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《計算機系統的局限性》2023-2024學年第二學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在計算機系統的體系結構中，以下哪種結構能夠提高指令的并行執行效率（）A.單指令單數據（SISD）B.單指令多數據（SIMD）C.多指令單數據（MISD）D.多指令多數據（MIMD）2、在計算機系統中，當多個進程同時訪問共享資源時，可能會出現競爭條件和數據不一致的問題。以下哪種方法通常用于解決進程之間的同步和互斥問題？（）A.中斷機制B.信號量C.虛擬存儲D.通道技術3、在計算機存儲系統中，虛擬存儲器的概念被廣泛應用。當系統發生缺頁中斷時，以下哪個操作會被執行？（）A.從硬盤讀取所需頁面到內存B.釋放一部分內存空間C.重新啟動正在運行的程序D.切換到其他進程運行4、在計算機的輸入輸出（I/O）控制方式中，DMA（直接內存訪問）方式相較于中斷驅動方式的主要優點是什么？（）A.減少了CPU的干預，提高了數據傳輸效率B.降低了硬件成本C.適用于高速設備和大量數據傳輸D.編程更加簡單5、在計算機的操作系統中，文件的物理結構有多種方式。連續分配方式的優點是什么？（）A.順序訪問速度快B.便于文件的擴展C.不會產生外部碎片D.存儲空間利用率高6、當計算機系統面臨存儲容量擴展的需求時，有多種擴展技術可供選擇。以下關于存儲擴展技術的描述，哪一項是不準確的？（）A.外接硬盤是一種簡單的存儲擴展方式，通過USB或其他接口連接到計算機，但傳輸速度可能受到接口限制B.存儲陣列（RAID）可以將多個硬盤組合成一個邏輯卷，提供更高的容量和性能，但成本較高C.網絡存儲（如NAS、SAN）通過網絡連接提供存儲服務，具有靈活的擴展性和集中管理的優勢D.存儲容量擴展時，只需要考慮當前的需求，不需要考慮未來的可擴展性和兼容性7、在計算機系統中，量子計算是一種新興的計算技術。以下關于量子計算的描述，不正確的是（）A.量子計算利用量子比特進行計算，具有超強的計算能力B.量子計算目前已經廣泛應用于實際的計算任務中C.量子計算面臨著技術難題和物理限制D.量子計算的發展可能會對傳統計算技術產生重大影響8、在計算機網絡的體系結構中，TCP/IP模型的網絡層主要負責什么功能？（）A.數據鏈路層的差錯控制和流量控制B.提供端到端的可靠數據傳輸C.路由選擇和分組轉發D.應用進程之間的通信9、操作系統中的內存管理機制有多種，包括分段、分頁和段頁式管理。以下關于這些內存管理機制的描述，哪一項是錯誤的？（）A.分段管理將內存劃分為不同的段，每個段具有獨立的邏輯地址空間，方便程序的模塊化開發和保護B.分頁管理將內存劃分為固定大小的頁面，通過頁表實現虛擬地址到物理地址的轉換，提高了內存的利用率C.段頁式管理結合了分段和分頁的優點，先將程序按段劃分，再將每個段分頁，增加了內存管理的復雜性，但提高了系統的性能D.在現代操作系統中，分頁管理已經逐漸被淘汰，分段和段頁式管理成為主流的內存管理方式10、在計算機系統中，虛擬技術得到了廣泛應用。以下關于虛擬技術的描述，錯誤的是（）A.虛擬機可以在一臺物理計算機上模擬出多臺獨立的計算機B.虛擬內存可以將硬盤空間作為內存使用，擴大系統的可用內存C.虛擬網絡可以將一個物理網絡劃分為多個邏輯網絡D.虛擬技術會降低計算機系統的性能11、計算機的存儲系統通常包括高速緩存（Cache）、內存和外存。關于這三種存儲設備的性能特點和作用，以下說法正確的是：（）A.Cache速度最快但容量最小，用于存放最常用的數據和指令；內存速度次之，容量較大，用于暫存正在運行的程序和數據；外存速度最慢但容量最大，用于長期存儲數據B.Cache速度最慢但容量最大，用于長期存儲數據；內存速度次之，容量較大，用于暫存正在運行的程序和數據；外存速度最快但容量最小，用于存放最常用的數據和指令C.Cache速度和容量介于內存和外存之間，用于存放臨時數據；內存速度最快，容量最小，用于長期存儲程序和數據；外存速度最慢，容量最大，用于存放最常用的數據和指令D.Cache速度和容量介于內存和外存之間，用于存放最常用的數據和指令；內存速度最快，容量次之，用于暫存正在運行的程序和數據；外存速度最慢，容量最大，用于長期存儲數據12、對于設計一個高性能的數據庫系統，存儲引擎的選擇至關重要。以下關于存儲引擎的描述，哪一項是不準確的？（）A.B+樹存儲引擎適用于范圍查詢和排序操作較多的場景，因為它能夠提供高效的索引結構B.哈希表存儲引擎在精確匹配查詢時具有非常高的性能，但對于范圍查詢和排序的支持相對較弱C.基于日志結構合并樹（LSM-Tree）的存儲引擎適合寫入操作頻繁的應用，但其讀取性能可能不如傳統的索引結構D.無論應用場景如何，選擇存儲引擎時只需要考慮其性能，而不需要考慮存儲空間的利用效率和數據的可靠性13、在數據庫系統中，事務是一個重要的概念，用于保證數據的一致性和可靠性。以下關于事務的描述中，錯誤的是：（）A.事務具有原子性、一致性、隔離性和持久性（ACID）特性，原子性確保事務要么全部成功執行，要么全部失敗回滾；一致性保證事務執行前后數據庫的狀態是合法的；隔離性使得多個事務并發執行時如同串行執行一樣；持久性確保事務對數據庫的修改是永久保存的B.事務的隔離級別包括讀未提交、讀已提交、可重復讀和串行化，不同的隔離級別對事務并發執行的效果和數據一致性的保證程度不同，隔離級別越高，數據一致性越好，但并發性能越低C.事務的并發控制機制包括鎖機制、時間戳機制和樂觀并發控制機制等，它們用于解決多個事務同時訪問和修改數據時可能出現的問題，如丟失更新、臟讀、不可重復讀和幻讀等D.事務的日志記錄只在事務失敗回滾時才有用，在事務正常提交時不需要記錄日志，以節省存儲空間和提高性能14、在操作系統中，虛擬內存技術為程序提供了一個比實際物理內存更大的地址空間。以下關于虛擬內存的描述中，錯誤的是：（）A.虛擬內存通過將程序的部分內容暫時存儲在磁盤上，當需要時再調入內存，實現了在有限物理內存下運行大型程序的能力B.頁面置換算法是虛擬內存管理中的重要組成部分，常見的頁面置換算法有先進先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和最近最不常用（LFU）等C.虛擬內存的實現需要硬件支持，如地址轉換機制和缺頁中斷處理機制，操作系統通過這些機制來管理虛擬內存的分配和使用D.虛擬內存可以完全消除內存碎片的問題，因為程序使用的是連續的虛擬地址空間，而物理內存的碎片可以通過頁面置換算法進行整合15、當一個計算機系統需要處理大量的文件讀寫操作時，文件系統的緩存機制起著關鍵作用。以下關于文件系統緩存的描述，哪一項是錯誤的？（）A.文件系統緩存可以減少磁盤I/O操作的次數，提高文件讀寫的性能B.緩存的替換策略通常基于最近最少使用（LRU）或最不經常使用（LFU）等算法C.預讀機制可以提前將相鄰的數據讀入緩存，適用于順序訪問的情況，但對于隨機訪問可能沒有幫助D.文件系統緩存的大小對系統性能沒有顯著影響，只要有緩存機制就可以保證高效的文件操作16、在操作系統中，關于虛擬地址到物理地址的轉換，以下哪種描述是恰當的？（）A.頁表是實現虛擬地址到物理地址轉換的關鍵數據結構，操作系統通過查詢頁表來確定虛擬頁對應的物理頁幀B.多級頁表可以減少頁表占用的內存空間，但會增加地址轉換的時間開銷，因此只適用于內存資源緊張的系統C.硬件支持的TLB（TranslationLookasideBuffer）可以加速地址轉換過程，但其容量有限，對大地址空間的支持不夠D.以上關于虛擬地址到物理地址轉換的說法都是正確的17、對于操作系統中的內存管理策略，考慮一個運行多個進程的系統。關于分頁存儲管理和分段存儲管理的比較，以下說法準確的是：（）A.分頁存儲管理和分段存儲管理都能實現邏輯地址到物理地址的映射，但分段存儲管理更靈活，更符合用戶的編程需求B.分頁存儲管理的頁面大小固定，導致內存碎片多；分段存儲管理的段大小可變，所以不會產生內存碎片C.分頁存儲管理比分段存儲管理更易于實現內存保護和共享，因為分頁的頁面是固定大小的D.分段存儲管理的地址轉換比分頁存儲管理簡單，所以系統開銷更小18、在圖形處理方面，有多種技術和算法用于提高性能和效果。以下關于圖形處理的描述，哪一項是不正確的？（）A.GPU編程（如CUDA、OpenCL）可以利用GPU的并行計算能力加速圖形和通用計算任務B.DirectX和OpenGL是常見的圖形API，它們提供了豐富的函數和接口用于圖形渲染C.圖形硬件加速技術可以通過專用的硬件電路提高圖形處理的速度，如紋理映射和幾何變換D.在圖形處理中，只需要關注圖形的顯示效果，不需要考慮性能和資源的優化19、操作系統的系統調用接口為應用程序提供了與操作系統交互的途徑。以下關于系統調用接口的描述，錯誤的是（）A.系統調用接口定義了一組應用程序可以使用的函數或方法，通過這些函數可以請求操作系統的服務B.應用程序通過系統調用接口可以實現文件操作、進程管理、內存管理等各種功能C.系統調用接口的實現通常涉及從用戶態到內核態的切換，這會帶來一定的性能開銷D.系統調用接口是操作系統內核的一部分，應用程序可以直接修改和擴展系統調用接口的功能20、操作系統中的內存管理是一項關鍵任務，不同的內存分配方式各有特點。以下關于動態分區分配方式的描述中，正確的是：（）A.動態分區分配會產生外部碎片，即內存空間被分割成許多不連續的小空閑區域，導致無法分配給大進程B.動態分區分配采用首次適應算法時，每次總是從內存的低地址開始查找第一個能滿足要求的空閑分區，這種算法容易導致低地址部分的內存空間被頻繁使用，而高地址部分的內存空間長期閑置C.動態分區分配采用最佳適應算法時，總是把能滿足要求、又是最小的空閑分區分配給作業，這種算法能夠減少內存碎片的產生，但可能會導致較大的內存開銷用于存儲分區信息D.動態分區分配采用最壞適應算法時，總是挑選最大的空閑分區進行分配，這種算法雖然能夠避免產生小碎片，但可能會導致較大的作業無法得到分配21、對于計算機系統中的輸入輸出（I/O）控制方式，以下哪種說法是恰當的？（）A.程序查詢方式雖然簡單，但CPU利用率低，只適用于低速I/O設備，在現代計算機系統中已很少使用B.中斷驅動方式在I/O設備完成操作后主動向CPU發送中斷請求，CPU立即響應并處理I/O數據，這種方式沒有延遲C.DMA方式完全由硬件控制數據傳輸，不需要CPU干預，因此可以實現高速I/O設備與內存之間的數據直接傳輸，且不會占用CPU時間D.I/O控制方式的選擇對系統性能影響不大，無論采用哪種方式，都能滿足不同類型I/O設備的需求22、在計算機網絡體系結構中，TCP/IP模型的網絡層主要負責數據的路由和轉發。以下哪個協議工作在網絡層？（）A.HTTPB.IPC.TCPD.UDP23、在計算機系統的可靠性模型中，以下關于串聯系統和并聯系統的比較，正確的是：（）A.串聯系統的可靠性高于并聯系統，因為串聯系統中的每個組件都對系統的正常運行起關鍵作用B.并聯系統中只要有一個組件正常工作，系統就能正常運行，因此并聯系統的可靠性總是高于串聯系統C.串聯系統和并聯系統的可靠性計算方法相同，都可以通過簡單地相加各個組件的可靠性得到D.串聯系統和并聯系統的可靠性與組件的數量無關，只取決于組件本身的可靠性24、在計算機系統的存儲層次結構中，高速緩存（Cache）扮演著重要的角色。以下關于Cache的描述中，不準確的是：（）A.Cache是位于CPU和主存之間的一種高速小容量存儲器，其目的是為了減少CPU訪問主存的平均時間B.Cache的命中率是衡量其性能的重要指標，命中率越高，說明CPU從Cache中獲取數據的概率越大，系統性能越好C.直接映射、全相聯映射和組相聯映射是常見的Cache地址映射方式，其中全相聯映射方式的靈活性最高，但硬件實現成本也最高D.Cache中的數據是主存數據的完整副本，即主存中的所有數據都會在Cache中存在一份，以確保CPU能夠快速訪問25、在數據庫的關系模型中，關系的規范化旨在解決數據冗余和操作異常問題。以下關于第三范式（3NF）的描述，錯誤的是哪一項？（）A.消除了非主屬性對碼的傳遞函數依賴B.一定滿足第二范式（2NF）的要求C.所有非主屬性都完全依賴于主鍵D.是關系模式的最高規范化程度二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）簡要說明計算機系統中防火墻的功能和工作原理。2、（本題5分）