106 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 106 年 2 月 10 日第 3 節，全卷 100 分、8 頁、31 題。不可使用計算機、請用答案卡作答。

交大複選題的計分是「不對稱倒扣」：答對一個選項只得 +1，答錯一個卻要 −2。卷上還舉了例子——四個選項中答案是 a、b，你選了 a、b、c，則「3 個選項正確 1 個錯誤，該題得 3 − 2 = 1 分」。

這代表每多勾一個沒把握的選項，期望值必須有 2/3 以上的把握才划算。 這是八校裡對「亂猜」懲罰最重的設計之一。

題組（21–31）是「全組全對才給分」：四個題組分別是 A（21–23）、B（24–25）、C（26–28）、D（29–31），組內錯一小題就整組 0 分。但題組不倒扣，所以每一小題都一定要作答。

OS 與計組的比重：計組約 50%（第 1–10、16、17 題與題組 A、B）、OS 約 45%（第 11–15、18 題與題組 C、D）、資訊安全 5%（第 19 題）。

複選題（1–20，80 分）

• 第 1 題（4%）｜位元組序無關的二進位表示：哪些物件在 little endian 與 big endian 下有相同的二進位表示。選項包含 2's complement 的 −1、C 的空指標、0xABBAABBA、IEEE754 的 −0.0。陷阱是 0xABBAABBA 看起來前後對稱——要逐「位元組」反轉來檢查，不是逐位元或逐字元
• 第 2 題（4%）｜MIPS 管線的錯誤敘述：四個敘述分別考管線暫存器的長度、管線時脈週期由什麼決定、例外處理與分支誤判的相似處、分離指令與資料記憶體是為了解決哪一種危障。最後一項最容易把危障種類記混
• 第 3 題（4%）｜MIPS 機器碼與程式追蹤：給一段從 8000 4000h 開始的迴圈。(a) beq 的機器碼、(b) j 的機器碼、(c)(d) 假設 $s1 = 5、$s2 = 6 時 $v0 的最終值與 beq 執行次數。要同時會算機器碼編碼與追蹤程式——beq 的位移相對於哪個 PC、j 的位址欄位怎麼截取是兩個最常算錯的地方
• 第 4 題（4%）｜1-bit 與 2-bit 分支預測器：實際結果為 T-N-T-N-N-T-N，兩個預測器都初始化為預測 taken。要寫出各自的預測序列，並算出同樣模式重複數千次時的準確率。「重複數千次」指的是穩態，要看預測器進入循環之後的表現，不是只算第一輪
• 第 5 題（4%）｜單週期與管線的週期時間：記憶體存取 200 ps、ALU 100 ps、暫存器讀寫 50 ps，只支援 R-type、lw、sw。要找出單週期的週期時間與管線的週期時間，再算出五道指令在兩種 CPU 上的執行時間。單週期看的是最慢的那道指令、管線看的是最慢的那一級
• 第 6 題（4%）｜效能與功耗綜合：四個敘述分別考管線化改善的是延遲還是吞吐量、CPI 受哪些因素影響、動態功耗與電壓、頻率的關係（時脈 1.5→2 GHz、電壓 1→1.25 V，是否超過 2 倍）、Amdahl 上限（87% 可平行、16 核，能否達 6 倍）。後兩項要實際算，不能憑感覺
• 第 7 題（4%）｜1 KB、4-way、64-byte 區塊的快取：先求出 set 數，再判斷給定存取序列的命中或失誤次數
• 第 8 題（4%）｜看 miss rate 曲線挑出平均讀取延遲 ≤ 某值的組態：快取讀取 X ms、磁碟讀取 Y ms、快取大小 Z MB。要從圖上讀出對應 Z 的 miss rate 再代入平均延遲公式。四個選項的 X 與 Y 比例相同，差別只在 Z 對應的 miss rate
• 第 9 題（4%）｜虛擬記憶體與頁表：四個敘述分別考虛擬記憶體的寫入策略、單層頁表大小（32-bit 位址、4 KB 頁、4 bytes/條目）、以及兩種 TLB／頁表／快取的命中組合是否可能發生。組合題的關鍵是 TLB 與頁表之間的包含關係
• 第 10 題（4%）｜RAID：四個敘述分別考 RAID 的整體目的、RAID 1、RAID 4 相對 RAID 3、RAID 6 相對 RAID 5。交大很愛把相鄰兩級 RAID 的優點對調，要能分清楚每一級是「相對於前一級改進了什麼」
• 第 11 題（4%）｜硬體中斷會造成哪些程序狀態轉移。要想清楚 I/O 完成的中斷直接影響哪個程序、間接又可能觸發什麼。別選課本狀態圖上不存在的轉移
• 第 12 題（4%）｜互動式系統的排程：四個敘述分別考互動式程序的 CPU burst 特性、CPU-bound 程序該給什麼優先權、I/O-bound 程序在 FCFS 下的處境、SJF 對等待時間的影響
• 第 13 題（4%）｜哪些操作至少涉及一次系統呼叫：讀檔案、複製字串、建立新程序、在螢幕上顯示視窗。判準是「這個操作需不需要核心提供的資源或服務」
• 第 14 題（4%）｜test-and-set 指令：四個敘述分別考它在多處理器下能否運作、能否在使用者空間實作、取不到鎖時是否浪費 CPU、硬體要保證什麼。「是否浪費 CPU」考的是忙碌等待的本質
• 第 15 題（4%）｜什麼會造成輾轉現象：降低多重程式規劃度、加大分頁檔、降低 CPU 時脈、拔掉一半的記憶體。要分清楚哪些是「成因」、哪些是「解法」、哪些根本無關
• 第 16 題（4%）｜Amdahl's Law：10% 時間在 I/O、90% 在 CPU，CPU 加速 100 倍，問整體加速落在哪個區間。直覺會高估，一定要代公式
• 第 17 題（4%）｜加大 RAM 對儲存子系統的影響：四個敘述涉及磁碟讀寫比例、隨機尋道、日誌式檔案系統的必要性、磁碟加密的開銷。要分清楚「快取能吸收的」與「快取無法取代的」
• 第 18 題（4%）｜哪些操作不需要實際搬動檔案資料區塊：同一分割區內搬移目錄、刪除檔案、搬到 USB、搬到不同分割區。判準是「只改中繼資料」還是「要真的複製資料」
• 第 19 題（4%）｜哪些屬於最小權限原則：防毒軟體、防火牆規則、滲透測試、系統更新、堆疊位址隨機化五選。這五項各自對應不同的安全原則（縱深防禦、攻擊面縮減、最小權限），要仔細分辨
• 第 20 題（4%）｜（OCR 未完整擷取）

題組（21–31，20 分）

• 題組 A（21–23，5%）｜五級管線的逐拍追蹤：給八道指令的序列與資料路徑圖。
• 第 21 題｜有 forwarding 與停頓機制時，第 7 個週期哪道指令在 IF 級
• 第 22 題｜同上，第 7 個週期哪道指令在 EXE 級
• 第 23 題｜只有停頓沒有 forwarding，且暫存器可同週期先寫後讀時，第 7 個週期哪道指令在 MEM 級
• 三小題要畫出兩張不同的管線時序圖（有／無 forwarding），錯一題整組 0 分
• 題組 B（24–25，5%）｜三層記憶體的資料傳輸時間：L1 區塊 16 words、L2 區塊 4 words、主記憶體 4-word 寬；存取時間 L1 2 ns、L2 20 ns、主記憶體 200 ns。
• 第 24 題｜L1 miss、L2 hit 時的總傳輸時間
• 第 25 題｜L1 miss、L2 miss、主記憶體 hit 時的總時間
• 陷阱是三層的區塊大小不一樣，要先想清楚填滿一個 L1 區塊需要從下層搬幾次
• 題組 C（26–28，5%）｜有界緩衝區的號誌初值：緩衝區可存 10 個項目，問 empty、full、mutex 三個號誌的初值，選項包含 0、1、−1、None of the above。先自己寫出初值再去對選項，不要被選項範圍牽著走
• 題組 D（29–31，5%）｜看 AES-256-CBC 加密程式回答：
• 第 29 題｜在 UNIX 下輸入 ./a.out ./a.out 會產生什麼檔名。考命令列參數的索引
• 第 30 題｜加密 163,900 bytes 的檔案時，第 49 行（write）會執行幾次。要從程式裡找出緩衝區大小，注意最後一塊不滿的情況
• 第 31 題｜加密 500 MB 檔案時哪一行會產生大量磁碟 I/O

這份考卷的難點

1. 不對稱倒扣讓「半懂」的題目極度危險。 答對一個選項 +1、答錯一個 −2，代表你對某選項的把握必須超過 2/3 才值得勾。第 9、10、14、19 題這類「四個敘述細節題」最容易失血。
2. 題組全對才給分，而題組 A 要畫兩張管線時序圖。 有 forwarding 與無 forwarding 的停頓位置完全不同，三個小題錯一題就 5 分全失。
3. 題組 C 的選項範圍很窄。 如果自己算出來的初值不在前幾個選項裡，要有把握選「None of the above」，猶豫的人容易整組歸零。
4. 第 9 題的 TLB／頁表／快取組合判斷：要從三者之間的包含關係推出哪些組合根本不會發生。這種「三者組合的可能性」判斷是交大反覆出現的考點。

準備建議

• 先算清楚交大的下注門檻。 答對 +1、答錯 −2 ⇒ 把握低於 67% 的選項一律不勾；但整題未作答不給分，所以每題至少要勾一個最有把握的選項
• 題組不倒扣但全對才給分，所以題組的每一小題都必須作答，而且要把整組當成一題來檢查
• 管線時序圖要練到能同時畫出「有 forwarding」與「無 forwarding」兩版（題組 A）。交大十年反覆考這個
• Amdahl's Law 在同一份卷子考了兩次（第 6 題的 16 核、第 16 題的 CPU 加速 100 倍）。要練到能快速代公式
• RAID 各級的差異要整理成對照表，每一級寫出「相對前一級改進了什麼」。交大會把相鄰兩級的優點對調
• TLB／頁表／快取三者的命中組合（第 9 題）要能判斷哪些組合不可能，交大之後幾年也反覆考
• 號誌初值（題組 C）是有界緩衝區的基本題，要能從「每個號誌代表什麼」推出初值，而不是背數字