計算機科學導論-基于計算思維的思想與方法（第4版）-習題及答案ch01

第一章計算機科學概述選擇題1-5DBDDC6-10CBADB問答題1.馮·諾依曼結構計算機的基本思想是什么?“儲存程序式計算機"結構思想2.計算機采用二進制有何優(yōu)點?(1)電路簡單：與十進制數(shù)相比，二進制數(shù)在電子元件中容易實現(xiàn)。因為制造僅有兩種不同穩(wěn)定狀態(tài)的電子元件要比制造具有十種不同穩(wěn)定狀態(tài)的電子元件容易得多。(2)工作可靠：用兩種狀態(tài)表示兩個代碼，數(shù)字傳輸和處理不易出錯，因此可靠性好。(3)運算簡單：二進制只有4種求和與求積運算規(guī)則：求和：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10。求積：0x0=0；0x1=0；1x0=0；1x1=1。十進制數(shù)的求和運算從0+0=0到9+9=18的加法規(guī)則有100條，求積運算從0x0=0到9×9＝81的乘法規(guī)則也是100條。顯然，二進制數(shù)比十進制數(shù)的運算要簡單得多。(4)邏輯性強：計算機的工作原理是建立在邏輯運算基礎上的。二進制只有“1”和“0”兩種狀態(tài)，正好與邏輯命題中的“是”和“否”對應。3.目前，計算機主要應用在哪些領域?1.科學計算(ScientificCompute)2.信息管理(InformationManagement)3.實時控制(Real-timeControl)4.系統(tǒng)仿真(SystemSimulation)5.計算機輔助系統(tǒng)(ComputerAidedSystem)6.多媒體應用(Multi-mediaApplication)7.網(wǎng)絡通信(NetworkCommunication)8.人工智能(ArtificialIntelligence)4.現(xiàn)代計算機科學體系的形成與哪些基礎理論有關?1.布爾提出的邏輯代數(shù)盡管布爾代數(shù)是用文字符號來代替數(shù)碼，以表示變量，但這種變量的取值范圍僅限于取“0”和“1”，所以邏輯變量是二值的，因此被稱之為二值邏輯。這種簡化的二=值邏輯為數(shù)字計算機的二進制運算、開關邏輯元件和邏輯電路的設計與簡化鋪平了道路，并為二進制數(shù)字計算機的研制奠定了理論基礎。2.香農(nóng)提出的邏輯電路自從香農(nóng)通過繼電器開關電路實現(xiàn)了布爾代數(shù)運算之后，人們在計算機的設計中開始采用邏輯代數(shù)來分析和設計邏輯電路，今天，計算機中的芯片都是由數(shù)以萬計的微小邏輯部件組成的。3.維納提出的計算機設計原則設計原則對新一代計算機的研制具有重要的指導意義，在計算機發(fā)展史上，維納為計算機的設計理論做出了不可磨滅的貢獻。4.圖靈提出的圖靈機和圖靈測試圖靈機是一種十分簡單但運算能力很強的計算裝置，用來計算可以想像得到的可計算函數(shù)，它不僅解決了純數(shù)學基礎理論問題，而且在理論上證明了研制通用數(shù)字計算機的可行性。5.馮·諾依曼提出的EDVACEDVAC之所以能自動高效地工作，其關鍵是馮·諾依曼的“存儲程序控制”概念的提出和實現(xiàn)，以及采用二進制。EDVAC的研制成功標志著計算機科學體系的形成，從此揭開了現(xiàn)代計算機研究的序幕，開啟了現(xiàn)代計算機發(fā)展的新紀元，因而使得馮·諾依曼被稱為“計算機之父”。5.馮.諾依曼對計算機的貢獻主要體現(xiàn)在哪些方面?馮·諾依曼提出了2進制思想與程序內(nèi)存思想EDVAC的研制成功標志著計算機科學體系的形成，從此揭開了現(xiàn)代計算機研究的序幕，開啟了現(xiàn)代計算機發(fā)展的新紀元，因而使得馮·諾依曼被稱為“計算機之父”。6.什么是馮·諾依曼結構計算機的技術瓶頸?Neumann體系結構的最大局限是存儲器和處理器之間的通路太狹窄，即每次只能執(zhí)行一條指令，即使擴大存儲容量和提高CPU的速度，但與提高系統(tǒng)的整體性能不成等比關系，因而其意義不大，人們將這種現(xiàn)象稱為“馮·諾依曼瓶頸”。7.計算機體系結構的演變包括哪些方面?計算機體系結構是指計算機硬件系統(tǒng)的基本架構，主要研究軟/硬件功能分配和對軟/硬件界面的確定，即確定哪些功能由軟件實現(xiàn)，哪些功能由硬件實現(xiàn)。現(xiàn)代計算機在Neumann結構基礎上經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在硬件系統(tǒng)的結構上由以運算器為中心演變成以存儲器為中心的結構形式。8.決定計算機性能的因素有哪些?現(xiàn)代計算機的結構組成及其功能特點，決定了計算機系統(tǒng)的性能，并且一般以字長、內(nèi)存容量、存取周期、主頻、運算速度、外圍設備的配置、系統(tǒng)軟件、應用軟件的配置等指標來衡量。9.當前，計算機的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在哪些方面?1.微型化(Micromation)由于微電子技術的高速發(fā)展，超大規(guī)模集成芯片技術水平不斷提高，使得計算機的結構發(fā)生了巨大變革，曾經(jīng)的大中型計算機在體形上從“龐然大物”已演變成“筆記本”式，而功能越來越強，能隨身攜帶。隨著微電子技術的綜合使用，計算機的體型還會不斷演變、縮小。2.巨型化(Giganticism)現(xiàn)代科學技術，尤其是國防技術的發(fā)展，需要高速度大容量的計算機，促使巨型機得到高速發(fā)展。3.網(wǎng)絡化(Networking)網(wǎng)絡化是20世紀90年代計算機發(fā)展的一大趨勢，也是計算機應用模式的一個巨大變革。通過網(wǎng)絡，任何地方、任何種類和任意數(shù)目的計算機可以運行需要的程序，并在任意時刻相互通信，極為方便地實現(xiàn)了網(wǎng)絡中各系統(tǒng)間的信息交換，使信息和資源得到高效的共享?，F(xiàn)在，計算機網(wǎng)絡已遍布世界各地，廣泛應用于情報、金融、信息管理系統(tǒng)等領域，是現(xiàn)代信息社會的重要標志。4.智能化(Intelligentize)智能化是用計算機來模擬人的感覺、行為、思維過程的機理，使計算機具備邏輯推理、自我學習等能力，目前最具代表性的兩個領域是專家系統(tǒng)和機器人。智能化的特點主要體現(xiàn)在邏輯思維和推理方面。智能化是計算機理論科學研究的一個重要領域，發(fā)展極為迅速，在人們的生活和工作中隨處體現(xiàn)計算機的智能化。5.多媒體化(Multimedia)多媒體技術是集多種媒體信息的處理、協(xié)調于一體，集微電子與計算機技術于一身的綜合信息處理技術。由于計算機的智能化，多媒體技術能把數(shù)值、文字、聲音、圖形、圖像、動畫等集成在一起，進行交互式處理，因而具有多維性、集成性和交互性的特點。10.非馮·諾依曼結構計算機的研究主要有哪些方面?根據(jù)目前研究進展，利用非電子器件研制新一代計算機的主要技術有超導技術、光技術、生物技術和量子技術，利用這些技術研究新一代計算機已成為目前世界各國研究的焦點，也是未來人工智能計算機的希望所在。1.超導計算機(SuperconductorComputer)超導計算機是指使用超導集成電路組成的計算機，由于該超導材料由約瑟夫遜發(fā)明，也被稱為約瑟夫遜計算機(JosephsonComputer)。超導體開關速度比現(xiàn)有半導體的開關快10~100倍，功耗僅為半導體器件的1/100~1/1000，因此可以實現(xiàn)最緊密排布，可做成運算速度每秒幾百億億次的超速計算機。2.光子計算機(PhotonComputer)光子計算機是指以光子代替電子、光互連代替導線互連、光硬件代替電子硬件、光運算代替電運算的數(shù)字計算機。研究表明，光子計算機比電子計算機的運算速度快1000倍以上。3.量子計算機(QuantumComputer)量子計算機是指利用量子力學規(guī)律進行高速運算、存儲及處理量子信息的計算機。量子計算機由存儲器和邏輯門組成，是利用量子力學特有的物理現(xiàn)象代替?zhèn)鹘y(tǒng)計算機遵循的經(jīng)典物理定律實現(xiàn)全新的信息處理方式。4.生物計算機(BiologicalComputer)生物計算機是指以脫氧核糖核酸(DeoxyriboNucleicAcid，DNA)處理問題的方式為模型的計算機。由于生物系統(tǒng)的信息處理過程是基于生物分子的計算和通信過程，因此也被稱為分子計算機。5.智能計算機(IntelligentComputer)隨著計算機在各領域的廣泛應用及其應用要求的不斷提升，加上Neumann體系結構的局限性，因而迫切需要具有自學習功能、聯(lián)想功能、推理功能、識別功能、解決非確定性問題的智能.計算機。機器要具有智能功能，必須具有神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)。談論題1.自古以來，人類一直在不斷發(fā)明和改進計算工具，計算機的形成與發(fā)展對你有何啟示?略2.計算機的產(chǎn)生是20世紀最偉大的成就之一，它對人類社會的發(fā)展帶來了哪些好處?1、科學計算。這也是計算機最初研發(fā)的初衷，是為了能夠比人更快速更有效率的完成計算任務，從最初的每秒幾千次計算，到每秒幾億次起，計算機的科學研究領域的貢獻是巨大的。通過計算機的高精度高速計算及大容量存儲與持續(xù)計算的能力，在很多人工無法解決的科學計算領域發(fā)揮著重要的作用?？茖W計算一直是計算機應用的一個重要領域。2、信息處理。計算機能有效的收集、存儲、整理、分類、加工、利用各種數(shù)據(jù)。信息的處理一般應用于某些專業(yè)領域，不涉及復雜的數(shù)學計算等，更多的是對大量的數(shù)據(jù)進行綜合的分析和處理，有時效性和及時性的要求。有數(shù)據(jù)顯示，70％以上的計算機主要用于數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過發(fā)展從文件系統(tǒng)為手段、數(shù)據(jù)庫技術為工具到現(xiàn)在以數(shù)據(jù)庫、模型庫和方法庫為基礎為管理者提供決策依據(jù)的決策支持系統(tǒng)。3、過程控制。利用計算機程序的特性，能對連續(xù)工作的對象實現(xiàn)自動控制，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，通過計算，根據(jù)計算結果對控制對象