计算机科学技术导论复习要点第1章计算机科学技术与信息化社会考核要点：1. 什么是计算机计算机能够完成的基本操作有哪些2. 解释冯.诺依曼所提出的“存储程序”的概念;3. 计算机有哪些主要的特点4. 计算机有哪些主要的用途5. 计算机发展中各个阶段的主要特点是什么答案1.什么是计算机计算机能够完成的基本操作有哪些什么是计算机:计算机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;一个计算机系统包括硬件和软件两大部分;硬件是由电子的、磁性的、机械的器件组成的物理实体,包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备等五个基本组成成分;软件则是程序和有关文档的总称,包括系统软件、应用软件和工具软件三类;计算机能够完成的基本操作有哪些:计算机能够完成基本操作有输入、处理、输出、存储四种基本操作;这四种操作通常被称为IPOS循环,它反映计算进行的数据处理的基本步骤即输入、处理、输出和存储;当然计算机不一定严格的按照Iinpui-Pprocessing-Ooutput-Sstorage的顺序出现,在程序的控制下计算机根据程序中的指令决定执行哪一个步骤或者执行某一步骤 ;2.解释冯.诺依曼所提出的“存储程序”的概念;存储程序原理又称“冯·诺依曼原理”;将程序像数据一样存储到计算机内部存储器中的一种设计原理;程序存入存储器后,计算机便可自动地从一条指令转到执行另一条指令;现电子计算机均按此原理设计;存储程序原理：程序由指令组成,并和数据一起存放在存储器中,计算机启动后,能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中读出来,自动完成由程序所描述的处理工作;“存储程序原理”的提出是计算机发展史上的一个里程碑,也是计算机与其他计算工具的根本区别;3.计算机有哪些主要的特点各种类型的计算机虽然在规、用途、性能结构等方面有所不同,但是它们都具备以下一些特点：1运算速度快2运算精度高3具有记忆能力4 具有逻辑判断能力5存储程序冯·诺依曼结构计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成;美藉匈牙利科学家冯·诺依曼结构John von Neumann奠定了现代计算机的基本结构,其特点是：1使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作;2存储单元是定长的线性组织;3存储空间的单元是直接寻址的;4使用低级机器语言,指令通过操作码来完成简单的操作;5对计算进行集中的顺序控制;6计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能;7彩二进制形式表示数据和指令;8在执行程序和处理数据时必须将程序和数据道德从外存储器装入主存储器中,然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储器中取出指令并加以执行;这就是存储程序概念的基本原理;4. 计算机有哪些主要的用途按照计算机的运用领域,计算的用途可以有以下几个方面：科学方面、数据方面、实时控制、人工智能、计算机辅助工程和辅助教育、娱乐与游戏等5.计算机发展中各个阶段的主要特点是什么第一代计算机的特点：逻辑器件使用电子管；用穿孔卡片机作为数据和指令的输入设备；用磁鼓或磁带作为外存储器；使用机器语言编程;虽然第一代计算机的体积大、速度慢、能耗大、使用不便且经常发生故障,但是它显示出强大的生命力、预示了将来要改变世界的未来;第二代计算机的特点：使用晶体管代替了电子管；内存储器采用了磁芯体；应用了变址寄存器和浮点运算硬件；利用I/O处理提高了输入输出能力；在软件方面配置了子程序库和批处理管理程序,并且推出了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级程序设计语言及相应的编译程序;但是第二代计算机的输入输出设备速度很慢,无法与主机计算速度相匹配;第三代计算机的特点：用小的规模或中规模的集成电路来地体晶体管等；用半导体存储器代替磁芯存储器；使用微程序时机技术简化处理器的结构；在软件方面则广泛引入多道程序、并行处理、虚拟存储系统以及功能完备的操作系统,同时还提供了大量的面向用户的应用程序;第四代计算机的特点：使用另外大规模集成电路和超大规模集成电路;大规模集成电路每个芯片上的原件数为1000~10000个；而超大规模集成电路每个芯片上则可以集成10000个以上的原件;此外,第四代计算机使用了大容量的半导体存储器作为内存储器；在体系结构方面进一步并行处理、多机系统、分布式计算机系统和计算机网络系统；在软件方面则推出了数据库系统、分布式操作系统以及软件工程标准等;第五代计算机的特点：目前的计算机都属于第四代计算机,第五代计算机尚在研制之中,而且进展比较缓慢;第五代计算机的研究目标是试图打破计算机现有的体系结构,使得计算机能够具有像人那样的思维、推理和判断能力;也就说,第五代计算机的主要特征是人工智能,它将具有一些人类只能属性,例如自然语言理解能力、模式识别能力和推理能力等;第2章计算机科学技术的基础知识考核要点：1. 什么是数制采用位权表示法的数制具有哪三个特点2. 二进制、八进制、十六进制数之间的转换;3. 什么是原码、补码、反码4. 根据给定的数值无符号或有符号的整数或小数写出其原码、补码及反码;5. 如何利用补码进行减法运算6. 数值数据在计算机中表示形式;7. 定点小数表示法和浮点小数表示法;8. 命题公式的等价证明及化简；逻辑代数的等价证明及化简;9. 程序设计语言;10. 结构化程序设计的三种基本控制结构;11. 计算机硬件系统由哪几部分组成简述各部分的功能;12. 指令中的操作码的功能是什么简述指令的执行过程;13. 计算机的工作原理是什么它是由谁首先提出来的14. 计算机系统中的位、字节、字和字长各表示的含义是什么15. 精简指令集技术,高速缓冲存储技术,虚拟存储技术,指令流水线和并行处理技术;16. 什么是线性表线性表有哪些运算线性表怎样存储17. 什么是堆栈堆栈有哪些运算堆栈怎样存储18. 什么是队列队列有哪些运算队列怎样存储答案1. 什么是数制采用位权表示法的数制具有哪三个特点什么是数制：按进位的原则进行计数称为进位计算数制,简称数制;在日常生活中最常用的数制是十进制;此外,也有使用许多非十进制的计算方法;采用位权表示法的数制具有哪三个特点：位权表示法的数制具有以下三个特点：（1）数字的总个数等于基数,如十进制使用10个数字0~9.（2）最大的数字比基数小1,如十进制中最大的数字为9;（3）每个数字都要乘以基数的宓次,该幂次由每个数字所在的位置决定;2.二进制、八进制、十六进制数之间的转换;二进制转化为八进制：若把二进制数转化为八进制数,只要以小数点为界,将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每三位为一组不足三位用0补足,然后将各个三位二进制数转换为对应的一位八进制数,即得到转换的结果;反之,若把八进制数转换为二进制,只要把每一位八进制数转换为对应的三位二进制数即可;记忆：8=2^3解：010 111 001 101 1000×2^2+1×2^1+0×2^0=21×2^2+1×2^1+1×1^0=70×2^2+0×2^1+1×2^0=10×2^2+1×2^1+0×2^0=21×2^2+0×2^1+1×2^0=51×2^2+0×2^1+1×2^0=51×2^2+0×2^1+0×2^0=4例如：将八进制8转换为二进制2|2 2|72 |1 0 2|3 10 1→010 2|1 10 1→111同理可以将其他数字转化为2进制数注意：要标明数字的进制二进制转化为十六进制之间的转换类似地,由于4位二进制数恰好是一位十六进制数,所以若把二进制转化为十六进制数,只要以小数点为界,将整数部分自右向左和小数部分分别按每四为一组,不足4位的用0补足,然后将各个4位二进制数转换为对应的一位十六进制数,即得到转化的结果;反之,若把十六进制数转化为二进制数,只要把每一个十六进制数转化为对应的4位2进制数即可;记忆：16=2^4 0101 1100 01100×2^3+1×2^2+0×2^1+1×2^0=51×2^3+1×2^2+0×2^1+0×2^0=12C1×2^3+0×2^2+1×2^1+0×2^0=10A1×2^3+0×2^2+1×2^1+1×2^0=11B0×2^3+1×2^2+1×2^1+0×2^0=63.什么是原码、补码、反码原码：原码表示法规定：用符号位和数值表示待符号数,整数的符号为是用“0”表示,负数的符号为是用“1”表示,数制部分用二进制表示例如：设代符号数的数的真值x=+62和y=-62,则它们的原码分别是：x原=0 111110y原=1 111110反码：反码表示法规定：正数的反码与原码相同,负数的反码为该数的原码的原码除符号位外取反;例如：设带符号数的真值x=+62和y=-62,则他们的原码和反码分别是：x原=0 111110 x反=0 111110y原=1 111110 y反=1 000001补码：补码表示法规定：正数的补码与原码相同,负数的补码为对该数的原码除负号位外各位取反,然后再最后一位加一;例如：设代符号数的数的真值x=+62和y=-62,则它们的补分别是：x原=0 111110 x反0 111110y 原=1 111110 y 反1 000010此处是000001+1=000002由于二进制是满2进一所以是0000104. 根据给定的数值无符号或有符号的整数或小数写出其原码、补码及反码; 略5. 如何利用补码进行减法运算 例如：补码的减法法则如下7. 定点小数表示法和浮点小数表示法; 定点小数：：8位字长纯小数,第一位为,小数点在第一位后面,后七位为具体数值 ;↑数值部分符号位如：表示为,为,为注意：定点小数格式表示的所有数都是绝对值小于一得纯小数; 定点小数所表示的范围计算：对于二进制的m+1位定点小数格式的数N,所能表示的数的范围： |N|≤1-2^-m;计算如下：当定点小数表示最大是为……12 所以max=12^-m+12^-m+1+……12^-1+12^0=1-2^-m 浮点小数表示法浮点小数是指小数点位置不固定的数;浮点表示法规定：一个浮点分数为阶码和尾码两部分组成,阶码用于表示小数点在该数中的位置,尾数用于表示该数的有效数值;由于阶码表示小数点的位置,所以阶码总是一个整数,可以是正整数,也可以是负整数；尾数可以采用整数或纯小数两种形式;例如↑ ↑ ↑ 符号位 阶码10^-1 尾数部分实际上在计算机里是用二进制来表示小数的这里是为了便于理解 浮点数的表示范围： ±2^-12^-128~1-2^-242^1278. 命题公式的等价证明及化简；逻辑代数的等价证明及化简; 命题与连接词∧当且仅当A 和B 同事为真是A ∧B 为真,在其他情况下A ∧B 的真值均为假∨当且仅当A ∨B 均为假时A ∨B 为假,其他情况下A ∨B 为真F F F若A为假则A为真若A为真则A为真A AT FF T当且仅当A和B同时为真或者同时为假时A B为假,在其他情况下A B的真值为真A B A BT T FT F TF T TF F F例：A：上海到北京的14次列车下午6点开B:上海到北京的14次列车下午4点半开车A B上海到北京的14次列车下午六点开或者上海到北京的14次列车下午4点半开注意：在本例中的汉语的“或者”是“不可兼或”的意思→条件当且仅当A的真值为真,B的真值为假时,A→B为假在其他情况下A→B为真A B A→BT T FT F FF T TF F T 例：A:天气晴朗B:我们去郊游A→B：如果天气晴朗,我们就去郊游双条件当且仅当A和B的真值相同时A B为真其他为假A B A BT T TT F FF T FF F T 例A：四边形ABCD是平行四边形B:四边形ABCD的对边平行A B四边形ABCD是平行四边形当且仅当ABCD的对边平行命题代数零律：A∨F=AA∧F=F幺律：A∨T=TA∧T=A幂等律：A∨A=AA∧A=A求补律：A∨A=TA∧A=F交换律：A∨B=B∨AA∧B=B∧A结合律：A∨B∨C=A∨B ∨CA∧B∧C=A∧B ∧C分配律：A∧B∨C=A∧B∨A∧CA∨B∧C=A∨B ∧B∨C 吸收律：A∧B∨A∧B=AA∨B ∧A∧B=A狄一摩根定律：A∨B=A∧B A∧B=A∨B双重否定律：A=A逻辑代数的等价律零律：A+0=AA0=0幺律：A+1=1A1=A幂等律：A+A=AA A=A求补律：A+ A=1A A=0交换律：A+B=B+AAB=BA结合律：A+B+C=A+B +CABC=AB C分配律：A B+C=AB+ACA+BC=A+B B+C吸收律：A B+A B=AA+B A B=A狄一摩根定律：A+B=A BA B=A+B双重否定律：A=A在逻辑代数中通常用“.“表示“与”运算在不至于混淆的情况下“.”也可以省略,用“+”表示“或”运算,用“-”上划线表示“非”运算;9. 程序设计语言;程序设计基础理解机器语言、汇编语言、高级语言；结构化程序设计；10.结构化程序设计的三种基本控制结构;课本p54页11. 计算机硬件系统由哪几部分组成简述各部分的功能;详细见课本71页计算机有运算器、控制器、存储器、输入设备、和输出设备5大部分组成;运算器：运算器是对二进制数进行运算的部件;他在控制器的控制下执行程序中的指令,完成各种算术运算,逻辑运算、比较运算、移位运算以及字符运算等;存储器：存储器是用来存储数据和程序的部件;由于计算机的信息都已二进制形式表示的,所以必须使用具体的两种稳定状态的物理期间来存储信息,这些物理器件主要有磁芯、半导体器件、磁表面器件和光盘等控制器：控制器ahi有指挥计算机各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件,是计算机的“神经中枢”;控制器的主要特点是采用内存程序控制方式,机在使用计算机是,必须预先编写后有编译程序自动生成由计算机指令组成的程序并粗不如内存存储器,由控制器依次读取并进行;输入输出设备：输入输出设备又称为外部设备,它是外部与计算机交换信息的渠道;输入设备：输入设备用于输入程序、数据、操作命令、图形、图像、以及声音等信息;输出设备：输出设备用于显示或打印程序、运算结果、文字、图形、图像等,也可以播放声音;12. 指令中的操作码的功能是什么简述指令的执行过程;指令操作码的功能：指令操作码规定了改指令进行的操作种类,如佳间;存数取数等指令的执行过程：指令的执行过程包括以下4个步骤：（1）取指令;机按照指令集数其中的地址,从内存储器中取出指令,并送往指令存储器;（2）分析指令;即对指令存储器中存放的指令进行分析,有操作码确定执行什么操作,由地址码确定操作数的地址;（3）执行指令;即根据分细节的结果,有控制器发出完成操作所需要的一系列控制信息,取完成该指令所要求的操作;（4）上述步骤完成后,指令计算器加1,为执行下一条指令做好准备;如果遇到转移指令,则将转移地址送入指令计数器13. 计算机的工作原理是什么它是由谁首先提出来的计算机的工作过程实际上是快速的执行指令的过程;当计算机在工作室,有两种信息在流动：数据信息和指令控制信息;数据信息是指原始数据、中间数据、结果数据、源程序等,这些信息从存储器读入运算器进行运算,计算结果再存入存储器或传达到输入设备;指令控制信息是由控制器对指令进行分析,节时候像个部件发出的控制命令,指挥各部件协调工作;最早是由冯·诺依曼提出来的14. 计算机系统中的位、字节、字和字长各表示的含义是什么“位”是存储器的最小存数单位,8位为一个“字节”;若干位组成一个存储单位,其中可以存放一个二进制的数据或指令;一个存储单位中存放入的信息称为一个“字”,一个字所包含的二进制的数据称为“字长”15. 精简指令集技术,高速缓冲存储技术,虚拟存储技术,指令流水线和并行处理技术;精简指令集技术：所谓精简指令集技术即在计算机的指令系统中仅包含那些使用频率比较高的少量指令和一些支持操作系统高级程序设计语言的指令,从而构成一个精简指令集;高速缓冲存储技术：高速缓冲存储技术是基于以下规律：课本50页虚拟存储技术：所谓虚拟存储技术是指利用硬盘的支持以小的物理内存模拟大的内存从而程序能够使用整个内存地址空间的技术指令流水线：cpu可以在完成一条指令之前将开始执行另一条指令,从而能够加快计算机的处理速度并行处理技术：并行处理的目的是在相同时间里可以解决更大的任务或者用更少的时间解决同一个处理任务;为此,可以把一个程序划分为多个能够并行的由单独的处理器执行的进程;多个处理器协同的并行工作,使其性能达到甚至超过巨型计算机的高速性能;16. 什么是线性表线性表有哪些运算线性表怎样存储什么是线性表：线性表是一种最简单最常用的数据结构,一个线性表示n个数据元素的有限序列,每一个数据根据不同的情况可以是一个数,一个符号或者一个记录等信息线性表有哪些运算：设l为一个线性表,则可以进行以下一些基本运算：置空表SETNULLL求表的长度LENGTHL,i取表的元素getL,i在表中超找特定元素LOCATEL,x插入新元素INSERTL,i,b删除表的元素DELETE线性表怎样存储：详见课本61页在计算机中线性表可以采用多种的存储结构,常用的有顺序存储和链式存储两种17. 什么是堆栈堆栈有哪些运算堆栈怎样存储什么是堆栈：堆栈简称为栈,它是一种受限的线性表,即在堆栈中规定只能够在标的一端尾进行擦何如和删除操作;该表尾称为栈顶;设栈s=a1,a2,a3……ana1是最先进栈的元素,an谁栈顶元素;栈中的元素按a1,a2,……an的顺序进栈,而推栈的第一个元素是栈顶元素an;即进栈和退栈操作是按照“后进先出”的原则的进行的;堆栈有哪些运算：设s为一个堆栈,则对s可以进行以下一些基本运算：置空栈SETNULLS该运算把堆栈置为空栈;进栈PUSHS,x.该运算是在堆栈S的栈顶压入一个新的元素;退栈POPs;该运算是删除堆栈S的栈顶元素;取栈顶元素TOPs;该运算取得堆栈S的栈顶元素作为其函数值;判断堆栈是否为空EMPTYS;该运算用来判断堆栈S是否为空;它是一个布尔函数;如果S为空栈,则返回真；否则,返回假;堆栈怎样存储对于堆栈一般采用顺序存储结构,即使使用一个连续的存储区域来存放栈元素,并设置一个指针top,用来指示栈顶的位置,进栈和退栈只能在栈顶进行;18. 什么是队列队列有哪些运算队列怎样存储什么是队列：队列也是一种受限的线性表;与栈不同的是,在队列中规定只能够在表的一端进行插入,而在表的另一端进行删除操作;允许插入元素的一端称为对尾;允许删除元素的一端称为对首;设队列Q=a1,a2……,an,a1是最早进入队列的队首元素,an是最后进入队列的对尾元素;队列中的元素按照a1,a2,a3,……an的顺序进行,而退出队列的第一个元素是队首元素a1;即进入队列和退出队列操作按照“先进先出”的原则进行的队列怎样存储由于队列的数据元素变动较大,如果使用顺序存储结构其中的数据要频繁的进行移动;因此,队列通常采用联式存储结构,用链式表示的队列称为链队列;一个链队列需要设置两个指针,一个为指向队列的头的队首指针,另一个为指向队列尾的对尾指针分别指向列的头和尾第3章计算机硬件系统1. 简述冯.诺依曼体系结构的特点;2. 计算机系统的“主机”的组成;3. 微型计算机的硬件结构;4. 主存储器有哪几种类型各有何特点5. 高速缓冲存储器的作用;6. 存储器的作用,存储器的最小存储单位,计算机可寻址的最小信息单位;7. 什么是总线PC系统的总线分为哪几层8. CPU、CACHE、RAM、ROM、硬盘、光盘的运行速度比较;答案1.简述冯.诺依曼体系结构的特点冯.诺依曼体系结构的特点：1计算机由运算器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成;2数据和程序以二进制代码形式不加区别的存放在存储器中,存放的位置有地址确定;3控制器是根据存放在存储器中的指令序列程序进行工作,并由一个程序计数器控制指令的执行;控制器具有判断能力,能以计算结果为基础,选择不同的工作流程;2. 计算机系统的“主机”的组成;主机内一般包括的硬件有：主板 ,CPU,内存,硬盘,显卡也有叫显示适配器的,有很多集成在主板上的,但集成的必竟没有独立的好,个人感觉;有以上五样,基本可以称其为一台微机微型计算机,因为基本功能已经具备;现在一般人都会选择多媒体电脑,可以再选的配置设备有：光驱可选CD,DVD,CD-RW,DVD-RW等声卡现在很多已经集成于主板,如果对声音要求较高,建议还是买独立声卡好;如果需要上网,可以选择的设备有：网卡也有叫网络适配器的,一般用于连接局域网或宽带连接,多数主板都会集成这东西;MODEM调制解调器,一般用于电话线拔号上网,现在很少有人选择这种上网方式,这东西也有外置的另外主机以外的东西还有：显示器必不可少的东西啊,有CRT－－电子枪式和TFT－－液晶两种键盘、鼠标打印机一般人不一定会选扫描仪等3.微型计算机的硬件结构;微型计算机硬件的系统结构与冯·诺依曼结构无本质上的差异,不过cpu被集成在一片大规模或超大规模集成电路上,称为微机处理器;此外,微型计算机内部的连接方式都是采用总线结构,即各个部分通过一组公共的信号线联系起来,这组信号线号称为总线系统;4. 主存储器有哪几种类型各有何特点目前使用的主存储器主要有三种类型：随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、和互补金属氧化物半导体cmosRAM:RAM保存cpu正在执行的程序和数据,它是暂时的或易失的存储区域ROM:ROM存储的是固定信息的存储器,在出厂前通过特殊设备写入程序和数据等信息,使用时只是读出已存入的信息,而不能改变或写入新的信息;这类存储器称为只读存储器;当电源断开后,其内容是不会丢失的,因此它又称为非易失存储媒体;CMOS:CMOS芯片提供了计算机系统的灵活性和可扩展性,在微型计算机中,它一般备用来存储计算机系统每次开机时所需的重要信息,例如计算机主存容量,键盘类型,鼠标、监视器以及磁盘驱动的有关信息等;5.高速缓冲存储器的作用;在CPU开始执行任何指令之前,都会首先从内存中取得该条指令以及其它一些相关数据和信息;为了加快CPU的运行速度,几乎所有的芯片都采用两种不同类型的内部存储器,即高速缓存;缓存被用来临时存放一些经常被使用的程序片段或数据;一级高速缓存是性能最好缓存类型,与解释指令和执行算术运算的处理单元一到构成CPU的核心;CPU可以在全速运行的状态下读取存放在一级高速缓存中的指令或数据;Intel的处理器产品一般都会具有32K的一级缓存,而象AMD或Via这种竞争对手的产品则会使用更多的一级缓存;如果在一级缓存中没有找到所需要的指令或数据,处理器会查看容量更大的二级缓存;二级缓存既可以被集成到CPU芯片内部,也可以作为外部缓存;Pentium II处理器具有512K 的二级缓存,工作速度相当于CPU速度的一半;Celeron以及更新的Pentium III芯片则分别具有128K和256K的在片二级缓存,能够在处理器全速下运行;对于存放在速度较慢的二级缓存中的指令或数据,处理器往往需要等待2到4个时钟周期;为了充分利用计算资源,CPU可以在这段时间内查看和执行其它正在等候处理,但不需要使用额外数据的指令,从而提高整个系统的速度,把空闲时间降低到最低程度;6..存储器的作用,存储器的最小存储单位,计算机可寻址的最小信息单位7. 什么是总线PC系统的总线分为哪几层所谓总线Bus,一般指通过分时复用的方式,将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线;是电脑中传输数据的公共通道根据传输的信息类型,系统总线可分为以下三种类型：数据总线：数据总线是传送数据和指令代码的信号线;数据总线是双向的,即数据可传送至cpu,也可以从cpu传送到其它部件;地址总线：地址总线是传送cpu所要访问的存储单元或输入输出接楼地址的信号线;地址总线是单向的,因而通常地址总线是降低至从cpu传送给存储器或输入输出接口控制总线：控制总线是管理总线上活动的信号线;控制总线中的信号是用来实现cpu对外部件的控制、状态等信息的传送以及中断信号的传送等;8. CPU、CACHE、RAM、ROM、硬盘、光盘的运行速度比较。
