107 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 107 年 2 月 2 日第 3 節，全卷 100 分、8 頁、33 題。不可使用計算機、請使用答案卡作答。

與 106 年完全相同的不對稱倒扣：答對一個選項 +1、答錯一個 −2。把握低於 2/3 的選項不要勾。

題組比 106 年多了一個小題：A（21–23）、B（24–27，四小題）、C（28–30）、D（31–33）。小題越多，整組全對的難度越高。

OS 與計組的比重：計組約 50%（第 1–10 題與題組 A、B）、OS 約 35%（第 11–16、20 題與題組 C）、資訊安全 15%（第 17、18、19 題與題組 D）。107 年的資安比重是十年最高。

複選題（1–20，80 分）

• 第 1 題（4%）｜高階語言、組語、機器語言、編譯器、組譯器：四個敘述考各層語言的可攜性與編譯器、組譯器各自的輸入輸出。編譯器與組譯器的角色最容易被對調
• 第 2 題（4%）｜電腦的五大經典元件（input、output、memory、datapath、control）：四個敘述考處理器對應哪幾個元件、哪個元件真正做運算、軟體算不算元件、觸控螢幕的角色。「處理器」在五大元件裡的定位是這題的陷阱
• 第 3 題（4%）｜效能的表示法：回應時間與吞吐量的單位、個別使用者與資料中心管理者各自在意什麼、增加 CPU 對回應時間的影響
• 第 4 題（4%）｜記憶體階層：四個敘述考多層階層的目的、區塊化利用的是哪一種區域性、快取是否越大越好、快取由誰控制。「越大越好」要從命中時間的角度反駁或支持
• 第 5 題（4%）｜記憶體系統設計：四個敘述考各層是否都是隨機存取、虛擬記憶體下實體記憶體由誰管理、暫存器配置由誰決定、快取變大時關聯度怎麼調整。每一項都是「主詞換掉一個」的陷阱
• 第 6 題（4%）｜單週期資料路徑的執行時間：各邏輯區塊延遲為 I-mem 100／Add 50／Regs 30／ALU 50／Sign-extend 10／D-mem 120 ps，要算 beq、R-type、lw 各自經過的關鍵路徑，以及支援三者的最小週期。關鍵是每道指令到底經過哪幾個方塊——beq 的路徑是否包含加法器與 ALU 並行、lw 是否要兩次存取暫存器檔，都要看圖判斷
• 第 7 題（4%）｜beq 與 j 的跳躍範圍：PC 目前是 0x00000040，要逐一判斷四個目標位址用 beq 或 j 能不能到達。beq 的位移範圍與 j 的「區段限制」是兩種完全不同的限制
• 第 8 題（4%）｜IEEE754 單精度表示：四個敘述考負數的指數偏移、指數過小時的非正規化、最小正正規化數、最小正非正規化數。最後一項最常算錯——非正規化數的指數與尾數要一起看
• 第 9 題（4%）｜分支預測失敗造成的額外 CPI：R-type 50%、beq 25%、lw/sw 25%，預測準確率 20%。分別問分支在 MEM 級與 ID 級修正時的額外 CPI。題目給的是準確率不是誤判率，別直接代進去；罰則拍數由修正所在的級數決定
• 第 10 題（4%）｜靜態 2-issue 的迴圈展開與暫存器重新命名：原程式每次 addi $s1,$s1,-4（位址遞減），展開 3 份後把指標更新提到最前面，問後續 load/store 的位移與加速比。陷阱有兩個：指標先更新之後位移要怎麼調整，以及加速比要以「每次迭代的週期數」比較，不是直接比兩段程式的週期數
• 第 11 題（4%）｜執行緒模型的反推：從「CPU 增加時執行時間下降」「同步 I/O 阻塞所有執行緒」等現象反推是哪種執行緒模型。要知道 many-to-one 與 one-to-one 各自的典型症狀
• 第 12 題（4%）｜三種程序狀態：四個敘述考排程器從哪個狀態挑程序、哪條轉移代表可搶占、哪條轉移需要上下文切換、系統呼叫是否必然進入 waiting
• 第 13 題（4%）｜哪些動作需要「政策」：挑選下一個執行的程序、決定 I/O 服務順序、找出犧牲頁、查中斷向量表。考政策（policy）與機制（mechanism）的區分
• 第 14 題（4%）｜FIFO 排程的主要問題。「會不會造成飢餓」是這題最容易答錯的一項，要想清楚飢餓的定義
• 第 15 題（4%）｜死結避免的可能後果。要分清楚避免（avoidance）與復原（recovery）各自會帶來的副作用
• 第 16 題（4%）｜分頁與 TLB：四個敘述考 64-bit 位址需要幾層分頁、反轉頁表在空間與時間上的取捨、first-fit／best-fit 造成哪一種碎裂、TLB 的結構。反轉頁表那一項是把取捨方向對調的經典陷阱
• 第 17 題（4%）｜資訊安全：四個敘述考埠掃描的定位、特洛伊木馬的定義、數位憑證由誰簽署、MAC 需不需要金鑰
• 第 18 題（4%）｜密碼學：四個敘述考 DES、AES、RC4 的分類（對稱／非對稱、區塊／串流是兩個不同的維度）、非對稱加密的金鑰保密性、UNIX 密碼檔存什麼
• 第 19 題（4%）｜緩衝區溢位：char buffer[256] 配上 strcpy(buffer, argv[1])。四個敘述考漏洞成因、能否覆寫返回位址、改用 strncpy() 之後的差異
• 第 20 題（4%）｜綜合：頁錯誤率與頁框數的關係、RAID 0 的重建、系統呼叫如何切換模式、輾轉發生前 CPU 使用率的變化。RAID 0 那一項要想清楚它有沒有冗餘

題組（21–33，20 分）

• 題組 A（21–23，5%）｜三層記憶體的位址拆解與 AMAT：32-bit 位元組定址虛擬空間、實體記憶體 2 GB、頁框 4 KB；L2 為 512 KB 4-way、區塊 64 B；L1 為 32 KB 直接對映、區塊 32 B。
• 第 21 題｜頁數與頁框數。虛擬與實體位址的位元數不同，別用同一個數去除
• 第 22 題｜L2 實體定址的 tag、index、offset 位元數。tag 要從實體位址的寬度扣，不是 32 位元
• 第 23 題｜L1 1 ns、L2 5 ns、主記憶體 300 ns，區域失誤率 20%、5%、0%，求 AMAT。題目給的是區域失誤率，代公式時要用巢狀的形式
• 題組 B（24–27，5%）｜forwarding 控制訊號的四個值：程式為 add $2,$10,$11 → add $1,$12,$13 → add $1,$1,$2 → sub $3,$1,$2。
• 第 24、25 題｜第 3 道指令在 EX 級時的 fwdA 與 fwdB
• 第 26、27 題｜第 4 道指令在 EX 級時的 fwdA 與 fwdB
• 四小題全對才 5 分。要逐一算出每個來源暫存器是由前幾道指令寫的，並把 forwarding 多工器的編碼背熟。$1 被連續寫了兩次，要確認轉送的是最新的那一個
• 題組 C（28–30，5%）｜閱覽室的號誌實作：10 個學生、4 個座位，用 S1 與 S2 兩個號誌與一個 seat[4] 陣列，問 S1 的初值 X、找到座位後的敘述 Y、離開時的敘述 Z。這是把有界緩衝區換皮成閱覽室，先判斷 S1、S2 各自扮演「計數」還是「互斥」的角色，三小題就能一致地推出來
• 題組 D（31–33，5%）｜RSA 與數位簽章：給 Allen 的 RSA 公私鑰 Kpa/Ksa、一次性 AES 金鑰 Kda，Bob 的 Kpb/Ksb。第 31 題問「只要認證、要傳大檔案 M，最好的方式」——「只要認證」與「大檔案」兩個條件都要用上，要考慮用哪把金鑰、對什麼東西做運算最有效率

這份考卷的難點

1. 不對稱倒扣加上大量「四個細節敘述」的題目。 第 16、17、18、20 題都是「四個敘述裡兩三個為真」，而且錯誤選項都寫得很像真的。答錯一個 −2 分，等於抵掉兩個答對。
2. 題組 B 有四個小題且全對才給分。 要同時判斷四道指令之間的相依距離，並把 forwarding 編碼寫對。「距離夠遠、已經寫回暫存器檔」的情況最容易被誤填。
3. 第 10 題的迴圈展開要看出「位址遞減」的方向。 指標更新提前之後，後續位移的正負號與大小都要重新推。方向搞反就四個選項都選錯。
4. 第 8 題的最小非正規化數是 IEEE754 最常被答錯的一格，要同時考慮指數欄位與尾數欄位的最小值。

準備建議

• 交大硬體的資安比重在 107 年達到十年最高（第 17、18、19 題與題組 D，合計 17 分）。對稱／非對稱加密、MAC、數位簽章、緩衝區溢位、埠掃描這幾塊要準備
• forwarding 控制訊號的編碼（題組 B）要背熟。106、107 連兩年考，之後也反覆出現
• AMAT 的多層計算（題組 A 第 23 題）要分清區域失誤率與全域失誤率，兩種給法代公式的方式不同
• 分支修正級數與額外 CPI 的關係（第 9 題）：要能從「在哪一級修正」推出罰則拍數，並分清楚題目給的是準確率還是誤判率
• IEEE754 的四個邊界值要能自己推出：最大正規化、最小正正規化、最大非正規化、最小正非正規化
• 號誌配對的通式（題組 C）：計數號誌與互斥號誌的 wait／signal 順序要想清楚，順序錯了會死結
• 複選題把握低於 2/3 就不要勾，但每題至少勾一個（整題未作答不給分）；題組不倒扣，每一小題都要作答