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A-Level 电脑科学 9618 Paper 1 模拟卷（理论基础）｜75 分、1 小时 30 分、附答案及评分准则
TutorZone 原创模拟卷 · CIE A-Level 电脑科学 9618 Paper 1（理论基础）
8 题 27 个部分 · 75 分 · 1 小时 30 分 · 准用计算机
卷制对照
| 试卷 | 时间 | 分数 | 性质 |
|---|---|---|---|
| Paper 1（理论基础） | 1 小时 30 分 | 75 分 | 本卷 |
| Paper 2（解难与编程技巧） | 2 小时 | 75 分 | AS 另一卷 |
| Paper 3（高阶理论） | 1 小时 30 分 | 75 分 | A Level 卷 |
| Paper 4（实践考试） | 2 小时 30 分 | 75 分 | A Level 卷 |
资料表（Data and formulae）
| 量 | 数值 |
|---|---|
| 1 KiB | 1024 字节 |
| 1 MiB | 1024 × 1024 字节 |
| 图像档案大小 | 阔 × 高 × 色彩深度（位元）÷ 8 |
| 声音档案大小 | 取样率 × 分辨率（位元）÷ 8 × 声道数 × 秒数 |
| 执行时间 | 指令数 × CPI ÷ 时脉频率 |
| 平均内存存取时间 | 命中率 × 命中时间 + (1 − 命中率) × 未命中时间 |
| 8 位元二补数范围 | −128 至 +127 |
题目
Total: 75 marks · 1 h 30 min · calculator allowed
第 1 · 资讯表示：二补数、十六进制、图像与声音、游程编码 [12]
(a) 把 −45 表示成 8 位元二补数，并写出 8 位元二补数可表示的整数范围。 [2]
(b) 一个字节的内容是十六进制 9C。分别写出它作为无号整数及 8 位元二补数的有号整数时的值。 [2]
(c) 一个未压缩的位图像为 800 × 600 像素、24 位元色彩深度。计算档案大小（以 KB 表示，1 KB = 1000 字节）；若改用 256 色的调色板（索引）模式，写出新的档案大小及两者的倍数关系。 [3]
(d) 一段 90 秒的立体声录音，取样率 44100 Hz、取样分辨率 16 位元、未压缩。计算档案大小（字节及 MB，1 MB = 1024 × 1024 字节）。 [2]
(e) 一行 200 个像素依次为：20 个黑、30 个白、150 个灰。用游程编码（RLE）写出编码结果，计算所需数值个数及节省百分比，并指出 RLE 在什么情况下会令档案变大。 [3]
第 2 · 资料传输与网络 [10]
(a) 比较串列传输与并列传输，写出两项差异，并说明长距离传输为何多用串列。 [3]
(b) 一个 12 MiB 的档案经 20 Mbps 的连线传送（1 MiB = 1024 × 1024 字节，忽略额外开销）。计算传送时间（秒，2 位小数），并说明为何实际时间会比计算值长。 [3]
(c) 说明 MAC 位址与 IP 位址的分别（各一项用途），并写出 IPv4 与 IPv6 位址的位元数及可表示的位址数目。 [4]
第 3 · 硬件：冯纽曼结构、总线、储存、嵌入式系统 [11]
(a) 列出冯纽曼结构中的三个主要单元，并说明总线（bus）的作用。 [3]
(b) 某处理器的位址总线有 20 条线。计算它可直接定址的内存容量（字节及 KiB）；并说明位址总线与资料总线的分别。 [3]
(c) 写出固态硬盘（SSD）相对传统硬盘（HDD）两项优点。 [2]
(d) 以洗衣机为例，说明什么是嵌入式系统，并指出一个感应器和一个致动器的作用。 [3]
第 4 · 处理器基础：提取—解码—执行、效能、快取 [9]
(a) 描述提取—解码—执行（FDE）循环，并指出 PC、MAR、MDR、CIR 在当中的角色。 [3]
(b) 处理器时脉为 3.2 GHz，平均每指令需 2.5 个时脉周期。计算每秒可执行的指令数（MIPS），以及执行 5,000,000 条指令所需时间（毫秒，2 位小数）。 [3]
(c) 程式共 500 次内存存取，其中 40 次未能在快取命中。命中时需 10 ns，未命中时需 120 ns。计算命中率及平均存取时间，并说明快取如何提升效能。 [3]
第 5 · 系统软件：操作系统与工具程式 [8]
(a) 写出操作系统三项主要功能，并各举一例说明。 [3]
(b) 比较编译器与解释器，写出两项差异，并说明开发阶段为何常用解释器。 [3]
(c) 写出两款工具程式（utility software）及其用途。 [2]
第 6 · 保安、隐私与资料完整性 [9]
(a) 说明对称加密与非对称加密的分别，并解释数码证书在当中的作用。 [3]
(b) 某网站只容许 36 个字元（26 个小写字母加 10 个数字），密码长 8 个字元。计算可能的密码组合数目，以及每秒可试 10⁹ 个密码的电脑需时多久（分钟），并提出两项加强账户保安的方法。 [3]
(c) 分别说明分散式阻断服务（DDoS）攻击、钓鱼（phishing）及防火墙的作用。 [3]
第 7 · 数据库：键、正规化、SQL [8]
(a) 数据库有 Student(StudentID, Name, Class) 及 ClubMembership(StudentID, ClubID, JoinDate) 两个表。指出主键与外键，并说明两个表之间的关系类型。 [3]
(b) 一个未正规化的表同时记录订单编号、客户名称、客户地址及多个货品名称与单价（同一格内以逗号分隔）。说明如何把它正规化至第三正规化形式（3NF），并各举一个要消除的问题。 [3]
(c) 写出一段 SQL，从 Orders(OrderID, CustomerID, Total) 表找出总额大于 500 的订单数目，并把结果命名为 BigOrders。 [2]
第 8 · 算法设计与资料结构 [8]
(a) 一个已排序的阵列有 1,000,000 个元素。分别写出线性搜寻与二分搜寻在最坏情况下的比较次数，并说明二分搜寻的前置条件。 [3]
(b) 把 [6, 3, 9, 1, 7] 用冒泡排序（每轮比较相邻元素，整个阵列扫描至无交换为止）排成升序。写出完成后的阵列、所需的比较次数与交换次数，并写出冒泡排序的时间复杂度。 [3]
(c) 用 h(k) = k mod 11 的杂凑表存放键值 [15, 26, 37]，写出每个键值的位置，说明会出现什么问题及一种解决方法；并指出堆叠（stack）与伫列（queue）的分别。 [2]
答案及评分准则
| 第 | 部分 | 答案 | 评分要点 | 分 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | (a) | +45 的二进制是 0010 1101；位元反转得 1101 0010，最低位加 1 得 11010011。8 位元二补数范围是 -128 至 +127。 | 1 分：位元样式 11010011 1 分：范围 -128 至 +127（两端都要） |
2 |
| 1 | (b) | 无号：9×16 + 12 = 156。有号：最高位为 1，代表负数，156 − 256 = -100。 | 1 分：无号 156 1 分：有号 −100 |
2 |
| 1 | (c) | 位元总数 = 800 × 600 × 24 = 11520000 位元，除以 8 得 1440000 字节 = 1440 KB。调色板模式每像素 8 位元（256 色），档案为 480000 字节 = 480 KB，即缩小 3 倍，但颜色只限于调色板内的 256 色。 | 1 分：位元计算 800×600×24 并除以 8 1 分：1440 KB 1 分：480 KB 及缩小 3 倍 |
3 |
| 1 | (d) | 每秒字节 = 44100 × 2 × 2 = 176400；乘 90 秒得 15876000 字节 ≈ 15.14 MB。 | 1 分：44100×2×2×90 1 分：15876000 字节／15.14 MB |
2 |
| 1 | (e) | 编码为 20, 黑, 30, 白, 150, 灰 —— 共 6 个数值（3 段 × 2），而原本需 200 个，节省 97.0%。若图像颜色不断变化（几乎没有连续相同像素），每段长度多为 1，反而要多存一段计数，档案就会变大。 | 1 分：三段（长度＋颜色）正确 1 分：6 个数值、节省 97.0% 1 分：指出颜色交替频繁／无连续相同像素时会变大 |
3 |
| 2 | (a) | 串列每次只在一条线上传一个位元，并列同时在多条线上传多个位元；并列线路成本较高、占位较多，且各线到达时间不一会造成偏斜（skew），距离越长越严重。串列只有一对线，没有偏斜问题，抗干扰及成本较好，所以长距离（如 USB、网络线）用串列。 | 1 分：串列一位元一次／并列多位元同时 1 分：并列有偏斜（skew）／线数多成本高 1 分：串列长距离无偏斜、成本低 |
3 |
| 2 | (b) | 12 MiB = 12 × 1024 × 1024 × 8 = 100663296 位元；除以 20 × 10⁶ = 5.03 秒。实际更长是因为要加标头、封包之间的等待、确认与重传、其他用户共用带宽，以及线路衰减引致的错误重传。 | 1 分：换算为 100663296 位元 1 分：5.03 秒 1 分：至少一项开销（标头／重传／共用带宽） |
3 |
| 2 | (c) | MAC 位址由网卡制造商烧录、48 位元，用于同一网段内（局域网络）辨识硬件；IP 位址由网络分配、可改变，用于跨网络路由封包。IPv4 为 32 位元，可表示 2³² = 4,294,967,296 个位址；IPv6 为 128 位元，可表示 2¹²⁸ 个位址（约 3.4 × 10³⁸）。 | 1 分：MAC 48 位元、硬件固定、区网内辨识 1 分：IP 可变、跨网络由 1 分：IPv4 32 位元、4,294,967,296 个 1 分：IPv6 128 位元 |
4 |
| 3 | (a) | 处理器（含算术逻辑单元 ALU 与控制单元 CU）、主内存（RAM）、输入／输出装置；三者由总线连接。总线是一组平行的导线，负责在单元之间传送资料、位址及控制讯号，令 CPU 可以读写内存与周边。 | 1 分：处理器／ALU／CU 1 分：主内存或 I/O 1 分：总线传送资料、位址、控制讯号 |
3 |
| 3 | (b) | 可表示 2^20 = 1,048,576 个位址，即 1,048,576 字节 = 1024 KiB。位址总线由 CPU 输出，指定要存取的内存位置，其阔度决定可定址空间；资料总线是双向的，用来传送实际的指令或数据，其阔度影响一次可传的位元数。 | 1 分：2^20 = 1,048,576 位址 1 分：1024 KiB 1 分：位址单向指定位置／资料双向传内容 |
3 |
| 3 | (c) | 没有移动部件，抗震、噪音低、功耗较少；随机存取速度快、开机及载入程式较快。（亦可答：体积小、发热少。） | 1 分：无移动部件（抗震／静音／省电） 1 分：存取速度较快 |
2 |
| 3 | (d) | 嵌入式系统是为特定功能而设、内建于较大装置内的电脑系统，通常只有专用程式（固件）储存在 ROM，用户不会装其他软件。感应器（如水位或温度感应器）把实体环境数据转为数字信号给处理器；致动器（如马达、进水阀）把处理器的输出转为实体动作。 | 1 分：专用功能／内建于装置／固件在 ROM 1 分：感应器把实体数据转为数码输入 1 分：致动器把输出转为实体动作 |
3 |
| 4 | (a) | 提取：PC 的值复制到 MAR，经位址总线送到内存，该位址的指令经资料总线回到 MDR，再复制到 CIR，PC 加一。解码：控制单元拆分 CIR 内的指令，判断操作码与操作数。执行：由 ALU 执行运算或读写内存，结果写回暂存器或内存，并更新状态暂存器。 | 1 分：PC→MAR→内存→MDR→CIR，PC 加一 1 分：控制单元解码操作码／操作数 1 分：ALU 执行并写回结果／更新状态 |
3 |
| 4 | (b) | 每秒周期 = 3.2 × 10⁹，除以 2.5 得 1,280,000,000 条/秒 ≈ 1,280 MIPS。5,000,000 条 × 2.5 ÷ (3.2 × 10⁹) = 0.003906 秒 = 3.91 毫秒。 | 1 分：时脉 ÷ CPI = 1,280,000,000 条/秒（1,280 MIPS） 1 分：指令数 × CPI ÷ 时脉 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。快取是位于 CPU 与主内存之间的小容量高速内存，常用指令与数据放在其中，多数存取可在快取完成，减少等待主内存的时间。 | 1 分：命中率 92% 1 分：平均 18.80 ns（算式） 1 分：快取存放常用指令数据、减少主内存存取延迟 |
3 |
| 5 | (a) | 内存管理（分配 RAM 给各程式、避免互相覆写）；处理器排程（决定哪个程式何时使用 CPU，如分时多工）；档案管理（建立目录、读写与权限控制），另有输入／输出管理及提供使用者界面。 | 1 分：内存管理及例子 1 分：排程／多工及例子 1 分：档案管理或 I/O 管理及例子 |
3 |
| 5 | (b) | 编译器一次把整个源代码翻译成机器码／目的码，产生可独立执行的档案，执行较快，但每次改动都要重新编译；解释器逐行翻译并立即执行，不产生执行档，发现错误即时停止并指出行号，方便除错，但执行较慢。 | 1 分：编译器整份翻译并产生执行档／解释器逐行执行 1 分：速度或错误报告的差异 1 分：开发时解释器即时报错、免重新编译 |
3 |
| 5 | (c) | 备份软件（定期把档案复制到另一媒体，意外时可还原）；防毒软件（扫描并移除恶意程式）；亦可答磁盘重组／格式化、压缩软件等。 | 1 分：工具程式一及用途 1 分：工具程式二及用途 |
2 |
| 6 | (a) | 对称加密用同一条金钥加解密，速度快但要把金钥安全地交给对方；非对称加密用一对金钥，公开金钥加密、私密金钥解密（或反之作数码签署），解决金钥分发问题但较慢。数码证书由受信任的凭证机构签发，绑定公开金钥与网站身份，让浏览器确认对方真伪。 | 1 分：对称单一金钥／非对称一对金钥 1 分：非对称解决金钥分发但较慢 1 分：凭证由 CA 签发、绑定公开金钥与身份 |
3 |
| 6 | (b) | 组合数 = 36^8 = 2,821,109,907,456。时间 = 2,821,109,907,456 ÷ 10⁹ = 2,821.1 秒 ≈ 47.0 分钟。改善方法：加入大写字母及符号以扩大字符集、加长密码、强制两步验证（2FA）、限制尝试次数及锁定账户。 | 1 分：36^8 = 2,821,109,907,456 1 分：47.0 分钟 1 分：两项有效方法（更长／更大字符集／2FA／限次数） |
3 |
| 6 | (c) | DDoS：大量被控制的机器（僵尸网络）同时向服务器发出请求，耗尽带宽或连线数，令正常用户无法使用。钓鱼：伪冒银行或机构的电邮／网站，诱使用户输入账号密码或点击恶意连结。防火墙检查进出的封包，按规则封锁未经授权的埠与位址。 | 1 分：DDoS 大量机器同时请求令服务不可用 1 分：钓鱼伪冒机构骗取资料 1 分：防火墙按规则过滤封包／封锁埠 |
3 |
| 7 | (a) | Student 的主键是 StudentID；ClubMembership 的主键是复合键 (StudentID, ClubID)，其中 StudentID 是指向 Student 的外键。一名学生可参加多个学会，一个学会亦有多名学生，故两表是多对多（M:N）关系，需靠 ClubMembership 这个连结表实现。 | 1 分：Student 主键 StudentID 1 分：ClubMembership 复合主键及 StudentID 为外键 1 分：多对多（M:N）关系 |
3 |
| 7 | (b) | 第一正规化（1NF）：每格只存一个值，把重复的货品拆成 OrderLine(OrderID, ItemID, Qty, UnitPrice) 多行，消除重复组。第二正规化（2NF）：移除部分相依——货品名称与单价只取决于 ItemID，故另建 Item(ItemID, ItemName, UnitPrice)。第三正规化（3NF）：移除递移相依——客户名称与地址只取决于 CustomerID 而非 OrderID，故另建 Customer(CustomerID, Name, Address)。 | 1 分：1NF 每格单值、拆出重复货品 1 分：2NF 消除部分相依（货品另建表） 1 分：3NF 消除递移相依（客户另建表） |
3 |
| 7 | (c) | SELECT COUNT(*) AS BigOrders FROM Orders WHERE Total > 500; | 1 分：COUNT(*) 与 WHERE Total > 500 1 分：AS BigOrders 及语法完整 |
2 |
| 8 | (a) | 线性搜寻最坏要检查全部元素，即 1,000,000 次；二分搜寻每步把范围减半，20 次（2^20 = 1,048,576 > 1,000,000）。前置条件：资料必须已按搜寻键排序，而且可以随机（直接）存取中间元素。 | 1 分：线性 1,000,000 次 1 分：二分 20 次 1 分：必须已排序（及可随机存取） |
3 |
| 8 | (b) | 四轮扫描后结果为 1 3 6 7 9；共 16 次比较、5 次交换。时间复杂度为 O(n²)，即使资料已排序（若无“无交换即停”的优化）仍要完成所有比较。 | 1 分：排序结果 1 3 6 7 9 1 分：16 次比较、5 次交换 1 分：O(n²) |
3 |
| 8 | (c) | 三个键值的位置都是 4，发生碰撞（collision）。可用链接法（同一位置以连结串列存放多个键值）或线性探测（向下找下一个空位）。堆叠是先进后出（LIFO），伫列是先进先出（FIFO）。 | 1 分：三个位置均为 4、指出碰撞 1 分：链接法／线性探测，以及 LIFO 对 FIFO |
2 |
课题分布
| 题号 | 课题 | 分数 |
|---|---|---|
| 1 | 资讯表示：二补数、十六进制、图像与声音、游程编码 | 12 |
| 2 | 资料传输与网络 | 10 |
| 3 | 硬件：冯纽曼结构、总线、储存、嵌入式系统 | 11 |
| 4 | 处理器基础：提取—解码—执行、效能、快取 | 9 |
| 5 | 系统软件：操作系统与工具程式 | 8 |
| 6 | 保安、隐私与资料完整性 | 9 |
| 7 | 数据库：键、正规化、SQL | 8 |
| 8 | 算法设计与资料结构 | 8 |
常见失分位
- 二补数负数忘记“反转后加一”，或把范围写成 −127 至 127。
- 档案大小忘记乘声道数（立体声）或把位元直接当字节，单位错一个 8 倍。
- 执行时间直接用品质／时脉，漏乘 CPI；快取平均存取时间没有按命中率加权。
- 正规化只写“分开表”，没有指出消除的是重复组、部分相依还是递移相依。
常见问题
这份卷是否 CIE 官方试卷？
不是。这是 TutorZone 导师依 9618 课程大纲自编的原创模拟卷，试题与数据全部自写，与 CIE 无关。
Paper 1 考多久、占多少分？
Paper 1 为 1 小时 30 分、75 分，属 AS 部分，全部为结构题，没有选择题。
答案卷有什么？
每部分都有模范答案与逐点评分要点，另附资料表（常用公式）及常见失分位。
本卷由 TutorZone 导师依公开课程大纲自行编写，题目与数据均为原创，与 CIE 官方无关。
答案卷附评分要点，只供学习用途；转载请注明出处。
