110 中華郵政招考專業職(一) 電子修護 中華郵政專業職(一) (電腦概論) 考古題詳解

核心觀念

本題考查三組儲存與主機板基礎架構：

1. 北橋、南橋在主機板晶片組中的分工。
2. SAN 與 NAS 的儲存服務架構及存取方式。
3. RAID 的目的，以及 RAID 0、RAID 1 的資料配置、效能、容量與容錯差異。

（一）北橋晶片與南橋晶片

1. 北橋晶片

北橋晶片（Northbridge）負責連接處理器與高速周邊，主要作用包括：

• 連接 CPU 與主記憶體，管理記憶體控制。
• 連接高速擴充匯流排，例如 PCI Express 顯示卡介面。
• 協調 CPU、主記憶體與高速周邊之間的資料傳輸。
• 決定主機板支援的處理器、記憶體規格及部分匯流排速度。

由於北橋所處理的資料傳輸速度較高，因此通常位於靠近 CPU 的位置。

2. 南橋晶片

南橋晶片（Southbridge）負責連接速度較低、數量較多的輸入輸出裝置，主要作用包括：

• 管理硬碟與儲存介面，例如 SATA、IDE。
• 管理 USB、音效、網路及部分 PCI 匯流排。
• 提供鍵盤、滑鼠、印表機等周邊裝置的輸入輸出控制。
• 負責 BIOS、實時時鐘及電源管理等主機板功能。

3. 北橋與南橋的差異

傳統架構中，北橋與南橋透過專用匯流排互相連接，北橋處理高速資料，再由南橋負責一般輸入輸出。

現代電腦中，記憶體控制器及部分北橋功能多已整合至 CPU 內，許多南橋功能則整合為平台控制器集線器（Platform Controller Hub, PCH），因此主機板上不一定仍可看到獨立的北橋與南橋晶片。

解題技巧

判斷口訣為：

• 「CPU、記憶體、顯示卡、高速」屬於北橋。
• 「硬碟、USB、音效、網路、周邊輸出入」屬於南橋。

（二）SAN 與 NAS

1. SAN

SAN（Storage Area Network，儲存區域網路）是一種專門提供儲存設備與伺服器連線的高速網路。

其主要特徵如下：

• 將儲存設備集中配置，再透過專用網路提供多部伺服器使用。
• 伺服器通常以區塊（Block）為單位存取資料。
• 伺服器會將 SAN 提供的儲存空間視為本機磁碟或磁碟區。
• 常見技術包括 Fibre Channel、iSCSI。
• 適合資料庫、虛擬化平台、大型伺服器及高可用性系統。

SAN 的資料存取概念接近「直接使用遠端磁碟區」。檔案系統通常由連線的伺服器自行管理，因此具有較高的彈性與效能，但建置及管理成本也較高。

2. NAS

NAS（Network Attached Storage，網路附加儲存）是直接連接至一般網路的專用檔案伺服器或儲存設備。

其主要特徵如下：

• 透過既有的區域網路提供檔案儲存與分享服務。
• 使用者通常以檔案（File）為單位存取資料。
• 用戶端不需直接管理儲存設備內部的磁碟與檔案系統。
• 常見通訊協定包括 SMB、CIFS、NFS。
• 適合檔案共享、備份、影音資料儲存及辦公室共用資料夾。

NAS 的使用方式接近「透過網路存取遠端資料夾」，設定簡單、成本較低，適合一般企業與家庭環境。

3. SAN 與 NAS 的差異

解題技巧

快速判斷方式如下：

（一）NAT（Network Address Translation）的功能【8 分】

核心觀念

NAT 是在網路設備上，將封包中的 IP 位址由一種位址轉換成另一種位址的技術，最常見的用途是將內部私有 IP 位址轉換為可在 Internet 上使用的公有 IP 位址。

其主要功能如下：

1. 節省公有 IPv4 位址

內部網路可使用私有 IP 位址，例如：

• $10.0.0.0/8$
• $172.16.0.0/12$
• $192.168.0.0/16$

私有 IP 無法直接在公用 Internet 上路由，因此由 NAT 路由器轉換成公有 IP，使多部內部主機共用少量公有 IP。

2. 提供內部位址隱藏效果

外部主機通常只能看到 NAT 設備的公有 IP，無法直接得知內部主機的私有 IP，因而具有一定程度的網路拓撲隱藏效果。

3. 連接不同位址架構的網路

NAT 可將私有網路與公用網路銜接，使使用私有 IP 的內部主機能夠存取 Internet。

4. 支援對外服務的位址轉送

透過靜態 NAT 或埠號轉送，可將外部對公有 IP 或特定埠號的請求，轉送至內部伺服器。例如將公有 IP 的 TCP 80 埠轉送給內部 Web Server。

解題方法

作答時應以「位址轉換」為中心，再補充其目的與常見形式：

1. 內部主機送出封包時，NAT 設備修改來源 IP 位址。
2. 封包進入 Internet 後，以 NAT 設備的公有 IP 對外通信。
3. 回應封包返回時，NAT 設備依據轉換表將目的位址還原並轉送給原本的內部主機。

常見 NAT 類型包括：

• 靜態 NAT（Static NAT）：一個私有 IP 固定對應一個公有 IP，適合對外提供服務。
• 動態 NAT（Dynamic NAT）：由公有 IP 位址池中動態分配公有 IP。
• PAT／NAPT（Port Address Translation）：多部內部主機共用同一個公有 IP，並利用不同的 TCP／UDP 埠號辨識各連線，是家庭及小型辦公室最常見的形式。

解題技巧與常見陷阱

• NAT 的核心是「修改 IP 位址，必要時連同埠號一併轉換」。
• NAT 不是完整的防火牆。雖然它具有隱藏內部位址的效果，但真正的存取控制仍須由防火牆規則等機制負責。
• NAT 主要是 IPv4 位址不足時的實務解決方案；IPv6 具有龐大的位址空間，設計上並不以 NAT 作為必要機制。
• 作答不可只寫「讓多台電腦共用 IP」，還須說明其位址轉換、節省公有位址及封包回傳辨識等功能。

【答案】

NAT 是將私有 IP 與公有 IP 之間進行轉換的網路技術，使內部主機能透過 NAT 設備存取 Internet。其主要功能為節省 IPv4 公有位址、隱藏內部網路位址、連接私有網路與公用網路，以及透過靜態 NAT、動態 NAT 或 PAT 提供位址轉換與埠號轉送服務。

（二）VLAN（Virtual Local Area Network）的主要功能及特性【9 分】

核心觀念

VLAN 是利用交換器的設定，將同一個實體區域網路邏輯切割成多個虛擬區域網路。即使不同設備連接在同一台交換器上，只要被設定在不同 VLAN，便可視為不同的邏輯網路。

VLAN 的主要功能及特性如下：

1. 分割廣播網域

不同 VLAN 各自形成獨立的廣播網域。某一 VLAN 的廣播封包，不會直接傳送到其他 VLAN，可降低廣播流量及網路壅塞。

2. 進行邏輯上的網路分群

使用者可依部門、用途或安全需求分群，例如：

• 財務部門 VLAN
• 人事部門 VLAN
• 訪客網路 VLAN
• 語音電話 VLAN

設備不必一定位於同一個實體位置，也能被劃分到同一個 VLAN。

3. 提升管理彈性

使用者搬遷至其他辦公區域時，只需調整交換器的 VLAN 設定，不必重新大幅變更實體佈線。

4. 改善網路安全與隔離性

不同部門或不同用途的設備可被隔離，降低未授權存取及封包互相干擾的風險。不過 VLAN 隔離並不等同於完整的資訊安全防護。

5. 不同 VLAN 間原則上無法直接互通

VLAN 之間屬於不同的邏輯網路，若要互相通信，必須透過路由器、三層交換器或其他具路由功能的設備進行 Inter-VLAN Routing。

6. 支援跨交換器傳遞

同一 VLAN 可跨越多台交換器。交換器之間的連線通常設定為 Trunk Link，並利用 IEEE 802.1Q 在乙太網路框架中加入 VLAN 標記，以辨識封包所屬的 VLAN。

解題方法

可依「分割、管理、傳輸、互通」四個方向作答：

核心觀念

本題分成兩部分：

• （一）考查作業系統對行程生命週期的管理，包括行程狀態的定義與狀態轉換。
• （二）考查 Linux kernel 以數值旗標表示行程狀態的方法。Linux 中的狀態旗標採用位元值設計，因此部分狀態可以用位元 OR 運算組合。

（一）行程可能具有的狀態與關係

1. 新建狀態（New）

行程已被建立，但尚未進入可被 CPU 排程執行的狀態。作業系統正在建立其 Process Control Block（PCB）、配置記憶體及其他資源。

2. 就緒狀態（Ready）

行程已具備執行條件，只等待 CPU 分配時間。所有處於 Ready 狀態的行程會排入就緒佇列（Ready Queue）。

3. 執行狀態（Running）

行程目前正由 CPU 執行。單核心系統同一時間通常只有一個行程處於 Running 狀態；多核心系統則可同時執行多個行程。

4. 等待／阻塞狀態（Waiting／Blocked）

行程因等待某項事件而暫時無法執行，例如：

• 等待 I/O 完成；
• 等待其他行程釋放資源；
• 等待訊號或事件發生；
• 等待子行程結束。

處於此狀態的行程不應占用 CPU。

5. 終止狀態（Terminated／Exit）

行程已完成執行或被強制終止，作業系統會回收其所占用的資源。Unix/Linux 系統中，行程結束後在父行程尚未取得其結束資訊前，可能暫時保留為 Zombie 狀態。

6. 常見延伸狀態

部分作業系統會再區分：

• Suspended-Ready（就緒且暫停）：原本可執行，但其記憶體映像被暫時移出主記憶體。
• Suspended-Blocked（阻塞且暫停）：行程既在等待事件，且其記憶體映像也被移出主記憶體。

考試若採用基本行程模型，寫出 New、Ready、Running、Waiting、Terminated 五種狀態即可；若補充暫停狀態，應清楚說明其屬於延伸模型。

7. 狀態轉換圖

 被建立
 │
 ▼
 ┌──────────┐
 │ New │
 └────┬─────┘
 │ 載入就緒佇列
 ▼
 ┌──────────┐
 ┌────▶│ Ready │◀──────────────┐
 │ └────┬─────┘ │
 │ │ 派送器選取 │
 │ ▼ │
 │ ┌──────────┐ │
 │ │ Running │ │
 │ └─┬──┬──┬──┘ │
 │ │ │ │ │
 │ │ │ │ 發生等待事件 │
 │ │ │ ▼ │
 │ │ │ ┌──────────┐ │
 │ │ └▶│ Waiting │ │
 │ │ └────┬─────┘ │
 │ │ │ 事件完成 │
 │ │ └───────────────┘
 │ │
 │ │ 時間配額用完或被搶占
 │ └────────────────────────▶ Ready
 │
 │ 執行完成或被終止
 ▼
 ┌─────────────┐
 │ Terminated │
 └─────────────┘

8. 各狀態的轉換原因

（二）Linux kernel 行程狀態旗標值

Linux kernel 使用 task_struct 中的狀態欄位記錄行程狀態。核心中常見的旗標值如下：

核心觀念

本題考查「搶佔式最短工作優先排程法」。搶佔式 SJF 又稱為最短剩餘時間優先（Shortest Remaining Time First, SRTF）：

• CPU 每次選擇「剩餘執行時間最短」的就緒行程。
• 新行程抵達時，若其所需時間短於目前執行行程的剩餘時間，便立即搶佔 CPU。
• 行程等待時間公式為：

（一）排程情形

依各時間點判斷剩餘運行時間：

1. $t=0$：只有 $P1$ 抵達，因此執行 $P1$。
2. $t=4$：$P2$ 抵達，此時 $P1$ 已執行 $4$ 單位，剩餘 $6$ 單位；$P2$ 僅需 $2$ 單位，因此 $P2$ 搶佔 $P1$。
3. $t=6$：$P2$ 完成，恢復執行 $P1$。
4. $t=8$：$P3$ 抵達，此時 $P1$ 剩餘 $4$ 單位，短於 $P3$ 的 $10$ 單位，因此繼續執行 $P1$。
5. $t=10$：$P4$ 抵達，此時 $P1$ 剩餘 $2$ 單位，仍短於 $P4$ 的 $4$ 單位，因此 $P1$ 繼續執行。
6. $t=12$：$P1$ 完成。此時就緒行程為 $P3$（剩餘 $10$）與 $P4$（剩餘 $4$），選擇 $P4$。
7. $t=16$：$P4$ 完成，最後執行 $P3$ 至完成。

甘特圖如下：