第一章绪论
I.什么是操作系统的幕本功能?
答:操作系统的职能是管理和控制汁算机系统中的所有硬、软们资源，合理地组织计算
机工作流程，并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接u.操作系统的基本功能包括: 处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理(文们骡统管理)和用户接Ii等.
2.什么是批处理、分时和实时系统?各有什么特征?
答:批处理系统(batchprocess ingsystem) :操作员把用户提交的作收分类.把一批作收编成一
个作业执行序列，由专门编制的监督程序(monitor)自动依次处理.其主要特征是:用户脱机
使用计算机、成批处理、多道程序运行.
分时系统(timcsharingopcrationsystcm ):把处理机的运行时(fnJ分成很短的时fFIJ片，按I<"t fnJ 片轮
转的方式，把处理机分配给各进程使用.其主要特征是:交互性、多用户同时性、独立性。实时系统(rcaltimcsystcm):在被控对象允许时间范围内作出响应.其主要特征是:对实时信
息分析处理速度要比进入系统快、要求安全可靠、资源利用率低。
3.多道程序(multiprogramming)和多爪处理(multiprocessing)有何区别?
答:多道程序(multiprogramming)是作收之间自动调度执行、共享系统资源.并不是真正地
同时俏行多个作业:而多熏处W.. (multiprocessing)系统配置多个CPU，能真正同时执行多道程序。要有效使用多重处理，必须采用多道程序设计技术，而多道程序设计原则上不一定要求多重处理系统的支持.
第二章作业管理和用户接口
1.什么是作业?.作业步？
答：把在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务的处理的全部工作称为一个作业。作业由不同的顺序相连的作业步组成。作业步是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相对独立的工作。如.编辑愉入是一个作业步.它产生源程序文件:编译也是一个作业步.它产生目标代码文件.
2.作业山几部分组成?各有什么功能?
荞:作业山三部分组成:程序、数据和作业说明书.程序和数据完成用户所要求的业务处理工作.作业说明书则体现用户的控制愈图.
3.作业的愉入方式有哪JL种?各有何特点
谷:作业的输入方式有5种:联机输入方式、脱机袖入方式、直接棍合方式、SPOOLING (Simultancous Peripheral OperationsOnlinc)系统和网络愉入方式.各有如卜特点:
(1)联机输入方式:用户和系统通过交互式会话来怕入作业.
(2)脱机输入方式，又称预输入方式，利用低档个人计甘机作为外幽处理极进行钧入处理，存储在后备存储器I:.然后将此后援存储器连接到高速外围设备1二和上机相连。从而在较短
的时间内完成作业的愉入工作。
(3)直接祸合方式:把上机和外围低档机通过一个公用的人容量外存六接祸合起来，从而省去了在脱机愉入中那种依靠人工干预末传递后援存储雄的过程.
(4)SPOOLING系统nl译为外田设备同时联机摊作。在SPOOLING系统中.多台外团设备通好道或DMA 器件和主机与外存连接起来作业的愉入愉出过程由土机中的掩作系统控
翻。
(5)网络怕入方式:网络愉入方式以上述几仲泊入方式为赞拙.当用户需要把在计算机网络中
某一台主机上输入的信息传送到同一网中另台主机上进行摊作成执行时.就构成了网络输入方式。
4.试述SPOOLING系统的_I-作原理。
答:在s阳OLIN6系统巾，多台外围设备通过通逝或DMA器件和主机与外存连接起来，
作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制.操作系统中的输入程序包一含两个独立的过程，一个过程负责从外部设备把信息读入缓冲区，另一个过程是写过程，负责把缓冲区中的信息送入到外存输入井巾。在系统输入模块收到作业输入请求后，输入管理模块中的读过积负责将信息从愉入装置读入缓冲区。当缓冲V满时，由写过程将信息从缓冲区写到外存输入
井中。读过程和写过程反复循环.直到一个作业愉入完毕。当读过程读到一个硬件结束标志后，系统再次驱动写过程把最后一批信息写入外存并调用中断处理程序结束该次输入。然后系统为该作业建立作业控制块JCB，从而使输入井中的作业进入作业等待队列，等待作业调度程序选中后进入内存。
5.作业说明书和作业控制块有何异同?
答:作业说明书主要包含三方面内容:作业的基本描述、作业控制描述和资源要求描述.作
业基本描述主要包括用户名、作业名、使用的编程语言名、允许的最大处理时间等，而作业控制描述则大致包括作业在执行过程中的控制方式，例如是脱机控制还是联机控制、各作业步的操作顺序以及作业不能正常执行时的处理等.资源要求描述包括要求内存大小、外设种类和台数、处理机优先级、所需处理时间、所需库A数或实用程序等.而作业控制块是作业说明书在系统中生成的一张表格，该表格迁记该作业所要求的资源情况、预计执行时间和执行优先级等。从而，操作系统通过该表了解到作业要求，并分配资源和控制作业中R序和数据的编译、链接、装入和执行等.
6.操作系统为用户提供哪些接门?它们的区别是什么?
答:操作系统为用户提供两个接l]，一个是系统为用户提供的各种命令接口.用户利用这些
操作命令来组织和控制作业的执行或管理计算机系统，另一个接门是系统调用，编程人员使用系统调用来请求a作系统提供服务。例如申请和释放外设等类资源、控制程序的执行速度等.。
7.作业控制方式有哪几种?调查你周围的计算机的作业控制方式。
答:作业控制的主要方式有两种:脱机方式和联机方式。
脱机控制方式利用作业控制语言来编写表示用户控制意图的作业控制程序，也就是作业说明书。作业控制语言的语句就是作业控制命令。不同的批处理系统提供不同的作业控制语言。联机控制方式不同于脱机控制方式，它不要求用户填写作业说明书，系统只为用户提供一组键盘或其他操作方式的命令。用户使用操作系统提供的操作命令和系统会话，交互地控制程序执行和管理计算机系统。
8.什么是系统调用?系统调用与一般用户程序有什么区别?与库函数和实用程序又有什么区别?
答:系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。编程人员利用系统调用，在源程序一级动态请求和释放系统资源，调用系统中己有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。因此，系统调用像一个黑箱子那样，对用户屏蔽了操作系统的具体动作而只提供有关的功能。它与一般用户程序、库函数和实用程序的区别是:系统调用程序是在核心态执行，调用它们需要一个类似于硬件中断处理的I一卜断处理机制来提供系统服务。
9.简述系统调用的实现过程。
答:用户在程序中使用系统调用，给出系统凋用名和函数后，即产生一条相应的陷入指令，
通过陷入处理机制调用服务，引起处理机中断，然后保护处理机现场，取系统调用功能号并寻找子程序入口，通过入口地址表来调用系统子程序，然后返回用户程序继续执行。
10.为什么说分时系统没有作业的概念?
答:因为在分时系统中，每个用户得到的时问片有限，用户的程序和数据信息直接输入到内存工作区中和其他程序一起抢占系统资源投入执行，而不必i
序选择.因此，分时系统没有作业控制表，也没有作业调度
存输入并等待作业调度程
11.试述UNIX的主要特点.
答:UNIX的主要特点是:
(1)UNIX系统是一个可供多用户同时操作的交互式分时操作系统，
(2)为了向用厂’提供交互式功能和使得用)”可以利用UNIX系统的功能，UNIX系统向用户提
供了两种友好的界面或接口:系统调用和命令;
(3)UNIX系统具有一个可装卸的分层树型结构文件系统，该文件系统使用方便、搜索简单，
(4)UNIX系统把所有外部设备都当成文件，并分别赋予它们对应的文件名。从而，用厂’可以
像使用文件那样使用任一设备而不必了解该设备的内部特性，这既简化了系统设计，又方便了用)”，
(5)UNIX系统核心程序的绝大部分源代码和系统_L的支持软件都用C语言编写。且UNIX
系统是一个开放式系统，即具有统一的用户接口，使得UNIX用户的应用程序可在不同的执行环境下运行。
正是由于UNIX具有.上述这些特点，使得UNIX系统得到了广泛的应用和发展.
12. UNIX操作系统为用户提供哪些接口?试举例说明.
答;UNIX系统为用户提供两个接口，即面向操作命令的接口Shell和面向编程用户的接口:
系统调用。常见的Shell命令如:login, logout, vi, ernacs.印，rm, Is, cc，link,adducer,chown, dbx, date等;常见的系统调用如:ioctl, read, write, open, close,
crest, excel, flock, stat, mount, fork, wait, exit, socket等.
13·在你周围装有UNIX系统的计算机上，练习使用后台命令，管道命令等Shell的基木命令。吞甘k，二
答:例1:用Shell谱言编制一Shell程序.该程序在用户输入年、月之后，自动打印输出该
年该月的日历:
echo"Please input the month:”
read month
echo'Please input the year:”
read year
第三章用户V理和配置份理
1.有A说，一个进程是山伪处理机执行的一个程序，这话对吗?为什么?
答:对。
因为伪处理机的概念只有在执行时刁存在，它表示多个进程在单处理机上并发执行的二个调度单位。因此，尽V进程是动态概念，是程序的执行过程，但是，在多个进程并行执行时，仍然只有一个进程占据处理机执行，而其他并发进程则处于就绪或等待状态。这些并发进程就相当干由伪处理机执行的程序。
2.试比较进程和程序的区别。
答:(1)进程是一个动态概念。而程序是一个静态概念.积序是指令的有序集介.无执行含
义.进程则强调执行的过程
(2)进程具有并行特征(独立性，异步性).程序则没有.
(3)不同的进程可以包含同一个程序，同一程序在执行中也可以产生多个进程。
3.我们说程序的并发执行将导致最终结果失去封闭性广这话对所有的程序都成立吗?举例说明.
答:并非所有程序均成立。
如:
Begin
local" Z
K::10
print(x)
End
上述程序中x是内部变量，不可能被外部程序访问，因此这段程序的运行不会受外部环境影晌.
4.试比较作业和进程的区别。
答:一个进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的摹本单位。作业是用于需要计算机完成某项任务，而要求计算机所做工作的集合。一个作业的完成要经过作业提交，作业收容、作业执行和作业完成4个阶段。而进程是己提交完毕的程序所执行过程的描述，足资源分配的4本单位.其主要区别关系如下:
(I)作业是用户向计算机提交任务的任务实体.在用户向计算机提交作业之后，系统将存储
在外存中的作业等待队列中等待执行。而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。任一进积.只要它被创建，总有相应的部分存在于内存巾
(2)一个作业可由多个进程组成.且必须至少由一个进积组成.但反过来不成立.
(3)作业的概念主要用在批处理系统中.像Unix这样的分时系统中，则没有作」日
而进
程的概念则用在几乎所有的多道程序系统巾。
5. UNIXSystcm V中.系统程序所对应的正文段未被考虑成进程一上下文的一部分，为什么? 答:因为系统程序的代码被用户程序所共享，因此如果每个进程在保存进程I下文时，都将系统程序代码放到其进程上下文中.则大大浪费了资源.因此系统程序的代码不放在进程上
下文中，而是统一放在核心程序所处的内存中.
6.什么是临界区?试举一临界区的例子.
答:临界区是指不允许多个并发进程交叉执行的一段程序。它是由于不同并发进程的程序段共享公用数据或公用数据变量而引起的.所以它又被称为访问公用数据的那段程序。
例如:
getspace:
Begin local g
top=top- I
End
release(ad):
Begin
top-top+1
stack[top]=ad
End
7.并发进程间的制约有哪两种?引起制约的原因是什么?
答:并发进程所受的制约有两种:直接制约和间接制约。
直接制约是由并发进程互相共享对方的私有资源所引起的。
间接制约是由竞争共有资源而引起的。
8.什么是进程间的互斥?什么是进程间同步?
答:进程间的互斥是指:一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一公有资源而导致它们必须以一个不许交叉执行的单位执行，即不允许两个以_L的共李该资源的并发进程同时
进入临界区。
进程间的同步是指:异jIIJF境下的一组并发进程因直接制约互相发送消息而进行互相合作、互相等待，各进程按一定的速度执行的过程。
9.试比较P, V原语法和加锁法实现进程间互斥的区别。
答:互斥的加锁实现是这样的:当某个进程进入临界X之后，它将锁土临界区，直到它退出临界区时为止。并发进程在申请进入临界区时.首先测试该临界区是否是I几锁的.如果该临界区已被锁住.则该进V要等到该临界区开锁之后才有可能获得临界区。但是加锁法存在如下弊端:(1)循环测试锁定位将报耗较多的CPU计算时间:(2)产生不公平现象.为此，P,
V原语法采用信号量管理相应临界区的公有资源.信号量的数值仅能由PI V原语操作改变
而P, V原语执行期间不允许中断发生。其过程是这样的:当某个进程正在临界区内执行时. 其他进程如果执行了P原语.则该进程并不像lock时那样因进不了临界区而返回到lock的起点.等以后重新执行测试，而是在等待队列中等待山其他进程做V原语操作释放资源后，进入临界V，这时P原语才算真正结束。若有多个进程做P原语操作而进入等待状态之后一旦有V原语释放资源，则等待进程中的一个进入临界区，其余的继续等待。
总之，加锁法是采用反堑测试lock而实现互斥的。存在CPU浪费和不公平现像，P. V原
语使用了信号量，克服了加锁法的弊端·r，
14.设有5个哲学家.共享一张放有五把椅子的桌子，每人分得一把椅子。
但是.’桌子总共只有5支筷子，在每人两边分开各放一支。哲学家们在肚子饥饿时才试图分两次从两边抬
起筷子就餐。条件:
(I)只有拿到两支筷子时，哲学家才能吃饭.
(2)如果筷子己在他人手上，则该哲学家必须等待到他人吃完之后才能拿到筷子。
(3)任，哲学家在自己未拿到两支筷子吃饭之前，决不放下自己手中的筷子。
试
(1)描述一个保证不会出现两个邻座同时要求吃饭的通信算法.
（2）描述一个既没有两邻座同时吃饭.又没有人饿死(永远拿不到筷子)的算法.
（3）在什么情况下.5个哲学家全部吃不上饭?
解答:
(l)、设信号量c[Ol-c[41.初始值均为1.分别表示i号筷子被拿(i=O.I.2.3.4).
send(i):第i个哲学家要吃饭
begin
P(c[il);
P(c[i+l mod 5]):
eat;
V(cfi+I mod 51);
V(c[i]):
End;
该过程能保证两邻座不同时吃饭.但会出规5个哲学家一人拿一只筷子.谁也吃不.1几饭的死倾
情况。
(2).解决的思路如下:让奇数号的哲学家先取右手边的筷子，让偶数号的哲学家先取左手边的筷子.这样，任何一个哲学家拿到一只筷子之后，就己经阻止了他邻座的一个哲学家吃饭的
企图，除非某个哲学家一直吃下去，否则不会有人会饿死.
send(i):第i个哲学家要吃饭
Begin
If i mod 2==0 then
]P(c[i]),P(c[i+1]mod5))
eat;
V(c[i],c[i+l mod 5])
}
Else
考
P(c[i+1 mod 5])
P(c[i])
Eat
V(c[i+l mod 5])
V(c[iI)
}
End
15.什么是线程?试述线程与进程的区别，
答:线程是在进程内用于调度和占有处理机的笨本单位.它山线程控制表、存储线程上下文的用户栈以及核心栈组成.线程可分为用户级线程、核心级线程以及用户，/核心混合型线程等类型。其巾用户级线程在用户态下执行，CPU调度算法和各线程优先级都由用户设置，与操作系统内核无关。核心级线程的调度算法及线程优先级的控制权在操作系统内核。混合型线程的控制权则在用户和操作系统内核二者。线程与进程的主要区别有:
(1）进程是资源管理的基本单位，它拥有自己的地址空间和各种资源，例如内存空间、外部没备等了线程只是处理机调度的基本单位，它只和其他线程一起共享进程资源，胆自己没有任何资源。
(2)以进积为单位进行处理机切换和调度时，山于涉及到资源转移以及现场保护等问题，将导致处理机切换时间变长，资源利用率降低。以线程为单位进行处理机切换和调度时，由于不发生资源变化，特别是地)II空H7的变化，处理机切换的时间较短，从而处理机效率也较高。
(3)对用户米说，多线程可减少用户的等待时间。提高系统的响应速度。例如，当一个进程需要对两个不同的服务器进行远程过程调用时，对一无线程系统的操作系统米说AWN序等待两个不同调用返回结果后才能继续执行，月.在等待巾容易发生进程调度.对于多线程系统而言，则可以在同一进程中使用不同的线程同时进行远程过程调用，从而缩短进程的等待时间。
(4)线程和进程一样，都有自己的状态.也有相应的同步机制，不过，由于线程没有单独的
数据和程序空间，因此，线程不能像进程的数据与程序那样.交换到外存存储空间.从而线程没有挂起状态。
(5)进程的调度、同步等控制大多山操作系统内核完成，而线程的控制既可以Ill操作系统内核进行，也可以山用户控制进行.
第四章进程管理
1什么是分级调度?分时系统中有作业调度的概念吗?如果没有，为什么?
答:处理机调度问趣实际上也是处理机的分配问题。显然只有那些参与竞争处理及所必需的资源都己得到满足的进程才能享有竞争处理机的资格。这时它们处于内存就绪状态.这些必需的资源包括内存、外设及有关数据结构等。从而，在进程有资格竞争处理机之前，作业调1变程序必须先调用存储管理、外设管理程序，并按一定的选择顺序和策略从输入井中选择出
几个处于后备状态的作业.为它们分配资源和创建进程.使它们获得竞争处理机的资格.另外，由于处于执行状态下的作业一般包括多个进程，而在单机系统中.每一时刻只能有一个进程占有处理机.这样，在外存中，除了处于后备状态的作业外，还存在处于就绪状态而等待得到内存的作业。我们需要有一定的方法和策略为这部分作业分配空间。因此处理机调度需要分级.
一般来说.处理机调度可分为4级:
(I)作业调度:又称宏观调度，或高级调度。
(2)交换调度:又称中级调度.其主要任务是按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中
的就绪态或等待状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。交换调度主要涉及到内存管理与扩充。因此在有些书本中也把它归入内存管理部分。
(3)进程调度:又称微观调度或低级调度.共主要任务是按照某种策略和方法选取一个处干
就绪状态的进程占用处理机。在确立了占用处理机的进程之后，系统必须进行进程上下文切换以建立与占用处理机进程相适应的执行环境。
(4)线程调度:进积中相关堆找和控制表等的调度.
在分时系统中，一般不存在作业调度，而只有线程调度、进程调度和交换调度。这是因为在分时系统中，为了缩短响应时间，作业不是建立在外存.而是直接建立在内存中.在分时系统中，一旦用户和系统的交互开始，用户马上要进行控制。因此，分时系鱿g，没有作业提交
状态和后备状态。分时系统的输入信息经过终端缓冲区为系统直接接收，或立即处理，或经交换调度暂存外存中.
2.试述作业调度的主要功能。
答:作业调度的主要功能是:按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择.给选
出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源，并建立相应进程，使该作业的相关进程获褥竟争处理机的权利。“另外，当作业执行完毕时，还负责回收系统资源.
3.作业调度的性能评价标准有哪些?这些性能评价标准在任何悄况下都能反映调度策略的优劣吗?
答:对于批处理系统.山于主要用于计算，因而对于作业的周转时间要求较高。从而作业的平均周转时间或平均带权周转时间被用来衡量调度程序的优劣。但对于分时系统米说，平均响应时间又被用来衡量调度策略的优劣.对于分时系统，除了要保证系统吞吐量大、资源
利用率高之外，还应保证用户能够容忍的响应时间.因此，在分时系统中.仅仅用周转时间或带权周转时间来衡量调度性能是不够的。
对于实时系统，衡量调度算法优劣的主要标志则是满足用户要求的时限时间。
4.进积调度的功能有哪些?
答:进程调度的功能有:
(1)tid nRR4系统中所有进程的执行情况；
（2）选择占有处理机的进程；
(3)进行进程_L下文切换。
5.进V调度的时机有哪几种?
答:进程调度的时机有:
(1)正在执行的进程执行完毕.这时如果不选择新的就绪进程执行，将浪费处理机资源.
(2)执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等待状态.
(3)执行中进程调用了P原语操作.从而因资源不足而被阻塞:或调用了V原语操作激活了
等待资源的进程队列。
(4)执行中进程提出I/O请求后被阻塞.
(5)在分时系统中时间片己经用完。
(6)在执行完系统调用等系统程序后返回用户程序时，可看做系统进程执行完毕，从而调度选择一新的用户进积执行。
(7)在CPU执行方式是可剥夺时，还有:就绪队列巾的某进程的优先级变得高于当前执行进程的优先级，从而也将引发进程调度.
6.进积上下文切换山哪几部分组成?描述进程上下文切换过程。
答:进49上下文切换.I{以下4-7步骤组成:
(1)决定是否作上下文切换以及是否允许作上下文切换.包括对进程调度原因的检六分析，
以及当前执行进程的资格和CPU执行方式的检查等.在操作系统中，上下文切换程序并不是每时侮刻都在检查和分析是否可作上下文切换，它们设置有适当的时机。
(2)保存当前执行进程的上下文.这里所说的当前执行进程，实际上是指调用一L下文切换程序之前的执行进程。如果_L下文切换不是被那个当前执行进程所调用.且不属于该进程.则所保存的上下文应是先前执行进程的上下文.或称为“老”进程上下文。显然.上下文切换程序不能破坏，.老”进程的_L下文结构。
(3)使用进程调度算法，选择一处于就绪状态的进程。
(4)恢父或装配所选进程的上下文.将CPU控制权交到所选进程手中。
7.为什么说在进程上下文切换过程巾.上下文切换程序不能破坏“老"进程的上下文结构?
:因为如果在进程上下文切换中破坏了老的进程上下文，等到CPU调度到该老进程执行
，就不能正确地恢复其停止执行前的状态了。
第五章处理器管理
1.存储管理的主要功能是什么?
答:存储管理的主要功能包括以下几点:
(1)在硬件的支持下完成统一管理内存和外存之间数据和程序段自动交换的虚拟存储
(2)将多个虚存的一维线性空间或多维线性空间变换到内存的唯一的一维物理线性地
(3)控制内外存之间的数据传输。
(4)实现内存的分配和回收.
(5)实现内存信息的共享与保护.
2.什么是虚拟存储器?其特点是什么?
答:进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器。虚拟存储器
不考虑物理存储器的大小和信息存放的实际位置.只规定每个进n中相互关联信息的相对位置。每个进程都拥有自己的虚拟存储器.且虚拟存储器的容量是山计算机的地址结构和寻址方式来确定。实现虚拟存储器要求有相应的地址转换机构，以便把指令的虚拟地址变换为实际物理地址:另外，由于内存空间较小，进程只有部分内容存放于内存中，待执行时根据需
要再调抬令入内存。
3.实现地址重定位的方法有哪几类?
答:实现地址重定位的方法有两种:静态地址重定位和动态地址重定位。
(1)静态地址重定位是在虚空间程序执行之前!Li装配程序完成地址映射工作。静态重定位的优点是不需要硬件支持，但是Q静态地址重定位方法进行地址变换无法实现虚拟存储器。静
态重定位的另一个缺点是必须占用连续的内存空间和难以做到程序和数据的共享。
(2)动态地址重定位是在程序执行过程中，在CPU访问内存之前山硬件地址变换机构将要访问的程序或数据地址转换成内存地址。动态地址重定位的主要优点有:
①可以对内存进行非连续分配.
②动态重定位提供了实现虚拟存储器的基础.
③动态重定位有利于程序段的共享。
形式化描述:略。
4.常用的内存信怠保护方法有哪几种?它们各自的特点是什么?
答:常用的内存保护方法有硬件法、软件法和软硬件结合保护法三种.
上下界保护法是一种常用的硬件保护法。上下界存储保护技术要求为每个进程设置对上下界寄存器.上下界寄存器巾装有被保护程序和数据段的起始地址和终止地址.在程序执行过积中，在对内存进行访问操作时首先进行访问地址合法性检介，即检卉经过重定位之后的内存地址是否在上、下界寄存器所规定的范围之内。若在规定的范围之内，则访问是合法的:否则是非法的，并产生访问越界中断。
保护键法也是一种常用的软件存储保护法。保护键法为每一个被保护存储块分配一个单独的保护键.在程序状态字中则设置相应的保护键开关字段.对不同的进程赋予不同的开关代码
以和被保护的存储块中的保护键匹配。保护键可以没臂成对读写同时保护的或只对读写进行单项保护的。如果开关字段与保护键匹配或存储块未受到保护。则访问该存储块是允许的，否则将产生访问出错中断。
另外一种常用的硬软件内存保护方式是:界限存储器与CPU的用户态，核心态相结合的保
护方式.在这种保护方式下，用户态进程只能访问那些在界限寄存器所规定范困内的内存部分.而核心态进程则可以访问整个内存地址空间。
5·如果把DOS的执行模式改为保护模式，起码应做怎样的修改?，
答:如果要把DOS的执行模式改成保护模式，起码要为每一个进程设置一对上下界寄存器. _L下界寄存器中装有被保护程序和数据段的起始地址和终止地址。在程序执行过程中，在对
内存进行访问操作时首先进行访问地址合法性检查.即检查经过重定位之后的内存地址是否在上、下界寄存器所规定的范围之内。若在规定的范围之内，则访问是合法的;否则是非法的，并产生访问越界中断。另外，还应该把指令的访问内存模式由访问实际物理地址改为山逻粗地址变换为物理地址的方式。
6.动态分区式管理的常用内存分配算法有哪几种?比较它们各自的优缺点。
答；动态分区式竹理的常用内存分配算法有最先适应法(FF).最佳适应法((BF)和最坏适应法（wf）。。
(WF).
优缺点比较:
①从搜索速度上看最先适应法最佳，最佳活应法和最坏适应法都要求把不同大小的空闲区按大小进行排队.
②从回收过程来看，最先适应法也是最佳，因为最佳适应法和最坏适应法都必须重新调整空
闲区的位置。
③最佳适应法找到的空闲仪是最佳的，但是会造成内存碎片较多，影响了内存利用率，而最坏适应法的内存碎片最少，但是对内存的请求较多的进程有可能分配失败。
总之.三种算法各有所长，针对不同的请求队列，它们的效率和功能是不一样的.
7. 5.3节讨论的分伏式管理可以实现虚存吗?如果不能，需要怎样修改?试设计一个分区式管理实现虚存的程序流程图.如果能，试说明理I妇.
答:53节讨论的分区式管理不能实现虚存。如果要实现虚存，可以在分区的基础之上对每个分区内部进行请求调页式管理。
程序流程图:略。
8.简述什么是N盖?什么是交换?攫盖和交换的区别是什么?
答:将程序划分为若干个功能_卜相对独立的程序段，按照程序的逻辫结构让那些不会同时执行的程序段共享同一块内存区的内存扩充技术就是拟盖。交换是折先将内存某部分的程序或数据写入外存交换区，再从外存交换伙中调入指定的程序或数据到内存中来，并让其执行的一种内存扩充技术。与蓬盖技术相比，交换不要求程序员给出程序段之间的菠盖结构.而且，交换主要是在进程或作业之间进行.而俊盖则主要在同一个作业或同一个进程内进行。另外R盖只能投盖那些与理盖程序段无关的程序段。
9.什么是页式管理?静态页式管理可以实现虚存吗?
答:页式管J吧妹是把各进程的虚拟空间划分为若干长度相等的页面，把指令按页面大小划分
后存放在内存中执行或只在内存中存放那些经常被执行或即将被执行的页面，而那些不被经常执行以及在近期内不可能被执行的页面则存放于外存中.按一定规则调入的一种内存管理方式。
静态页式管理不能实现虚存，这是因为静态页式管理要求进程或作业在执行前全部被装入内存，作业或进程的大小仍受内存可用页面数的限制.
l0.什么是请求页式管理?试设计和描述一个请求页式管理时的内存页面分配和回收算法(包括缺页处理部分).
答:请求页式管理是动态页式内存管理的一种，它在作业或进程开始执行之前，不把作业或进程的程序段和数据段一次性的全部装入内存，而只装入被认为是经常反复执行和调用的工作区部分。其他部分则在执行过程巾动态装入。请求页式管理的调入方式足，当需要执行某条折令而又发现它不在内存时.或当执行某条指令需要访问其他数据或指令时，而这些指令和数据又不在内存中.从而发生缺页中断，系统将外存中相应的页面调入内存。请求页式种理的内存页面分配和回收算法:
略。
II请求页式管理中有哪几种常用的页面置换算法?试比较它们的优
答:比较常用的页面置换算法有:
立丁
(1)随机淘汰算法《randomglongram)。即随机地选择某个用户页面并将其换出。
(2)轮转法RR(roundrobin).轮转法循同换出内存可用区内一个可以被换出的页.无论该页是
刚被梅讲或己多换讲内存很长时间。
(3)先进先出法FIFO(firstinfirstout), FIFO算法选择在内存驻留时间最长的一页将其淘汰。
(4)最近最久未使用页面I换算法1. RU(least recently unused).该算法的推本思想是:当需
要淘汰某一页时，选扦离当前时间最近的一段时间内级久没有使用过的页面先淘汰。(5)RE淘汰算法OPT(optimalrcplaccmcntalgori thm )。该算法淘汰在访(ill串中将来再也不出现的耀在离当前最远的位置上出现的页面。-
14.什么是段式管理?它与页式管理有何区别?
答:段式管理就是将程序按照内容或过程(iii数)关系分成段，每段拥有自己的名字。一个用
户作业或进程所包含的段对应于一个二维线性虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换成实际的内存物理地址。【司页式管理时—样.段式管理也采用只把那些经常访问的段驻留内存.而把那
些在将来，—段时间内不被访问的段放入外存.待需要时自动调入相关段的方法实现二维
虚拟存储器。段式竹理和页式竹理的主要区别有:
(1)页式管理中源程序进行编译链接时是将主程序、子程序、数据伙等按照线性空间的一维地址顺序排列起来.段式管理则是将程序按照内容或过积(FJ数)关系分成段，每段拥有自己
的名字。一一个用户作业或进程所包含的段对应于一个二:维线性虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器.
(2)同动态页式管理一样，段式管理也提供了内外存统—管理的虚存实现.与页式管理不
同的是:段式虚存每次交换的是一段有惫义的信息，而不是像页式虚存管理那样只交换固定大小的页，从而需要多次的缺页中断才能把所需信息完整地调入内存.
(3)在段式针理中，段长可根据需要动态增长.这对那些需要不断增加或改变新数据或子程
序的段来说，将是非常有好处的.
(4)段式管理便于对具有完整逻辑功能的信息段进行共享。
(5)段式管理便于进行动态链接，而页式管理进行动态链接的过程非常k杂。
15.段式管理可以实现虚存吗?如央可以.简述实现方法。
答:段式怜理可以实现虚存。
段式管理把程序按照内容或过程(函数)关系分成段，每段拥有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应于一个二维线性虚拟空间(段号s与段内相对地址w)，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换成实际的内存物理地址。只把那些经常访问的段驻留内存.而把那些在将来一段时间内不被访问的段放入外存.待需要时产生缺段中断，自动调入.
16.为什么要提出段页式管理?它与段式管理及页式管理有何区别?
答:因为段式管理和页式管理各有所长。段式管理为用户提供了一个二维的虚拟地址空间，反映了程序的逻辑结构，有利于段的动态增长以及共享和内存保护等，这极大地方便了用户。而分页系统则Ti效地克服了碎片，提高了存储器的利用效率。从存储管理的日的来讲，主要
是方便用户的程序设计和提高内存的利用率。所以人们提出了将段式管理和页式管理结合起来让其互相取长补短的段页式管理。段页式管理与段式和页式管理相比，其访问时间较长因此.执行效率低。
17.为什么说段页式管理时的虚拟地址仍是二维的?.
答:因为在段页式内存管理中，对每一一段内的地址空间进行分页式管理只是为了克服在内存分配过程中产:生的大量碎片，从而提高存储器的利用效率.它并没有改变段内地址空间
的一维结构，所以段页式内存管理中的A拟地址仍然和段式内存管理中的虚拟地址山样，是二维结构的。
18.段页式怜理的主要缺点是什么?有什么改进办法?
答:段页式管理的主要缺点是对内存中指令或数据进行存取时，至少需要对内存进行三次以上的访问:第一次是山段表地址寄存器取段表始址后访问段表，山此取出对应段的页表在内存中的地址.第三次则是访问灭表得到所要访问的指令或数据的物理地址.只有在访问了段
表和页表之后.第三次才能访问真正需要访问的物理单元.显然.这将大大降低CPU执行
折令的速度。改进办法是设置快速联想寄存器。在快速联想寄存器中.存放当前最常用的段
号s，页号p和对应的内存页面地址与其他控制项.当需要访问内存空间某一单元时，可在通过段表、页表进行内存地址六找的同时，根据快速联想寄存器六找其段号和页号。如果所要访问的段或页的地址在快速联想寄存器中.则系统不再访问内存中的段表、页表而直接把快速联想寄存器中的值与页内相对地址d拼接起来得到内存地址.
19.什么是局部性原理?什么是抖动州娜1什么办法减少系统的抖动现象?
答:局部性原理是指在几乎所有程序的执行过程中，在一段时间内，CPU总是集中地访问
程序中的某一个部分而不是对程序的所有部分具有平均的访问概率。抖动是指当给进程分配的内存小于所要求的工作IX时，由于内存外存之间交换频繁，访问外存的时间和输入输出处
理时间大大增加.反而造成CPU因等待数据而空转，使得整个系统性能大大下降.在物理
系统中，为防止抖动的产生，在进行淘汰或科换时，一般总是把缺页进程锁住，不让其换出，从而防止抖动发生。防止抖动发生的另一个办法是设置较大的内存工作区。
第八章文件系统
1.什么是文件、文件系统?文件系统有哪些功能?
签:在计算机系统中.文件被解释为一组赋名的相关宇符流的集合.或者是相关记录的
集合.
文件系统是操作系统中与管理文件有关的软件和数据.
文件系统的功能是为用户建立文件.数销、读写修改和复制文件.以及完成对文件的按名存取和进行存取控制。
2文件件系跳一般按什么分类?可以今为哪几类?
签.文件系统一般按性质，用途，组织形式.文件中的信息流向或文件的保护级别等
分类。
一按文件的性质与用途可以分为系统文件.库文件和用户文件。按文件的组织形式可以分为普通文件，目录文件和特殊文件。按文件中的信息流向可以分为输入文件.抽出文件和佑入/输出文件.按文件的保护级别可以分为只读文件.读写文件，可执行文件和不保护文件。
3.什么是文件的逻样结构宁什么是记录?
答:文件的逻辑结构是用户可见的结钩，可分为字符流式的无结构文件和记录式的
有结构文件两大类.
记录是一个其有特定意义的信息单位，幼该记录在文件中的逻辑地址(相对位置)与
记录名所对应的一组关键字，属性及其属性值所组成。
第九章外部设备管理
1.设备竹理的日标和功能是什么?
答:设备管理的目标是:选择和分配输入/输出设备以便进行数据传输操作:控制输入/箱
出设备和CPU(或内存)之间交换数据，为用户提供一个友好的透明接is，提高设备和设备之间、CPU和设备之间。以及进积和进程之间的并行操作，以使操作系统获得最佳效率。设备竹理的功能是:提供和进程竹理系统的接n:进行设备分配:实现设备和设备、设备和
CPU等之间的并行操作:进行缓冲区管理。
2.数据传送控$f]方式有哪几种?试比较它们各自的优缺点.
答:数据传送控制方式有积序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道方式4种。程序直接控制方式就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。它的优点是控制简单，也不需要多少硬件支持.它的缺点是CPU和外I*1设备只能串行-I_作;
设备之间只能串行工作，无法发现和处理山于设备或其他硬件所产生的错误。
中断控制方式是利用向CPU发送中断的方式控制外围设备和CPU之间的数据传送。它的优点是大大提高了CPU的利用率且能支持多道程序和设备的并行操作。它的缺点是山于数据缓冲寄存器比较小，如果中
山于中断次数的急剧增加，
数较多，仍然占用了大量CPU时间:在外围设备较多时.
造成CPU无法响应中断而出现中断丢失的现象:如果外闲
设备速度比较快，可能会出现CPU来不及从数据缓冲寄存器中取走数据而丢失数据的情况. DMA方式是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路进行数据传送。它的优点是除了在数据块传送开始时需要CPU的启动指令，在整个数据块传送结束时需要发中断通知CPU进行中断处理之外，不需要CPU的频繁千涉.它的缺点是在外困设备越来越多的情
况下.多个DMA控制器的同时使用，会引起内存地址的冲突并使得控制过程进一步复杂化通道方式是使用通道米控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。通道是一个独立与CPU的专管愉入/输出拄制的机构.它控制设备与内存直接进行数据交换.它有白己的通
道拓令。这些指令受CPU启动.并在操作结束时向CPU发中断信号.该方式的优点是进一
步减轻了CPU的工作负担，增加了计算机系统的并行i作程度.缺点是增加了额外的硬件，造价昂贵。-.
3.什么是通道?试画出通道控制方式时的CPU.通道和设备的工作流程图。
答:通道是一个独立与CPU的专竹输入/愉出控制的机构.它控制设备与内存直接进行数
据交换。它有自己的通道指令.这些指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号.
4.什么是中断什么叫中断处理咐么叫中断响应?”
答:中断是指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得CPU哲时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序.待处理完毕后又返回
原来被中断处继续执行的过程.CPU转去执行相应的事件处理程序的过程称为中断处理. CPU收到中断请求后转到相应的事件处理程序称为中断响应.
5.什么”“关中断?什么叫开中断？什么叫中断屏蔽?
答:把CPU内部的处理机状态字PS W的中断允许位清除从而不允许CPU响应中断叫做关
中断。设置CPU内部的处理机状态字Psw的中断允许位从而允许CPU响应中断叫做开中断.
中断屏蔽是指在中断请求产生之后。系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应。
6.什么是陷阱?什么是软中断?试述中断、陷阱和软中断之间异同。
答:陷阱指处理机和内存内部产生的中断，它包括程序运算引起的各种错误.如地址非法、
校验错、页面失效。存取访问控制错、从用户态到核心态的切换等都是陷阱的例子。软中断是通信进程之间用来模拟硬中断的一种信号通信方式。
7.描述中断控制方式时的CPU动作过程。
答:(1)首先，CPU检查响应中断的条件是否满足。如果中断响应条件不满足，则中断处理无法进行。
(2)如果CPU响应中断，则CPU关中断。
(3)保存被中断进R现场.
(4)分析中断原因，调用中断处理子程序。
(5)执行中断处理子程序.
必
(6)退出中断.恢复被中断进程的现场或调度新进程占据处理机。
(7)开中断，CPU继续执行。
8.什么是缓冲?为什么要引入缓冲?
答:缓冲即是使用专用硬件缓冲器或在内存中划出一个区域用来暂时存放输入愉出数据的器件.
引入缓冲是为了匹配外设和CPU之间的处理速度，减少中断次数和CPU的中断处3'..时间，同时解决DMA或通道方式时的数据传输瓶颈问题。
9.设在对缓冲队列em, in和。ut进行竹理时，采用最近最少使用算法存取缓冲区，即在把
一个缓冲区分配给进程之后.只要不是所有其他的缓冲区都在更近的时间内被使用过，则该缓冲区不再分配出去。试描述过程tah-buf(type, number)和add-buf(type, number).
答:对每个缓冲区设置一个时间标志位，其取值为该缓冲区上次放入队列时的系统时间。take-buf(type, number)
{
取出时间标志位最小的缓冲区
} A
add-bur(type, number)
{，
把缓冲区放入队列，井获取当前系统时间赋给其时间标志位
洛
}
10.试述对缓冲队列cm, in和out采用最近级少使用算法对改善1/O操作性能了什于么好处? 答:采用最近最少使用算法可以保留那些在最近一段时间内使用次数较多的缓冲区.而这些
缓冲区继续被使用的可能性比较大，从而可以减少缓冲区分配和回收的次数.避免了频繁的分配寸问收操作,所以可以改善I/O操作性能.
11.用于设备分配的数据结构有哪些?它们之间的关系是什么？
答:用于设备分配的数据结构有:设备控制表DCT.系统设备表SDT.控制器表COCT和
通道控制表CHCT. SDF掀个系统一张.每个设备有一张DCT.每个控制器有一张COCT
每个通道有一张CHCT. SDF中有一个DCT指针.DCT中有一个COCT拓针，COC1‘中
有一个CI ICT指针。
12.设计一个设备分配的安全检六程序，以保证把某台设备分佗给某进程时不会出现死锁. 答:参见教材72页避免死锁章节。
13.什么是1/0控制?它的主要任务是什么7
答::1八〕控制是指从用户进程的输入/愉出请求开始.给用户进程分配设备和启动有关设备进行I/O操作.并在1/0操作完成之后响应中断，直至善后处理为止的整个系统控制过
程。
14.1/0控制可用哪几种方式实现?齐有什么优缺点?
答:I八〕控制过程可用三种方式实现:作为请求I八)操作的进程实现:作为当前进程的一
部分实现:由专门的系统进程-1/0进程完成。
第一种方式请求对应1/0操作的进程能很快占据处理机。但要求系统和I/O操作的进程
应具有良好的实时性。
第二种方式不要求系统其有高的实时性，但1/0控制过程要由当前进程负资.
第三种方式增加了一个额外的进程开销，但用户不用关心1/o控制过程.
Is设备驱动程序是什么?为什么要有设备驭动程序?用户进程怎样使川驱动程序?
答:设备驭动程序是驱动外部物理设备和相应DMA控制器或1/0控制器等器件.使之可
以直接和内存进行1/O操作的子程序的集合。它们负责设置相应设备有关寄存器的位，启
动设备进行1/O操作.指定操作的类型和数据流向等。设备驭动程序展蔽了直接对硬件操作的细节。为编程者提供操纵设备的友好接口.用户进程通过调用设备驱动程序提供的接口来使用设备W动程序。
第1章绪论 1．简述下列概念：数据、数据元素、数据项、数据对象、数据结构、逻辑结构、存储结构、抽象数据类型。 答案： 数据：是客观事物的符号表示，指所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。如数学计算中用到的整数和实数，文本编辑所用到的字符串，多媒体程序处理的图形、图像、声音、动画等通过特殊编码定义后的数据。 数据元素：是数据的基本单位，在计算机中通常作为一个整体进行考虑和处理。在有些情况下，数据元素也称为元素、结点、记录等。数据元素用于完整地描述一个对象，如一个学生记录，树中棋盘的一个格局（状态）、图中的一个顶点等。 数据项：是组成数据元素的、有独立含义的、不可分割的最小单位。例如，学生基本信息表中的学号、姓名、性别等都是数据项。 数据对象：是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。例如：整数数据对象是集合N={0，±1，±2，…}，字母字符数据对象是集合C={‘A’，‘B’，…，‘Z’，‘a’，‘b’，…，‘z’}，学生基本信息表也可是一个数据对象。 数据结构：是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。换句话说，数据结构是带“结构”的数据元素的集合，“结构”就是指数据元素之间存在的关系。 逻辑结构：从逻辑关系上描述数据，它与数据的存储无关，是独立于计算机的。因此，数据的逻辑结构可以看作是从具体问题抽象出来的数学模型。 存储结构：数据对象在计算机中的存储表示，也称为物理结构。 抽象数据类型：由用户定义的，表示应用问题的数学模型，以及定义在这个模型上的一组操作的总称。具体包括三部分：数据对象、数据对象上关系的集合和对数据对象的基本操作的集合。 2．试举一个数据结构的例子，叙述其逻辑结构和存储结构两方面的含义和相互关系。 答案： 例如有一张学生基本信息表，包括学生的学号、姓名、性别、籍贯、专业等。每个学生基本信息记录对应一个数据元素，学生记录按顺序号排列，形成了学生基本信息记录的线性序列。对于整个表来说，只有一个开始结点(它的前面无记录)和一个终端结点(它的后面无记录)，其他的结点则各有一个也只有一个直接前趋和直接后继。学生记录之间的这种关系就确定了学生表的逻辑结构，即线性结构。 这些学生记录在计算机中的存储表示就是存储结构。如果用连续的存储单元(如用数组表示)来存放这些记录，则称为顺序存储结构；如果存储单元不连续，而是随机存放各个记录，然后用指针进行链接，则称为链式存储结构。 即相同的逻辑结构，可以对应不同的存储结构。 3．简述逻辑结构的四种基本关系并画出它们的关系图。 答案： （1）集合结构 数据元素之间除了“属于同一集合”的关系外，别无其他关系。例如，确定一名学生是否为班级成员，只需将班级看做一个集合结构。 （2）线性结构 数据元素之间存在一对一的关系。例如，将学生信息数据按照其入学报到的时间先后顺序进行排列，将组成一个线性结构。 （3）树结构
第一章绪习题一 1.有下列几种用二元组表示的数据结构，试画出它们分别对应的图形表示（当出现多个关系时， 对每个关系画出相应的结构图），并指出它们分别属于何种结构。 ⑴ A=(K,R)其中 K={a1,a2,a3...,an} R={} ⑵ B=(K,R)其中 K={a,b,c,d,e,f,g,h} R={r} r={
光学系统设计（一） 参考答案及评分标准 20 分） 二、填空题（本大题14小题。每空1分，共20 分） 21.球心处、顶点处、齐明点处（r n n n L '+=） 22.%100y y y q z ?''-'=' 23.0 24.球差 25.冕牌、火石 26.?ννν?2111-=、?ννν?2 122--= 27.两面的公共球心处、两面的公共球心处 28.阿贝常数、C F D D n n 1n --= ν 29.畸变 30.圆 31.0 32.二级光谱 33.f 00052.0L FCD '='? 34.EFFL 三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分） 35．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。 评分标准：主要意思正确得2分。 36．子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲。 评分标准：答对主要意思得2分。 37．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。 评分标准：答对主要意思得2分。 38.色球差：F 光的球差和C 光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光和近轴光色差之差。 评分标准：答对得2分。 39．渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象，称为渐晕。 评分标准：答对主要意思得2分。
四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分） 40．一物体的峰-谷比（peak to valley ）是λ23.0，问是否满足Rayleigh 条件？ 答：满足Rayleigh 条件，因为根据Rayleigh 判断，实际波面和参考波面之间的最大波像差(峰谷比)不超过0.25λ时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好。 评分标准：答对主要意思得5分。 41．在七种几何像差中，仅与孔径有关的像差有哪些？仅与视场有关的像差有哪些？与视场和孔径都有关系的又有哪些？ 答：仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；仅与视场有关的像差有：像散、场曲、畸变、倍率色差；与视场和孔径都有关系的有：彗差 评分标准：第一问中每个答案正确得1分，第二问中每个答案正确得0.5分，第三问中每个答案正确得1分。 42．一物体置于折射球面的球心处，其像在哪？放大倍率多少？若物在球面顶点，其像又在何位置？放大倍率多少？ 答：像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为n 1和1。 评分标准：两位置答对各得1分，第一个放大倍率答对得2分，第二个得1分。 43. 什么是焦深，若像面向前或向后离焦半倍焦深，引起的波像差多大？ 答：（1）实际像点无论在高斯像点之前或之后'?0l 范围内，波像差都不会超过1/4 波长，所以把'02l 定义为焦深，即20u n l 2''='λ （2）引起的波像差为4/λ。 评分标准：第一问答对大意得3分，第二问答案正确得2分。 44. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？ 答：应佩戴凹透镜加以矫正，使光线经过水晶体后发散，重新汇聚到视网膜上。 评分标准：答对大意得5分。 45. 在对称式光学系统中，当1-=β时，哪几种初级像差可以得到自动校正？其它初级像差有何特性？ 答：垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为0。 轴向像差：球差、像散、场曲、位置色差均为半部系统相应像差的两倍。 评分标准：第一问每个答案正确得1分，共3分；第二问每个答案正确得0.5分，共2分。 五、计算题（每题10分，共20分） 46．设计一齐明透镜，第一面曲率半径95m m r 1-=，物点位于第一面曲率中心处，第二球面满足启明条件，若该透镜厚度5mm d =，折射率5.1n =，该透镜位于空气中，求 （1）该透镜第二面的曲率半径； （2）该启明透镜的垂轴放大率。 解： （1）根据题意得，物点发出光线经第一面后按直线传播，相对于第二面，其物距100m m 595l 2-=--=，根据齐明条件100mm r n n n l 22 222-='+=，可得
现代光学设计作业 学号：2220110114 姓名：田训卿
一、光学系统像质评价方法 (2) 1.1 几何像差 (2) 1.1.1 光学系统的色差 (3) 1.1.2 轴上像点的单色像差─球差 (4) 1.1.3 轴外像点的单色像差 (5) 1.1.4 正弦差、像散、畸变 (7) 1.2 垂直像差 (7) 二、光学自动设计原理9 2.1 阻尼最小二乘法光学自动设计程序 (9) 2.2 适应法光学自动设计程序 (11) 三、ZEMAX光学设计.13 3.1 望远镜物镜设计 (13) 3.2 目镜设计 (17) 四、照相物镜设计 (22) 五、变焦系统设计 (26)
一、光学系统像质评价方法 所谓像差就是光学系统所成的实际像和理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在光学系统成像质量优劣的问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。 （1）光学系统实际制造完成后对其进行实际测量 ?星点检验 ?分辨率检验 （2）设计阶段的评价方法 ?几何光学方法：几何像差、波像差、点列图、几何光学传递函数 ?物理光学方法：点扩散函数、相对中心光强、物理光学传递函数 下面就几种典型的评价方法进行说明。 1.1 几何像差 几何像差的分类如图1-1所示。 图1-1 几何像差的分类
1.1.1 光学系统的色差 光波实际上是波长为400~760nm 的电磁波。光学系统中的介质对不同波长光的折射率不同的。如图1-2，薄透镜的焦距公式为 ()'121111n f r r ??=-- ??? (1-1) 因为折射率n 随波长的不同而改变，因此焦距也要随着波长的不同而改变， 这样，当对无限远的轴上物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。我们把不同颜色光线理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C 和F 两种波长光线的理想像平面间的距离来表示近轴位置色差，也成为近轴轴向色差。若l ′F 和l ′c 分别表示F 与C 两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差为 '''FC F C l l l ?=- (1-2) 图1-2 单透镜对无限远轴上物点白光成像 当焦距'f 随波长改变时，像高'y 也随之改变，不同颜色光线所成的像高也不 一样。这种像的大小的差异称为垂轴色差，它代表不同颜色光线的主光线和同一基准像面交点高度（即实际像高）之差。通常这个基准像面选定为中心波长的理 想像平面。若'ZF y 和'ZC y 分别表示F 和C 两种波长光线的主光线在D 光理想像平面 上的交点高度，则垂轴色差为 '''FC ZF ZC y y y ?=- (1-3)
Requirements Models: None Properties: None Editions: TracePro LC, Standard and Expert Introduction In this example you will build a source model for a Siemens LWT676 surface mount LED based on the manufacturer’s data sheet. The dimensions will be used to build a solid model and the source output will be defined to match the LED photometric curve. Copyright ? 2013 Lambda Research Corporation.
Create a Thin Sheet First analyze the package to determine the best method of constructing the geometry in TracePro. The symmetry of the package suggests starting from a Thin Sheet and extruding the top and bottom halves with a small draft angle. Construct Thin Sheet in the XY plane. 1. Start TracePro 2. Select View|Profiles|XY or click the View XY button on the toolbar, and switch to silhouette mode, View|Silhouette. 3. Select Insert|Primitive Solid and select the Thin Sheet tab. 4. Enter the four corners of the Thin Sheet in mm in the dialog box, as shown below, and click Insert. 5. Click the Zoom All button or select View|Zoom|All to see the new object.
第1章绪论 1.1 简述下列术语：数据，数据元素、数据对象、数据结构、存储结构、数据类型和抽象数据类型。 解：数据是对客观事物的符号表示。在计算机科学中是指所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。 数据元素是数据的基本单位，在计算机程序中通常作为一个整体进行考虑和处理。 数据对象是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。 数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。 存储结构是数据结构在计算机中的表示。 数据类型是一个值的集合和定义在这个值集上的一组操作的总称。 抽象数据类型是指一个数学模型以及定义在该模型上的一组操作。是对一般数据类型的扩展。 1.2 试描述数据结构和抽象数据类型的概念与程序设计语言中数据类型概念的区别。 解：抽象数据类型包含一般数据类型的概念，但含义比一般数据类型更广、更抽象。一般数据类型由具体语言系统内部定义，直接提供给编程者定义用户数据，因此称它们为预定义数据类型。抽象数据
类型通常由编程者定义，包括定义它所使用的数据和在这些数据上所进行的操作。在定义抽象数据类型中的数据部分和操作部分时，要求只定义到数据的逻辑结构和操作说明，不考虑数据的存储结构和操作的具体实现，这样抽象层次更高，更能为其他用户提供良好的使用接口。 1.3 设有数据结构(D,R)，其中 {}4,3,2,1d d d d D =，{}r R =，()()(){}4,3,3,2,2,1d d d d d d r = 试按图论中图的画法惯例画出其逻辑结构图。 解： 1.4 试仿照三元组的抽象数据类型分别写出抽象数据类型复数和有理数的定义（有理数是其分子、分母均为自然数且分母不为零的分数）。 解： ADT Complex{ 数据对象：D={r,i|r,i 为实数} 数据关系：R={
第 1 章绪论 课后习题讲解 1. 填空 ⑴（）是数据的基本单位，在计算机程序中通常作为一个整体进行考虑和处理。 【解答】数据元素 ⑵（）是数据的最小单位，（）是讨论数据结构时涉及的最小数据单位。 【解答】数据项，数据元素 【分析】数据结构指的是数据元素以及数据元素之间的关系。 ⑶从逻辑关系上讲，数据结构主要分为（）、（）、（）和（）。【解答】集合，线性结构，树结构，图结构 ⑷数据的存储结构主要有（）和（）两种基本方法，不论哪种存储结构，都要存储两方面的内容：（） 和（）。 【解答】顺序存储结构，链接存储结构，数据元素，数据元素之间的
关系 ⑸算法具有五个特性，分别是（）、（）、（）、（）、（）。 【解答】有零个或多个输入，有一个或多个输出，有穷性，确定性，可行性 ⑹算法的描述方法通常有（）、（）、（）和（）四种，其中，（）被称为算法语言。 【解答】自然语言，程序设计语言，流程图，伪代码，伪代码 ⑺在一般情况下，一个算法的时间复杂度是（）的函数。 【解答】问题规模 ⑻设待处理问题的规模为n，若一个算法的时间复杂度为一个常数，则表示成数量级的形式为（），若 为n*log25n，则表示成数量级的形式为（）。 【解答】Ο(1)，Ο(nlog2n) 【分析】用大O记号表示算法的时间复杂度，需要将低次幂去掉，将最高次幂的系数去掉。 2. 选择题
⑴顺序存储结构中数据元素之间的逻辑关系是由（）表示的，链接存储结构中的数据元素之间的逻辑关 系是由（）表示的。 A 线性结构 B 非线性结构 C 存储位置 D 指针 【解答】C，D 【分析】顺序存储结构就是用一维数组存储数据结构中的数据元素，其逻辑关系由存储位置（即元素在数 组中的下标）表示；链接存储结构中一个数据元素对应链表中的一个结点，元素之间的逻辑关系由结点中 的指针表示。 ⑵假设有如下遗产继承规则：丈夫和妻子可以相互继承遗产；子女可以继承父亲或母亲的遗产；子女间不 能相互继承。则表示该遗产继承关系的最合适的数据结构应该是（）。 A 树 B 图 C 线性表 D 集合
1.2光学系统有哪些特性参数和结构参数？ 特性参数：（1）物距L（2）物高y或视场角ω（3）物方孔径角正弦sinU或光速孔径角h（4）孔径光阑或入瞳位置（5）渐晕系数或系统中每一个的通光半径 结构参数：每个曲面的面行参数（r，K，a4，a6，a8，a10）、各面顶点间距（d）、每种介质对指定波长的折射率（n）、入射光线的位置和方向 1.3轴上像点有哪几种几何像差？ 轴向色差和球差 1.4列举几种主要的轴外子午单色像差。 子午场曲、子午慧差、轴外子午球差 1.5什么是波像差？什么是点列图？它们分别适用于评价何种光学系统的成像质量？ 波像差：实际波面和理想波面之间的光程差作为衡量该像点质量的指标。适用单色像点的成像。 点列图：对于实际的光学系统，由于存在像差，一个物点发出的所有光线通过这个光学系统以后，其像面交点是一弥散的散斑。适用大像差系统 2.1叙述光学自动设计的数学模型。 把函数表示成自变量的幂级数，根据需要和可能，选到一定的幂次，然后通过实验或数值计算的方法，求出若干抽样点的函数值，列出足够数量的方程式，求解出幂级数的系数，这样，函数的幂级数形式即可确定。像差自动校正过程，给出一个原始系统，线性近似，逐次渐进。 2.2适应法和阻尼最小二乘法光学自动设计方法各有什么特点，它们之间有什么区别？ 适应法：参加校正的像差个数m必须小于或等于自变量个数n，参加校正的像差不能相关，可以控制单个独立的几何像差，对设计者要求较高，需要掌握像差理论阻尼最小二乘法：不直接求解像差线性方程组，把各种像差残量的平方和构成一个评价函数Φ。通过求评价函数的极小值解，使像差残量逐步减小，达到校正像差的目的。它对参加校正的像差数m没有限制。 区别：适应法求出的解严格满足像差线性方程组的每个方程式；如果m>n或者两者像差相关，像差线性方程组就无法求解，校正就要中断。 3.1序列和非序列光线追迹各有什么特点？ 序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计。以面作为对象，光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，对每个面只计算一次。光线追迹速度很快。 非序列光线追迹主要用于需考虑散射和杂散光情况下，非成像系统或复杂形状的物体。以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹。计算时每一物体的位置由全局坐标确定。非序列光线追迹对光线传播进行更为细节的分析，计算速度较慢。3.2叙述采用光学自动设计软件进行光学系统设计的基本流程。 （1）建立光学系统模型： 系统特性参输入：孔径、视场的设定、波长的设定 初始结构输入：表面数量及序号、面行、表面结构参数输入 （2）像质评价 （3）优化：设置评价函数和优化操作数、设置优化变量、进行优化 （4）公差分析：公差数据设置、执行公差分析 3.3Zemax软件采用了什么优化算法？ 构造评价函数：最小二乘法、正交下降法（非序列光学系统）
填空题(10 * 1 '= 10') 一、概念题 22当对一个线性表经常进行的是插入和删除操作时，采用链式存储结构为宜。 23当对一个线性表经常进行的是存取操作，而很少进行插入和删除操作时，最好采用顺序存储结构。 2.6. 带头结点的单链表L中只有一个元素结点的条件是L->Next->Next==Null。 36循环队列的引入，目的是为了克服假溢出。 4.2. 长度为0的字符串称为空串。 4.5. 组成串的数据元素只能是字符。 4.8. 设T和P是两个给定的串，在T中寻找等于P的子串的过程称为模式匹配，又称P为模式。 7.2. 为了实现图的广度优先搜索，除一个标志数组标志已访问的图的结点外，还需要队列存放被访问的结点实现遍历。 5.7. 广义表的深度是广义表中括号的重数 7.8. 有向图G可拓扑排序的判别条件是有无回路。 7.9. 若要求一个稠密图的最小生成树，最好用Prim算法求解。 8.8. 直接定址法法构造的哈希函数肯定不会发生冲突。 9.2. 排序算法所花费的时间，通常用在数据的比较和交换两大操作。 1.1. 通常从正确性、可读性、健壮性、时空效率等几个方面评价算法的(包括程序)的质量。 1.2. 对于给定的n元素，可以构造出的逻辑结构有集合关系、线性关系树形关系、图状关系四种。 1.3. 存储结构主要有顺序存储、链式存储、索引存储、散列存储四种。 1.4. 抽象数据类型的定义仅取决于它的一组逻辑特性，而与存储结构无关，即不论其内部结构如何变化，只要它的数学特性不 变，都不影响其外部使用。 1.5. 一个算法具有五大特性：有穷性、确定性、可行性，有零个或多个输入、有一个或多个输入。 2.8. 在双向链表结构中，若要求在p指针所指的结点之前插入指针为s所指的结点，则需执行下列语句： s_>prior= p_>prior; s->next= p; p_>prior- next= s; p_>prior= s;。 2.9. 在单链表中设置头结点的作用是不管单链表是否为空表，头结点的指针均不空，并使得对单链表的操作 (如插入和删除)在各种情况下统一。 3.1. 队列是限制在表的一端进行插入和在另一端进行删除的线性表，其运算遵循先进先出原则。 3.2 .栈是限定尽在表位进行插入或删除操作的线性表。 3.5. 在链式队列中，判定只有一个结点的条件是(Q->rear==Q->fro nt)&&(Q->rear!=NULL) 。 3.7. 已知链队列的头尾指针分别是f和r，则将x入队的操作序列是node *p=(node *)malloc(node); p->next=x;] p_>next=NULL; if(r) {r->next=p; r=p;} else {r=p; f=p;}。 3.8. 循环队列的满与空的条件是(rear+1)%MAXSIZE==fornt 和(fron t=-1 &&rear+ ^=MAXSIZE) 。 4.3. 串是一种特殊的线性表，其特殊性表现在数据元素都是由字符组成。 4.7. 字符串存储密度是串值所占存储位和实际分配位的比值，在字符串的链式存储结构中其结点大小是可变的。 5.3. 所谓稀疏矩阵指的是矩阵中非零元素远远小于元素总数，则称该矩阵为矩阵中非零元素远远小于元素总数，则称该矩阵为稀 疏矩阵。 5.4. —维数组的逻辑结构是线性结构，存储结构是顺序存储结构；对二维或多维数组，分别按行优先和列优先两种?不同的存储 方式。 7.4. 在有向图的邻接矩阵表示中，计算第i个顶点入度的方法是求邻接矩阵中第?i列非10元素的个数。 7.10. AOV网中，结点表示活动，边表示活动之间的优先关系，AOE网中，结点表示事件，边表示活动。 9.1. 按排序过程中依据不同原则对内部排序方法进行分类，主要有选择排序、交换排序、插入排序归并排序等4类。 9.3 .在堆排序、快速排序和归并排序中若只从排序结果的稳定性考虑，则应选择归并排序方法；若只从平均情况下 排序最快考虑，则应选择快速排序方法；若只从最坏情况下排序最快且要节省类存考虑，则应选择堆排序方法。 9.4. 直接插入排序用监视哨的作用是存当前要的插入记录，可又省去查找插入位置时对是否出界的判断。 9.6. 设表中元素的初始状态是按键值递增的，则直接插入排序最省时间，快速排序最费时间。 4.9. 下列程序判断字符串s是否对称，对称则返回1,否则返回0;如？(abba”返回1, ? (”abab”)返回0. Int f (char*s) { Int i=0,j=0;
《数据结构简明教程》练习题及参考答案 练习题1 1. 单项选择题 （1）线性结构中数据元素之间是（）关系。 A.一对多 B.多对多 C.多对一 D.一对一 答：D （2）数据结构中与所使用的计算机无关的是数据的（）结构。 A.存储 B.物理 C.逻辑 D.物理和存储 答：C （3）算法分析的目的是（）。 A.找出数据结构的合理性 B.研究算法中的输入和输出的关系 C.分析算法的效率以求改进 D.分析算法的易懂性和文档性 答：C （4）算法分析的两个主要方面是（）。 A.空间复杂性和时间复杂性 B.正确性和简明性 C.可读性和文档性 D.数据复杂性和程序复杂性 答：A （5）计算机算法指的是（）。 A.计算方法 B. 排序方法 C.求解问题的有限运算序列 D.调度方法 答：C （6）计算机算法必须具备输入、输出和（）等5个特性。 A.可行性、可移植性和可扩充性 B.可行性、确定性和有穷性 C.确定性、有穷性和稳定性 D.易读性、稳定性和安全性 答：B 2. 填空题 （1）数据结构包括数据的①、数据的②和数据的③这三个方面的内容。 答：①逻辑结构②存储结构③运算 （2）数据结构按逻辑结构可分为两大类，它们分别是①和②。 答：①线性结构②非线性结构 （3）数据结构被形式地定义为（D,R），其中D是①的有限集合，R是D上的②有限集合。
答：①数据元素 ②关系 （4）在线性结构中，第一个结点 ① 前驱结点，其余每个结点有且只有1个前驱结点；最后一个结点 ② 后继结点，其余每个结点有且只有1个后继结点。 答：①没有 ②没有 （5）在树形结构中，树根结点没有 ① 结点，其余每个结点有且只有 ② 个前驱结点；叶子结点没有 ③ 结点，其余每个结点的后继结点数可以是 ④ 。 答：①前驱 ②1 ③后继 ④任意多个 （6）在图形结构中，每个结点的前驱结点数和后继结点数可以是（ ）。 答：任意多个 （7）数据的存储结构主要有四种，它们分别是 ① 、 ② 、 ③ 和 ④ 存储结构。 答：①顺序 ②链式 ③索引 ④哈希 （8）一个算法的效率可分为 ① 效率和 ② 效率。 答：①时间 ②空间 3. 简答题 （1）数据结构和数据类型两个概念之间有区别吗？ 答：简单地说，数据结构定义了一组按某些关系结合在一起的数组元素的集合。数据类型不仅定义了一组数据元素，而且还在其上定义了一组操作。 （2）简述线性结构、树形结构和图形结构的不同点。 答：线性结构反映结点间的逻辑关系是一对一的，树形线性结构反映结点间的逻辑关系是一对多的，图在结构反映结点间的逻辑关系是多对多的。 （3）设有采用二元组表示的数据逻辑结构S=(D,R)，其中D={a ,b ,…,i }，R={(a ,b ),(a ,c ),(c ,d ),(c ,f ),(f ,h ),(d ,e ),(f ,g ),(h ,i )}，问相对于关系R ，哪些结点是开始结点，哪些结点是终端结点？ 答：该逻辑结构为树形结构，其中a 结点没有前驱结点，称为根结点，b 、e 、g 、i 结点没有后继结点，是终端结点，也称为叶子结点。 （4）以下各函数是算法中语句的执行频度，n 为问题规模，给出对应的时间复杂度： T 1(n )=n log 2n -1000log 2n T 2(n )=3log 2n -1000log 2n T 3(n )=n 2 -1000log 2n T 4(n )=2n log 2n -1000log 2n 答：T 1(n )=O(n log 2n )，T 2(n )=O( )，T 3(n )=O(n 2 )，T 4(n )=O(n log 2n )。 （5）分析下面程序段中循环语句的执行次数。 int j=0,s=0,n=100; do { j=j+1; s=s+10*j; } while (j 光学第五版课后答案【篇一：第五版有机化学-华北师范大学-李景宁-全册-习 题答案】 3、指出下列各化合物所含官能团的名称。(1) ch3ch=chch3 答： 碳碳双键(2) ch3ch2cl 答：卤素(氯) (3) ch3chch3 答：羟基 (4) ch3ch2 c=o 答：羰基(醛基) ch3cch3(5) o 答：羰基(酮基) (6) ch3ch2cooh 答：羧基(7) 2 答： 氨基 (8) ch3- c≡c-ch3 答：碳碳叁键 4、根据电负性数据，用和标明下列键或分子中带部分正电荷和负电 荷的原子。 答： 6、下列各化合物哪个有偶极矩？画出其方向 （1）br2 （2）ch2cl2 （3）hi （4）chcl3 （5）ch3oh （6） ch3och3 答：以上化合物中（2）、（3）、（4）、（5）、（6） 均有偶极矩 （2）h 2c （6）h 3c cl （3 ）i （4） cl3 （5）h 3c oh ch3 7、一种化合物，在燃烧分析中发现含有84% 的碳[ar （c）=12.0] 和 16 的氢[ar （h）=1.0] ，这个化合物的分子式可能是 （1）ch4o （2）c6h14o2 （3）c7h16 （4）c6h10 （5）c14h22 答：根据分析结果，化合物中没有氧元素，因而不可能是化合物（1） 和（2）；在化合物（3）、（4）、（5）中根据碳、氢的比例计算 （计算略）可判断这个化合物的分子式可能是（3）。 习题解答 1、用系统命名法命名下列化合物（1）2，5-二甲基-3-乙基己烷 （3）3，4，4，6-四甲基辛烷（5）3，3，6，7-四甲基癸烷 （6）4-甲基-3，3-二乙基-5-异丙基辛烷 2、写出下列化合物的构造式和键线式，并用系统命名法命名之。 （3）仅含有伯氢和仲氢的c5h12 答：符合条件的构造式为ch3ch2ch2ch2ch3 ； 键线式为；命名：戊烷。3、写出下令化合物的构造简式(2) 由一个丁基和一个异丙基组成的烷烃(4) 相对分子质量为100，同时含有伯、叔、季碳原子的烷烃 答：该烷烃的分子式为c7h16 。由此可以推测同时含有伯、叔、季 碳原子的烷烃的构造式为(ch3)3cch(ch3)2 (6) 2 ，2，5-trimethyl-4-propylnonane （2，2，5-三甲基-4-丙基 壬烷） 3h73 ch3ch2ch2ch223 3 3 8、将下列烷烃按其沸点由高至低排列成序。 （1）2-甲基戊烷（2）正已烷（3）正庚烷（4）十二烷 答：对于饱和烷烃，随着分子量的逐渐增大，分子间的范德华引力 增大，沸点升高。支链的存在会阻碍分子间的接近，使分子间的作 用力下降，沸点下降。由此可以判断，沸点由高到低的次序为：十 二烷＞正庚烷＞正己烷＞2-甲基戊烷。（[4）＞（3）＞（2）＞（1）] 10、根据以下溴代反应事实，推测相对分子质量为72 的烷烃异构 式的构造简式。答：相对分子质量为72 的烷烃的分子式应该是 c5h12 。溴化产物的种类取决于烷烃分子内氢的种类（指核磁共振概 念中的氢），既氢的种类组与溴取代产物数 （1）只含有一种氢的化合物的构造式为(ch3)3cch3 （2）含三种氢 的化合物的构造式为ch3ch2ch2ch2ch3 （3）含四种氢的化合物的 构造式为ch3ch2ch(ch3)2 14 、答： 绪论第1章 √(2)×(3)2.(1)×C ）C（3（1）A（2）3. 的语句频度5.计算下列程序中x=x+1for(i=1;i<=n;i++) for(j=1;j<=i;j++) for(k=1;k<=j;k++) x=x+1; 的语句频度为：【解答】x=x+1=n(n+1)(n+2)/6 ）+……+（1+2+……+n）T(n)=1+(1+2)+（1+2+3 并确定算法中每一),p(xx+ax+a+…….+ax的值6.编写算法，求一元多项式p(x)=a n20nn20n1规定算法中不能使用要求时间复杂度尽可能小，语句的执行次数和整个算法的时间复杂度，算法的输入和输出)。n,输出为P(x求幂函数。注意：本题中的输入为a(i=0,1,…n)、x和0in采用下列方法1）通过参数表中的参数显式传递（）通过全局变量隐式传递。讨论两种方法的优缺点，并在算法中以你认为较好的一种实（2 现输入输出。【解答】1）通过参数表中的参数显式传递（优点：当没有调用函数时，不占用存，调用结束后形参被释放，实参维持，函数通用 性强，移置性强。缺点：形参须与实参对应，且返回值数量有限。 ）通过全局变量隐式传递（2 优点：减少实参与形参的个数，从而减少存空间以及传递数据时的时间消耗 缺点：函数通用性降低，移植性差 算法如下：通过全局变量隐式传递参数PolyValue() { int i,n; float x,a[],p; nn=”);printf(“\ scanf(“%f”,&n); nx=”);printf(“\ scanf(“%f”,&x); for(i=0;i 光学系统设计(三) 一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．系统的像散为零，则系统的子午场曲值( )。 A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 2．双胶合薄透镜组，如果位置色差校正为零，则倍率色差值为 ( )。 A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 3．下列像差中，对孔径光阑的大小和位置均有影响的是( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散和场曲 D.畸变 4．除球心和顶点外，第三对无球差点的物方截距为 ( ) 。 A.r n n n L '+= B. r n n n L ''+= C. r n n n L '-= D. r n n n L ''-= 5．下列像差中，属于轴外点细光束像差的是( )。 A.球差 B.子午彗差 C.子午场曲 D.畸变 6．瑞利判据表明，焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时，波像差不会超过 ( )。 A.λ21 B. λ31 C. λ41 D. λ51 7．对于目视光学系统，介质材料的阿贝常数定义为 ( )。 A.C F D D n n 1n --=ν B. C F D D n n 1n ++=ν C. C F D D n n 1n -+=ν D. C F D D n n 1n +-=ν 8．9K 玻璃和6ZF 玻璃属于 ( )。 A.冕牌玻璃和火石玻璃 B.火石玻璃和冕牌玻璃 C.均属火石玻璃 D.均属冕牌玻璃 9．在ZEMAX 软件中进行显微物镜镜设计，输入视场数据时，应选择 ( )。 第16课：实用的相机镜头 在第15课中设计的镜头非常好，但它有点太长。实际上希望它更短，同时希望非常高的分辨率。以下是本课的目标： 1.焦距90毫米 2.半视场角20度 3.半孔径25.4毫米 4.透镜元件长度约100毫米 5.后焦距50毫米或更大 在本课程中，将让DSEARCH找到一个起点。在命令窗口中键入MDS，打开设计搜索菜单，如下所示。 输入箭头所示的数据，然后单击“确定”。看到结果时，可以稍后修改此输入。假设镜头需要七个透镜元件。程序会要求您输入文件名，因此请键入LENS_7等名称。这将打开一个编辑器窗口，其中包含运行该程序所需的输入。 CORE 14 TIME DSEARCH 1 QUIET SYSTEM ID DSEARCH SAMPLE OBB 0 20 12.7 WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 UNITS MM END GOALS ELEMENTS 7 FNUM 3.54 BACK 0 0 TOTL 100 0.1 STOP MIDDLE STOP FREE RSTART 400 THSTART 5 ASTART 12 RT 0.5 FOV 0.0 0.75 1.0 0.0 0.0 FWT 5.0 3.0 3.0 NPASS 40 ! this gives the number of passes in the final MACro ANNEAL 200 20 Q COLORS 3 SNAPSHOT 10 QUICK 30 30 ! this option runs much faster END SPECIAL PANT END SPECIAL AANT LLL 50 .1 1 A BACK END GO TIME 1-1什么是数据? 它与信息是什么关系? 【解答】 什么是信息？广义地讲，信息就是消息。宇宙三要素（物质、能量、信息）之一。它是现实世界各种事物在人们头脑中的反映。此外，人们通过科学仪器能够认识到的也是信息。信息的特征为：可识别、可存储、可变换、可处理、可传递、可再生、可压缩、可利用、可共享。 什么是数据？因为信息的表现形式十分广泛，许多信息在计算机中不方便存储和处理，例如，一个大楼中4部电梯在软件控制下调度和运行的状态、一个商店中商品的在库明细表等，必须将它们转换成数据才能很方便地在计算机中存储、处理、变换。因此，数据(data)是信息的载体，是描述客观事物的数、字符、以及所有能输入到计算机中并被计算机程序识别和处理的符号的集合。在计算机中，信息必须以数据的形式出现。 1-2什么是数据结构? 有关数据结构的讨论涉及哪三个方面? 【解答】 数据结构是指数据以及相互之间的关系。记为：数据结构= { D, R }。其中，D是某一数据对象，R是该对象中所有数据成员之间的关系的有限集合。 有关数据结构的讨论一般涉及以下三方面的内容： ①数据成员以及它们相互之间的逻辑关系，也称为数据的逻辑结构，简称为数据结构； ②数据成员极其关系在计算机存储器内的存储表示，也称为数据的物理结构，简称为存储结构； ③施加于该数据结构上的操作。 数据的逻辑结构是从逻辑关系上描述数据，它与数据的存储不是一码事，是与计算机存储无关的。因此，数据的逻辑结构可以看作是从具体问题中抽象出来的数据模型，是数据的应用视图。数据的存储结构是逻辑数据结构在计算机存储器中的实现（亦称为映像），它是依赖于计算机的，是数据的物理视图。数据的操作是定义于数据逻辑结构上的一组运算，每种数据结构都有一个运算的集合。例如搜索、插入、删除、更新、排序等。 1-3数据的逻辑结构分为线性结构和非线性结构两大类。线性结构包括数组、链表、栈、 队列、优先级队列等; 非线性结构包括树、图等、这两类结构各自的特点是什么？ 【解答】 线性结构的特点是：在结构中所有数据成员都处于一个序列中，有且仅有一个开始成员和一个终端成员，并且所有数据成员都最多有一个直接前驱和一个直接后继。例如，一维数组、线性表等就是典型的线性结构 非线性结构的特点是：一个数据成员可能有零个、一个或多个直接前驱和直接后继。例如，树、图或网络等都是典型的非线性结构。 1-4．什么是抽象数据类型？试用C++的类声明定义“复数”的抽象数据类型。要求 (1) 在复数内部用浮点数定义它的实部和虚部。 (2) 实现3个构造函数：缺省的构造函数没有参数；第二个构造函数将双精度浮点数赋给复数的实部，虚部置为0；第三个构造函数将两个双精度浮点数分别赋给复数的实部和虚部。 (3) 定义获取和修改复数的实部和虚部，以及+、-、*、/等运算的成员函数。 光学系统设计（Zemax初学手册） 内容纲目: 前言 习作一：单镜片(Singlet) 习作二：双镜片 习作三：牛顿望远镜 习作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector 习作五：multi-configuration laser beam expander 习作六：fold mirrors和coordinate breaks 习作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces 前言 整个中华卫星二号「红色精灵」科学酬载计划，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计和测试是整个酬载发展重要一环。 这份初学手册提供初学者使用软件作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软件。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参和「红色精灵」计划，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿和独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）和后续更多的习作和文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注） (回内容纲目) 习作一：单镜片(Singlet) 你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化。 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。 首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。 然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line 光谱。在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即 first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes 等。 再来我们要决定透镜的孔径有多大。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil的大小就是aperture的大小。 回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA 就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面 (surface)，于是在STO栏上，选取insert cifter，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 再来如何输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接打上BK7即可。又孔径的大小为25mm，则第一面镜合理的thickness为4，也是直接键入。再来决定第1及第2面镜的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负值。而再令第2面镜的thickness为100。 现在你的输入数据已大致完毕。你怎么检验你的设计是否达到要求呢？选analysis中的fans，其中的Ray Aberration，将会把transverse的ray aberration对pupil coordinate 作图。其中ray aberration是以chief ray为参考点计算的。纵轴为EY的，即是在Y方个的aberration，称作tangential或者YZ plane。同理X方向的aberration称为XZ plane 或sagittal。 Zemax主要的目的，就是帮我们矫正defocus，用solves就可以解决这些问题。solves 是一些函数，它的输入变量为curvatures，thickness，glasses，semi-diameters，conics，以及相关的parameters等。parameters是用来描述或补足输入变量solves的型式。如curvature的型式有chief ray angle，pick up，Marginal ray normal，chief ray normal，Aplanatic，Element power，concentric with surface等。而描述chief ray angle solves光学第五版课后答案.doc
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