计算机科学导论第2版答案

计算机科学导论第2版答案
第1章概述
习题(答案)
一．选择题
1. D
2.
B 3.
CD 4.
C 5. ABC
6. A
7.
B 8.
B 9.
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。

(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高超的记忆能力。

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。

7．计算机的分类有哪些？
根据计算机工作原理和运算方式的不同，以及计算机中信息表示形式和处理方式的不同，计算机可分为数字式电子计算机(Digital Computer)、模拟式电子计算机(Analog Computer)和数字模拟混合计算机(Hybrid Computer)。

当今广泛应用的是数字计算机，因此，常把数字式电子计算机(Electronic Digital Computer)简称为电子计算机或计算机。

按计算机的用途可分为通用计算机(General Purpose Computer)和专用计算机(Special Purpose Computer )两大类。

通用计算机能解决多种类型问题，是具有较强通用性的计算机，一般的数字式电子计算机多属此类；专用计算机是为解决某些特定问题而专门设计的计算机，如嵌入式系统。

根据计算机的总体规模对计算机分类，可分为巨型机(Super Computer)、大/中型计算机(Mainframe)、小型计算机(Mini computer)、微型计算机(Micro computer)和网络计算机(Network Computer)五大类。

常见的微型机还可以分为台式机、便携机、笔记本电脑、掌上型电脑等多种类型。

8．简述计算机的基本运行方式。

计算机的基本运作方式可概括为所谓的“IPOS 循环”。

IPOS循环即输入(Input)、处理(Processing)、输出(Output)和存储(Storage)，它反映了计算机进行数据处理的基本步骤。

(1)输入
接受由输入设备(如键盘、鼠标器、扫描仪等)提供的数据。

(2)处理
对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进行操作，按指定的方式进行转换。

(3)输出
将处理所产生的结果等数据由输出设备(如显示器、打印机、绘图仪等)进行输出。

图形和图像等各种媒体综合起来，构成“多媒体”(Multimedia)的概念。

10．简述计算机的发展趋势。

(1)微型化
一方面，随着计算机的应用日益广泛，在一些特定场合，需要很小的计算机，计算机的重量、体积都变得越来越小，但功能并不减少。

另一方面，随着计算机在世界上日益普及，个人电脑正逐步由办公设备变为电子消费品。

人们要求电脑除了要保留原有的性能之外，还要有时尚的外观、轻便小巧、便于操作等特点，如平板电脑、手持电脑等。

今后个人计算机(Personal Computer)在计算机中所占的比重将会越来越大，使用也将会越来越方便。

(2)巨型化
社会在不断发展，人类对自然世界的认识活动也越来越多，很多情况要求计算机对数据进行运算。

“巨型化”在这里并不是通常意义上的大小，主要是指机器的性能——运算速度等。

(3)网络化
因特网(Internet)的建立正在改变我们的世界，改变我们的生活。

网络具有虚拟和真实两种特性，网上聊天和网络游戏等具有虚拟特性，而网络通信、电子商务、网络资源共享则具有真实的特性。

(4)智能化
今后，计算机在生活中扮演的角色将会更加重要,计算机应用将具有更多的智能特性，能够帮助用户解决—些自己不熟悉或不愿意做的事，如智能家电、烹调等。

(5)新型计算机
目前新一代计算机正处在设想和研制阶段。

新一代计算机是把信息采集、存储处理、通信和人工智能结合在一起的计算机系统。

11．简述计算学科的定义、计算学科的本质、计算学科的三个过程。

计算学科是对描述和变换信息的算法过程，包括对理论分析、设计、效率、实现和应用等进行的系统研究。

计算学科的研究包括了从算法与可计算性的研究到根据可计算硬件和软件的实际实现问题的研究。

计算学科的根本问题是“什么能被有效地自动进行？”。

计算学科的根本问题讨论的是能行性的有关内容，而凡是与能行性有关的讨论都是处理离散对象的。

计算学科的实质是学科方法论的思想，其关键问题是抽象、理论和设计三个过程相互作用的问题。

(1)理论
理论是数学科学的根本。

应用数学家们都认为，科学的进展都是基于纯数学的。

应用数学用数学的方法推动经验科学和工程学的发展，同时又不断刺激对新数学的需要，为纯理论数学提出新的问题。

(2)抽象
抽象(模型化)是自然科学的根本。

科学家们相信，科学进展的过程基本上都是形成假设，然后用模型化过程去求证。

(3)设计
设计是工程的根本。

工程师们认为，工程进展基本上都是提出问题，然后通过设计去构造系统，以解决问题。

12．简述计算机科学与技术学科的定义。

计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科，包括科学与技术两方面。

科学侧重于研究现象、揭示规律；技术则侧重于研制计算机和研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。

科学是技术的依据，技术是科学的体现；技术得益于科学，它又向科学提出新的课题。

13．简述计算机科学课程体系的核心内容。

计算学科课程体系的教学内容归结为14个知识体，包括：
(1)离散结构(PS)
计算学科是以离散型变量为研究对象，离散数学对计算技术的发展起着十分重要的作用。

随着计算技术的迅猛发展，离散数学越来越受到重视。

(2)程序设计基础(PF)
《计算作为一门学科》报告指出了程序设计在计算学科的正确地位：程序设计是计算学科课程中固定练习的一部分，是每一个计算学科专业的
学生应具备的能力，是计算学科核心科目的一部分，程序设计语言还是获得计算机重要特性的有力工具。

(3)算法与复杂性(AL)
算法是计算机科学和软件工程的基础，现实世界中，任何软件系统的性能仅依赖于两个基本点方面，一方面是所选择的算法；另一方面是各不同层次实现的适宜性和效率。

(4)组织与体系结构(AR)
计算机在计算中处于核心地位，如果没有计算机，计算学科只是理论数学的一个分支，应该对计算机系统的功能构件、以及他们的特点/性能和相互作用有一定的理解。

(5)操作系统(OS)
操作系统定义了对硬件行为的抽象，程序员用它来对硬件进行控制。

操作系统还管理计算机用户间的资源共享。

(6)网络计算(NC)
计算机和通信网络的发展，尤其是基于TCP/IP 的网络的发展使得网络技术在计算学科中更加重要。

(7)程序设计语言(PL)
程序设计语言是程序员与计算机交流的主要工具。

一个程序员不仅要知道如何使用一种语言进行程序设计，还应理解不同语言的程序设计风格。

(8)人-机交互(HL)
人机交互重点在于理解人对交互式对象的交互行为，知道如何使用以人为中心的方法开发和评价交互软件系统，以及人机交互设计问题的一般知识。

(9)图形学和可视化计算(GV)
该主领域的主要内容包括：计算机图形学、可视化、虚拟现实、计算机视觉等4 个学科子领域的研究内容。

(10)智能系统(IS)
人工智能领域关心的问题是自主代理的设计和分析。

智能系统必须干知其环境，合理地朝着指定的任务行动，并与其它代理和人进行交互。

(11)信息管理(IM)
信息系统几乎在所有使用计算机的场合都发挥着重要的作用。

(12)软件工程(SE)
软件工程是关于如何有效地利用建立满足用户和客户需求的软件系统理论/知识和实践的学科，可以应用于小型、中型、大型系统。

(13)数值计算科学(CN)
从计算学科的诞生之日起，科学计算的数值方法和技术就构成了计算机科学研究的一个主要领域。

(14)社会和职业问题(SP)
大学生需要懂得计算学科本身基本的文化、社会、法律和道德问题。

还需要培养学生提出有关计算的社会影响这样严肃问题以及对这些问题的可能答案进行评价的能力。

学生还需要认识到软硬件销售商和用户的基本法律权利，也应意识到这些权利的基本基础——道德价值观。

三．讨论题
1．计算机的产生是世纪最伟大的成就之一，具体体现在哪些方面？根据你的观察，请列出计算机的应用。

答案略。

2．计算机提供了无限的机会和挑战。

利用它可以更快更好地完成许多事情，可以方便地和全世界的人们联系和通信。

但是，是否想过事情的反面呢？所有的变化都是积极的么？计算机的广泛使用会产生什么负面的影响吗？讨论这些问题和其他所能想到的问题。

答案略。

第2章计算机基础知识
习题（答案）
一．选择题
1．D
2．D
3．D
4．D
5．C
6．B
7．A
8． C
9．A
10．C
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。

由于二进制只有两个状态0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计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．简要叙述多媒体技术的含义。

答：多媒体技术是指利用计算机技术把文本、图形、图像、音频和视频等多种媒体信息综合一体化，使之建立逻辑连接，集成为一个具有交互性的系统，并能对多种媒体信息进行获取、压缩编码、编辑、加工处理、存储和展示。

简言之，多媒体技术即为把文、音、图、像与计算机结合在一起的技术。

多媒体技术是集计算机技术、文字处理技术、音频技术、视频技术、图像压缩技术、通信技术等多种技术的综合体。

5．多媒体计算机的关键技术有哪些？
答：多媒体计算机技术是一门多学科的综合技术。

多媒体涉及的技术范围很广，技术很新、研
究内容很深，是多种学科的和多种技术交叉的领域。

它涉及的关键技术有：多媒体指令集、多媒体数据的表示技术、大容量的存储技术、音频／视频处理技术、多媒体计算机显示技术、光盘与光盘驱动器技术及其它技术等。

三．讨论题
1. 为什么计算机使用二进制，而不使用人们生活中的十进制来表示数据信息。

答案略。

2. 多媒体计算机给人们的生活带来了哪些好处？请举出几个例子。

答案略。

第3章计算机体系结构
习题（答案）
一．选择题
1．A
2．C
3．C
4．C
5．A
6．A
7．B
8．A
二．简答题
1．存储器的功能是什么？
答：现代计算机是以存储器为中心的计算机系统，存储器是计算机的重要组成部分。

当利用计算机完成某项任务时，首先把解决问题的程序和所需数据存于存储器中，在执行程序时再由存储器快速地提供给处理机。

显然，存储器的功能是存储信息，被存储的信息包括程序信息和数据信息等。

2. 存储器的主要指标是什么？
答：存储器作为计算机系统的核心部件之一，有必要对其性能进行描述。

描述一个存储器性能优劣的主要指标有存储容量、存储周期和存取时间、可靠性、性能价格比、功耗、可靠性等。

3. 什么是高性能计算机？
答：高性能计算机的概念并无明确的定义，一般认为运算速度非常快的计算机就可以认为是
高性能计算机。

严格地讲，高性能计算机是一个拥有最先进的硬件、软件、网络和算法的综合概念，“高性能”的标准是随着技术的发展而发展的。

4. 什么是接口？它的主要功能是什么？
答：在主机与外设进行数据交换时必领引入相应的逻辑部件解决两者之间的同步与协调、数据格式转换等问题，这些逻辑部件就称为输入输出接口，简称为接口。

输入输出接口的基本功能有：
(1)实现数据缓冲，提供主机和设备交换信息过程中的数据缓冲机构，使主机与外设在工作速度上达到匹配。

(2)实现数据格式的转换，例如，当主机和设备的信号同谋不同时的信号电平转换功能、数据传送中的格式（串行、并行）转换功能、直接内存访问中的额外需求等。

(3)提供外设和接口的状态，为CPU更好地控制各种外设提供有效的帮助，交换主机和外围设备的状态信息。

(4)实现主机与外设之间的通讯联络控制，实现主机与设备之间的数据交换。

5、什么是网络计算机?它有什么优点？
答：网络计算机（NETWORK COMPUTER）简称NC，是专用于高速网络环境下的计算机终端设备。

是基于处理器芯片和网络基础的新一代计算机产品，是一种新的桌面计算机。

NC除了有人机交互必需的显示器，键盘鼠标外，它没有硬盘，软盘，光驱等外部存储设备，是一种瘦客户机。

网络计算机具有以下优点：
(1)易管理，维护简单，使用方便。

(2)网络计算机没有硬盘，软盘和光盘，也没有风扇，在硬件方面没有什么可维护的地方，大大减少了计算机网络的维护工作，成本低廉。

(3)安全性强，无论是防止病毒的侵犯，还是资料维护的安全，NC都比PC要好的多。

(4)静音节能，高可靠网络计算机没有任何噪音，非常安静。

网络计算机的功耗非常小。

三．讨论题
1. 计算机系统的存储器分为哪几个层次？
答案略。

2. 网络计算机有许多优点，请结合其特点谈谈我国发展网络计算机的前途。

答案略。

第4章操作系统
习题(答案)
一．单项选择题
1．D
2．C
3．B
4．A
5．C
6．D
7．B
8．C
9．D
10．A
二．简答题
1．什么是计算机操作系统？它具有的基本功能有哪些？
答：操作系统就是合理管理并控制计算机系统内软、硬件资源，并能够合理组织工作流程、方便用户使用的程序的集合。

通常我们将操作系统的功能概括为两大功能：扩展的虚拟机功能、资源管理功能。

其中，资源管理功能包括了处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理四大功能。

而扩展的虚拟机提供友好的人机交互以及程序级接口，使得计算机看上去像是功能扩展了的机器。

2．操作系统通常有哪些类型？分别有什么特点？
答：最常见的是按照操作系统的性质来划分的类型：分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、嵌入式操作系统。

批处理系统的主要特点是系统吞吐量大、系统资源利用率较高、平均作业周转时间(作业从提交到结果输出的时间)较长，系统无交互力。

分时系统中往往支持多道程序执行，尽管如此，各运行任务具有独立性，互不影响；由于将处理机分时使用，使得用户与系统的及时交互成为可
能，因此，分时系统具有较好的交互性；同时，系统资源利用率也得到了很大的提高。

实时系统具有事件驱动的特点，往往是由外部事件来触发系统的响应；实时系统要求的响应时间很短，以便及时响应事件，从而保证整个系统的实时性和高可靠性。

网络操作系统要求组成网络的各台计算机物理分散且高度自治，各计算机都有各自的软、硬件资源，系统的主要目的是共享网络资源、信息交换和协作。

嵌入式操作系统具有普通计算机具有的通常功能，但同时具有实时系统的特征，通常是更小的具有一定硬件控制功能的系统。

3．什么是并发？并行与并发的区别与联系是什么？
答：并发通常指多个任务可以在同一个时间段内同时执行，即允许多个任务在宏观上并行，微观上仍然是串行的(对于单CPU系统而言)。

并行指的是多个任务真正意义上的同时执行，换言之，多个任务可以在同一个时刻同时执行。

并发系统只能够是宏观上并行、微观上串行执行；而并行则在微观执行上也是并行的。

只有在多处理机系统中，任务的并行执行才是可能的。

并行系统往往也可以支持任务的并发执行。

4．一个操作系统都应该有哪些基本组成？
答：现代操作系统至少由存储管理、进程管理、设备管理、文件管理以及用户接口五个部分组成。

用户接口一般包含命令接口(如shell命令)和程序接口。

进程管理包含了进程描述、进程的状态及转换、进程控制和调度、进程间通信等多个部分。

存储管理解决内存分配与回收、内存保护、地址映射、虚拟存储等问题。

设备管理涉及到中断技术、I/O硬件与I/O软件、数据传输控制技术等。

文件管理要解决文件的命名、文件属性、文件操作、文件的逻辑与物理结构、文件的存取方式、磁盘物理空间管理、目录、文件可靠性等问题。

5．目前主流操作系统有哪些？它们的特点是设么？
答：目前主流操作系统有Windows、UNIX 、Linux等。

Windows操作系统特点：统一的窗口和操作风格、丰富的应用程序与应用开发工具、事件驱动程序的运行方式、多任务的图形化用户界面、支持网络及多媒体技术、丰富的应用程序接口、广泛的硬件支持。

UNIX操作系统特点：多用户、多任务、分时，有友好的用户接口，可装卸的树型结构文件系统，设备文件化，较强的可移植性。

Linux操作系统特点：友好的用户接口，超强的可移植性，灵活的模块化设计，强大的通信及网络功能，强大的健壮性。

三．讨论题
1．在平时使用的操作系统中，如何认识进程？为什么在操作系统中要引入这个概念？而不就使用程序这个概念？
答案略。

2．操作系统是否功能越强大、使用越简单就越好？为何现实世界有多种不同的操作系统存在，
为什么不统一为一个操作系统，这样不是会省去很多麻烦吗？
答案略。

第5章网络计算
习题(答案)
一．选择题
1．C
2．B
3．A
4．C
5．C
6．A
7．ABCD 8．ABCD 9．ABCD
10．ABC
11．D
12．C
13．B
14．B
二．简答题
1．什么叫信息、数据、信号？
答：信息(Information)是客观事物的属性和相互联系特性的表现，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。

计算机中的信息—般是字母、数字、符号的组合，而将这些信息进行传输的载体可以是文字、声音、图形、图像等。

数据(Data)是信息的数字化形式或数字化的信息形式。

信号(Signal)是携带信息的传输介质，在通信系统中常用电信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等描述。

2．什么是串行通信和并行通信？
答：在数据通信中，将待传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序依次发送，每次由发送端传送到接收端的数据只有一位，这种方式称为串行通信。

至少有8位二进制数据同时通过多位数据线从一个设备传送到另一个设备，每次发送一个字符代码，这种工作方式称为并行通信。

3．什么是同步通信和异步通信？
答：同步是每次发送多个字节或信息块，要求通信的收、发双方在时间基准上保持一致，系统需要一个同步时钟，用于传输大量的信息。

异步每次发送和接收一个字符的数据，同步在字符的基础上进行，起始时刻是任意的，字符与字符之间的间隔也是任意的，即各个字符之间是异步的。

4．简述计算机网络的定义。

答：计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置分散的、具有独立功能的多个计算机系统连接起来，按照以功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统(Network Operating System：NOS)等)进行数据通信，以实现网络中资源共享和信息传递的系统。

5．简述资源子网和通信子网的组成。

答：资源子网由主机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源织成。

资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。