師大資工所硬體考古題六年大統整（110–115）
一句話總結：師大硬體是一份「不倒扣、全申論、OS 與計組精準對半」的卷子——形式六年幾乎沒變，但同一個考點會換個問法一考再考，磁碟排程、fork() 程序計數、load-use 危障、Amdahl 定律、MIPS 迴圈全都考過至少兩次。
科目基本資料
科目名稱：計算機系統，適用系所：資訊工程學系，110–115 共六個年度。
| 年度 | 頁數 | 大題數 | OS | 計組 | 特色 |
|---|---|---|---|---|---|
| 110 | 2 | 8 | 45 | 55 | 六年唯一有選擇題的一份（最後 20 分） |
| 111 | 2 | 11 | 50 | 50 | 題數多、單題小分（最小 3 分） |
| 112 | 2 | 8 | 50 | 50 | 第 2 題一次要畫四張甘特圖 |
| 113 | 2 | 9 | 50 | 50 | 前四題全 OS、後五題全計組 |
| 114 | 3 | 12 | 50 | 50 | 六年唯一出現「全對才給分」的複選 |
| 115 | 4 | 9 | 50 | 50 | 記憶體 hex dump 獨佔一整頁 |
111 年起連續五年，OS 與計算機組織精準各佔 50 分，一分不差。 這與師大數學考科「線代 50 ＋ 離散 50 精準對半」是同一種出題習慣。⇒ 兩邊都要準備，押單邊等於直接放棄一半分數。
作答規定：六年不變，而且從來沒有倒扣
卷首的注意事項六年一字未改：
「1. 請依序在答案卷上作答，並標明題號，不必抄題。 2. 答案必須寫在指定作答區內，否則依規定扣分。」
| 項目 | 師大的規定 |
|---|---|
| 答錯倒扣 | 六年完全沒有 |
| 作答方式 | 一律寫在答案卷（110 年的選擇題也是寫在答案卷，不是劃卡） |
| 抄題 | 不必 |
| 「依規定扣分」指的是 | 答案寫錯作答區的格式扣分，不是答錯倒扣 |
結論：每一格都要寫。 師大沒有任何「空白比較好」的情境——不會寫也要把相關公式、定義、能想到的步驟寫上去，申論題本來就給部分分。
114 年是唯一的例外情境：第 3、4、6、7 題是複選題，明寫 「Points will only be given if all the correct statement(s) were picked」 ⇒ 全對才給分、但仍然沒有倒扣。這 28 分一定要勾，而且要勾滿。
題型演變
| 年度 | 選擇題 | 申論／計算 | 畫圖題 |
|---|---|---|---|
| 110 | 20% | 80% | 甘特圖、頁框表 |
| 111 | 0% | 100% | 管線時序圖 |
| 112 | 0% | 100% | 程序狀態圖 ＋ 四張甘特圖 |
| 113 | 0% | 100% | 程序狀態圖、管線時序圖 |
| 114 | 28%（複選） | 72% | 程序樹、管線時序圖 |
| 115 | 0% | 100% | 甘特圖 |
師大硬體基本上是一份「動筆的卷子」。 六年裡有四年一題選擇都沒有，110 年的選擇題也只有 20 分、而且還是寫在答案卷上。⇒ 準備時千萬不要只做選擇題的題庫，要真的把甘特圖、頁框表、管線時序圖、程序樹畫出來。
重複出題清單
師大的重複率很高，而且手法固定：同一個考點換一個問法再考一次。
| 考點 | 出現年度 | 怎麼換問法 |
|---|---|---|
| Amdahl 定律 | 110（3）、111（8）、114（10） | 110 用「循序比例 S」寫公式 → 111 改問「能不能做到 4 倍」（要先判斷可行性再動筆）→ 114 改用「可平行比例 P」再寫一次公式 |
| 磁碟排程 FCFS + SSTF | 110（4）、111（4） | 同一個模子換數字，連「給一個用不到的『前一個請求位置』」這個干擾條件都一樣 |
fork() 程序計數 | 111（2）、114（1） | 111 是純迴圈 → 114 加上 if (fork() == 0) 分支，不能再套公式 |
| 程序狀態圖 | 112（1a）、113（1a） | 兩年的題目敘述幾乎一字不差 |
| 管線資料危障 | 111（10）、112（7）、113（6）、114（9） | 111 問 forwarding 概念 → 112 問無 forwarding 要插幾個 NOP → 113 問無 forwarding 共幾個週期 → 114 問哪些相依會停頓 |
| load-use hazard | 111（10b）、114（9b） | 兩年都要指出哪一種相依是 forwarding 也救不了的 |
| MIPS 迴圈 | 113（8）、114（12） | 113 問「執行了幾道指令」（以 N 表示）→ 114 問「$s2 最終是多少」，兩年的迴圈骨架相同 |
| 快取參數換算 | 110（6）、112（8）、113（5）、114（8）、115（9） | 六年出現五次：解釋三種對映 → 算命中率 → 反推關聯度 K → 算總 tag 位元 → 算總位元數 |
| 頁面置換模擬 | 110（5）、112（3） | 110 考 FIFO + LRU、112 考 LRU 並要求逐步列出頁框 |
| 排程甘特圖 | 110（2）、112（2）、114（5）、115（3） | FCFS／SJF／RR／MLFQ 四種都考過，112 年一次考四種 |
| 時脈率反推 | 112（4）、113（7）、115（5） | 112 算 B 機時脈 → 113 比三顆處理器誰快 → 115 算「時間減 20%、CPI 增 20%」後的新時脈 |
| 位址轉換 | 111（3）、115（4） | 111 是分段（要檢查長度）→ 115 是兩層分頁（要讀 hex dump） |
| 進位／數字表示 | 110（8-1）、111（5）、112（5、6）、114（11） | 無號二進位、hex 轉二進位、IEEE-754、二補數，四年出現五次 |
主題出現年度一覽
作業系統
| 主題 | 出現年度 |
|---|---|
| 排程（FCFS／SJF／RR／MLFQ） | 110、112、114、115 |
| 程序狀態圖 | 112、113 |
fork() 程序計數 | 111、114 |
| 系統呼叫傳遞參數 | 110 |
| 使用者模式與核心模式 | 111、115 |
| 磁碟排程 | 110、111 |
| 頁面置換 | 110、112 |
| 位址轉換（分段／分頁） | 111、115 |
| TLB 與 EAT | 113 |
| 多層分頁的層數 | 113 |
| 臨界區、busy waiting、號誌 | 112、113、114 |
| 短期／長期排程器 | 113 |
| zombie process | 114 |
| 檔案系統、inode | 114、115 |
計算機組織
| 主題 | 出現年度 |
|---|---|
| 快取（對映方式／命中率／tag 位元／總位元） | 110、112、113、114、115 |
| 管線危障與 forwarding | 110、111、112、113、114 |
| 效能公式（CPI／時脈率／每秒指令數） | 110、112、113、115 |
| Amdahl 定律 | 110、111、114 |
| 數字表示（二進位／hex／IEEE-754／二補數） | 110、111、112、114 |
| MIPS 指令與迴圈 | 113、114、115 |
| 分支目標位址計算 | 113 |
| MIPS 位移與邏輯運算 | 115 |
| 單週期資料路徑的關鍵路徑 | 115 |
| 乘除法硬體 | 115 |
| 可用度（MTTF／MTTR） | 111 |
| 儲存程式概念 | 111 |
| 多核心與 power wall | 111 |
| write-back 與全相聯快取 | 111 |
必守的主題
時間只夠準備五件事的話，就是這五件：
- 快取的各種換算。 六年出現五次，是師大硬體出現頻率最高的單一主題。 要能從容量、區塊大小、關聯度一路推到 offset、index、tag 與總位元數，而且要能反著走（113 年就是給你欄位範圍去反推關聯度 K）。
- 管線資料危障與 forwarding。 111–114 連四年，每年換一個問法。 必備兩張圖：(a) forwarding 的資料從哪些管線暫存器接回 EX 的輸入、(b) load-use 危障的時序。無 forwarding 時要插幾個 NOP 取決於相依距離與暫存器檔的讀寫時序，作答時務必註明「暫存器檔是否前半週期寫、後半週期讀」這個假設。
- 四種排程演算法的甘特圖。 FCFS、SJF、RR、MLFQ 都考過，112 年一次要四張。三個最容易出錯的細節：(a) CPU 閒置的空窗要畫出來、(b) RR 中「時間量用完者」與「同一時刻新到達者」誰先進佇列要先定好慣例、(c) MLFQ 的規則各課本不同，一定要先寫出你採用的假設。
fork()程序樹。 純迴圈可以套通式；一旦出現if (fork() == 0)就必須畫樹，逐一追蹤每個程序的回傳值決定它走哪一條分支。- Amdahl 定律的兩種變數與三種問法。 題目有時用循序比例、有時用可平行比例，兩種寫法都要熟。還要會「判斷做不到」那一型（111 年第 8 題），要先想到加速比有沒有上限。
其次值得投資的： 磁碟排程的 FCFS/SSTF 距離（110、111 連兩年）、IEEE-754 的 1|8|23、MIPS 各指令的立即數擴展規則（零擴展或符號擴展）、分支目標位址的計算、程序狀態圖的各條轉換。
給 116 年考生的策略
- 這是一份「寫得出來就有分」的卷子。 六年零倒扣、全申論、不必抄題。⇒ 最大的失分來源不是答錯，是「來不及寫」與「空白」。不會算的計算題也要把公式、已知條件、思路寫上去。
- OS 與計組各 50 分，五年沒變過。 兩科的準備時間應該對半分。若你的計組比較弱，至少要保住快取換算、管線危障、效能公式這三塊 30 分。
- 題數在增加、單題配分在下降。 110 年是 8 大題（單題最高 20 分），114 年已經是 12 大題（單題最低 5 分）。⇒ 「廣度」比「深度」重要。每個主題都要能寫出三到五句正確內容，沒有任何一題需要鑽到極深。
- 要真的動筆練畫圖。 程序狀態圖、甘特圖、頁框表、管線時序圖、程序樹——這五種圖在六年裡出現超過十五次。光看解答不動筆，考場上畫的速度一定不夠。
- 注意 115 年拉長到 4 頁、出現了 OSTEP 風格的 hex dump 題。 這是六年來難度的一次跳升。116 年若延續，要能在雜訊裡精準定位位元組——建議直接拿 OSTEP 分頁章節的作業練幾輪，先弄清楚題目對 PTE 格式（valid 位元在哪一位）的定義。
- 簡答題要抓關鍵字不要抓字數。 115 年第 1、2 題各 10 分卻限制「一到兩句」。⇒ 平時整理定義時就要整理成「關鍵字清單」而不是段落（例：一個名詞的定義整理成三四個關鍵字，而不是一整段敘述）。
- 重複出題的比例很高，六年考古題全部做過一遍是最有效率的準備。 師大只有六年、每年 2–4 頁，總量是八校裡最小的——全部做完兩輪的時間成本很低，投報率極高。
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