113 地方特考離島四等 資訊處理 計算機概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查計算機各主要單元的分工。**中央處理單元（CPU）**負責控制並執行程式指令，基本工作包含取出指令、解碼指令，再依指令內容執行操作。CPU 內的控制單元負責指令控制，算術邏輯單元則負責算術與邏輯運算。

解題方法

題幹詢問「讀取程式指令、解碼和執行」由哪個單元負責，這描述的是指令執行循環（instruction cycle）的整體工作，因此選擇負責處理及控制指令的 CPU。記憶體保存程式與資料，輸入輸出單元負責電腦與外部設備間的資料交換；ALU 是 CPU 的組成部分，專責算術和邏輯運算，並非負責整個指令流程。

選項分析

核心觀念

本題考查平行處理與虛擬化的關係。虛擬化是由虛擬機器監視器（Hypervisor）將實體硬體資源抽象化並分配給多部虛擬機器；它不代表每部虛擬機器都能獨占或同時使用整臺主機的所有資源。

平行處理則是讓程式的多個工作同時執行。若虛擬機器獲得多個虛擬處理器（vCPU），且底層硬體與軟體支援多核心運算，虛擬機器中的平行程式便能在多核心上執行。

解題方法

先區分兩件事：虛擬化負責分配與抽象化資源；平行處理負責讓多個工作同時運算。 再檢查各選項是否把資源分配說成資源獨占，或把虛擬化額外成本說得過重。

選項分析

(A) 錯誤。 虛擬化不會讓每一部虛擬機器同時使用硬體平台上的所有資源。實體 CPU、記憶體與 I/O 資源由 Hypervisor 管理及分配，各虛擬機器依配置取得可用資源；多部虛擬機器也可能競用同一實體資源。

核心觀念

圖靈機（Turing machine）是英國數學家艾倫・圖靈提出的抽象計算模型，用來描述計算程序與可計算性。它不是實際製造的電腦，而是以一條可讀寫的帶子、讀寫頭，以及依照狀態與符號決定動作的規則表，模擬計算過程。

解題方法

辨認圖靈機的關鍵，在於它是依規則表操縱帶子上的符號之假想計算設備。題目問的是圖靈機的性質，不是某一種實體電腦的發明者、CPU 架構或歷史機型；符合上述定義的選項即為正確答案。

選項分析

核心觀念

分時系統（time-sharing system）將 CPU 時間切分成短暫的時間片，依序分配給多個使用者或工作。CPU 在使用者之間快速切換，讓每位使用者都能獲得近似即時的回應，並透過作業系統的資源管理與保護機制，減少使用者之間的相互干擾。

解題方法

先辨認「同時」的意思：分時系統允許多位使用者同時使用同一部電腦，但 CPU 通常是以時間片輪流服務各項工作。使用者感受到工作並行進行，不代表所有工作都在同一瞬間完成。

選項分析

• (A) 可以允許多個使用者共用一部電腦。正確。 分時系統的典型特色，就是讓多位使用者透過終端或工作階段共用電腦資源。

核心觀念

這題考的是 CPU 執行一條指令時的基本流程，也就是「擷取－解碼－執行」（Fetch－Decode－Execute）循環：

1. 擷取（Fetch）：依程式計數器（PC）取得下一條指令，載入指令暫存器。
2. 解碼（Decode）：控制單元分析指令內容，判斷要執行的操作及所需資料。
3. 執行（Execute）：由處理器依解碼結果執行運算、資料搬移或控制流程等操作。

解題方法

依照指令循環的先後順序判斷即可：處理器必須先取得指令，才能分析其內容；解碼完成後，才能依照指令要求執行。因此流程是「擷取 → 解碼 → 執行」。

選項分析

核心觀念

快閃記憶體（Flash memory）屬於非揮發性記憶體，斷電後仍能保留資料。它可透過電性方式寫入與抹除，是 EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，電可抹除可程式唯讀記憶體）的一種。

解題方法

先依「資料如何抹除」辨認記憶體類型：RAM 斷電會失去資料；ROM 家族則屬非揮發性記憶體。Flash 的資料以電性方式抹除，但通常以區塊為單位，而非逐一位元組抹除，因此最適合用 EEPROM 描述。

選項分析

核心觀念

本題比較固態硬碟（SSD）與傳統硬碟（HDD）的構造特性。HDD 以旋轉磁碟片和移動讀寫頭存取資料；SSD 使用快閃記憶體儲存資料，沒有旋轉盤片或機械讀寫頭。因此，兩者在存取速度、噪音、耐震性與轉速上的特性不同。

解題方法

先判斷各敘述是否符合硬碟構造：HDD 有旋轉中的磁碟片，故有轉速；SSD 沒有旋轉部件，因此沒有「轉速」可供比較。其餘敘述則依是否有機械部件，判斷速度、噪音與耐震性。

選項分析

• (A) 傳統硬碟的存取速度較慢：正確。 HDD 必須等待磁碟片旋轉到適當位置，並由讀寫頭移動到資料所在位置；SSD 以電子方式存取快閃記憶體，通常有較短的存取延遲。

核心觀念

快取錯失（Cache Miss）依原因可分為：

• 容量錯失（Capacity Miss）：快取容量不足，無法保留程式反覆使用的資料。
• 衝突錯失（Conflict Miss）：多個記憶體區塊競爭映射到同一組或同一位置，即使快取尚有其他空間，也可能互相替換。
• 強制錯失（Compulsory Miss）：資料第一次被存取時，尚未載入快取所造成的錯失。

快取設計會影響錯失率與錯失代價。平均記憶體存取時間常以「命中時間加上錯失機率乘以錯失懲罰」表示：

解題方法

核心觀念

半加器（half adder）用來將兩個 1 位元二進位數 $A$、$B$ 相加，輸出和位元 $S$ 與進位位元 $C$：

其中 $\oplus$ 表示 XOR（互斥或），$\cdot$ 表示 AND（及）。

解題方法

半加器需要同時產生兩種輸出：

• 和位元由一個 XOR 閘計算：$S=A\oplus B$。
• 進位位元由一個 AND 閘計算：$C=A\cdot B$。

因此，最簡單的半加器可用 1 個 XOR 閘加 1 個 AND 閘實作，共需 $2$ 個基本邏輯閘。

核心觀念

位元（bit）只有兩種狀態：$0$ 或 $1$。若有 $n$ 個位元，且每個位元都能獨立取值，全部組合數為 $2^n$。一個位元組（byte）有 $8$ 個位元，因此最多可表示 $2^8$ 種不同組合。

解題方法

逐一考慮每個位元的兩種取值，八個位元的組合數相乘：

所以一個位元組最多可以表示 $256$ 種不同組合。

選項分析

核心觀念

8 位元有號數的 2 補數表示法中，正數以一般二進位表示；負數則將其絕對值的二進位各位元取反，再加 $1$。8 位元 2 補數的表示範圍為 $-128$ 至 $127$，因此 $-100$ 可以表示。

解題方法

先將 $100$ 寫成 8 位元二進位：

將各位元取反：

再加 $1$：

因此，$-100$ 的 8 位元 2 補數為 $(10011100)_2$。

選項分析

核心觀念

不同進位制的數值可用位值展開轉換為十進位。整數部分從小數點向左依序乘上基數的 $0$ 次方、$1$ 次方……；小數部分向右則依序乘上基數的 $-1$ 次方、$-2$ 次方……。

解題方法

將四個選項分別換算成十進位，比較結果：

• (A) 已是十進位： $(54.625)_{10}=54.625$

• (B) 十六進位中，$E=14$： $(36.E)_{16}=3\times16+6+\frac{14}{16}=54.875$

• (C) 二進位：

核心觀念

旋轉右移（Rotate Right，ROR）是將二進位數的每一位向右移一格，最右邊移出的位元會繞回最左邊，因此不會遺失。這與一般邏輯右移不同：邏輯右移會在左側補入 $0$。

解題方法

原數為 $10110101$。將最右邊的位元 $1$ 移到最左側，其餘位元依序向右移一格：

因此結果是 $11011010$。

選項分析

核心觀念

$4$ 位元 2 補數的表示範圍為 $-2^{3}$ 至 $2^{3}-1$，也就是 $-8$ 至 $7$。負數可先寫出其絕對值的二進位，再逐位取反並加 $1$。

解題方法

先將 $-3$ 與 $-6$ 分別轉成 $4$ 位元 2 補數：

以 4 位元相加：

捨棄超出 4 位元的最高位進位，結果為 $(0111)_2$？注意此處需依 4 位元運算保留低 4 位：$(0111)_2$ 並不符合兩負數相加的數值。直接核對位元加法：$1101+1010=10111$，低 4 位為 $(0111)_2$。

核心觀念

米利模型（Mealy Model）是有限狀態機的一種。它的輸出由目前狀態與當下輸入值共同決定，可用下式表示：

其中 $\lambda$ 為輸出函數。相較之下，摩爾模型（Moore Model）的輸出只由目前狀態決定。

解題方法

看到「米利模型」時，直接回想其輸出函數的輸入：目前狀態和輸入值。題目問輸出與哪些項目有關，因此選擇同時包含這兩者的選項。

選項分析

核心觀念

JK 正反器的輸出狀態由輸入 $J$、$K$ 與目前狀態 $Q_n$ 決定。其狀態轉移可整理如下：

解題方法

題目問「目前狀態輸出的補數」，也就是下一狀態須滿足 $Q_{n+1}=\overline{Q_n}$。依 JK 正反器狀態表，只有 $J=1、K=1$ 時會反轉目前狀態，因此選項為 $JK=11$。

核心觀念

本題考位元邏輯運算。XOR（互斥或）的規則是：兩個位元相同時結果為 $0$，不同時結果為 $1$。因此，一個位元與 $1$ 做 XOR 會反轉該位元：

解題方法

製作與位元模式等長、每一位都是 $1$ 的遮罩碼，將原位元模式與遮罩逐位做 XOR。每個位元都會與 $1$ 運算，所以每一位都會反轉。例如：

因此應選 XOR。

選項分析

核心觀念

本題考辨「中文字體原始編碼」與「文字編碼方式」的差別。中文字體原始編碼通常指中文字符集或中文編碼標準，為文字指定碼位；UTF-8 則是將 Unicode 字元轉換成位元組序列的編碼方式。

解題方法

逐一辨認選項的性質：GB18030、BIG-5 與 CNS11643 都是中文字符集或編碼標準；UTF-8 是 Unicode 的轉換格式（Unicode Transformation Format），用途是將 Unicode 碼位編碼成位元組。因此，不屬於中文字體原始編碼的是 UTF-8。

選項分析

核心觀念

若要用固定長度的二進位位元表示 $N$ 種不同字元，所需位元數 $b$ 必須滿足：

因為 $b$ 個位元最多能表示 $2^b$ 種不同組合。題目要找的是符合條件的最小整數 $b$。

解題方法

題目共有 $82$ 個字元：

逐一比較相鄰的 $2$ 次方：

因此，$6$ 個位元的組合數不足以表示 $82$ 個字元，$7$ 個位元則足夠；每個字元最少需要 $7$ 個位元。

選項分析

核心觀念

本題考查分散式系統的 CAP 定理。CAP 中的三項特性為：

• 一致性（Consistency）：各節點讀取資料時，能得到符合一致性要求的結果。
• 可用性（Availability）：每個收到的請求，都能在有限時間內取得回應。
• 分區容錯性（Partition tolerance）：網路發生分區、節點間無法正常通訊時，系統仍能繼續運作。

CAP 定理指出，當網路分區發生時，分散式系統無法同時保證一致性與可用性；因此不能把三者都視為可同時兼顧的保證。

解題方法

記住 CAP 三個字母各自代表的特性：C 是一致性、A 是可用性、P 是分區容錯性。逐一比對選項，找出不屬於這三者的項目即可。

選項分析

核心觀念

本題考 Python 的布林運算與條件判斷。or 和 and 會分別判斷運算元的真假值；字串若為空字串 ""，其布林值為 False，非空字串則為 True。因此，"user" 和 "Alice" 都會被視為 True。

解題方法

依運算子優先順序，先計算比較式，再進行布林運算。

第一個條件：

name1 == "" or "user"

name1 是 "Alice"，所以 name1 == "" 為 False；而 "user" 是非空字串，為 True。因此：

第一個 if 印出 True。

第二個條件：

name2 == "Bob" and "Alice"

核心觀念

手稿語言（scripting language）通常用直譯器或執行環境執行程式碼，常用於自動化工作、網頁互動或應用程式控制。Perl、PHP、VBScript 都是常見的手稿語言。Visual Basic 則是以開發一般應用程式為主的程式語言，傳統上須經編譯後執行，因此不是手稿語言。

解題方法

逐一辨認選項的典型用途與執行方式：Perl、PHP、VBScript 均歸類為手稿語言；Visual Basic 屬於一般程式語言。題目問「不是」，故選出 Visual Basic。

選項分析

核心觀念

本題考的是程式從原始碼到可執行程式的處理流程，以及各種系統軟體的分工。

**連結器（linker）**會將程式編譯後產生的目的碼，與程式所使用的函式庫等外部模組結合，解析模組之間的符號參照，產生可執行程式。

解題方法

抓住題幹中的關鍵字：「將其他來源（如 library）的可執行碼彙集成一整個可執行程式」。這描述的是把不同模組連結、整合的工作，因此負責者是 linker。

常見流程可簡化為：

選項分析

核心觀念

執行緒局部儲存（thread-local storage，TLS）是一種讓每個執行緒各自擁有資料副本的機制。不同執行緒存取同一個 TLS 變數時，取得的是各自獨立的值；同一執行緒則可在不同函式呼叫之間持續使用自己的值。

可用兩個面向判斷：

• 作用範圍：綁定執行緒，而非某一次函式呼叫。
• 資料共享：同一執行緒的多次函式呼叫可共用該執行緒的值；不同執行緒不會共用同一份值。

解題方法

先分辨「執行緒局部」與「函式局部」：若資料只在一次函式呼叫期間存在，屬於函式的區域變數概念；TLS 則以執行緒為單位維持資料。因此，找出同時符合「同一執行緒」和「可跨多次函式呼叫」的選項即可。

選項分析

核心觀念

本題考「臨界區段」（critical section）的定義。當多個程序或執行緒可能同時存取、修改共享資料時，若執行順序不同會造成結果不一致，即存在競賽條件（race condition）。存取共享資料的程式碼應放在臨界區段內，並透過同步機制確保同一時間至多只有一個程序進入。

典型程序結構可分為進入區段、臨界區段、離開區段及剩餘區段。進入區段負責取得進入臨界區段的許可；離開區段負責釋放資源；剩餘區段則執行不涉及共享資源的其他工作。

解題方法

題目問具有競賽條件的程式碼應放在哪一種區段。判斷關鍵是看該段程式是否會存取或更新共享資料，且可能因並行執行而產生錯誤結果。符合此情形的程式碼就是臨界區段，需以互斥鎖、信號量等同步機制保護。

選項分析

核心觀念

本題考多對一（many-to-one）多執行緒模式中，使用者執行緒與核心執行緒的對應方式，以及它對阻塞與平行執行的影響。

多對一模式是由多個使用者執行緒對應到一個核心執行緒。執行緒的管理主要由使用者層級執行緒函式庫負責；核心只看得到該程序所對應的單一核心執行緒。

解題方法

掌握兩個特性即可判斷：

1. 阻塞效應：若一個使用者執行緒執行阻塞系統呼叫，對應的唯一核心執行緒也會被阻塞，因此同程序的其他使用者執行緒無法繼續執行。
2. 平行能力：由於一個程序只對應一個核心執行緒，即使系統有多個核心，該程序也不能藉由此模式讓多個執行緒同時在不同核心上執行。

選項分析

核心觀念

本題考查有效存取時間（Effective Access Time, EAT）：一般記憶體存取時間，以及分頁錯誤發生時額外的服務時間，依分頁錯誤機率加權平均。

設分頁錯誤機率為 $p$，則：

解題方法

先將單位統一。一般存取時間是 $100\mathrm{ns}$；分頁錯誤服務時間為：

分頁錯誤機率 $0.001\%=0.00001=10^{-5}$。代入公式：

核心觀念

循環排程（Round-Robin, RR）讓就緒佇列中的程序依序取得 CPU，每次最多執行一個時間量（time quantum）。時間量到期後，若程序尚未完成，作業系統會將它移回佇列尾端，換下一個程序執行。

解題方法

判斷時間量大小對排程的影響：

• 時間量較小時，程序會頻繁輪替，能提升回應性，但也會增加情境切換的開銷。
• 時間量足夠大時，每個程序通常能在時間量到期前完成執行；若未完成，也要等較久才輪到其他程序。排程效果因此等同於依就緒佇列順序逐一執行程序。

依照到達順序逐一服務，就是先到先辦排程（First-Come, First-Served, FCFS）。

選項分析

• (A) 先到先辦排程（first-come first-served scheduling）：正確。 當時間量過大，RR 的輪替效果消失，程序依佇列順序執行，退化為 FCFS。

核心觀念

ls -l 會以長格式列出檔案資訊。每筆資料最左側的字元表示檔案類型；其後的字元才是使用者、群組及其他人的權限設定。

常見檔案類型包括：- 表示一般檔案、d 表示目錄、l 表示符號連結（symbolic link）。

解題方法

題目開頭為 lr-xr-x--x，先讀取最左邊的 l。依 ls -l 的檔案類型標記，l 代表符號連結檔。後面的 r-xr-x--x 是權限資訊，與檔案類型的判讀無關。

選項分析

• (A) 符號連結檔（Symbolic-linking File）— 正確。 ls -l 權限欄最左側的 l 表示 symbolic link，也就是符號連結。
• **(B) 硬式連結檔（Hard linking File）— 錯誤。

核心觀念

本題比較作業系統中的兩種程序間通訊（IPC）：

• 訊息傳遞（message passing）：程序透過作業系統提供的機制傳送與接收訊息。作業系統通常負責傳遞與管理訊息，適合分散式系統中的程序互通。
• 共享記憶體（shared memory）：作業系統建立一段可由多個程序存取的記憶體區域。程序可直接在該區域讀寫資料，適合大量資料交換，但必須自行以同步機制（如互斥鎖或旗標）避免競爭狀況。

兩種方式各有用途，作業系統可以同時提供；程序可依需求選用。

解題方法

逐項比對兩種方式的典型特性：分散式環境通常較適合訊息傳遞；大量資料交換通常以共享記憶體較有效率；共享記憶體需要透過系統呼叫等作業系統介面建立與連結。最後確認作業系統是否只能實作其中一種。

選項分析

核心觀念

RGB 是加色混色模式，以紅色（Red）、綠色（Green）及藍色（Blue）的光量組合顏色。各色值愈高，代表該色光愈強；三色光同時達到最大值時，合成白色。

解題方法

題目給定紅、綠、藍三色值皆為 $255$。在常見的 8 位元 RGB 表示法中，每個色彩通道的範圍是 $0$ 至 $255$，因此 $255$ 代表該通道的最大值。三色全開時為：

選項分析

核心觀念

HSV 色彩空間以色相（Hue）、**飽和度（Saturation）與明度（Value）**描述顏色：

• 色相 H：決定顏色種類，例如紅、黃、綠、藍。
• 飽和度 S：決定顏色的鮮艷程度；飽和度越高，顏色越純、越鮮明。
• 明度 V：決定顏色的明暗程度；明度越高，顏色越亮。

題目要求提取「鮮艷紅色」，關鍵是先確認顏色的鮮艷程度，再鎖定紅色所屬的色相，最後考慮明暗範圍。

解題方法

依題目描述的條件順序判斷：

1. 「鮮艷」直接對應飽和度，因此優先提高或設定飽和度條件。
2. 「紅色」由色相決定，因此接著設定紅色所對應的色相範圍。
3. 最後再以明度限制過暗或過亮的像素。

核心觀念

本題考圖檔格式的色彩表示能力，以及壓縮是否會造成影像資訊損失。

• BMP 可支援多種色彩深度，常見有 24 位元全彩，並非最多只能存 256 種顏色。
• JPG（JPEG） 通常採用有失真壓縮，檔案較小，但影像細節可能受損。
• GIF 使用無失真的 LZW 壓縮，但色彩最多為 256 色。
• PNG 使用無失真壓縮；相較於未壓縮的 BMP，通常能減少檔案大小。

解題方法

逐一判斷各格式的壓縮方式、色彩限制與常見檔案大小特性。PNG 與 GIF 都屬無失真壓縮；JPG 為有失真壓縮。BMP 的色彩深度則不只 8 位元，因此可表示超過 256 種顏色。

選項分析

核心觀念

仿射變換是以線性變換搭配平移，改變影像中像素的位置與幾何形狀。二維座標常以齊次座標表示：

平移、旋轉、縮放都能用此矩陣形式表達。去背則是辨識並移除影像中的背景，涉及像素分類或遮罩處理，不是單純改變像素座標的幾何變換。

解題方法

判斷各選項是否屬於「改變像素座標位置」的操作。若操作可由座標變換矩陣描述，即可透過仿射變換達成；若操作需要辨識影像內容、決定哪些像素要保留或移除，就不屬於仿射變換。

選項分析

核心觀念

本題考查三維電腦圖學的應用程式介面（API）與多媒體軟體之區別。圖學 API 提供程式呼叫的功能與規格，讓應用程式能控制圖形繪製或渲染；一般多媒體製作工具則不一定屬於圖學 API。

解題方法

逐一辨認選項的用途：Direct3D、OpenGL 與 RenderMan 都與三維圖形繪製或渲染有關；Flash 主要是多媒體內容製作與播放平台，並非三維電腦圖學 API。因此選出 Flash。

選項分析

• (A) Direct3D：錯誤。 Direct3D 是 Microsoft 提供的圖形 API，可用於即時三維圖形的繪製與硬體加速。
• **(B) Flash：正確。

核心觀念

聲音的波長與頻率成反比，頻率越低，波長越長。波長較長的聲波較容易繞射，能繞過障礙物，因此較容易傳到障礙物後方，造成噪音干擾。聲速為 $v$、頻率為 $f$、波長為 $\lambda$ 時，三者關係為：

解題方法

比較各選項喇叭播放聲音的頻率範圍。低音喇叭播放低頻聲音，波長較長；聲波遇到障礙物時較容易繞射並穿透至另一側，所以較容易造成他人困擾。

選項分析

核心觀念

本題考查影像的記錄方式。向量式影像以幾何物件描述畫面，例如線段、曲線、圓形、多邊形及其位置、大小與顏色；這種以物件描述內容的方式，符合物件導向的概念。

向量式影像便於縮放、旋轉及編輯個別物件，但要描繪複雜、不規則的自然影像，往往需要大量幾何物件，表達較為困難。

解題方法

題幹的關鍵線索是「以物件導向的觀念表示影像內容」。逐一儲存影像中的幾何物件，對應的是向量式記錄。題幹提到不規則內容難以表達，也符合向量式影像以幾何圖形描述畫面的特性。

選項分析

核心觀念

DPI 是「每英吋的點數」（dots per inch），表示長度每英吋有多少個像素點。計算影像總像素數時，先求寬、高各自的像素數，再相乘。

解題方法

照片尺寸為 $3 \times 5$ 英吋，輸出解析度為 $100\ \mathrm{dpi}$：

• 寬度像素數：$3 \times 100 = 300$ 點
• 高度像素數：$5 \times 100 = 500$ 點

因此，總像素數為：

$300 \times 500 = 150{,}000\ \text{像素點}$

也可直接計算：$3 \times 5 \times 100^2 = 150{,}000$。

選項分析

核心觀念

本題考查視訊的兩種掃描方式，以及影格率與螢幕刷新率的概念。

• 交錯式掃描（Interlacing）：將一個影格分成兩個圖場（field），通常先掃描奇數行，再掃描偶數行；兩個圖場合併成完整影格。
• 漸進式掃描（Progressive scan）：每次掃描完整影格中的所有掃描線，不拆分成兩個圖場。
• **影格率（fps）**表示每秒顯示或傳送的影格數；**刷新率（Hz）**表示螢幕每秒更新畫面的次數。兩者相關，但並非相同規格。

解題方法

先辨認掃描方式的定義：漸進式掃描一次完成整個影格；交錯式掃描則分成兩個圖場。接著檢視各選項是否把數位與類比視訊的趨勢、畫質效果，或影格率與刷新率說成必然關係。

選項分析

核心觀念

JPEG（Joint Photographic Experts Group）常用離散餘弦轉換（DCT）處理影像資料。編碼時，影像會分割成一個個 $8 \times 8$ 像素區塊，再對每個區塊進行轉換與後續壓縮。

解題方法

題目問的是 JPEG 進行處理時通常使用的影像區塊大小，辨認 JPEG 的基本處理單位即可：每個區塊包含 $8 \times 8=64$ 個像素，因此選擇 $8 \times 8$。

選項分析