1、计算机水平考试高级系统架构设计师 2011年下半年下午真题及答案解析(总分：124.96，做题时间：90 分钟)一、试题一(总题数：1，分数：25.00)阅读以下关于软件架构评估的说明。说明某网上购物电子商务公司拟升级正在使用的在线交易系统，以提高用户网上购物在线支付环节的效率和安全性。在系统的需求分析与架构设计阶段，公司提出的需求和关键质量属性场景如下：(a)正常负载情况下，系统必须在 0.5秒内对用户的交易请求进行响应；(b)信用卡支付必须保证 99.999%的安全性；(c)对交易请求处理时间的要求将影响系统的数据传输协议和处理过程的设计；(d)网络失效后，系统需要在 1.5分钟内发现错误
2、并启用备用系统；(e)需要在 20人月内为系统添加一个新的 CORBA中间件；(f)交易过程中涉及到的产品介绍视频传输必须保证画面具有 600*480的分辨率，20 帧/秒的速率；(g)更改加密的级别将对安全性和性能产生影响；(h)主站点断电后，需要在 3秒内将访问请求重定向到备用站点；(i)假设每秒中用户交易请求的数量是 10个，处理请求的时间为 30毫秒，则“在 1秒内完成用户的交易请求”这一要求是可以实现的；(j)用户信息数据库授权必须保证 99.999%可用；(k)目前对系统信用卡支付业务逻辑的描述尚未达成共识，这可能导致部分业务功能模块的重复，影响系统的可修改性；(l)更改 Web界
3、面接口必须在 4人周内完成；(m)系统需要提供远程调试接口，并支持系统的远程调试。在对系统需求和质量属性场景进行分析的基础上，系统的架构师给出了三个候选的架构设计方案。公司目前正在组织系统开发的相关人员对系统架构进行评估。（分数：25.00）(1).在架构评估过程中，质量属性效用树(utility tree)是对系统质量属性进行识别和优先级排序的重要工具。请给出合适的质量属性，填入图 1-1中(1)、(2)空白处；并选择题干描述的(a)(m)，填入(3)(6)空白处，完成该系统的效用树。（分数：12.50）_(2).在架构评估过程中，需要正确识别系统的架构风险、敏感点和权衡点，并进行合理的架构
4、决策。请用300字以内的文字给出系统架构风险、敏感点和权衡点的定义，并从题干(a)(m)中各选出 1个对系统架构风险、敏感点和权衡点最为恰当的描述。*（分数：12.50）_二、试题二(总题数：1，分数：25.00)阅读以下关于软件系统数据建模的说明。说明某软件公司成立项目组为某高校开发一套教职工信息管理系统。与教职工信息相关的数据需求和处理需求如下：(1)数据需求：在教职工信息中能够存储学校所有在职的教工和职工信息，包括姓名、所属部门、出生年月、工资编号、工资额和缴税信息；部门信息中包括部门编号、部门名称、部门人数和办公地点信息。(2)处理需求：能够根据编制内或外聘教职工的工资编号分别查询其相
5、关信息；每个月的月底统一核发工资，要求系统能够以最快速度查询出教工或者职工所在部门名称、实发工资金额；由于学校人员相对稳定，所以数据变化及维护工作量很少。项目组王工和李工针对上述应用需求分别给出了所设计的数据模型(如图 2-1和图 2-2所示)。王工遵循数据库设计过程，按照第三范式对数据进行优化和调整，所设计的数据模型简单且基本没有数据冗余；而李工设计的数据模型中存在大量数据冗余。项目组经过分析和讨论，特别是针对数据处理中对数据访问效率的需求，最终选择了李工给出的数据模型设计方案。（分数：24.99）(1).请用 300字以内的文字，说明什么是数据库建模中的反规范化技术，指出采用反规范化技术能
6、获得哪些益处，可能带来哪些问题。*（分数：8.33）_(2).请简要叙述常见的反规范化技术有哪些。（分数：8.33）_(3).请分析李工是如何应用反规范化技术来满足教职工信息管理需求的。（分数：8.33）_三、试题三(总题数：1，分数：25.00)阅读以下有关嵌入式系统设计的说明。说明某公司承接了某机载嵌入式系统的研制任务。该机载嵌入式系统由数据处理模块、大容量模块、信号处理模块、数据交换模块和电源模块等组成。数据处理模块有 2个，分别完成数据融合和导航通讯任务；大容量模块主要功能是存储系统数据，同时要记录信号处理模块、数据处理模块的自检测、维护数据，向数据处理模块提供地图数据；信号处理模块的
7、处理器为专用的 DSP，接收红外、雷达等前端传感器数据并进行处理，将处理后的有效数据(数据带宽较大)发送给数据处理模块；数据交换模块主要负责系统的数据交换；电源模块主要负责给其他模块供电，电源模块上没有软件。要求该机载嵌入式系统符合综合化、模块化的设计思想，并考虑系统在生命周期中的可靠性和安全性，以及硬件的可扩展性和软件可升级性，还要求系统通讯延迟小，支持多模块上的应用任务同步。（分数：24.99）(1).在设计系统架构时，李工提出了如图 3-1所示的系统架构，即模块间的网络通信采用光纤通信(Fiber Channel，FC)技术，而王工认为应采用 VME总线架构，如图 3-2所示。王工的理由
8、是公司多年来基于 VME总线技术设计了多个产品，技术成熟，且费用较小。但公司经过评审后，决定采用图 3-1所示的基于 FC的系统结构。*请用 500字以内的文字，说明 VME和 FC各自的特点，并针对机载嵌入式系统的要求指出公司采用李工方案的理由。（分数：8.33）_(2).公司依据 ARINC653标准，设计了满足 ARINC653标准的操作系统，该操作系统对系统中可能发生的模块级、分区级和进程级的错误进行处理，实现了如图 3-3所示的系统健康监控机制，请分别将备选答案中的各种错误和健康监控部件填入图 3-3中的(1)(5)。备选答案：分区健康监控、分区初始化阶段出现的分区配置错误、分区切换
9、时出现的错误、应用进程错误、进程健康监控。注：ARINC653 标准(Avionics Application Software Standard Interface)是美国航空电子工程协会AEEC于 1997年为航空民用飞机的模块化综合航空电子系统定义的应用程序接口标准，该标准提出了分区(Partition)的概念以及健康监控(health monitoring)机制。分区是应用的一种功能划分，也是操作系统调度的基本单位，严格按预先分配的时间片调度。分区间具有时空隔离特点。分区内的每一执行单元称为进程。*（分数：8.33）_(3).为了实现满足 ARINC653标准的操作系统的时空分区隔离机
10、制，项目组选择了 PowerPC作为数据处理模块的处理器(CPU)。这样，当一个分区出现故障时，不会蔓延到模块中同一处理器的其他分区。请用500字以内的文字，说明如何采用 PowerPC实现应用与内核以及诸应用之间的隔离和保护。（分数：8.33）_四、试题四(总题数：1，分数：25.00)阅读以下 Web应用系统架构设计的说明。说明某公司拟开发一个市场策略跟踪与分析系统，根据互联网上用户对公司产品信息的访问情况和产品实际销售情况来追踪各种市场策略的效果。其中互联网上用户对公司产品信息的访问情况需要借助两种不同的第三方 Web分析软件进行数据采集与统计，并生成不同格式的数据报表；公司产品的实际销
11、售情况则需要通过各个分公司的产品销售电子表格或数据库进行采集与汇总。得到相关数据后，还要对数据进行分析与统计，并通过浏览器以在线的方式向市场策略制定者展示最终的市场策略效果。在对市场策略跟踪与分析系统的架构进行设计时，公司的架构师王工提出采用面向服务的系统架构，首先将各种待集成的第三方软件和异构数据源统一进行包装，然后将数据访问功能以标准 Web服务接口的形式对外暴露，从而支持系统进行数据的分析与处理，前端则采用 CSS等技术实现浏览器数据的渲染与展示。架构师李工则认为该系统的核心在于数据的定位、汇聚与转换，更适合采用面向资源的架构，即首先为每种数据元素确定地址，然后将各种数据格式统一转换为
12、JSON格式，通过对 JSON数据的组合支持数据的分析与处理任务，处理结果经过渲染后在浏览器的环境中进行展示。在架构评估会议上，专家对这两种方案进行综合评价，最终采用了李工的方案。（分数：24.99）(1).请根据题干描述，对市场策略跟踪与分析系统的数据源特征与数据操作方式进行分析，完成表 4-1中的(1)(3)，并用 200字以内的文字说明李工方案的优点。表 4-1 系统数据源特征与数据操作方式数据源特征数据源类型数据形态 数据访问实时性数据操作方式互联网用户访问信息 (1) 非实时 (3)产品销售信息 电子表格与数据库 (2) 只读（分数：8.33）_(2).请从数据获取方式、数据交互方式
13、和数据访问的上下文无关性三个方面对王工和李工的方案进行比较，并用 500字以内的文字说明为什么没有采用王工的方案。（分数：8.33）_(3).表现层状态转换(REST)是面向资源架构的核心思想，请用 200字以内的文字解释什么是 REST，并指出在 REST中将哪三种关注点进行分离。（分数：8.33）_五、试题五(总题数：1，分数：25.00)阅读以下关于信息系统安全性的说明。说明某大型跨国企业的 IT部门一年前基于 SOA(Service-Oriented Architecture)对企业原有的多个信息系统进行了集成，实现了原有各系统之间的互连互通，搭建了支撑企业完整业务流程运作的统一信息系
14、统平台。随着集成后系统的投入运行，IT 部门发现在满足企业正常业务运作要求的同时，系统也暴露出明显的安全性缺陷，并在近期出现了企业敏感业务数据泄漏及系统核心业务功能非授权访问等严重安全事件。针对这一情况，企业决定由 IT部门成立专门的项目组负责提高现有系统的安全性。项目组在仔细调研和分析了系统现有安全性问题的基础上，决定首先为在网络中传输的数据提供机密性(Confidentiality)与完整性(Integrity)保障，同时为系统核心业务功能的访问提供访问控制机制，以保证只有授权用户才能使用特定功能。经过分析和讨论，项目组决定采用加密技术为网络中传输的数据提供机密性与完整性保障。但在确定具体
15、访问控制机制时，张工认为应该采用传统的强制访问控制(Mandatory Access Control)机制，而王工则建议采用基于角色的访问控制(Role-BasedAccess Control)与可扩展访问控制标记语言(eXtensible Access Control Markup Language，XACML)相结合的机制。项目组经过集体讨论，最终采用了王工的方案。（分数：24.99）(1).请用 400字以内的文字，分别针对采用对称加密策略与公钥加密策略，说明如何利用加密技术为在网络中传输的数据提供机密性与完整性保障。（分数：8.33）_(2).请用 300字以内的文字，从授权的可管理性
16、、细粒度访问控制的支持和对分布式环境的支持三个方面指出项目组采用王工方案的原因。（分数：8.33）_(3).图 5-1给出了基于 XACML的授权决策中心的基本结构以及一次典型授权决策的执行过程，请分别将备选答案填入图中的(1)(4)。备选答案：策略管理点(PAP)、策略执行点(PEP)、策略信息点(PIP)，策略决策点(PDP)*（分数：8.33）_计算机水平考试高级系统架构设计师 2011年下半年下午真题答案解析(总分：124.96，做题时间：90 分钟)一、试题一(总题数：1，分数：25.00)阅读以下关于软件架构评估的说明。说明某网上购物电子商务公司拟升级正在使用的在线交易系统，以提高
17、用户网上购物在线支付环节的效率和安全性。在系统的需求分析与架构设计阶段，公司提出的需求和关键质量属性场景如下：(a)正常负载情况下，系统必须在 0.5秒内对用户的交易请求进行响应；(b)信用卡支付必须保证 99.999%的安全性；(c)对交易请求处理时间的要求将影响系统的数据传输协议和处理过程的设计；(d)网络失效后，系统需要在 1.5分钟内发现错误并启用备用系统；(e)需要在 20人月内为系统添加一个新的 CORBA中间件；(f)交易过程中涉及到的产品介绍视频传输必须保证画面具有 600*480的分辨率，20 帧/秒的速率；(g)更改加密的级别将对安全性和性能产生影响；(h)主站点断电后，需
18、要在 3秒内将访问请求重定向到备用站点；(i)假设每秒中用户交易请求的数量是 10个，处理请求的时间为 30毫秒，则“在 1秒内完成用户的交易请求”这一要求是可以实现的；(j)用户信息数据库授权必须保证 99.999%可用；(k)目前对系统信用卡支付业务逻辑的描述尚未达成共识，这可能导致部分业务功能模块的重复，影响系统的可修改性；(l)更改 Web界面接口必须在 4人周内完成；(m)系统需要提供远程调试接口，并支持系统的远程调试。在对系统需求和质量属性场景进行分析的基础上，系统的架构师给出了三个候选的架构设计方案。公司目前正在组织系统开发的相关人员对系统架构进行评估。（分数：25.00）(1)
19、.在架构评估过程中，质量属性效用树(utility tree)是对系统质量属性进行识别和优先级排序的重要工具。请给出合适的质量属性，填入图 1-1中(1)、(2)空白处；并选择题干描述的(a)(m)，填入(3)(6)空白处，完成该系统的效用树。（分数：12.50）_正确答案：(编号 答案(1) 可修改性(2) 可用性(3) f)(4) 1)(5) h)(6) b)解析：解析 本题主要考查考生对于软件质量属性的理解、掌握和应用。在解答该问题时，应认真阅读题干中给出的场景与需求描述，分析该需求描述了何种质量属性，根据质量属性描述对其归类，并需要理解架构风险、敏感点和权衡点这些概念。质量属性效用树是
20、对质量属性进行分类、权衡、分析的架构分析工具，主要关注系统的性能、可用性、可修改性和安全性四个方面。根据对相关质量属性的定义和含义，其中“正常负载情况下，系统必须在 0.5秒内对用户的交易请求进行响应”和“交易过程中涉及到的产品介绍视频传输必须保证画面具有 600*480的分辨率，20 帧/秒的速率”，这描述的是系统的性能属性；“网络失效后，系统需要在 1.5分钟内发现错误并启用备用系统”和“主站点断电后，需要在 3秒内将访问请求重定向到备用站点”描述的则是系统的可用性；“需要在 20人月内为系统添加一个新的 CORBA中间件”和“更改 Web界面接口必须在 4人周内完成”描述的是系统的可修改
21、性；“信用卡支付必须保证 99.999%的安全性”和“用户信息数据库授权必须保证 99.999%可用”描述的是系统的安全性。(2).在架构评估过程中，需要正确识别系统的架构风险、敏感点和权衡点，并进行合理的架构决策。请用300字以内的文字给出系统架构风险、敏感点和权衡点的定义，并从题干(a)(m)中各选出 1个对系统架构风险、敏感点和权衡点最为恰当的描述。*（分数：12.50）_正确答案：(系统架构风险是指架构设计中潜在的、存在问题的架构决策所带来的隐患。敏感点是指为了实现某种特定的质量属性，一个或多个系统组件所具有的特性。权衡点是指影响多个质量属性，并对多个质量属性来说都是敏感点的系统属性。
22、题干描述中，(k)描述的是系统架构风险；(c)描述的是敏感点；(g)描述的是权衡点。)解析：解析 系统的架构风险、敏感点和权衡点是对质量属性效用树进行分析的主要依据，根据相关概念，题干中“对交易请求处理时间的要求将影响系统的数据传输协议和处理过程的设计”描述的是敏感点；“目前对系统信用卡支付业务逻辑的描述尚未达成共识，这可能导致部分业务功能模块的重复，影响系统的可修改性”描述的是系统的架构风险；“更改加密的级别将对安全性和性能产生影响”描述的是权衡点。二、试题二(总题数：1，分数：25.00)阅读以下关于软件系统数据建模的说明。说明某软件公司成立项目组为某高校开发一套教职工信息管理系统。与教职
23、工信息相关的数据需求和处理需求如下：(1)数据需求：在教职工信息中能够存储学校所有在职的教工和职工信息，包括姓名、所属部门、出生年月、工资编号、工资额和缴税信息；部门信息中包括部门编号、部门名称、部门人数和办公地点信息。(2)处理需求：能够根据编制内或外聘教职工的工资编号分别查询其相关信息；每个月的月底统一核发工资，要求系统能够以最快速度查询出教工或者职工所在部门名称、实发工资金额；由于学校人员相对稳定，所以数据变化及维护工作量很少。项目组王工和李工针对上述应用需求分别给出了所设计的数据模型(如图 2-1和图 2-2所示)。王工遵循数据库设计过程，按照第三范式对数据进行优化和调整，所设计的数据
24、模型简单且基本没有数据冗余；而李工设计的数据模型中存在大量数据冗余。项目组经过分析和讨论，特别是针对数据处理中对数据访问效率的需求，最终选择了李工给出的数据模型设计方案。（分数：24.99）(1).请用 300字以内的文字，说明什么是数据库建模中的反规范化技术，指出采用反规范化技术能获得哪些益处，可能带来哪些问题。*（分数：8.33）_正确答案：(规范化设计后，数据库设计者希望牺牲部分规范化来提高性能，这种从规范化设计的回退方法叫做反规范化技术。反规范化设计允许保留或者新增一些冗余数据，从而减少数据查询中表连接的数目或简化计算过程，提高数据访问效率。采用反规范化技术的益处：能够减少数据库查询时
25、 SQL连接的数目，从而减少磁盘 I/O数据量，提高查询效率。可能带来的问题：数据的重复存储，浪费了磁盘空间；为了保障数据的一致性，增加了数据维护的复杂性。)解析：解析 本题主要考查考生对于软件系统数据建模的掌握情况。此类题目要求考生认真阅读题目对现实问题的描述，根据数据模型设计方案选择的条件判断题目的考点。数据库设计是把现实的业务模型与需求转换为数据库模型的过程，是建立数据库应用系统的核心和关键。数据库设计的关键是如何使设计的数据库能够合理地存储用户的数据，方便用户进行数据处理。数据库规范化理论是研究将一个不合理的关系模式转化为合理的关系模式的理论，通过不同的规范化级别优化数据存储。数据库规
26、范化的优点是减少了数据冗余，节省了存储空间，相应的逻辑和物理的 I/O次数减少，同时加快了增删改的速度；但是对完全规范化的数据库进行查询，通常需要更多的连接操作，从而影响了查询的效率。因此，有时为了提高某些查询或应用的性能而破坏规范化规则，即采用反规范化技术。在实际应用中使用反规范化技术，要充分考虑数据的存储需求、常用表的大小、一些特殊的计算、数据的物理存储位置等。反规范化的好处是降低连接操作的需求，减少了外键和索引数目，可能会减少表的数目，从而减少磁盘 I/O数据量，提高查询效率。在决定进行反规范时，一定要权衡利弊，仔细分析应用的数据存取需求和实际的性能特点，好的索引和其他方法经常能够解决性
27、能问题，而不必采用反规范这种方法。反规范化会带来数据的重复存储，浪费了磁盘空间；而且为了保障数据的一致性，增加了数据维护的复杂性。维护常用的方法是批处理、应用逻辑和触发器。(2).请简要叙述常见的反规范化技术有哪些。（分数：8.33）_正确答案：(常见的反规范化技术包括：(1)增加冗余列：在多个表中保留相同的列，通过增加数据冗余减少或避免查询时的连接操作；(2)增加派生列：在表中增加可以由本表或其他表中数据计算生成的列，减少查询时的连接操作并避免计算或使用集合函数；(3)表水平分割：根据一列或多列数据的值，把数据放到多个独立的表中，主要用于表数据规模很大、表中数据相对独立或数据需要存放到多个介
28、质上时使用；(4)表垂直分割：对表进行分割，将主键与部分列放到一个表中，主键与其他列放到另一个表中，在查询时减少 I/O次数。)解析：解析 常用的反规范技术有增加冗余列、增加派生列和分割表，分割表包括水平分割和垂直分割两种形式。(1)增加冗余列是指在多个表中具有相同的列，它常用来在查询时避免连接操作。(2)增加派生列指增加的列来自其他表中的数据，由它们计算生成。它的作用是在查询时减少连接操作，避免使用集函数。(3)表水平分割根据一列或多列数据的值把数据行放到两个独立的表中。水平分割通常在下面的情况下使用：表很大，分割后可以降低在查询时需要读的数据和索引的页数，同时也降低了索引的层数，提高查询速
29、度。表中的数据本来就有独立性，例如表中分别记录各个地区的数据或不同时期的数据，特别是有些数据常用，而另外一些数据不常用。需要把数据存放到多个介质上。(4)表垂直分割把主码和一些列放到一个表，然后把主码和另外的列放到另一个表中。如果一个表中某些列常用，而另外一些列不常用，则可以采用垂直分割，另外垂直分割可以使得数据行变小，一个数据页就能存放更多的数据，在查询时就会减少 I/O次数。其缺点是需要管理冗余列，查询所有数据需要 join操作。(3).请分析李工是如何应用反规范化技术来满足教职工信息管理需求的。（分数：8.33）_正确答案：(在教职工信息管理系统的需求中，(1)能够根据编制内或外聘教职工
30、的工资编号分别查询其相关信息；(2)数据查询要求有很高的处理效率。李工所设计的数据模型中采用了三种反规范化技术：(1)增加冗余列：增加“部门名称”列，消除了数据查询中“教职工信息”表和“部门信息”表之间的连接；(2)增加派生列：增加“实发工资”列，消除了实发工资的计算过程；(3)表水平分割：将教职工信息表分割为“编制内教职工信息”表和“外聘教职工信息”表，减少了数据查询的范围。)解析：解析 教职工信息管理系统要求“能够根据编制内或外聘教职工的工资编号分别查询其相关信息”和“数据查询要求有很高的处理效率”，对比王工和李工所设计的数据模型可以发现，在后者所设计的数据模型中：增加“部门名称”列；增加
31、“实发工资”列；将教职工信息表分割为“编制内教职工信息”表和“外聘教职工信息”表。通过分析，李工设计的数据模型分别使用了反规范化的增加冗余列、增加派生列和表水平分割三种技术。三、试题三(总题数：1，分数：25.00)阅读以下有关嵌入式系统设计的说明。说明某公司承接了某机载嵌入式系统的研制任务。该机载嵌入式系统由数据处理模块、大容量模块、信号处理模块、数据交换模块和电源模块等组成。数据处理模块有 2个，分别完成数据融合和导航通讯任务；大容量模块主要功能是存储系统数据，同时要记录信号处理模块、数据处理模块的自检测、维护数据，向数据处理模块提供地图数据；信号处理模块的处理器为专用的 DSP，接收红外
32、、雷达等前端传感器数据并进行处理，将处理后的有效数据(数据带宽较大)发送给数据处理模块；数据交换模块主要负责系统的数据交换；电源模块主要负责给其他模块供电，电源模块上没有软件。要求该机载嵌入式系统符合综合化、模块化的设计思想，并考虑系统在生命周期中的可靠性和安全性，以及硬件的可扩展性和软件可升级性，还要求系统通讯延迟小，支持多模块上的应用任务同步。（分数：24.99）(1).在设计系统架构时，李工提出了如图 3-1所示的系统架构，即模块间的网络通信采用光纤通信(Fiber Channel，FC)技术，而王工认为应采用 VME总线架构，如图 3-2所示。王工的理由是公司多年来基于 VME总线技术
33、设计了多个产品，技术成熟，且费用较小。但公司经过评审后，决定采用图 3-1所示的基于 FC的系统结构。*请用 500字以内的文字，说明 VME和 FC各自的特点，并针对机载嵌入式系统的要求指出公司采用李工方案的理由。（分数：8.33）_正确答案：(1VME 总线采用存储映射方式，多主仲裁机制，同一时刻由单一主机控制，同时仲裁机制为菊花链方式。针对本系统要求，采用 VME方案存在如下问题：a)当多主机设备仲裁时，按菊花链的连接次序一个主机处理完成后，才能将控制权交给另一主机控制总线，导致任务执行延时大，不能满足“系统通讯延迟小”以及“支持多模块上的应用任务同步”的要求；b)与 FC相比，VME
34、总线实时性差，带宽低；c) VME总线方式限制了可扩展性。2FC 采用消息包交换机制，支持广播和组播。针对本系统要求，采用 FC方案有以下优点：a)由于采用消息包交换机制，支持广播和组播，任务执行并发性好，能满足“系统通讯延迟小”以及“支持多模块上的应用任务同步”的要求。b)与 VME比较，FC 实时性好，带宽高；c) FC的误码率低，所以可靠性高；d)允许在同一接口上传输多种不同的协议，对上层应用实现提供了便利；e) FC采用消息机制，FC 可扩展性好，如模块较多可采用多个 FC网络交换模块级联；f)传输距离远，当与外部其他设备相连时，比较方便；g)系统采用统一的 FC网络代替了 VME底板
35、总线，降低总线驱动的功耗，简化了底板。)解析：解析 本题考查嵌入式系统设计的应用知识。嵌入式系统的设计和实现是一个较为复杂的工程，涉及软件和硬件基础知识，本题要求按综合化、模块化的设计思想，其中涉及 FC、VME 总线以及ARINC653操作系统的概念，比较新颖，需要考生仔细阅读题意，结合相关计算机软硬件知识回答问题。题中给出的两种方案在机载系统中都是常用方案，考生要综合考虑题干中提到的系统需求，即要求该机载嵌入式系统符合综合化、模块化的设计思想，并考虑系统在生命周期中的可靠性和安全性，以及硬件的可扩展性和软件可升级性，还要求系统通讯延迟小，支持多模块上的应用任务同步。同时，信号处理模块接收红
36、外、雷达等前端传感器数据并进行处理，将处理后的有效数据的带宽较大，需要通过系统网络发送给数据处理模块。这就要考虑传统的 VME总线的带宽能否满足要求。VME (VersaModule Eurocard)总线是一种通用的计算机总线，VME 总线采用存储映射方式，多主仲裁机制，同一时刻由单一主机控制，同时仲裁机制为菊花链方式。针对本系统要求，当多主机设备仲裁时，按菊花链的连接次序将一个主机处理完成后，才能将控制权交给另一个主机来控制总线，导致任务执行延时大，不能满足“系统通讯延迟小”以及“支持多模块上的应用任务同步”的要求；VME 数据传输速率为0500Mbps，一般实际设计的嵌入式系统大多在 1
37、00Mbps以内，而 FC的数据传输速率为 1Gbps到 10Gbps; VME总线方式也限制了可扩展性。FC具有的特点是传输率高，允许在同一接口上传输多种不同的协议，传输距离远，采用单模光纤作为数据传输介质时，传输距离可高达 10km;连接简单灵活，误码率低(BER10 -12)等。由于 FC采用消息包交换机制，支持广播和组播，任务执行并发性好，能满足“系统通讯延迟小”以及“支持多模块上的应用任务同步”的要求；与 VME比较，FC 实时性好，带宽高；允许在同一接口上传输多种不同的协议，对上层应用实现提供了便利；FC 采用消息机制，扩展性好，如模块较多可采用多个 FC网络交换模块级联；传输距离
38、远，当与外部其他设备相连时，比较方便；系统采用统一的 FC网络代替了VME底板总线，降低总线驱动的功耗，简化了底板。因此，公司经过评审后，决定采用图 3-1所示的基于 FC的系统结构。(2).公司依据 ARINC653标准，设计了满足 ARINC653标准的操作系统，该操作系统对系统中可能发生的模块级、分区级和进程级的错误进行处理，实现了如图 3-3所示的系统健康监控机制，请分别将备选答案中的各种错误和健康监控部件填入图 3-3中的(1)(5)。备选答案：分区健康监控、分区初始化阶段出现的分区配置错误、分区切换时出现的错误、应用进程错误、进程健康监控。注：ARINC653 标准(Avionic
39、s Application Software Standard Interface)是美国航空电子工程协会AEEC于 1997年为航空民用飞机的模块化综合航空电子系统定义的应用程序接口标准，该标准提出了分区(Partition)的概念以及健康监控(health monitoring)机制。分区是应用的一种功能划分，也是操作系统调度的基本单位，严格按预先分配的时间片调度。分区间具有时空隔离特点。分区内的每一执行单元称为进程。*（分数：8.33）_正确答案：(编号答 案(1)进程健康监控(2)应用进程错误(3) 分区初始化阶段出现的分区配置错误(4)分区切换时出现的错误(5)分区健康监控)解析：解
40、析 依据 ARINC653标准，健康监控(health monitoring)机制用于监视核心处理模块硬件、应用软件和操作系统的状态，当发现故障时，记录故障并进行故障隔离，防止故障蔓延，同时按照故障级别(模块级、分区级、进程级)进行必要的恢复。在图 3-3所示的系统健康监控机制中，当系统出现故障时，通过故障检测机制(FDM)，报告给操作系统的OS健康监控服务程序，OS 健康监控服务程序查找系统健康监控表，从而根据错误的级别，分别派遣到模块级健康监控、分区级健康监控和进程级健康监控程序进一步对故障进行处理，注意：进程级健康监控程序应作为分区内的一个进程。错误有可能发生在模块级、分区级和进程级。模
41、块级错误影响模块内的所有分区；分区级错误仅影响该分区；进程级错误影响分区内一个或多个进程，甚至整个分区。模块级错误一般包括：模块初始化时发生的模块配置错误；模块初始化时的其他错误；系统功能执行期间出现的错误；分区切换时发生的错误：电源故障。分区级错误一般包括：分区初始化阶段出现的分区配置错误；分区初始化阶段出现的其他错误；进程管理中的错误；错误处理进程的错误。进程级错误一般包括：应用进程产生的应用错误；非法操作系统请求；进程执行错误(溢出、缓冲区冲突等)。(3).为了实现满足 ARINC653标准的操作系统的时空分区隔离机制，项目组选择了 PowerPC作为数据处理模块的处理器(CPU)。这样
42、，当一个分区出现故障时，不会蔓延到模块中同一处理器的其他分区。请用500字以内的文字，说明如何采用 PowerPC实现应用与内核以及诸应用之间的隔离和保护。（分数：8.33）_正确答案：(采用 PowerPC实现系统隔离和保护的两种机制是：第一种是内存管理机制(MMU)。MMU 能够实现逻辑地址到物理地址的转化，并且对访问权进行控制，既可以保护系统内核不受应用软件有意或无意的破坏，也可有效防止各软件之间的互相破坏。第二种是 TRAP系统调用机制。操作系统为实现对内核以及应用之间的保护，提供了用户态和系统态两种运行形态。操作系统内核在系统态运行，因此用户态的应用不能直接调用系统内核提供的功能接口
43、，必须通过 TRAP系统调用的方式进行。因此可以实现应用与内核之间的隔离与保护。)解析：解析 隔离和保护是 ARINC653强调的主要特性，也是高可靠的嵌入式实时操作系统必须解决的重点问题之一。一般采用 MMU机制和 TRAP调用机制来实现分区与内核以及分区之间的隔离和保护。四、试题四(总题数：1，分数：25.00)阅读以下 Web应用系统架构设计的说明。说明某公司拟开发一个市场策略跟踪与分析系统，根据互联网上用户对公司产品信息的访问情况和产品实际销售情况来追踪各种市场策略的效果。其中互联网上用户对公司产品信息的访问情况需要借助两种不同的第三方 Web分析软件进行数据采集与统计，并生成不同格式的数据报表；公司产品的实际销售情况则需要通过各个分公司的产品销售电子表格或数据库进行采集与汇
