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第一章计算机系统结构的基本概念1.有一个计算机系统可按功能分成4级，每级的指令互不相同，每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍，即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
现若需第i级的N 条指令解释第i+1级的一条指令，而有一段第1级的程序需要运行Ks，问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间？答：第2级上等效程序需运行：(N/M)*Ks。
第3级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*Ks。
第4级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。
note: 由题意可知：第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
而现在第i 级有N条指令解释第i+1级的一条指令，那么，我们就可以用N/M来表示N/M 表示第i+1级需(N/M)条指令来完成第i级的计算量。
所以，当有一段第1级的程序需要运行Ks时，在第2级就需要(N/M)Ks，以此类推2.硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的？试举例说明。
答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成。
但是实现的性能价格比，实现的难易程序不同。
在DOS操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡（硬件）上，而随着CPU、硬盘、内存技术的不断发展，UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。
3.试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。
答：计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同，但又相互影响。
（1）计算机的系统结构相同，但可采用不同的组成。
如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。
从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同，均是由中央处理机/主存，通道、设备控制器，外设4级构成。
其中，中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统，只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行，在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。
第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
计算机科学导论1 绪论图灵模型是一个可编程的数据处理器，在图灵模型中，输出数据依赖于两方面因素的结合作用：输入数据和程序。
通用图灵机是对现代计算机的首次描述，该机器只要提供了了合适的程序就能做任何运算。
基于冯・诺依曼模型建造的计算机分为4个子系统：存储器、算术运算单元(ALU)、控制单元和输入/输出单元。
存储器用来存储数据和程序；算术运算单元进行计算和逻辑运算；输入/输出单元负责从计算机外部接收数据和程序，并把计算机的处理结果输出到计算机外部，控制单元是对其他子系统进行控制操作。
冯・诺依曼模型中的程序和指令在计算机中都以二进制比特存储，在计算机中，指令按顺序执行。
计算机由3大部分组成：计算机硬件、数据和计算机软件。
硬件基于冯・诺依曼模型，且包含四部分。
数据以0/1比特进行存储。
图灵和冯・诺依曼模型的主要特征是程序的概念。
程序被存储在计算机的存储器中，且必须是有序的指令集。
指令集的作用实现重用。
算法是按步骤解决问题的办法，计算机语言可以提高编程的效率，软件工程是指结构化程序的设计和编写，它不仅包括要完成某一任务的应用程序，还包括程序设计要严格遵循的原理和规则。
而操作系统的诞生，是有一系列指令对所有程序来说是公用的，因此它是程序访问计算机部分提供方便的一种管理程序。
2 数字系统在将十进制数转换到其他底的数值时，分为两部分，整数部分是进行连除，余数作为本位的数值，商进行下一步计算；小数部分是进行连乘，整数值作为本位的数值，小数值进行下一步计算。
3 数据存储数据类型分为5种：数字、文本、音频、图像和视频。
所有的数据类型都转换为称作位模式的统一表现形式。
数字在存储到计算机内存中之前被转换成二进制系统。
有多种方法来处理符号。
有两种方法来处理小数点：定点和浮点。
整数可以被当作小数点位置固定的数字。
无符号整数是永远不会为负的整数。
存储有符号整数的方法之一是符号加绝对值格式。
这种格式中，最左边用于显示符号且其余位定义绝对值。
第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又实用文档好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用实用文档来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。
第1章计算机系统结构的基本概念 (1)第2章指令集结构的分类 (6)第3章流水线技术 (8)第4章指令级并行 (20)第5章存储层次 (30)第6章输入输出系统 (38)第1章计算机系统结构的基本概念1。
1 解释下列术语层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为：微程序机器级,传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令,都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构:传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现,包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律:当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。
第2章计算机体系结构与组织习题（答案）一.选择题1. D2. D3. A4. D5. C6. C7. D8. B9. D10. c11. B12. A13. C14. A15. C16. A17. C18. C19. C20. A21. A22. B23. A二.简答题1.试简单叙述计算机采用二进制的原因。
答：计算机只认识二进制编码形式的指令和数据。
因此，包括数字、字符、声音、图形、图像等信息都必须经过某种方式转换成二进制的形式，才能提供给计算机进行识别和处理。
在计算机中采用二进制，是因为物理上实现容易。
rti于二进制只有两个状态o和1, 这正好与物理器件的两种状态相对应，例如电压信号的高与低，门电路的导通与截止等；而十进制电路则需要用十种状态来描述，这将使得电路十分复杂，处理也十分困难。
因此, 采用二进制将使得计算机在物理上实现简单，且具有可靠性高、处理简单、抗干扰能力强等优点。
2.什么是定点数，它分为哪些种类？答：所谓定点数，就是指计算机在运算过程中，数据中小数点的位置固定不变。
其中小数点的位置是由计算机设汁者在机器的结构中指定一个不变的位置，而不一定都必须具有小数点的指示装置。
定点数一般有小数和整数两种表示形式。
定点小数是把小数点固定在数据数值部分的左边，符号位的右边；定点整数则把小数点固定在数据数值部分的右边。
3・简要叙述声音的编码过程。
答：计算机获取声音信息的过程即是声音信号数字化的处理过程。
经过数字化处理后的数字声音信息才能被计算机所识别和处理。
声音被计算机处理的过程主要经过音频信号的采样、量化和编码几个过程。
4 •简述计算机有哪些特点？（1）运算速度快、精度高计算机的字长越长，其精度越高，目前世界上最快的计算机每秒可以运算千万亿次以上。
(2)具有逻辑判断和记忆能力计算机有准确的逻辑判断能力和超强的记忆能力，能够进行各种逻辑判断，并根据判断的结果自动决定下一步应该执行的指令。
(3)高度的自动化和灵活性计算机采取存储程序方式工作，即把编好的程序输入计算机，机器便可依次逐条执行，这就使计算机实现了高度的自动化和灵活性。
第1章概述习题(答案)一．选择题1. D2. B3. CD4. C5. ABC6. A7. B8. B9. ABCD 10. ABCDE二．简答题1．什么是计算机系统？计算机系统是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统，由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。
2．请解释冯•诺依曼所提出的“存储程序”概念。
把程序和数据都以二进制的形式统一存放在存储器中，由机器自动执行。
不同的程序解决不同的问题，实现了计算机通用计算的功能。
3．控制器的主要功能是什么？控制器基本功能就是从内存中取出指令和执行指令，即控制器按程序计数器指出的指令地址从内存中取出该指令进行译码，然后根据该指令功能向有关部件发出控制命令，执行该指令。
另外，控制器在工作过程中，还要接受各部件反馈回来的信息。
4．简述CPU和主机的概念。
通常把运算器、控制器做在一个大规模集成电路块上称为中央处理器，又称CPU(Central Processing Unit)。
通常把内存储器、运算器和控制器合称为计算机主机，也可以说主机是由CPU与内存储器组成的，而主机以外的装置称为外部设备，外部设备包括输入/输出设备，外存储器等。
5．什么是计算机软件？计算机软件的分类有哪些？软件是指用来指挥计算机运行的各种程序的总和以及开发、使用和维护这些程序所需的技术文档。
计算机软件系统分为系统软件和应用软件。
计算机系统软件由操作系统、语言处理系统、以及各种软件工具等组成，指挥、控制计算机硬件系统按照预定的程序运行、工作，从而达到预定的目标。
应用软件是用户利用计算机软、硬件资源为解决各类应用问题而编写的软件，包括用户程序及其说明性文件资料。
6．计算机有哪些主要的特点？(1)运算速度快、精度高计算机的字长越长，其精度越高，现在世界上最快的计算机每秒可以运算几十万亿次以上。
一般计算机可以有十几位甚至几十位(二进制)有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几，是任何计算工具所望尘莫及的。
第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语层次机构按照计算机语言从低级到高级的次序把计算机系统按功能划分成多级层次结构每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为微程序机器级传统机器语言机器级汇编语言机器级高级语言机器级应用语言机器级等。
虚拟机用软件实现的机器。
翻译先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序然后再在这低一级机器上运行实现程序的功能。
解释对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后再去高一级机器取下一条语句或指令再进行解释执行如此反复直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构传统机器程序员所看到的计算机属性即概念性结构与功能特性。
透明性在计算机技术中把这种本来存在的事物或属性但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成计算机系统结构的逻辑实现包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现计算机组成的物理实现包括处理机、主存等部件的物理结构器件的集成度和速度模块、插件、底板的划分与连接信号传输电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比对系统中某部分进行改进时改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律当对一个系统中的某个部件进行改进后所能获得的整个系统性能的提高受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中机器一旦启动就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
软件兼容一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上运行。
《计算机科学导论》课程考试重点知识一、考试范围：1~9，11、13章，每章都有一定量的题目。
二、习题中的选择题全部要求。
三、各章节的重点如下：第1章概述1.电子计算机的发展过程电子计算机的发展过程2.计算学科的根本问题计算学科的根本问题3.计算机科学与技术学科的定义计算机科学与技术学科的定义第2章计算机体系结构与组织1．计算机采用二进制的原因．计算机采用二进制的原因2．数制的表示及转换．数制的表示及转换3．定点数及其表示方法．定点数及其表示方法4．数值数据的原码、反码、补码．数值数据的原码、反码、补码5．英文字符的计算机编码(ASCII码) 6．简单的逻辑运算．简单的逻辑运算7．微型计算机硬件组成．微型计算机硬件组成8．冯•诺依曼模型及特点诺依曼模型及特点9．CPU和主机的概念。
和主机的概念。
10．计算机软件．计算机软件11. 计算机系统的主要技术指标计算机系统的主要技术指标12．计算机的基本运行方式．计算机的基本运行方式13. 输入输出系统的基本组成输入输出系统的基本组成第3章程序设计语言1．程序的概念．程序的概念2. 常见的程序低级语言和高级语言有哪些常见的程序低级语言和高级语言有哪些3. 高级语言的共同特性高级语言的共同特性4、语言处理的基本过程、语言处理的基本过程第4章程序设计基础1．结构化程序设计思想．结构化程序设计思想2. 结构化程序设计中常见的程序结构结构化程序设计中常见的程序结构3. 好的程序设计风格有哪些好的程序设计风格有哪些4、数据结构的概念、数据结构的概念5、数据的逻辑与物理结构、数据的逻辑与物理结构6、典型的几种数据结构运算及实现、典型的几种数据结构运算及实现第5章算法与复杂性1．算法的定义及基本特征．算法的定义及基本特征2．常用的算法描述工具．常用的算法描述工具3．算法设计的原则．算法设计的原则第6章1．信息的概念及特点．信息的概念及特点2. 信息系统的要素信息系统的要素3. 数据，数据库的基本概念数据，数据库的基本概念4．DBMS 的组成部分的组成部分5．数据库系统的组成．数据库系统的组成 6．数据库SQL 的特点及功能的特点及功能第7章 软件工程1．软件的生命周期．软件的生命周期2．软件工程的概念．软件工程的概念3．软件复杂性的度量要素．软件复杂性的度量要素4．软件可靠性的含义及可靠性指标第8章 操作系统 1．操作系统的概念．操作系统的概念2．并发、进程、地址空间的概念．并发、进程、地址空间的概念3. 操作系统的基本组成操作系统的基本组成4．操作系统的功能．操作系统的功能5. 主流操作系统有哪些主流操作系统有哪些第9章 网络计算1．不同分类的数据通信方式．不同分类的数据通信方式 2．数据传输方式．数据传输方式3．计算机网络的概念．计算机网络的概念4．资源子网和通信子网的组成．资源子网和通信子网的组成5．链路与通路．链路与通路6．计算机网络的拓扑结构及其每种拓扑结构的特点．计算机网络的拓扑结构及其每种拓扑结构的特点7．网络协议的组成．网络协议的组成8．网络体系结构（OSI/RM 模型） 9．TCP/IP 协议的体系结构协议的体系结构10．IP 地址的概念及其分类地址的概念及其分类1111．计算机网络安全技术中防火墙．计算机网络安全技术中防火墙．计算机网络安全技术中防火墙(Firewall)(Firewall)(Firewall)的基本功能及其技术分类的基本功能及其技术分类的基本功能及其技术分类第11、13章1．人机交互界面的主要形式．人机交互界面的主要形式2．人机界面的设计原则．人机界面的设计原则3．多媒体概念．多媒体概念4．数学建模概念．数学建模概念5. 计算机模拟的概念计算机模拟的概念。
