2025年全方位備考軟件設(shè)計(jì)師試題及答案x一、計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)1.某計(jì)算機(jī)主存容量為4GB，按字節(jié)編址，地址總線寬度為32位。若采用直接映射Cache，Cache容量為64KB，塊大小為32字節(jié)。（1）計(jì)算主存地址中標(biāo)記（Tag）、Cache行號(hào)（Index）、塊內(nèi)偏移（Offset）各字段的位數(shù)。（2）若CPU依次訪問(wèn)主存地址0x00012340、0x00012360、0x00012380，假設(shè)初始時(shí)Cache為空，求三次訪問(wèn)的缺失次數(shù)。答案與解析：（1）主存地址總位數(shù)32位。塊大小32字節(jié)=2?B，故Offset字段為5位。Cache容量64KB=21?B，塊大小32B=2?B，Cache行數(shù)=64KB/32B=211行，故Index字段為11位。剩余位數(shù)為Tag字段：32115=16位。（2）地址0x00012340轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：低5位為Offset（0x40=01000000B，低5位是00000），中間11位為Index（0x12340的二進(jìn)制為00010010001101000000，取中間11位即從第5位到第15位：00100011010）。第一次訪問(wèn)Cache為空，缺失。地址0x00012360的Offset為0x60的低5位（01100000B的低5位是10000），Index為00100011010（與第一次相同），此時(shí)Cache中該位置已被第一次訪問(wèn)的塊填充（塊大小32字節(jié)，0x00012340所在塊為0x000123400x0001235F），而0x00012360屬于下一個(gè)塊（0x000123600x0001237F），故第二次訪問(wèn)時(shí)，該Index對(duì)應(yīng)的Cache行存儲(chǔ)的是第一個(gè)塊的Tag，與當(dāng)前地址的Tag（需計(jì)算）不同，因此缺失。第三次訪問(wèn)0x00012380，其塊為0x000123800x0001239F，Index仍為00100011010，此時(shí)Cache行被第二次訪問(wèn)的塊替換，Tag不匹配，故第三次訪問(wèn)仍缺失。三次訪問(wèn)均缺失，缺失次數(shù)為3。二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法2.已知一棵二叉樹(shù)的前序遍歷序列為ABDECFG，中序遍歷序列為DBEAFCG。（1）畫出該二叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)。（2）寫出該二叉樹(shù)的后序遍歷序列。（3）若該二叉樹(shù)為二叉排序樹(shù)（BST），判斷是否合法，若合法說(shuō)明理由；若不合法，修改一個(gè)節(jié)點(diǎn)的值使其成為合法BST（節(jié)點(diǎn)值為字符對(duì)應(yīng)ASCII碼）。答案與解析：（1）前序遍歷首節(jié)點(diǎn)為根（A），中序遍歷中A左邊為左子樹(shù)（DBE），右邊為右子樹(shù)（FCG）。左子樹(shù)前序?yàn)锽DE，中序?yàn)镈BE，根為B，左子樹(shù)D，右子樹(shù)E。右子樹(shù)前序?yàn)镃FG，中序?yàn)镕CG，根為C，左子樹(shù)F，右子樹(shù)G。二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)：```A/\BC/\/\DEFG```（2）后序遍歷順序?yàn)樽笥腋?，序列為DEBFGCA。（3）二叉排序樹(shù)要求左子樹(shù)所有節(jié)點(diǎn)值小于根，右子樹(shù)所有節(jié)點(diǎn)值大于根。字符ASCII碼：A(65)、B(66)、D(68)、E(69)、C(67)、F(70)、G(71)。原樹(shù)中，根A的左子樹(shù)根B（66）>A（65），違反BST左子樹(shù)小于根的規(guī)則，故不合法。修改B的值為小于65（如改為@，ASCII64），則左子樹(shù)D（68）>B（64），E（69）>B（64），仍不符合BST左子樹(shù)左小右大規(guī)則；或修改D的值為小于B（66），如D改為65（A），則B（66）的左子樹(shù)D（65）<66，右子樹(shù)E（69）>66，根A（65）的左子樹(shù)B（66）>65，仍不合法。正確修改應(yīng)為調(diào)整根A的左子樹(shù)結(jié)構(gòu)，例如將前序遍歷中的B改為64（如字符@），則A（65）的左子樹(shù)B（64）<65，B的左子樹(shù)D（68）>64（需調(diào)整D為63），或直接交換B和D的位置，使前序?yàn)锳DBECFG，中序?yàn)镈BEAFCG，此時(shí)D（68）>A（65）仍不合法。最簡(jiǎn)便的修改是將根節(jié)點(diǎn)A的左子樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)值改為小于65，例如將B改為63（如字符?），則B（63）<A（65），B的左子樹(shù)D（68）>63（需調(diào)整D為62），或重新構(gòu)造樹(shù)結(jié)構(gòu)，確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)左子樹(shù)≤根≤右子樹(shù)。三、操作系統(tǒng)3.系統(tǒng)中有4個(gè)進(jìn)程P1P4，資源R1有3個(gè)實(shí)例，R2有2個(gè)實(shí)例。當(dāng)前資源分配狀態(tài)如下：|進(jìn)程|已分配R1|已分配R2|最大需求R1|最大需求R2||||||||P1|1|0|2|1||P2|0|1|1|2||P3|1|1|3|2||P4|1|0|2|1|（1）計(jì)算當(dāng)前可用資源向量。（2）使用銀行家算法判斷系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，若安全給出安全序列；若不安全說(shuō)明原因。答案與解析：（1）總資源R1=3，R2=2。已分配R1=1+0+1+1=3，已分配R2=0+1+1+0=2，故可用資源向量為(0,0)。（2）計(jì)算各進(jìn)程的需求矩陣（最大需求已分配）：P1:(21,10)=(1,0)P2:(10,21)=(1,1)P3:(31,21)=(2,1)P4:(21,10)=(1,0)可用資源為(0,0)，無(wú)法滿足任何進(jìn)程的需求（P1需要(1,0)，P2需要(1,1)，P3需要(2,1)，P4需要(1,0)），因此系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。四、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)4.某圖書管理系統(tǒng)的局部ER圖如下：實(shí)體“讀者”屬性：讀者ID（主鍵）、姓名、類型（學(xué)生/教師）。實(shí)體“圖書”屬性：ISBN（主鍵）、書名、作者、出版社。實(shí)體“出版社”屬性：出版社ID（主鍵）、名稱、地址。聯(lián)系“借閱”：讀者與圖書之間的多對(duì)多聯(lián)系，屬性為借閱時(shí)間、應(yīng)還時(shí)間。聯(lián)系“出版”：出版社與圖書之間的一對(duì)多聯(lián)系（一個(gè)出版社出版多本圖書，一本圖書由一個(gè)出版社出版）。（1）將ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式（要求標(biāo)注主鍵和外鍵）。（2）寫出查詢“2024年1月1日后借閱且尚未歸還（當(dāng)前日期2025年3月1日）的教師讀者姓名及書名”的SQL語(yǔ)句。答案與解析：（1）關(guān)系模式：讀者（讀者ID，姓名，類型）主鍵：讀者ID圖書（ISBN，書名，作者，出版社ID）主鍵：ISBN外鍵：出版社ID（參照出版社.出版社ID）出版社（出版社ID，名稱，地址）主鍵：出版社ID借閱（讀者ID，ISBN，借閱時(shí)間，應(yīng)還時(shí)間）主鍵：（讀者ID，ISBN，借閱時(shí)間）外鍵：讀者ID（參照讀者.讀者ID），ISBN（參照?qǐng)D書.ISBN）（2）SQL語(yǔ)句：```sqlSELECTr.姓名,b.書名FROM讀者rJOIN借閱jONr.讀者ID=j.讀者IDJOIN圖書bONj.ISBN=b.ISBNWHEREr.類型='教師'ANDj.借閱時(shí)間>'20240101'ANDj.應(yīng)還時(shí)間>'20250301';假設(shè)“尚未歸還”指應(yīng)還時(shí)間未到或未記錄歸還時(shí)間（若系統(tǒng)有歸還時(shí)間字段則需調(diào)整）```（注：若系統(tǒng)通過(guò)是否有歸還時(shí)間字段判斷，假設(shè)存在“歸還時(shí)間”字段且NULL表示未歸還，則條件應(yīng)為“歸還時(shí)間ISNULL”。）五、軟件工程5.某公司開(kāi)發(fā)在線考試系統(tǒng)，需求包括：考生通過(guò)賬號(hào)密碼登錄，支持短信驗(yàn)證碼找回密碼?？荚囘^(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控考生攝像頭，若檢測(cè)到其他人員出現(xiàn)則標(biāo)記異常。交卷后系統(tǒng)自動(dòng)批改客觀題，主觀題由人工批改，最終成績(jī)=客觀題得分×60%+主觀題得分×40%。（1）列出該系統(tǒng)的非功能需求（至少3項(xiàng)）。（2）采用用例圖描述“考生找回密碼”功能，寫出主要參與者和用例。（3）若系統(tǒng)需支持5000人同時(shí)在線考試，設(shè)計(jì)性能測(cè)試的關(guān)鍵指標(biāo)（至少4項(xiàng)）。答案與解析：（1）非功能需求：安全性：賬號(hào)密碼傳輸需加密（如HTTPS），短信驗(yàn)證碼有效期限制（如5分鐘）。實(shí)時(shí)性：攝像頭監(jiān)控畫面?zhèn)鬏斞舆t≤500ms?？煽啃裕合到y(tǒng)可用性≥99.9%（每天故障時(shí)間≤8.64分鐘）?？蓴U(kuò)展性：支持未來(lái)增加口語(yǔ)考試等新題型。（2）用例圖參與者：考生、短信網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。用例：發(fā)起密碼找回、驗(yàn)證身份（輸入賬號(hào)/手機(jī)號(hào)）、發(fā)送短信驗(yàn)證碼、輸入驗(yàn)證碼、重置密碼。（3）性能測(cè)試關(guān)鍵指標(biāo)：并發(fā)用戶數(shù)：5000人同時(shí)在線時(shí)的響應(yīng)時(shí)間。事務(wù)響應(yīng)時(shí)間：登錄、交卷等核心操作的平均響應(yīng)時(shí)間≤2秒。服務(wù)器資源利用率：CPU利用率≤80%，內(nèi)存利用率≤70%，帶寬占用≤90%。錯(cuò)誤率：請(qǐng)求失敗率≤0.1%。六、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全6.某網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦拢嚎偛浚↖P段/24）通過(guò)路由器R1連接互聯(lián)網(wǎng)，分支辦公室（IP段/24）通過(guò)路由器R2連接互聯(lián)網(wǎng)，R1和R2之間建立IPSecVPN隧道。（1）IPSec的傳輸模式和隧道模式的區(qū)別是什么？該場(chǎng)景應(yīng)選擇哪種模式？（2）若總部主機(jī)A（0）訪問(wèn)分支主機(jī)B（0），寫出數(shù)據(jù)包從A到B的封裝過(guò)程（包括源IP、目的IP、協(xié)議）。答案與解析：（1）傳輸模式封裝IP載荷（TCP/UDP），源/目的IP為原始主機(jī)地址，用于主機(jī)到主機(jī)通信；隧道模式封裝整個(gè)IP數(shù)據(jù)包（包括原IP頭），源/目的IP為隧道端點(diǎn)（如R1和R2），用于網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)通信。該場(chǎng)景是總部與分支兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，應(yīng)選擇隧道模式。（2）封裝過(guò)程：原始數(shù)據(jù)包：源IP=0，目的IP=0，協(xié)議=TCP（假設(shè)應(yīng)用層為HTTP）。R1處理：使用隧道模式，將原始數(shù)據(jù)包作為載荷，添加新IP頭，源IP=R1公網(wǎng)IP（如），目的IP=R2公網(wǎng)IP（如），協(xié)議=ESP（封裝安全載荷）。數(shù)據(jù)包經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)絉2，R2解封裝ESP頭，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)至0。七、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與算法7.用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)，輸入一個(gè)整數(shù)數(shù)組（長(zhǎng)度n），輸出其中最長(zhǎng)連續(xù)遞增子序列的長(zhǎng)度（子序列元素在原數(shù)組中連續(xù)）。例如，輸入[1,3,5,4,7]，輸出3（對(duì)應(yīng)1,3,5）；輸入[2,2,2,2]，輸出1（單個(gè)元素視為長(zhǎng)度1）。答案與解析：```cintfindLengthOfLCIS(intnums,intnumsSize){if(numsSize==0)return0;intmax_len=1;intcurrent_len=1;for(inti=1;i<numsSize;i++){if(nums[i]>nums[i1]){current_len++;if(current_len>max_len){max_len=current_len;}}else{current_len=1;}}returnmax_len;}```解析：初始化max_len和current_len為1（至少一個(gè)元素）。遍歷數(shù)組，若當(dāng)前元素大于前一個(gè)，current_len遞增并更新max_len；否則重置current_len為1。時(shí)間復(fù)雜度O(n)，空間復(fù)雜度O(1)。八、專業(yè)英語(yǔ)8.翻譯以下段落，并解釋“AgileDevelopment”的核心原則："AgileDevelopmentisaniterativeapproachtosoftwaredevelopmentwhererequirementsandsolutionsevolvethroughcollaborationbetweenselforganizing,crossfunctionalteams.Itpromotesadaptiveplanning,evolutionarydevelop