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A-Level 電腦科學 9618 Paper 1 模擬卷（理論基礎）｜75 分、1 小時 30 分、附答案及評分準則
TutorZone 原創模擬卷 · CIE A-Level 電腦科學 9618 Paper 1（理論基礎）
8 題 27 個部分 · 75 分 · 1 小時 30 分 · 准用計算機
卷制對照
| 試卷 | 時間 | 分數 | 性質 |
|---|---|---|---|
| Paper 1（理論基礎） | 1 小時 30 分 | 75 分 | 本卷 |
| Paper 2（解難與編程技巧） | 2 小時 | 75 分 | AS 另一卷 |
| Paper 3（高階理論） | 1 小時 30 分 | 75 分 | A Level 卷 |
| Paper 4（實踐考試） | 2 小時 30 分 | 75 分 | A Level 卷 |
資料表（Data and formulae）
| 量 | 數值 |
|---|---|
| 1 KiB | 1024 位元組 |
| 1 MiB | 1024 × 1024 位元組 |
| 圖像檔案大小 | 闊 × 高 × 色彩深度（位元）÷ 8 |
| 聲音檔案大小 | 取樣率 × 解析度（位元）÷ 8 × 聲道數 × 秒數 |
| 執行時間 | 指令數 × CPI ÷ 時脈頻率 |
| 平均記憶體存取時間 | 命中率 × 命中時間 + (1 − 命中率) × 未命中時間 |
| 8 位元二補數範圍 | −128 至 +127 |
題目
Total: 75 marks · 1 h 30 min · calculator allowed
第 1 · 資訊表示：二補數、十六進位、圖像與聲音、遊程編碼 [12]
(a) 把 −45 表示成 8 位元二補數，並寫出 8 位元二補數可表示的整數範圍。 [2]
(b) 一個位元組的內容是十六進位 9C。分別寫出它作為無號整數及 8 位元二補數的有號整數時的值。 [2]
(c) 一個未壓縮的點陣圖像為 800 × 600 像素、24 位元色彩深度。計算檔案大小（以 KB 表示，1 KB = 1000 位元組）；若改用 256 色的調色板（索引）模式，寫出新的檔案大小及兩者的倍數關係。 [3]
(d) 一段 90 秒的立體聲錄音，取樣率 44100 Hz、取樣解析度 16 位元、未壓縮。計算檔案大小（位元組及 MB，1 MB = 1024 × 1024 位元組）。 [2]
(e) 一行 200 個像素依次為：20 個黑、30 個白、150 個灰。用遊程編碼（RLE）寫出編碼結果，計算所需數值個數及節省百分比，並指出 RLE 在甚麼情況下會令檔案變大。 [3]
第 2 · 資料傳輸與網絡 [10]
(a) 比較串列傳輸與並列傳輸，寫出兩項差異，並說明長距離傳輸為何多用串列。 [3]
(b) 一個 12 MiB 的檔案經 20 Mbps 的連線傳送（1 MiB = 1024 × 1024 位元組，忽略額外開銷）。計算傳送時間（秒，2 位小數），並說明為何實際時間會比計算值長。 [3]
(c) 說明 MAC 位址與 IP 位址的分別（各一項用途），並寫出 IPv4 與 IPv6 位址的位元數及可表示的位址數目。 [4]
第 3 · 硬件：馮紐曼結構、匯流排、儲存、嵌入式系統 [11]
(a) 列出馮紐曼結構中的三個主要單元，並說明匯流排（bus）的作用。 [3]
(b) 某處理器的位址匯流排有 20 條線。計算它可直接定址的記憶體容量（位元組及 KiB）；並說明位址匯流排與資料匯流排的分別。 [3]
(c) 寫出固態硬碟（SSD）相對傳統硬碟（HDD）兩項優點。 [2]
(d) 以洗衣機為例，說明甚麼是嵌入式系統，並指出一個感應器和一個致動器的作用。 [3]
第 4 · 處理器基礎：提取—解碼—執行、效能、快取 [9]
(a) 描述提取—解碼—執行（FDE）循環，並指出 PC、MAR、MDR、CIR 在當中的角色。 [3]
(b) 處理器時脈為 3.2 GHz，平均每指令需 2.5 個時脈週期。計算每秒可執行的指令數（MIPS），以及執行 5,000,000 條指令所需時間（毫秒，2 位小數）。 [3]
(c) 程式共 500 次記憶體存取，其中 40 次未能在快取命中。命中時需 10 ns，未命中時需 120 ns。計算命中率及平均存取時間，並說明快取如何提升效能。 [3]
第 5 · 系統軟件：作業系統與工具程式 [8]
(a) 寫出作業系統三項主要功能，並各舉一例說明。 [3]
(b) 比較編譯器與解釋器，寫出兩項差異，並說明開發階段為何常用解釋器。 [3]
(c) 寫出兩款工具程式（utility software）及其用途。 [2]
第 6 · 保安、私隱與資料完整性 [9]
(a) 說明對稱加密與非對稱加密的分別，並解釋數碼證書在當中的作用。 [3]
(b) 某網站只容許 36 個字元（26 個小寫字母加 10 個數字），密碼長 8 個字元。計算可能的密碼組合數目，以及每秒可試 10⁹ 個密碼的電腦需時多久（分鐘），並提出兩項加強帳戶保安的方法。 [3]
(c) 分別說明分散式阻斷服務（DDoS）攻擊、釣魚（phishing）及防火牆的作用。 [3]
第 7 · 資料庫：鍵、正規化、SQL [8]
(a) 資料庫有 Student(StudentID, Name, Class) 及 ClubMembership(StudentID, ClubID, JoinDate) 兩個表。指出主鍵與外鍵，並說明兩個表之間的關係類型。 [3]
(b) 一個未正規化的表同時記錄訂單編號、客戶名稱、客戶地址及多個貨品名稱與單價（同一格內以逗號分隔）。說明如何把它正規化至第三正規化形式（3NF），並各舉一個要消除的問題。 [3]
(c) 寫出一段 SQL，從 Orders(OrderID, CustomerID, Total) 表找出總額大於 500 的訂單數目，並把結果命名為 BigOrders。 [2]
第 8 · 演算法設計與資料結構 [8]
(a) 一個已排序的陣列有 1,000,000 個元素。分別寫出線性搜尋與二分搜尋在最壞情況下的比較次數，並說明二分搜尋的前置條件。 [3]
(b) 把 [6, 3, 9, 1, 7] 用冒泡排序（每輪比較相鄰元素，整個陣列掃描至無交換為止）排成升序。寫出完成後的陣列、所需的比較次數與交換次數，並寫出冒泡排序的時間複雜度。 [3]
(c) 用 h(k) = k mod 11 的雜湊表存放鍵值 [15, 26, 37]，寫出每個鍵值的位置，說明會出現甚麼問題及一種解决方法；並指出堆疊（stack）與佇列（queue）的分別。 [2]
答案及評分準則
| 第 | 部分 | 答案 | 評分要點 | 分 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | (a) | +45 的二進位是 0010 1101；位元反轉得 1101 0010，最低位加 1 得 11010011。8 位元二補數範圍是 -128 至 +127。 | 1 分：位元樣式 11010011 1 分：範圍 -128 至 +127（兩端都要） |
2 |
| 1 | (b) | 無號：9×16 + 12 = 156。有號：最高位為 1，代表負數，156 − 256 = -100。 | 1 分：無號 156 1 分：有號 −100 |
2 |
| 1 | (c) | 位元總數 = 800 × 600 × 24 = 11520000 位元，除以 8 得 1440000 位元組 = 1440 KB。調色板模式每像素 8 位元（256 色），檔案為 480000 位元組 = 480 KB，即縮小 3 倍，但顏色只限於調色板內的 256 色。 | 1 分：位元計算 800×600×24 並除以 8 1 分：1440 KB 1 分：480 KB 及縮小 3 倍 |
3 |
| 1 | (d) | 每秒位元組 = 44100 × 2 × 2 = 176400；乘 90 秒得 15876000 位元組 ≈ 15.14 MB。 | 1 分：44100×2×2×90 1 分：15876000 位元組／15.14 MB |
2 |
| 1 | (e) | 編碼為 20, 黑, 30, 白, 150, 灰 —— 共 6 個數值（3 段 × 2），而原本需 200 個，節省 97.0%。若圖像顏色不斷變化（幾乎沒有連續相同像素），每段長度多為 1，反而要多存一段計數，檔案就會變大。 | 1 分：三段（長度＋顏色）正確 1 分：6 個數值、節省 97.0% 1 分：指出顏色交替頻繁／無連續相同像素時會變大 |
3 |
| 2 | (a) | 串列每次只在一條線上傳一個位元，並列同時在多條線上傳多個位元；並列線路成本較高、佔位較多，且各線到達時間不一會造成偏斜（skew），距離越長越嚴重。串列只有一對線，沒有偏斜問題，抗干擾及成本較好，所以長距離（如 USB、網絡線）用串列。 | 1 分：串列一位元一次／並列多位元同時 1 分：並列有偏斜（skew）／線數多成本高 1 分：串列長距離無偏斜、成本低 |
3 |
| 2 | (b) | 12 MiB = 12 × 1024 × 1024 × 8 = 100663296 位元；除以 20 × 10⁶ = 5.03 秒。實際更長是因為要加標頭、封包之間的等待、確認與重傳、其他用戶共用頻寬，以及線路衰減引致的錯誤重傳。 | 1 分：換算為 100663296 位元 1 分：5.03 秒 1 分：至少一項開銷（標頭／重傳／共用頻寬） |
3 |
| 2 | (c) | MAC 位址由網卡製造商燒錄、48 位元，用於同一網段內（區域網路）辨識硬件；IP 位址由網絡分配、可改變，用於跨網絡路由封包。IPv4 為 32 位元，可表示 2³² = 4,294,967,296 個位址；IPv6 為 128 位元，可表示 2¹²⁸ 個位址（約 3.4 × 10³⁸）。 | 1 分：MAC 48 位元、硬件固定、區網內辨識 1 分：IP 可變、跨網路由 1 分：IPv4 32 位元、4,294,967,296 個 1 分：IPv6 128 位元 |
4 |
| 3 | (a) | 處理器（含算術邏輯單元 ALU 與控制單元 CU）、主記憶體（RAM）、輸入／輸出裝置；三者由匯流排連接。匯流排是一組平行的導線，負責在單元之間傳送資料、位址及控制訊號，令 CPU 可以讀寫記憶體與周邊。 | 1 分：處理器／ALU／CU 1 分：主記憶體或 I/O 1 分：匯流排傳送資料、位址、控制訊號 |
3 |
| 3 | (b) | 可表示 2^20 = 1,048,576 個位址，即 1,048,576 位元組 = 1024 KiB。位址匯流排由 CPU 輸出，指定要存取的記憶體位置，其闊度決定可定址空間；資料匯流排是雙向的，用來傳送實際的指令或數據，其闊度影響一次可傳的位元數。 | 1 分：2^20 = 1,048,576 位址 1 分：1024 KiB 1 分：位址單向指定位置／資料雙向傳內容 |
3 |
| 3 | (c) | 沒有移動部件，抗震、噪音低、功耗較少；隨機存取速度快、開機及載入程式較快。（亦可答：體積小、發熱少。） | 1 分：無移動部件（抗震／靜音／省電） 1 分：存取速度較快 |
2 |
| 3 | (d) | 嵌入式系統是為特定功能而設、內建於較大裝置內的電腦系統，通常只有專用程式（固件）儲存在 ROM，用戶不會裝其他軟件。感應器（如水位或溫度感應器）把實體環境數據轉為數碼訊號給處理器；致動器（如馬達、進水閥）把處理器的輸出轉為實體動作。 | 1 分：專用功能／內建於裝置／固件在 ROM 1 分：感應器把實體數據轉為數碼輸入 1 分：致動器把輸出轉為實體動作 |
3 |
| 4 | (a) | 提取：PC 的值複製到 MAR，經位址匯流排送到記憶體，該位址的指令經資料匯流排回到 MDR，再複製到 CIR，PC 加一。解碼：控制單元拆分 CIR 內的指令，判斷操作碼與操作數。執行：由 ALU 執行運算或讀寫記憶體，結果寫回暫存器或記憶體，並更新狀態暫存器。 | 1 分：PC→MAR→記憶體→MDR→CIR，PC 加一 1 分：控制單元解碼操作碼／操作數 1 分：ALU 執行並寫回結果／更新狀態 |
3 |
| 4 | (b) | 每秒週期 = 3.2 × 10⁹，除以 2.5 得 1,280,000,000 條/秒 ≈ 1,280 MIPS。5,000,000 條 × 2.5 ÷ (3.2 × 10⁹) = 0.003906 秒 = 3.91 毫秒。 | 1 分：時脈 ÷ CPI = 1,280,000,000 條/秒（1,280 MIPS） 1 分：指令數 × CPI ÷ 時脈 1 分：3.91 毫秒 |
3 |
| 4 | (c) | 命中 460 次，命中率 = 460/500 = 92%。平均 = 0.92 × 10 + 0.08 × 120 = 18.80 ns。快取是位於 CPU 與主記憶體之間的小容量高速記憶體，常用指令與數據放在其中，多數存取可在快取完成，減少等待主記憶體的時間。 | 1 分：命中率 92% 1 分：平均 18.80 ns（算式） 1 分：快取存放常用指令數據、減少主記憶體存取延遲 |
3 |
| 5 | (a) | 記憶體管理（分配 RAM 給各程式、避免互相覆寫）；處理器排程（決定哪個程式何時使用 CPU，如分時多工）；檔案管理（建立目錄、讀寫與權限控制），另有輸入／輸出管理及提供使用者介面。 | 1 分：記憶體管理及例子 1 分：排程／多工及例子 1 分：檔案管理或 I/O 管理及例子 |
3 |
| 5 | (b) | 編譯器一次把整個原始碼翻譯成機器碼／目的碼，產生可獨立執行的檔案，執行較快，但每次改動都要重新編譯；解釋器逐行翻譯並立即執行，不產生執行檔，發現錯誤即時停止並指出行號，方便除錯，但執行較慢。 | 1 分：編譯器整份翻譯並產生執行檔／解釋器逐行執行 1 分：速度或錯誤報告的差異 1 分：開發時解釋器即時報錯、免重新編譯 |
3 |
| 5 | (c) | 備份軟件（定期把檔案複製到另一媒體，意外時可還原）；防毒軟件（掃描並移除惡意程式）；亦可答磁碟重組／格式化、壓縮軟件等。 | 1 分：工具程式一及用途 1 分：工具程式二及用途 |
2 |
| 6 | (a) | 對稱加密用同一條金鑰加解密，速度快但要把金鑰安全地交給對方；非對稱加密用一對金鑰，公開金鑰加密、私密金鑰解密（或反之作數碼簽署），解決金鑰分發問題但較慢。數碼證書由受信任的憑證機構簽發，綁定公開金鑰與網站身份，讓瀏覽器確認對方真偽。 | 1 分：對稱單一金鑰／非對稱一對金鑰 1 分：非對稱解決金鑰分發但較慢 1 分：憑證由 CA 簽發、綁定公開金鑰與身份 |
3 |
| 6 | (b) | 組合數 = 36^8 = 2,821,109,907,456。時間 = 2,821,109,907,456 ÷ 10⁹ = 2,821.1 秒 ≈ 47.0 分鐘。改善方法：加入大寫字母及符號以擴大字符集、加長密碼、強制兩步驗證（2FA）、限制嘗試次數及鎖定帳戶。 | 1 分：36^8 = 2,821,109,907,456 1 分：47.0 分鐘 1 分：兩項有效方法（更長／更大字符集／2FA／限次數） |
3 |
| 6 | (c) | DDoS：大量被控制的機器（僵屍網絡）同時向伺服器發出請求，耗盡頻寬或連線數，令正常用戶無法使用。釣魚：偽冒銀行或機構的電郵／網站，誘使用戶輸入帳號密碼或點擊惡意連結。防火牆檢查進出的封包，按規則封鎖未經授權的埠與位址。 | 1 分：DDoS 大量機器同時請求令服務不可用 1 分：釣魚偽冒機構騙取資料 1 分：防火牆按規則過濾封包／封鎖埠 |
3 |
| 7 | (a) | Student 的主鍵是 StudentID；ClubMembership 的主鍵是複合鍵 (StudentID, ClubID)，其中 StudentID 是指向 Student 的外鍵。一名學生可參加多個學會，一個學會亦有多名學生，故兩表是多對多（M:N）關係，需靠 ClubMembership 這個連結表實現。 | 1 分：Student 主鍵 StudentID 1 分：ClubMembership 複合主鍵及 StudentID 為外鍵 1 分：多對多（M:N）關係 |
3 |
| 7 | (b) | 第一正規化（1NF）：每格只存一個值，把重複的貨品拆成 OrderLine(OrderID, ItemID, Qty, UnitPrice) 多行，消除重複組。第二正規化（2NF）：移除部分相依——貨品名稱與單價只取決於 ItemID，故另建 Item(ItemID, ItemName, UnitPrice)。第三正規化（3NF）：移除遞移相依——客戶名稱與地址只取決於 CustomerID 而非 OrderID，故另建 Customer(CustomerID, Name, Address)。 | 1 分：1NF 每格單值、拆出重複貨品 1 分：2NF 消除部分相依（貨品另建表） 1 分：3NF 消除遞移相依（客戶另建表） |
3 |
| 7 | (c) | SELECT COUNT(*) AS BigOrders FROM Orders WHERE Total > 500; | 1 分：COUNT(*) 與 WHERE Total > 500 1 分：AS BigOrders 及語法完整 |
2 |
| 8 | (a) | 線性搜尋最壞要檢查全部元素，即 1,000,000 次；二分搜尋每步把範圍減半，20 次（2^20 = 1,048,576 > 1,000,000）。前置條件：資料必須已按搜尋鍵排序，而且可以隨機（直接）存取中間元素。 | 1 分：線性 1,000,000 次 1 分：二分 20 次 1 分：必須已排序（及可隨機存取） |
3 |
| 8 | (b) | 四輪掃描後結果為 1 3 6 7 9；共 16 次比較、5 次交換。時間複雜度為 O(n²)，即使資料已排序（若無「無交換即停」的優化）仍要完成所有比較。 | 1 分：排序結果 1 3 6 7 9 1 分：16 次比較、5 次交換 1 分：O(n²) |
3 |
| 8 | (c) | 三個鍵值的位置都是 4，發生碰撞（collision）。可用鏈結法（同一位置以連結串列存放多個鍵值）或線性探測（向下找下一個空位）。堆疊是先進後出（LIFO），佇列是先進先出（FIFO）。 | 1 分：三個位置均為 4、指出碰撞 1 分：鏈結法／線性探測，以及 LIFO 對 FIFO |
2 |
課題分佈
| 題號 | 課題 | 分數 |
|---|---|---|
| 1 | 資訊表示：二補數、十六進位、圖像與聲音、遊程編碼 | 12 |
| 2 | 資料傳輸與網絡 | 10 |
| 3 | 硬件：馮紐曼結構、匯流排、儲存、嵌入式系統 | 11 |
| 4 | 處理器基礎：提取—解碼—執行、效能、快取 | 9 |
| 5 | 系統軟件：作業系統與工具程式 | 8 |
| 6 | 保安、私隱與資料完整性 | 9 |
| 7 | 資料庫：鍵、正規化、SQL | 8 |
| 8 | 演算法設計與資料結構 | 8 |
常見失分位
- 二補數負數忘記「反轉後加一」，或把範圍寫成 −127 至 127。
- 檔案大小忘記乘聲道數（立體聲）或把位元直接當位元組，單位錯一個 8 倍。
- 執行時間直接用品質／時脈，漏乘 CPI；快取平均存取時間沒有按命中率加權。
- 正規化只寫「分開表」，沒有指出消除的是重複組、部分相依還是遞移相依。
常見問題
這份卷是否 CIE 官方試卷？
不是。這是 TutorZone 導師依 9618 課程大綱自編的原創模擬卷，試題與數據全部自寫，與 CIE 無關。
Paper 1 考多久、佔多少分？
Paper 1 為 1 小時 30 分、75 分，屬 AS 部分，全部為結構題，沒有選擇題。
答案卷有甚麼？
每部分都有模範答案與逐點評分要點，另附資料表（常用公式）及常見失分位。
本卷由 TutorZone 導師依公開課程大綱自行編寫，題目與數據均為原創，與 CIE 官方無關。
答案卷附評分要點，只供學習用途；轉載請註明出處。
