哈工大计算机导论作业2010

计算机导论作业作业１：从你获得的启示角度，绘制一张计算机技术的简要发展路线图?答：（一）整体情况（二）其它情况１）计算机系统：8080处理器计算机牛郎星（1974）→→IBM PC内置硬盘（1981）→→Portable兼容机（1982）→→Lisa、Macintosh图形界面操作系统计算机（1983）→→战胜象棋大师的“深蓝”（1997）２）输入输出设备：①输入设备：自动提花编织机→→穿孔卡片式计算机→→QWERTY键盘→→鼠标②显示及显示控制：CRT显示器→→向量式的模拟显示器→→字符发生器→→数字光栅扫描显示器③多媒体控制：声卡→→多媒体处理能力→→3D加速芯片→→推出显示芯片，提出GPU的概念④存储设备：IBM PC内置硬盘→→Serial ATA接口硬盘→→高密度CD碟片→→DVD光盘３）计算机软件：程序设计语言→→操作系统→→其他软件系统４) 计算机网络：数据传输与远程控制→以太网→因特网（三）现代发展发展方向：微型化、大型化、网络化、智能化现代应用：科学计算、ＣＡｘ应用、信息管理、人工智能、嵌入式系统发展趋势：高性能计算、移动计算、服务计算、生物计算智能计算、全球信息化计算机导论作业作业２：概要叙述你理解最为透彻的一种或多种计算机思维。

答：(一)０和１思维0与1是一种符号化的表达，它将现实世界的语义用符号表达，进而进行基于符号的计算的一种思维，将符号赋予不同语义，则能计算不同的问题。

例如，《易经》将现实世界分为阴和阳，阴即0，阳即1，进一步用阴阳的组合与变化，即0，1 的组合与变化来反映大千世界的变化规律，例如八卦，用三位0，1码的组合，每一种组合抽象于一种自然现象，如“乾卦”抽象于天，表达具有天的特性的事物，则天为乾卦的本体语义，而如果将乾卦放在“家庭空间”中，则表征“父”，而如果放在“身体空间”中，则表征“首”，因此，符号可以被绑定不同的语义。

由此符号化，则二十四节气的演变、生命规律的演变等都可以用0和1，即阴和阳的变化来反映了。

0与1也是一种逻辑思维表达方式，所谓逻辑即事物因果之间所遵循的规律，是现实中普适的思维方式。

逻辑的基本表现形式是命题与推理，命题即语句的涵义，即由一语句表达的内容为“真”或为“假”的一个判断。

因此，“真”“假”可以用０和１来表达，命题之间的逻辑关系也可以用0和1表达的运算来反映。

计算的实现，正式基于这种0和1的思维。

电子电路级的实现，即基于0 和1 的电子实现；现实世界的各种信息可表示成0和1，可基于0和1进行算术运算和逻辑运算，在实现过程中，能够表示0和1的元器件有很多，典型的如继电器开关：开(表示1)、关(表示0)，电路中的电信号：低电平(表示0)、高电平(表示1)，二极管、三极管等不仅实现表示，还实现控制。

利用基本元器件，如二极管、三极管可封装集成后制造“与”门、“或”门、“非”门等门电路，并能确认这些基本门电路的正确性。

再将“与”门、“或”门、“非”门等门电路进行组合，形成更为复杂的组合电路。

布尔代数与数字逻辑是判断组合电路正确性的工具。

微处理器、内存储器等就是不断组合已有的门电路、组合电路，并将其集成在一块芯片上所形成的。

(二)图灵机思维图灵机的思想是计算机的基本理论模型，有图灵在1937年提出。

图灵认为：所谓计算就是计算者(人或机器)对一条两端可无限延长的纸带上的一串0或1，执行指令一步一步地改变纸带上的0或1，经过有限步骤最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程。

基本思想：“基本动作”就是机器将输入转变为输出，“指令”是对基本动作的控制，“程序”是有先后次序关系的指令串即控制规则，“自动执行”是依控制规则自动将输入处理为输出，“输入/输出”及“程序”均用符号表达及最终由0和1表达。

图灵机模型被认为是计算机的基本理论模型，即计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务，是一种离散的、有穷的、构造性的问题求解思路，一个问题的求解可以通过构造其图灵机（即程序）来解决。

图灵认为：凡是能用算法方法解决的问题也一定能用图灵机解决；凡是图灵机解决不了的问题任何算法也解决不了，此即图灵可计算性问题。

(三)冯·诺依曼思想冯·诺依曼计算机的五大基本部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

其中运算器负责执行逻辑运算和算术运算，控制器负责读取指令、分析指令并执行指令，以调度运算器进行计算，存储器负责存储数据和指令，输入设备负责将程序和指令输入到计算机中，输出设备是将计算机处理结果显示或打印出来。

冯·诺依曼计算机的基本思想是存储程序的思想，即程序在执行之前事先存储在存储器中，这样机器就可连续地从存储器中读取指令执行指令，实现连续自动的计算。

冯·诺依曼计算机又分为以运算器为中心的结构和以存储器为中心的结构。

以运算器为中心的结构，则使输入输出与计算都要经过运算器，而以存储器为中心的结构，则使输入输出独立于运算器，因此后者的结构可使程序/数据的输入输出与程序中的各种计算相互独立，从而做到并行执行，即一方面输入输出程序和数据的，另一方面可同时执行另外的程序进行计算。

(四)操作系统管理磁盘及文件的基本思想磁盘被划分成一个个扇区，以扇区或扇区的倍数（被称为簇块）为单位和内存交换信息。

文件也被划分成一个个扇区或簇块存储于磁盘上，为记住构成文件的每一簇块之间的先后顺序联系，操作系统在磁盘上建立了一张表，即FAT表（文件分配表)。

磁盘上有多少个簇块，FAT表就有多少项，FAT表项的编号与磁盘簇块编号有一一对应的关系。

FAT表项的内容指出了该簇块的下一簇块的编号。

例如13号表项内容为24说明13号簇块后面是24号簇块，而由24号表项内容26可知，24号簇块后面是26号簇块，依此类推，一直到表项为End的簇块为止。

这样构成文件的各簇块就由FAT表形成一个簇块指针链，前一个簇块指向后一个簇块，一直到结束为止。

文件簇块指针链的第一个簇块编号存与文件的文件名、文件的属性等信息一起存放于磁盘的目录中。

因此，每张磁盘在使用之前要进行格式化。

所谓格式化就是要给磁盘划分扇区、建立FAT 表以及建立目录表(此目录称为根目录)，以便于文件存储。

磁盘目录、文件分配表是磁盘上的重要数据保存地。

计算机导论作业作业３：举例叙述你对系统的理解以及如何刻画系统才能把系统表述清楚答：所谓系统是指由相互联系、相互作用的若干元素构成且具有特定结构和功能的统一整体。

系统的基本特征：环境特征、功能与过程特征、构件与结构特征及整体性、层次性和动态性特征。

我们可以由下面三个方面描述“系统”：①从环境角度描述系统。

所谓系统的环境是指和系统相关的外部因素的总称。

系统与系统外各元素(或者环境)之间是相互作用的。

②从外特性或者说目的和作用角度描述系统。

描述系统的功能与过程。

所谓功能是指系统所表现出来的，具有并能够提供的特性、功效、作用和能力等，所谓过程是各项功能在系统运行过程中的次序及约束关系。

③从内特性或者说构成、构造角度描述系统。

描述系统的构件与结构。

系统是由若干构件，按照一定的结构构成的。

所谓构件是构成系统的一个个可相互独立的元素，又可称为模块、单元等；所谓结构是指构件(或模块或单元)之间的相互连接方式与相互作用方式的框架。

整体性是指系统的非还原性和非加和性。

所谓非还原性是指系统的整体具有但还原为部分便不存在的特性，即“涌现性”。

所谓非加和性是指整体不能完全等于各部分之和，即“贝塔朗菲定律”。

层次性是指系统的一个功能或构件仍然可以作为一个系统来看待。

即系统由子系统构成，而子系统作为系统，又是由其子系统构成的，体现为层次性。

动态性是指系统运行过程中随环境随时间空间而变化的特性。

系统科学是以系统为研究和应用对象的一门科学，是探索系统的存在方式和运动变化规律的学问，是对系统本质的理性认识，是人们认识客观世界的一个知识体系。

系统科学方法是用系统的观点来认识和处理问题的各种方法的总称，其遵循三重原则：整体优化、动态优化和模型化。

所谓系统类问题是那些不能由单一算法解决，而必须构建一个系统来解决的问题。

如，生产过程控制问题、军事导航问题、制造业生产计划问题。

例如：物料需求管理问题：当t时刻客户需要产品n个时，什么时候需要购买多少原材料和零件？(时间和数量)——这是典型的MRP问题。

即系统类问题。

MRP需要明晰物料的需求计算规则；库存管理系统需要明确库存账务处理规则；财务管理系统需要明晰财务处理规则等等。

理解MRP问题，需要理解产品构成关系的表示方法（即产品结构或称物料清单），需要理解由完工日期倒推开工日期的方法（提前期与期量标准）。

然后用少量典型数据模拟计算过程，并用某种规范的形式描述计算规则、计算步骤与计算方法，识别出系统的各项功能。

可见，系统类问题并不是一个单一算法的问题。

库存量数据用“库存管理”系统来管理；物料清单数据用“物料清单管理”系统来管理，在途量/在制量数据用“自制订单/外购订单控制”系统来管理。

如此，就形成了以MRP算法为核心的MRP 系统。

由此，可以将系统类问题的求解框架归纳为：①建立问题域模型：先建立不考虑计算系统的计算模型，即问题域模型，尽管目的是刻画计算系统。

②建立软件域模型：建立计算系统的构建模型，即软件域模型。

③模块与系统的实现：用程序实现模块与系统。

④系统的部署与运行：将系统部署到应用环境中，利用系统进行业务工作。

⑤系统的结构与性能：设计系统时应关注系统结构的选择和可靠性、安全性问题。

选择合适的结构，保证系统的可靠性和安全性。

软件系统的实现过程：模块的实现：将由软件模型划分出的一个个模块转换成正确的程序代码。

模块测试：模块实现程序必须进行测试，以保证正确性。

系统的部署：将开发的模块安装、部署到拟应用的环境中，并与其所处的环境形成一有机的整体，即将所有模块统一管理并使用统一的数据和流程等。

系统测试：重点是各模块间冲突检查及系统Bug 的发现与纠正。

系统应用：包括装载用户的数据和过程，用户利用系统进行业务工作。

用户依赖系统的程度即是系统应用的程度。

所以，一个软件系统的实现要有一个运行支撑环境（即结构框架）、一批以目录形式组织的文件（即部署管理的内容）、一套配置文件（记录了客户对系统所做的个性化配置参数）、一套功能菜单（即系统对功能的组织）、若干个过程（即各个功能的次序关系）、一套权限控制数据（角色/权限/用户等）和一套数据（用户产生的由系统使用和管理的数据）等。

计算机导论作业作业４：以你理解最为透彻的一种或多种方法(形式化、递归、结构化、面向对象)，应用该方法做一个具体例子。

答：递归方法是一种典型的算法和系统设计方法，是计算学科核心的构造性方法的典型代表，其典型特征是自身调用自身、高阶调用低阶来实现求解！递归是由递归基础和递归步骤两部分组成。