111 關務特考四等 資訊處理 計算機概要 考古題詳解

111 年・關務特考・四等・資訊處理
試題代碼 計算機概要

第 1 題2 分

某中央處理器的執行速度為 300 MIPS(Million Instructions Per Second),且其 CPI(Cycles Per Instruction)為 2,此處理器的運行時脈為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

MIPS 表示每秒執行的百萬條指令數;CPI 表示平均執行一條指令所需的時脈週期數。兩者與處理器時脈頻率的關係為:

MIPS=時脈頻率(MHz)CPI\text{MIPS}=\frac{\text{時脈頻率(MHz)}}{\text{CPI}}

因此:

時脈頻率(MHz)=MIPS×CPI\text{時脈頻率(MHz)}=\text{MIPS}\times\text{CPI}

解題方法

已知處理器速度為 300300 MIPS,且 CPI 為 22,代入公式:

時脈頻率=300×2=600 MHz\text{時脈頻率}=300\times 2=600\text{ MHz}

這表示處理器每秒執行 300300 百萬條指令,而每條指令平均需要 22 個時脈週期,因此每秒需要 600600 百萬個時脈週期。

選項分析

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第 2 題2 分

高階處理器如 Intel Core i7 系列處理器,利用較深的管道化設計(pipelining)與積極的多重派發以提升執行效能。下列何者並非造成管道停滯進而影響此類型處理器效能的主因?

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核心觀念

本題考查管道化處理器的效能瓶頸。管道化會把指令執行拆成多個階段,並讓多條指令重疊執行;深管道與多重派發能提高指令吞吐量,但遇到停滯時,部分管道階段就必須等待,降低處理器效能。

常見停滯原因包括長延遲指令、分支預測失誤,以及快取錯失造成的資料等待。主記憶體的「容量」則不是直接造成管道停滯的原因。

解題方法

先辨認各選項描述的是會延長指令執行或等待時間的因素,還是只描述電腦的資源規模。若某因素會讓後續指令無法及時取得結果或資料,就可能使管道停滯;單純增加主記憶體容量,並不會直接增加指令的等待時間。

選項分析

  • (A) 需要長執行時間的指令:錯誤選項。 這會造成執行延遲。當指令長時間占用執行單元,或後續指令必須等待其結果時,便可能降低派發與執行效率,造成管道停滯。
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第 3 題2 分

關於雙核心 CPU 的敘述,下列何者正確?

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核心觀念

本題考雙核心 CPU 的「核心數」與「平行運算」。雙核心 CPU 是一顆處理器內含兩個運算核心,能讓不同工作或程式執行緒有機會同時處理,藉此提高整體處理效能。實際效能仍取決於工作是否能平行化、處理器設計及其他系統條件。

解題方法

先分清楚四個概念:核心數、資料位元數、時脈頻率與硬體多執行緒技術。雙核心描述的是處理器有幾個核心;它本身不代表資料位元數加倍、時脈加倍,也不等同於 Hyper-Threading。據此判斷各選項,只有把雙核心與平行運算連結的選項正確。

選項分析

  • (A) 錯誤。「雙核心」是兩個運算核心;「32 位元」描述處理器的資料處理位元數。核心數與位元數是不同規格,雙核心不等於兩個 32 位元核心組成 64 位元 CPU。
  • **(B) 錯誤。
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第 4 題2 分

有關以 1 Gbps 的網路傳輸速度,每秒大約可以傳輸多少位元組?

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核心觀念

網路速度的單位 Gbps 表示每秒傳輸多少「位元」(bit);題目問的是每秒傳輸多少「位元組」(Byte)。11 位元組等於 88 位元,因此須將位元數除以 88。

解題方法

1 Gbps=109 bit/s1\ \text{Gbps}=10^9\ \text{bit/s}

換算為位元組:

109 bit/s8 bit/Byte=1.25×108 Byte/s\frac{10^9\ \text{bit/s}}{8\ \text{bit/Byte}} =1.25\times10^8\ \text{Byte/s}

因此,每秒約可傳輸 1.25×1081.25\times10^8 位元組。

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第 5 題2 分

電腦啟動(boot up)時,從何處讀取第一條要執行的指令?

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核心觀念

本題考查電腦開機時的啟動流程。電腦剛通電時,主記憶體尚未載入作業系統,因此 CPU 會先從主機板上的唯讀記憶體(ROM)取得基本輸入輸出系統(BIOS)的啟動程式,開始執行硬體檢查與開機程序。

解題方法

題目問「第一條要執行的指令」從何處讀取,應從開機流程的起點判斷:CPU 重置後會從預先指定的記憶體位置取指令,該位置對應到 ROM BIOS 所在的啟動程式。BIOS 接著執行開機自我檢測,並尋找可開機裝置,再將後續的開機程式載入記憶體。

選項分析

  • (A) ROM BIOS:正確。 ROM BIOS 儲存電腦開機初期執行的韌體程式,CPU 由此開始執行開機指令。
  • **(B) CPU:錯誤。
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第 6 題2 分

下列何者對於快閃記憶體(flash memory)的敘述錯誤?

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核心觀念

本題考查 NOR Flash 與 NAND Flash 在資料存取方式和應用上的差異。兩者都是非揮發性記憶體,但存取粒度不同:

  • NOR Flash 支援隨機讀取,能直接存取指定位址,因此適合儲存需要直接執行的程式碼。
  • NAND Flash 以頁(page)為單位讀寫、以區塊(block)為單位抹除,不能像 NOR Flash 一樣對任意單獨位址進行隨機讀寫;它的位元密度通常較高,適合大量資料儲存。

解題方法

抓住兩種 Flash 的關鍵差異即可判斷:NOR 擅長隨機讀取與程式碼存取;NAND 擅長高密度、大容量儲存,讀寫以頁為單位。 因此,宣稱 NAND Flash 可對任意單獨位址隨機讀寫的選項,違反其典型存取方式。

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第 7 題2 分

關於磁碟格式化時的工作,下列何者錯誤?

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核心觀念

本題考磁碟格式化時,作業系統如何準備檔案系統,以及開機程式的安裝位置。格式化會建立檔案系統所需的結構,例如目錄、檔案配置資訊,並可檢查及標記壞區塊。開機程式則屬於系統啟動所需的程式,通常由另外的安裝或設定程序寫入開機區域。

解題方法

逐項判斷各工作是否屬於磁碟格式化的範圍。目錄結構、空間配置資訊及壞區塊標記,都是建立或維護檔案系統時會處理的事項;把啟動程式放入磁碟則是開機設定工作,不是格式化本身的必要工作。因此,錯誤敘述為 (C)。

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第 8 題2 分

快閃記憶體(flash memory)需要使用耗損均攤(wear leveling)技術,主要原因為何?

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核心觀念

快閃記憶體的資料以區塊(block)為單位抹除,而每個區塊可承受的抹除與寫入次數有限。若資料經常集中寫入少數區塊,這些區塊會比其他區塊更早耗損,進而縮短整顆記憶體的使用壽命。

**耗損均攤(wear leveling)**由控制器安排資料寫入位置,讓各區塊承受的寫入與抹除次數較平均,避免少數區塊過度耗損。

解題方法

抓住「均攤」的對象是各區塊的寫入與抹除負載,再對照選項:它要解決的是寫入次數集中所造成的區塊耗損,因此正確選項應描述避免特定區塊被反覆寫入而損壞。

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第 9 題2 分

全加器(full adder)能將兩個位元以及進位輸入(carry in)相加。其輸出有和(sum)及進位輸出(carry out)。若這個全加器只能使用 Inverter、AND 與 OR 這三種邏輯閘,其中 AND 與 OR 邏輯閘的輸入可以不只兩個,則所使用的 AND 與 OR 邏輯閘的個數總和至少為多少個?

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核心觀念

全加器有三個輸入:兩個加數位元 A、BA、B,以及輸入進位 CinC_{\text{in}};輸出為和 SS 與輸出進位 CoutC_{\text{out}}。本題考查如何用反相器、AND 閘與 OR 閘實作全加器,並計算所需 AND、OR 閘的最少總數。題目允許 AND 與 OR 閘有多個輸入,因此同一個閘可以處理多個乘積項或和項。

解題方法

先列出全加器的輸出布林函數:

S=A⊕B⊕CinS=A\oplus B\oplus C_{\text{in}} Cout=AB+ACin+BCinC_{\text{out}}=AB+AC_{\text{in}}+BC_{\text{in}}

其中 ⊕\oplus 表示互斥或,++ 表示 OR,乘積表示 AND。

因為 XOR 不能直接使用,需以 AND、OR、反相器展開。和的真值表中,輸出為 1 的輸入組合是 001、010、100、111001、010、100、111,因此可寫成:

S=A‾ B‾ Cin+A‾ B Cin‾+A B‾ Cin‾+AB CinS=\overline{A}\,\overline{B}\,C_{\text{in}} +\overline{A}\,B\,\overline{C_{\text{in}}} +A\,\overline{B}\,\overline{C_{\text{in}}} +AB\,C_{\text{in}}
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第 10 題2 分

一個程式的執行時間與其平均每個指令所需執行的時脈週期數(Cycles Per Instruction, CPI)有關,下列何者最不會影響執行時間?

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核心觀念

程式的 CPU 執行時間可用下式表示:

CPU 執行時間=指令數量×平均 CPI×時脈週期時間\text{CPU 執行時間} = \text{指令數量} \times \text{平均 CPI} \times \text{時脈週期時間}

其中,指令數量受演算法與編譯器影響;平均 CPI 和時脈週期時間則與 CPU 的設計及執行特性有關。硬碟容量描述儲存裝置可容納的資料量,通常不會直接決定 CPU 執行程式所需的時間。

解題方法

判斷各選項是否會改變公式中的三項:指令數量、平均 CPI、時脈週期時間。若選項不會影響這些因素,且不涉及程式執行期間的磁碟讀寫,就最不會影響執行時間。

選項分析

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第 11 題2 分

假設 0,1,…,9,A,B,…,Z0,1,\ldots,9,A,B,\ldots,Z 依序為 36 進制數字系統表示大小的符號,則將 36 進制數 (BS)36(BS)_{36} 轉換成 16 進制,結果為何?

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核心觀念

進位制轉換的關鍵是先依數字符號找出各位的數值,再以原進位制展開成十進位,最後轉成目標進位制。本題中,A=10A=10、B=11B=11,依序類推。

解題方法

(BS)36(BS)_{36} 中,BB 位於 36136^1 位,SS 位於 36036^0 位。依序換算為:

(BS)36=11×36+28=396+28=424(BS)_{36} =11\times 36+28 =396+28 =424

將 424424 轉成十六進位,可用除以 1616 取餘數:

424=26×16+8424=26\times16+8 26=1×16+1026=1\times16+10

餘數由下往上讀為 1,A,81,A,8,所以:

(424)10=(1A8)16(424)_{10}=(1A8)_{16}

選項分析

  • (A) (199)16(199)_{16}:錯誤。 換算成十進位為 1×256+9×16+9=4091\times256+9\times16+9=409,不等於 424424。
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第 12 題2 分

考慮三個整數數字 Value 1、Value 2 與 Value 3,其中 Value 1 使用 4 位元無號數系統,Value 2 使用 4 位元符號與大小系統(Sign and Magnitude),Value 3 使用 4 位元有號數 2 補數系統。若三者的內容皆為 (1111)2(1111)_2,且數字若有符號則符號位元位於數字的最左側,下列關係何者正確?

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核心觀念

本題考的是相同的 4 位元位元組,在不同整數表示法中的數值解讀。無號數、符號與大小數,以及 2 補數的最高位元意義不同,因此不能只把 (1111)2(1111)_2 一律換算成同一個十進位數。

解題方法

依序套用三種表示法的定義:

  • Value 1:4 位元無號數 每一位都是數值位元:
(1111)2=1×23+1×22+1×21+1×20=15(1111)_2=1\times 2^3+1\times 2^2+1\times 2^1+1\times 2^0=15
  • Value 2:4 位元符號與大小數 最左側位元是符號位元,11 表示負數;其餘 3 位表示大小。 因此 (1111)2(1111)_2 表示 −(111)2=−7- (111)_2=-7。

  • Value 3:4 位元 2 補數 最左側位元權重為 −23-2^3,其餘位元權重依序為 22、21、202^2、2^1、2^0:

(1111)2=−23+22+21+20=−8+4+2+1=−1(1111)_2=-2^3+2^2+2^1+2^0=-8+4+2+1=-1
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第 13 題2 分

下列何者為十進位數字 2572 轉換成 16 進制後之數字?

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核心觀念

本題考十進位轉十六進位。十六進位的位值由右至左依序為 160、161、162、16316^0、16^1、16^2、16^3;每位數字介於 00 至 1515,其中 1010 至 1515 分別以 AA 至 FF 表示。

解題方法

以連續除以 1616 的餘數作為十六進位各位數,並由下往上排列:

2572÷16=160 餘 12  (C)160÷16=10 餘 010÷16=0 餘 10  (A)\begin{aligned} 2572 \div 16 &= 160 \text{ 餘 } 12 \;(C)\\ 160 \div 16 &= 10 \text{ 餘 } 0\\ 10 \div 16 &= 0 \text{ 餘 } 10 \;(A) \end{aligned}

由最後一次的商與餘數反向排列,得到 A0C16A0C_{16}。依選項以四位數表示,前方補一個 00,為 0A0C160A0C_{16},即選項 (B)。

選項分析

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第 14 題2 分

下列何者是 2 補數 0001001000010010 與 0000110000001100 相加後的結果?

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核心觀念

本題考二進位加法,以及 2 補數表示法。正數的 2 補數表示法與一般二進位表示相同;兩個二進位數相加時,從最低位開始逐位相加,滿二進位的 22 就向左進位。

解題方法

題目中的兩數都是正數,最高位皆為 00,因此可直接以一般二進位加法計算:

00010010+ 0000110000011110\begin{array}{r} 00010010\\ +\,00001100\\ \hline 00011110 \end{array}

也可換算成十進位驗算:

000100102=18,000011002=1200010010_2=18,\qquad 00001100_2=12 18+12=30=00011110218+12=30=00011110_2
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第 15 題2 分

將十進位數字 1234.5 轉成 16 進位數字,下列何者正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

將十進位數轉成十六進位時,整數部分用「除以 16 取餘數」,由下往上排列;小數部分用「乘以 16 取整數」,由上往下排列。十六進位中,A=10A=10、B=11B=11、C=12C=12、D=13D=13。

解題方法

先轉換整數部分 12341234:

1234÷16=77 餘 277÷16=4 餘 134÷16=0 餘 4\begin{aligned} 1234 \div 16 &= 77 \text{ 餘 } 2\\ 77 \div 16 &= 4 \text{ 餘 } 13\\ 4 \div 16 &= 0 \text{ 餘 } 4 \end{aligned}

將餘數由下往上讀,得到 4D2164D2_{16}。

再轉換小數部分 0.50.5:

0.5×16=8.00.5 \times 16 = 8.0

取整數部分 88,小數部分已為 00,因此小數部分的十六進位表示為 .8.8。合併後:

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第 16 題2 分

數位視訊的資料壓縮主要運用了 redundancy elimination 的壓縮技術,而此技術主要分為 temporal redundancy 以及 spatial redundancy。關於 redundancy elimination 的技術說明,下列何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

數位視訊壓縮會利用資料中的冗餘性,常見分為:

  • 時間冗餘(temporal redundancy):相鄰畫面內容相似,可用參考畫面預測目前畫面,再編碼預測誤差(殘差)。
  • 空間冗餘(spatial redundancy):同一畫面內相鄰像素或區域具有相關性,可透過轉換與編碼減少資料量。常見作法包含轉換編碼、量化及高頻資訊的取捨。

解題方法

逐項判斷其描述是否符合上述定義。關鍵是辨別時間冗餘的參考畫面方向,以及空間冗餘處理的是同一畫面內的相關性。

選項分析

  • (A) 正確。 相鄰畫面常有高度相關性,因此可用參考畫面預測目前畫面,並針對預測誤差進行編碼,以減少需要表示的資料。
  • **(B) 錯誤。
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第 17 題2 分

下列何者不是資料庫管理系統要處理的主要問題?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考資料庫管理系統(DBMS)的主要功能與資料庫設計工作的分工。DBMS 負責管理資料的儲存、存取與保護,並處理多使用者存取時的資料一致性、資料重複所造成的異常,以及安全性控管。資料的格式與結構設計則主要屬於資料庫設計工作,並非 DBMS 必須處理的主要問題。

解題方法

逐項判斷選項所述問題,是否屬於 DBMS 在資料管理與操作期間必須處理的事項。並行存取控制、資料一致性與存取安全都屬於 DBMS 的管理職責;資料格式設計則是建立資料庫時的設計工作,因此選出該項。

選項分析

(A) 維持多使用者同時存取同一筆資料時的正確性:錯誤選項。 DBMS 需透過並行控制與交易管理,避免多位使用者同時讀寫資料時發生更新遺失、讀取不一致等問題,以維持資料正確性。

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第 18 題2 分

下列何者可以簡化為布林代數式 X+YZX+YZ?

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核心觀念

本題考查數位邏輯中的布林代數(Boolean Algebra)化簡,特別是**第二分配律(Distributive Law II)**與基礎邏輯恆等式的靈活運用。

在布林代數中,重要的運算律包括:

  1. 第二分配律:A+BC=(A+B)(A+C)A + BC = (A + B)(A + C)
  2. 幂等律(Idempotent Law):A⋅A=AA \cdot A = A,A+A=AA + A = A
  3. 有界律(Boundedness Law / 1的特性):A+1=1A + 1 = 1
  4. 吸收律(Absorption Law):A+AB=AA + AB = A

解題方法

求解布林代數簡化題時,主要採用布林代數定律展開與併項法。若要尋求化簡為 X+YZX+YZ 的等價式,最直接的方式是逆向運用第二分配律:

X+YZ=(X+Y)(X+Z)X + YZ = (X + Y)(X + Z)

將題目給定的各選項依序進行邏輯代數展開與併項,比對化簡結果是否為 X+YZX + YZ。


選項分析

  • (A) 錯誤 將 XY+YZXY+YZ 提出公因式 YY: XY+YZ=Y(X+Z)XY + YZ = Y(X + Z) 此式要求 Y=1Y=1 才能為真;當 X=1,Y=0,Z=0X=1, Y=0, Z=0 時,X+YZ=1X+YZ = 1,但 Y(X+Z)=0Y(X+Z) = 0,故兩式不相等。

  • (B) 錯誤 使用第一分配律將 (X+Y)Z(X+Y)Z 展開: (X+Y)Z=XZ+YZ(X+Y)Z = XZ + YZ 此式要求 Z=1Z=1 才能為真;當 X=1,Y=0,Z=0X=1, Y=0, Z=0 時,X+YZ=1X+YZ = 1,但 XZ+YZ=0XZ+YZ = 0,故兩式不相等。

  • (C) 錯誤 對 X′Y+XY′ZX'Y + XY'Z 進行代值驗算: 當 X=1,Y=0,Z=0X=1, Y=0, Z=0 時,原式 X+YZ=1+(0)(0)=1X + YZ = 1 + (0)(0) = 1;

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第 19 題2 分

【題組共用題幹】

考慮如圖所示之邏輯電路,若最終輸出 XX 為 1,則輸入不可能為下列何者?

🖼️ 本題原卷含圖表。基於試題來源之版權考量,本站不轉載原卷影像; 題目文字已完整轉錄,圖表請自行參閱考選部公告之試題原檔。
這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查基本邏輯閘與布林代數:

  • 上方為 NOT 閘,輸出為 A‾\overline{A}。
  • 下方為 XOR 閘,輸出為 B⊕CB \oplus C。當 BB、CC 不同時,輸出為 11;相同時,輸出為 00。
  • 最後以 OR 閘合併兩路訊號。

因此,最終輸出為:

X=A‾+(B⊕C)X=\overline{A}+(B\oplus C)

其中「++」代表 OR 運算。

解題方法

逐一代入各選項:

(A) A=0, B=0, C=0A=0,\ B=0,\ C=0

A‾=1\overline{A}=1 B⊕C=0⊕0=0B\oplus C=0\oplus 0=0 X=1+0=1X=1+0=1

因此此組輸入可以使 X=1X=1,選項正確但不是答案。

(B) A=0, B=1, C=0A=0,\ B=1,\ C=0

A‾=1\overline{A}=1 B⊕C=1⊕0=1B\oplus C=1\oplus 0=1 X=1+1=1X=1+1=1

因此此組輸入可以使 X=1X=1,選項正確但不是答案。

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第 20 題2 分

假設一文字檔案僅包含 a、b、c、d、e、f 六種字元,其出現頻率百分比分別為 11%、8%、15%、23%、30%、13%。若使用霍夫曼碼(Huffman coding)對此檔案編碼,則字元 d 的編碼長度為多少位元?

這一題的完整詳解

核心觀念

霍夫曼編碼(Huffman coding)會反覆選取目前權重最小的兩個節點合併,直到形成一棵二元樹。每次合併時,該兩個節點各增加一層深度;字元的編碼長度,就是它在霍夫曼樹中的葉節點深度。

解題方法

各字元的頻率可視為權重。依序合併最小的兩個權重:

步驟合併的權重新權重
18+118+111919
213+1513+152828
319+2319+234242
428+3028+305858
542+5842+58100100

其中,字元 dd 的權重為 2323。它在第 3 步與權重 1919 的節點合併;之後包含它的節點 4242 又在第 5 步與另一節點合併。

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第 21 題2 分

有關於 Linux 作業系統中的平板分配(slab allocation)機制,下列敘述何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

Slab allocation(平板分配)是 Linux 核心使用的記憶體管理機制,主要用來配置核心內部經常使用、大小固定的資料結構物件,例如行程描述資料或檔案物件。它以物件快取(object cache)管理同類型物件,減少重複建立與初始化物件的成本。

Slab 是由一個或多個連續記憶體頁面組成,切分成多個固定大小的物件槽位。依物件使用情形,一個 slab 可處於全滿(full)、全空(empty)或部分使用(partial)狀態。

解題方法

判斷關鍵在於 slab allocation 的用途:它是核心用來管理核心資料結構物件的配置器,不是直接用來配置應用程式使用的記憶體。應用程式的記憶體配置通常透過使用者空間的配置機制(例如 malloc),再由作業系統提供的虛擬記憶體與頁面管理機制支援。

因此,將 slab allocation 說成「用於配置記憶體給應用程式使用」的敘述錯誤。

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第 22 題2 分

下列何者不是虛擬記憶體管理方法中分頁法(Paging)的優點?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考分頁法(Paging)的特性。分頁法將虛擬記憶體切成固定大小的「頁」(page),將主記憶體切成相同大小的「頁框」(frame),再透過頁表記錄兩者的對應關係。

由於頁面可以放入任何可用頁框,程式不必佔用一段連續的主記憶體,因此分頁法能消除外部支離破碎。但頁面與頁框大小固定,程式所需空間若未剛好填滿最後一個頁面,該頁剩餘空間仍會浪費,這是內部支離破碎,分頁法無法消除。

解題方法

判斷各選項描述的是分頁法的優點,還是分頁法仍存在的限制:

  • 能消除外部支離破碎:是分頁法優點。
  • 能消除內部支離破碎:不是分頁法的特性。
  • 能提供較大的虛擬定址空間,以及讓程式不必整體載入主記憶體:屬於虛擬記憶體的功能。

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第 23 題2 分

根據一般作業系統的概念,一個程序(process)可能的狀態包含了建立(new)、執行(running)、就緒(ready)、結束(terminated)以及另一狀態為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

一般作業系統的程序狀態模型包含五種基本狀態:建立(new)、就緒(ready)、執行(running)、等待(waiting,也稱 blocked)及結束(terminated)。程序在執行期間若須等待 I/O 完成或其他事件發生,便會離開執行狀態,進入等待狀態。

解題方法

題目已列出建立、執行、就緒與結束四種狀態,只要補上五狀態模型中剩下的基本狀態即可。該狀態是「等待(waiting)」。

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第 24 題2 分

在 IEEE 754 標準下,下列何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

IEEE 754 單精準數格式包含 1 位符號位元、8 位指數位元及 23 位尾數位元;雙精準數則包含 1 位符號位元、11 位指數位元及 52 位尾數位元。指數欄位採偏移表示法:單精準數的偏移值為 127,雙精準數的偏移值為 1023。

對於正規化數,數值為:

(−1)s×1.f×2e−bias(-1)^s \times 1.f \times 2^{e-\text{bias}}

其中 ss 是符號位元,ee 是指數欄位換算成十進位的值,ff 是尾數所表示的小數部分。

解題方法

逐項核對格式位元數與指數範圍,並將選項 (C) 的位元代入正規化數公式:

  • 符號位元 s=0s=0,所以數值為正。
  • 指數位元 100000112=13110000011_2=131,單精準數的偏移值為 127,因此實際指數為 131−127=4131-127=4。
  • 尾數位元為 0000000000000000000000100000000000000000000001,其小數部分為 2−232^{-23},正規化有效數為 1+2−231+2^{-23}。

所以該位元組合代表:

1.000000000000000000000012×24=(1+2−23)×241.00000000000000000000001_2 \times 2^4=(1+2^{-23})\times 2^4

這不等於 2−52^{-5}。

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第 25 題2 分

在作業系統中,存取矩陣(access matrix)是用來描述系統保護(protection)的一個通用模型。下列何者不是存取矩陣的實作方式?

這一題的完整詳解

核心觀念

存取矩陣是作業系統描述保護關係的通用模型:列代表主體或保護領域(domain),欄代表物件(object),矩陣中的項目則記錄該主體對該物件具有的權限,例如讀取、寫入或執行。

存取矩陣通常以三種方式實作:

  • 全域表格(global table):列出「領域、物件、權限」的對應關係。
  • 物件的存取清單(access list):依物件列出可存取它的領域及其權限。
  • 領域的能力清單(capability list):依領域列出它可存取的物件及其權限。

解題方法

判斷各選項是否屬於上述存取矩陣的實作方式。選項若是分頁表等記憶體位址轉換或管理機制,而非記錄「誰可對哪個物件做什麼」,就不是存取矩陣的實作方式。

選項分析

(A) 全域表格(global table)—正確的實作方式

全域表格以紀錄呈現領域、物件及權限的組合,能直接表示存取矩陣中的權限關係,因此是實作方式之一。

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第 26 題2 分

一部僅有一個中央處理器的電腦中,為讓不同的使用者可以同時執行各自的程序,必需要採用下列哪種技術,才可以讓每個使用者覺得電腦持續為他的程序進行運算?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考「分時系統」(time-sharing system)。單一中央處理器一次只能執行一個程序,但作業系統可以將處理器時間切成許多短時間片,輪流分配給不同使用者的程序。由於切換速度很快,各使用者會覺得自己的程序持續獲得運算。

解題方法

抓住題幹的兩個線索:

  1. 電腦只有一個中央處理器。
  2. 多位使用者同時執行程序,並感覺各自的程序持續運算。

這描述的是以快速輪替處理器時間,讓多個使用者共享單一處理器的分時系統。此處的「同時」是使用者感受到的並行,不代表單一處理器在同一瞬間實際執行多個程序。

選項分析

  • **(A) 分散式系統(distributed systems)錯誤。
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第 27 題2 分

對於先到先服務的工作排程法,下列敘述何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

先到先服務(First-Come, First-Served,FCFS)依工作抵達佇列的先後順序安排 CPU。它是非奪取式排程:工作一旦取得 CPU,通常會執行到完成或自行等待,其他工作不能中途搶占。

FCFS 的優點是規則簡單、公平性直觀;缺點是短工作可能排在長工作後面而等待很久,因此不保證平均等待時間最小。在相同工作集合下,最短工作優先(Shortest Job First,SJF)可使平均等待時間最小。

解題方法

依序判斷 FCFS 的排程特性:是否奪取 CPU、是否適合互動或分時環境,以及是否能使平均等待時間最小。題目問「何者錯誤」,應找出與 FCFS 特性不符的敘述。

選項分析

(A) 是一種不可奪取(Non-Preemptive)的排程法:正確。 標準 FCFS 會讓目前執行的工作持續使用 CPU,直到工作結束或進入等待狀態,後到的工作不能直接中斷它。

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第 28 題2 分

求 110101⊕001010⊕011011=?110101\oplus 001010\oplus 011011=?(⊕\oplus 表示 exclusive-OR 運算)。

這一題的完整詳解

核心觀念

排他或(exclusive OR,簡稱 XOR)逐位運算,規則是:兩個位元相同時結果為 00,不同時結果為 11。多個位元進行 XOR 時,可將相同欄位的位元逐一運算;XOR 也符合交換律與結合律。

解題方法

將三個六位元數字按位對齊,先計算前兩個數,再與第三個數逐位 XOR:

110101⊕ 001010111111\begin{array}{r} 110101\\ \oplus\ 001010\\ \hline 111111 \end{array}

接著計算:

111111⊕ 011011100100\begin{array}{r} 111111\\ \oplus\ 011011\\ \hline 100100 \end{array}

因此,110101⊕001010⊕011011=100100110101\oplus001010\oplus011011=100100。

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第 29 題2 分

關於磁碟陣列(Redundant Array of Inexpensive Disks, RAID)的敘述,下列何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

RAID 以多顆硬碟組成磁碟陣列,透過資料分散(striping)、鏡像(mirroring)或同位元(parity)提升效能或容錯能力。各 RAID 等級可容忍的硬碟故障數不同:

  • RAID 0:資料分散寫入,沒有鏡像或同位元,任一硬碟故障都會使陣列資料無法完整還原。
  • RAID 1:資料鏡像;只要仍有一份鏡像副本可讀,資料就能保留。
  • RAID 5:分散式同位元,可容忍 1 顆硬碟故障,至少需要 3 顆硬碟。
  • RAID 6:雙重分散式同位元,可容忍 2 顆硬碟故障,至少需要 4 顆硬碟。

解題方法

逐一比對選項所述的「最低硬碟數」與「可容忍故障數」。題目問錯誤敘述;關鍵在 RAID 6 的雙重同位元只能容忍 2 顆硬碟故障,不能保證 3 顆同時故障後仍能保留資料,而且其標準最低硬碟數是 4 顆,不是 6 顆。

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第 30 題2 分

在處理器的指令設計中,有些指令會被用在作業系統核心中來實作多工系統共享資源的保護機制,例如互斥鎖(mutex)。下列哪一個指令的主要功能是用來實現這個機制?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查處理器提供的「原子指令」如何協助作業系統實作互斥鎖。多工環境中,多個執行緒可能同時檢查並修改同一個共享變數;若這兩個動作能被切開,便可能有多個執行緒同時取得鎖,造成競爭條件。

不可切分的讀取並設定指令(atomic test-and-set)會以一個不可分割的操作,讀取鎖定變數原值,並將它設定為新值。由於其他處理器或執行緒無法在操作中途插入,這個指令可用來確保同一時間只有一個執行緒取得鎖。

解題方法

判斷選項是否能實作互斥鎖,關鍵在於它能否以不可分割的方式,完成「檢查鎖狀態並更新鎖狀態」。test-and-set 正好具備這項功能:

  • 若原鎖值表示未上鎖,指令回傳原值並將鎖設為已上鎖,執行緒即可進入臨界區。
  • 若原鎖值表示已上鎖,執行緒得知鎖已被占用,便繼續等待。

因此,符合共享資源互斥保護機制的選項是 atomic test-and-set。

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第 31 題2 分

下列哪個軟體常被部署在區域網路與廣域網路之間,例如私人企業內部網路與外部網際網路,用以阻擋外來網際網路的攻擊?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查網路安全設備的用途。防火牆(Firewall)通常設置在企業內部網路與外部網際網路的邊界,依據預先設定的安全規則檢查並控制進出網路的流量,以降低未經授權的連線與外部攻擊進入內部網路的風險。

解題方法

題幹的關鍵線索是「部署在區域網路與廣域網路之間」以及「阻擋外來網際網路的攻擊」。這描述的是網路邊界的流量管制功能,因此應選擇防火牆。防火牆可根據來源與目的 IP 位址、通訊埠或連線狀態等條件,決定是否允許網路流量通過。

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第 32 題2 分

關於光的三原色 RGB 的敘述,下列何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查 RGB 加色混色、每像素位元數與顏色數量,以及 RGB 數值距離是否能準確代表人眼感受到的色彩差異。

RGB 是以紅、綠、藍三種光混合的加色模型。若每個色彩通道各用 8 位元表示,則每個通道有 28=2562^8=256 種亮度值,三個通道合計可表示 28×3=224=16,777,2162^{8\times3}=2^{24}=16,777,216 種顏色。

解題方法

逐一檢視選項中的敘述是否符合色彩表示與感知原理。判斷關鍵在於分清楚「RGB 數值空間中的數學距離」和「人眼實際感受到的色彩差異」:兩者並非必然一致。

選項分析

  • (A) 正確。 RGB 是加色模型,三種光的強度相加可形成白光。若紅、綠、藍光等量相加,會得到不同亮度的灰階;各色光強度同時達到最高時,形成白光。因此,相加結果的亮度會隨三種光的強度改變。

  • (B) 正確。 人眼視網膜的錐狀細胞對不同波長範圍的光有不同敏感度。RGB 模型以紅、綠、藍三個通道來近似表示可見色彩,並能配合人眼的顏色感知特性進行顯示。

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第 33 題2 分

儲存多媒體資料時,每個符號(symbol)使用的位元越多可以讓量化誤差越小,提高資料的訊雜比(SNR)。一般而言,一個符號每增加一個位元來儲存,可以增加的訊雜比最接近下列何者?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考量化位元數與量化訊雜比(SNR)的關係。對理想均勻量化器而言,量化位元數每增加 11 位,量化階數就加倍,量化誤差降低,SNR 約增加 6 dB6\text{ dB}。

解題方法

理想量化器的量化訊雜比近似為:

SNRdB≈6.02N+1.76\mathrm{SNR}_{\mathrm{dB}} \approx 6.02N + 1.76

其中 NN 是每個取樣值使用的位元數。因此,位元數增加 11 位時:

ΔSNR=[6.02(N+1)+1.76]−[6.02N+1.76]≈6.02 dB\Delta \mathrm{SNR} = [6.02(N+1)+1.76]-[6.02N+1.76] \approx 6.02\text{ dB}

所以最接近 6 dB6\text{ dB}。

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第 34 題2 分

一張 4×64\times 6 全彩相片,若解析度為 600 ppi,未壓縮時大約會占據多少個位元組(Bytes)的記憶體或儲存容量?

這一題的完整詳解

核心觀念

未壓縮全彩影像的資料量,取決於像素總數與每個像素所需的位元數。一般全彩影像以 RGB 三個色彩通道表示,每個通道 8 位元,因此每像素為 2424 位元,也就是 33 位元組。

解析度 600 ppi600\ \text{ppi} 表示每英吋有 600600 個像素;相片尺寸以英吋計算,才能換算像素數。

解題方法

相片尺寸為 4×64\times6 英吋,換算成像素後:

(4×600)×(6×600)=2400×3600=8,640,000 像素(4\times600)\times(6\times600) =2400\times3600 =8{,}640{,}000\ \text{像素}

每個像素占 33 位元組,因此未壓縮容量為:

8,640,000×3=25,920,000 Bytes≈26 MB8{,}640{,}000\times3 =25{,}920{,}000\ \text{Bytes} \approx26\ \text{MB}

所以選項 (D) 符合計算結果。此處以 1 MB≈1,000,000 Bytes1\ \text{MB}\approx1{,}000{,}000\ \text{Bytes} 估算;

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第 35 題2 分

使用相機進行人像攝影時,有時先微閃再高亮度閃光,代表攝影機很可能啟動何種功能?

這一題的完整詳解

核心觀念

人像攝影時,閃光燈先發出一次較弱的預閃,再發出正式閃光,通常表示相機啟用了防紅眼功能。預閃會使被攝者的瞳孔縮小,降低正式閃光照入眼底、再反射回鏡頭所造成的紅眼現象。

解題方法

抓住題幹描述的閃光順序:「先微閃,再高亮度閃光」。前者是正式曝光前的預閃,後者才是用來照亮主體的正式閃光。這是防紅眼功能的典型辨識線索;其他曝光或閃光調整功能,並不以先發出預閃作為主要特徵。

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第 36 題2 分

考慮四個工作 P1、P2、P3、P4,其所需的執行時間分別為 20 ms、60 ms、40 ms、80 ms,依照 P1、P2、P3、P4 的順序採用循環排程(round-robin scheduling)的方式來排程這四個工作並且完成執行。如果循環排程採用的時間量(time quantum)為 40 ms,則這四個工作的平均工作完成時間(average turnaround time)為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

循環排程(round-robin scheduling)將 CPU 時間切成固定長度的時間量(time quantum),依序讓各工作執行。工作若在時間量用完前完成,就離開就緒佇列;尚未完成則回到佇列末端。

工作完成時間(turnaround time)是工作自開始排程至完成的時間。本題四個工作都在時間 00 到達,因此各工作完成時間等於其完成時刻;平均工作完成時間為四個完成時間的平均值。

解題方法

時間量為 4040 ms,依 P1、P2、P3、P4P_1、P_2、P_3、P_4 的順序排程:

時間區間(ms)執行工作剩餘執行時間(ms)
00–2020P1P_100,完成於 2020
2020–6060P2P_22020
6060–100100P3P_300,完成於 100100
100100–140140P4P_44040
140140–160160P2P_200,完成於 160160
160160–200200P4P_400,完成於 200200

因此完成時間分別為:

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第 37 題2 分

視訊顯示介面可以讓視訊從輸出裝置(如機上盒、視訊播放器或視訊卡)傳輸到視訊顯示裝置(如電視、螢幕或投影機),下列何者非數位視訊播放介面?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考辨識視訊介面的訊號型態:DisplayPort、DVI、HDMI 與 VGA 中,哪一種不是數位視訊介面。數位介面以數位訊號傳輸影像;VGA 則以類比訊號傳輸影像。

解題方法

逐一判斷各介面的視訊訊號型態即可。DisplayPort 與 HDMI 是數位介面;DVI 的常見規格也支援數位影像傳輸。VGA 傳輸的是類比影像訊號,因此符合題目所問的「非數位視訊播放介面」。

選項分析

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第 38 題2 分

由於影音檔案的容量都十分龐大,因此會事先經過壓縮處理,再加以傳輸或儲存。一個經壓縮為 5 GB 的影音檔案大小約為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考容量單位換算。11 位元組(byte)等於 88 位元(bit);在題目採用的二進位容量表示法中,1 GB=2301\text{ GB}=2^{30} 位元組。因此,5 GB5\text{ GB} 應以位元組表示為 5×2305\times 2^{30} bytes。

解題方法

題目問的是檔案大小以「位元組」表示的數值。直接將 5 GB5\text{ GB} 換算:

5 GB=5×230 bytes5\text{ GB}=5\times 2^{30}\text{ bytes}

若改以位元表示,則還要乘以每個位元組包含的 88 個位元:

5×230 bytes×8=5×233 bits5\times 2^{30}\text{ bytes}\times 8 =5\times 2^{33}\text{ bits}

選項分析

  • (A) 5×2205\times 2^{20} bytes:錯誤。 2202^{20} 是二進位制下 1 MB1\text{ MB} 的位元組數,少了 GB 到 MB 的 2102^{10} 倍差距
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第 39 題2 分

若布林函數 F1(A,B,C)=AB+ACF_1(A,B,C)=AB+AC,F2(A,B,C)=(A+B)CF_2(A,B,C)=(A+B)C,則 F1⋅F2F_1\cdot F_2 以正規最小項之和(Canonical Sum of Minterms)表示時,其結果為:

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考布林代數運算,以及將函數轉換成正規最小項之和。三個變數的最小項編號以 ABCABC 作為二進位數,AA 為最高位、CC 為最低位;函數值為 1 的輸入組合即列入 Σm(⋯ )\Sigma m(\cdots)。

解題方法

先將兩個函數相乘:

F1F2=(AB+AC)(A+B)C=AC(B+C)(A+B)=AC(A+B)(B+C 在 C=1 時為 1)=AC\begin{aligned} F_1F_2 &=(AB+AC)(A+B)C\\ &=AC(B+C)(A+B)\\ &=AC(A+B) \qquad (B+C \text{ 在 } C=1 \text{ 時為 }1)\\ &=AC \end{aligned}

因此,F1F2F_1F_2 為 1 的條件是 A=1A=1 且 C=1C=1,BB 則可為 0 或 1。逐一列出輸入組合:

AABBCC二進位 ABCABC最小項編號
1011015
1111117

所以正規最小項之和為:

F1F2=Σm(5,7)F_1F_2=\Sigma m(5,7)

依題目所列選項,這個結果不在選項中,且與官方答案 B(Σm(3,7)\Sigma m(3,7))不一致。依題目給定的函數與標準變數編號方式,應為 Σm(5,7)\Sigma m(5,7);

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第 40 題2 分

遞迴程序(recursive procedures)是一種常見的編程方式,但如果一個程式中出現大量的遞迴程序呼叫,常會因為遞迴呼叫的深度過深,而造成記憶體使用量過大超出可用範圍。在此所指的記憶體,指的是下列哪個區塊?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查程式執行時的記憶體配置。遞迴程序每呼叫一次,就會建立一筆新的呼叫紀錄,保存返回位置、參數及區域變數等資訊;這些紀錄會隨呼叫深度增加而累積在**堆疊(stack)**中。

解題方法

依題意,遞迴呼叫深度過深,導致記憶體使用量超出可用範圍,關鍵在於每一層呼叫都需要保留自己的執行狀態。若呼叫尚未返回,這些呼叫紀錄就不能釋放;累積過多便會造成堆疊空間耗盡,也就是常說的「堆疊溢位」(stack overflow)。

選項分析

  • (A) 文字部分(text segment)錯誤。 主要存放程式的機器指令,通常不會因為遞迴呼叫次數增加而逐層擴大。
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其他考古題