真正目的、暫存器重新命名要消除的是哪幾種相依、VLIW 的一道寬指令裡放的是相依還是獨立的運算、超純量與靜態多重發射各由誰做決策。有幾項是把「目的」換成一個聽起來合理但無關的說法

這份考卷的難點

1. 兩題「NOT true」放在逐選項倒扣的規則下，是十年來最危險的設計。 第 13、14 題各 5 分，讀漏 NOT 就是把五個判斷全部反過來 ⇒ 兩題合計可能直接 −10 分。
2. 第 9、17、19、20 題都是細節敘述題，考的全是課本正文裡一句話帶過的定義（frame pointer 指哪裡、VLIW 的寬指令放什麼、write-through 的控制位元）。這種題目沒有推導空間，背不熟就是逐選項扣分。
3. 第 7 題的三種置換演算法要在 21 個頁號上各跑一次，而且選項刻意把數字與演算法打散，必須三種都算完才能判斷哪幾個選項對。
4. 第 1 題五個選項只差 0.1，在禁用計算器下要手算，任何一步的四捨五入都會落到相鄰的錯誤選項。

準備建議

• 109 是中央硬體「觀念敘述題」比重最高的一年，20 題裡有 12 題是純敘述判斷。準備方式應該是把 Patterson & Hennessy 與 Silberschatz 的每章重點整理成「真／假敘述卡」，而不是狂做計算題
• 看到 NOT 先圈起來。 第 13、14 題的敘述本身在 106 年第 2 題、其他年度都出現過，中央會把同一組敘述換成反問句再考一次
• 與 108 年高度重疊：第 6 題 = 108 第 14 題（一字不差）、第 7 題 = 108 第 16 題（換參考串）。108 與 109 兩份一起練
• 十年反覆出現的幾組陷阱敘述建議整理成對照卡：
• 時間區域性與空間區域性的定義（109 第 19 題、110 第 2 題）
• 管線改善的是吞吐量還是單指令延遲（107 第 14 題、109 第 17 題）
• unsafe 狀態與死結的關係（106 第 13 題、109 第 11 題）
• 頁表與 TLB 的角色（108 第 6 題）
• 各種寫入策略需要哪些控制位元（109 第 19 題）
• 逐選項倒扣佔 90 分，代表每個選項都要獨立判斷、不能用「這題大概選 BCD」的整題直覺。沒把握的選項就空著，空白是 0 分、答錯是 −1 分