计算机科学导论 习题答案汇 金保华 第1-10章

第1章概述习题参考答案一、选择题1．B2．B3．B4．C5．A6．D7．D8．A9．A10．D11．D12．A13．C14．C15．B16．A17．D18．B19．D20．C21.B22.D23.D24.C25.A二、简答1．答：第一代计算机的主存储器是在读/写头下旋转的磁鼓。当被访问的存储器单元旋转到读/写头之下时，数据将被写入这个单元或从这个单元中读出。第二代计算机（1960年—1964年），主要特点是：逻辑元件采用晶体管，与电子管相比，其体积小、耗电省、速度快、价格低、寿命长，主存储器采用磁芯，外存储器采用磁盘、磁带存储器容量有较大提高；晶体管(JohnBardeen、WalterH.Brattain和WilliamB.Shockley为此获得了诺贝尔奖）的出现标志着第二代商用计算机的诞生。晶体管代替真空管成为计算机硬件的主要部件。它比真空管更小、更可靠、更快、寿命更长，也更便宜。第三代计算机（1965年—1969年），主要特点是：逻辑元件采用集成电路（IntegratedCircuit,IC），IC的体积更小，耗电更省，寿命更长；主存储器以磁芯为主，开始使用半导体存储器，存储容量大幅度提高；系统软件与应用软件迅速发展，出现了分时操作系统和会话式语言；在程序设计中采用了结构化、模块化的设计方法，运算速度达到每秒千万次以上。第四代计算机（1970年至今），其主要特点是：采用了超大规模集成电路（VeryLargeScaleIntegration，VLSI），主存储器采用半导体存储器，容量已达第三代计算机的辅存水平，作为外存的软盘和硬盘的容量成百倍增加，并开始使用光盘：输入设备出现了光字符阅读器、触摸输入设备和语音输入设备等，使操作更加简洁灵活，输出设备已逐步转到了以激光打印机为主，使得字符和图形输出更加逼真、高效。新一代计算机（FutureGenerationComputerSystem，FGCS），即未来计算机的目标是使其具有智能特性，具有知识表达和推理能力，能模拟人的分析、决策、计划和其他智能活动，具有人机自然通信能力，并称其为知识信息处理系统。现在已经开始了对神经网络计算机、生物计算机等的研究，并取得了可喜的进展。特别是生物计算机的研究表明，采用蛋白分子为主要原材料的生物芯片的处理速度比现今最快的计算机的速度还要快100万倍，而能量消耗仅为现代计算机的10亿分之一。2．答：中国计算机的发展历程大致经历了四个阶段。（1）第一代电子管计算机研制（1958-1964年)我国从1957年在中科院计算所开始研制通用数字电子计算机，1958年8月1日该机可以表演短程序运行，标志着我国第一台电子数字计算机诞生。机器在738厂开始少量生产，命名为103型计算机(即DJS-1型)。1958年5月我国开始了第一台大型通用电子数字计算机(104机)研制。在研制104机同时，夏培肃院士领导的科研小组首次自行设计并于1960年4月研制成功一台小型通用电子数字计算机107机。1964年我国第一台自行设计的大型通用数字电子管计算机119机研制成功。（2）第二代晶体管计算机研制(1965-1972年)1965年中科院计算所研制成功了我国第一台大型晶体管计算机：109乙机；对109乙机加以改进，两年后又推出109丙机，在我国两弹试制中发挥了重要作用，被用户誉为“功勋机”。华北计算所先后研制成功108机、108乙机(DJS-6)、121机(DJS-21)和320机(DJS-8)，并在738厂等五家工厂生产。1965～1975年，738厂共生产320机等第二代产品380余台。哈军工(国防科大前身)于1965年2月成功推出了441B晶体管计算机并小批量生产了40多台。（3）第三代中小规模集成电路的计算机研制(1973-80年代初)1973年，北京大学与北京有线电厂等单位合作研制成功运算速度每秒100万次的大型通用计算机，1974年清华大学等单位联合设计，研制成功DJS-130小型计算机，以后又推DJS-140小型机，形成了100系列产品。与此同时，以华北计算所为主要基地，组织全国57个单位联合进行DJS-200系列计算机设计，同时也设计开发DJS-180系列超级小型机。70年代后期，电子部32所和国防科大分别研制成功655机和151机，速度都在百万次级。进入80年代，我国高速计算机，特别是向量计算机有新的发展。（4）第四代超大规模集成电路的计算机研制和国外一样，我国第四代计算机研制也是从微机开始的。1980年初我国不少单位也开始采用Z80，X86和6502芯片研制微机。1983年12电子部六所研制成功与IBMPC机兼容的DJS-0520微机。10多年来我国微机产业走过了一段不平凡道路，以联想微机为代表的国产微机已占领一大半国内市场。3．答：（1）超级计算机超级计算机（Supercomputers）通常是指由bai数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。（2）服务器专指某些高性能计算机，能通过网络，对外提供服务。相对于普通电脑来说，稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此在CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通电脑有所不同。（4）集线器集线器（HUB）是一种共享介质的网络设备，它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网，HUB本身不能识别目的地址。集线器上的所有端口争用一个共享信道的宽带，因此随着网络节点数量的增加，数据传输量的增大，每节点的可用带宽将随之减少。（5）交换机交换机（Switch）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。4．答：目前计算机的发展趋势主要有如下几个方面。（1）多极化除了向微型化和巨型化发展之外，中小型计算机也各有自己的应用领域和发展空间。特别在注意运算速度提高的同时，提倡功耗小、对环境污染小的绿色计算机和提倡综合应用的多媒体计算机已经被广泛应用，多极化的计算机家族还在迅速发展中。（2）网络化网络化就是把各自独立的计算机用通讯线路连结起来，形成各计算机用户之间可以相互通讯并能使用公共资源的网络系统。网络化能够充分利用计算机的宝贵资源并扩大计算机的使用范围，为用户提供方便、及时、可靠、广泛、灵活的信息服务。（3）多媒体化媒体可以理解为存储和传输信息的载体，文本、声音、图像等都是常见的信息载体。过去的计算机只能处理数值信息和字符信息，即单一的文本媒体。近几年发展起来的多媒体计算机则集多种媒体信息的处理功能于一身，实现了图、文、声、像等各种信息的收集、存储、传输和编辑处理，被认为是信息处理领域在20世纪90年代出现的又一次革命。（4）智能化智能化虽然是未来新一代计算机的重要特征之一，但现在已经能看到它的许多踪影，比如能自动接收和识别指纹的门控装置、能听从主人语音指示的车辆驾驶系统等。使计算机具有人的某些智能将是计算机发展过程中的下一个重要目标。（5）新型化新一代计算机将把信息采集、存储处理、通信和人工智能结合在一起。新一代计算机将由以处理信息数据为主转向已处理知识信息为主，并有推理、联想和学习等人工智能方面的能力，能帮助人类开拓未知领域。5.答：（1）运算速度快：由于计算机采用了高速的电子器件和线路bai并利用先进的计算技术使得计算机可以有很高的运算速度，运算速度是指计算机每秒能执行多少条基本指令，常用单位是MIPS，即每秒执行百万条指令。（2）计算精确度高：利用计算机可以获得较高的有效位。例如，利用计算机计算圆周率，目前可以算到小数点后上亿位。（3）逻辑运算能力强：由于采用了二进制计算机能够进行各种基本的逻辑判断并且根据判断的结果自动决定下一步该做什么有了这种能力计算机才能求解各种复杂的计算任务进行各种过程控制和完成各类数据处理任务。（4）存储容量大：计算机内部的存储器具有记忆特性，存储器能够存储大量的信息。（5）自动化程度高：由于计算机具有存储记忆能力和逻辑判断能力，所以人们可以将预先编好的程序组纳入计算机内存，在程序控制下，计算机可以连续、自动地工作，不需要人的干预。（6）性价比高：越来越普遍化、大众化，21世纪电脑必将成为每家每户不可缺少的电器之一。计算机发展很迅速，有台式的还有笔记本。6.答：（1）科学计算计算机的发明和发展首先是为了高速完成科学研究和工程设计中大量复杂的数学计算。科学计算，即数值计算，指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。是计算机应用的一个重要领域。（2）信息传输和信息处理信息传输是计算机内部的各部件之间，计算机与计算机之间、计算机与其他设备之间等进行数据传输的方式。信息是各类数据的总称。（3）实时过程控制实时过程控制能及时的采集检测数据，是计算机快速的进行处理并自动的控制被控对象的动作，实现生产过程自动化。（4）计算机辅助工程计算机辅助工程是近几年来迅速发展的应用领域，它包括计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）、计算机辅助制造（ComputerAidedManufacture，CAM）、计算机辅助教学（ComputerAssistedInstruction，CAI）等多方面。（5）办公自动化办公自动化（OfficeAutomation，OA）指用计算机帮助办公室人员处理日常工作。例如，用计算机进行文字处理，文档管理，资料、图像、声音处理和网络通信等。OA，就是包括以个人计算机为核心的办公室事务处理机、传真机、复印机、智能电话、图象文字处理机等，能使办公室处理实现自动化作业。（6）数据通信“信息高速公路”主要是利用通信卫星群和光导纤维构成的计算机网络，实现信息双向交流，同时利用多媒体技术扩大计算机的应用范围。利用计算机把整个地球网络起来，使“地球村”成为现实。总之，以计算机为核心的信息高速公路的实现，将进一步改变人们的生活方式。（7）智能应用即人工智能，既不同于单纯的科学计算，又不同于一般的数据处理，它不但要求具备高的运算速度，还要求具备对已有的数据（经验、原则等）进行逻辑推理和总结的功能（即对知识的学习和积累功能），并能利用已有的经验和逻辑规则对当前事件进行逻辑推理和判断。（8）嵌入式系统随着信息化的发展，计算机和网络已经渗透到人们日常生活的每一个角落。对于每个人来说，不仅需要放在桌上处理文档、进行工作管理和生产控制计算机，还需要从小到大的各种使用嵌入式技术的的电子产品。比如和我们出行相关的公交车上的刷卡机、学校的餐饮窗口的终端POS机、手持POS机、MP3、PDA、智能家电、车载电子设备等等。可以想象若离开了它们我们的生活会是怎样。7.答：计算机技术对社会发展的影响是广泛而深远的，以下是其积极影响和消极影响的简述：积极影响（1）经济发展：推动了产业升级和转型，催生了众多新兴产业，如软件开发、互联网服务、人工智能等，创造了大量就业机会和经济增长点。同时，提高了企业生产效率和管理效能，通过自动化生产、信息化管理等手段，降低了生产成本，提高了产品质量和市场竞争力。（2）社会生活：极大地改变了人们的生活方式，使信息传播和交流更加便捷。人们可以通过互联网随时随地获取信息、进行社交、购物、娱乐等活动。远程教育、远程医疗等应用也为人们提供了更广泛的学习和医疗资源，打破了时空限制，提高了生活质量。（3）科学研究：为科学研究提供了强大的工具和平台，加速了科学研究的进程。科学家可以利用计算机模拟、数据分析等技术，对复杂的自然现象和科学问题进行建模、仿真和分析，有助于发现新的科学规律、推动技术创新。（4）文化传承与创新：方便了文化的传播与交流，各种文化作品可以通过网络迅速传播，促进了不同文化之间的相互了解和融合。同时，也为文化创新提供了新的手段和平台，如数字艺术、虚拟现实等新兴文化形式不断涌现，丰富了人们的精神文化生活。消极影响（1）信息安全：随着计算机技术和网络的普及，信息安全问题日益突出。网络攻击、病毒感染、黑客入侵等威胁着个人、企业和国家的信息安全，可能导致个人隐私泄露、企业商业机密被盗、国家关键信息基础设施受损等严重后果。（2）数字鸿沟：计算机技术的发展在不同地区、不同人群之间造成了数字鸿沟。一些地区和人群能够充分享受计算机技术带来的便利，而另一些地区和人群由于经济、教育等原因，无法及时跟上技术发展的步伐，导致信息获取和发展机会的不平等，进一步加剧了社会的贫富差距和发展不平衡。（3）网络犯罪：网络的虚拟性和匿名性为犯罪活动提供了温床，网络诈骗、网络赌博、网络色情等犯罪行为日益猖獗，给社会秩序和个人财产安全带来了严重威胁。此外，还可能出现利用计算机技术进行的知识产权侵权、网络谣言传播等问题，影响社会稳定和正常秩序。（4）对身心健康的影响：过度依赖计算机和网络可能导致一些人出现身心健康问题。长时间使用电子设备，如电脑、手机等，容易引发视力下降、颈椎病等身体疾病。同时，过度沉迷于网络世界，可能会使人产生社交隔离、焦虑、抑郁等心理问题，影响正常的人际交往和生活。8.答：做好IT职业生涯规划可以帮助从业者在快速发展的行业中明确方向、实现职业目标，一般可分为自我评估、职业探索、设定目标、制定计划、实施行动、评估反馈六个步骤，具体如下：（1）自我评估：这是职业生涯规划的基础。要全面了解自己的兴趣、爱好、技能、价值观和性格特点。例如，对编程有浓厚兴趣，且逻辑思维能力强，喜欢解决复杂问题，那么软件开发或系统设计等工作可能比较适合。可借助职业测评工具，如MBTI等，辅助自我认知，也可以通过回顾过往经历，总结自己的优势和劣势，为职业选择提供依据。（2）职业探索：IT行业领域广泛，包括软件开发、数据分析、网络安全、人工智能等多个细分方向。需要深入了解不同职业的工作内容、发展前景、技能要求和薪资待遇等。可以通过网络搜索、行业报告、参加行业展会、与从业者交流等方式获取信息。比如，了解到人工智能是当前的热门领域，人才需求大，发展前景广阔，但对数学基础和算法能力要求较高。（3）设定目标：基于自我评估和职业探索，确定短期、中期和长期职业目标。短期目标可以是在1年内掌握某门编程语言或获得某个行业认证；中期目标可以是3到5年内成为技术骨干或项目负责人；长期目标则可以是5到10年内成为技术专家或高级管理人员。目标要具体、可衡量、可实现、相关联、有时限（SMART原则），以便为职业发展提供清晰的方向。（4）制定计划：为实现设定的目标，需要制定详细的行动计划。明确每个阶段需要学习的知识、提升的技能以及积累的经验。比如，为实现短期目标，计划参加线上课程学习编程语言，每周完成一定量的编程练习，并参与开源项目积累实践经验。同时，要考虑获取相关证书，如考取华为认证、思科认证等，以增加自己在职场上的竞争力。（5）实施行动：按照计划付诸实践，这是职业生涯规划的关键环节。要保持积极主动的态度，克服困难和挫折，不断学习和提升自己。在工作中，主动承担有挑战性的项目，与同事和上级保持良好的沟通，积累实践经验。利用业余时间参加培训、学习新技术，提升自己的综合素质。（6）评估反馈：定期对职业生涯规划进行评估和调整。IT行业发展迅速，技术更新换代快，市场需求也在不断变化。因此，要根据行业变化、个人发展情况以及外部环境的变化，及时调整目标和计划。例如，每半年对自己的职业发展进行一次总结，检查目标完成情况，发现原定计划与实际情况不符时，要分析原因，及时修改计划，确保职业生涯规划始终符合个人发展和行业趋势。9答：ACM（美国计算机协会）道德和职业行为规范旨在指导计算专业人士的道德行为，其核心内容包括以下八项一般性道德原则：（1）为社会和人类福祉做出贡献计算专业人员应利用自身技能推动社会进步，尊重基本人权，保护个人自主权，并致力于最小化计算技术对健康、安全、隐私和环境的负面影响。（2）避免伤害专业人员需避免对他人造成伤害，包括身体、精神、财产或环境损害。即使善意行为可能导致伤害，也应采取措施最小化风险。若伤害不可避免，需确保其具有道德合理性。（3）诚实可信专业人员应保持诚实，提供全面准确的信息，避免误导性陈述或篡改数据。需坦诚说明自身资格、能力限制及潜在利益冲突，并尊重组织政策和程序。（4）公平并采取行动以杜绝歧视应平等对待所有人，避免基于年龄、性别、种族、宗教、残疾等因素的歧视。需促进包容性，防止技术加剧社会不平等，并确保系统和服务的可访问性。（5）尊重知识产权应尊重他人的创意、发明和作品，给予创作者应有的荣誉，并遵守版权、专利等法律。合理使用知识产权时，需确保不侵犯创作者权益。（6）尊重隐私需保护个人信息，确保数据收集、使用和共享符合法律和道德要求。应建立透明政策，告知数据用途，并采取措施防止数据泄露或滥用。（7）尊重机密性对受托的机密信息（如商业秘密、客户数据等）负有保密责任，除非法律或组织规定要求披露，否则不得泄露。（8）努力在专业工作的过程和产品中取得高质量专业人员应在工作中追求卓越，确保产品和服务符合专业标准，满足用户需求，并持续改进。这些原则不仅为计算专业人士提供了道德框架，还强调了公共利益、社会责任和职业诚信的重要性。通过遵循这些原则，专业人员能够提升个人声誉，同时为技术发展和社会进步做出积极贡献。10.答：与传统的犯罪相比，计算机犯罪具有以下显著特点：（1）技术依赖性特点：计算机犯罪通常需要特定的技术知识和工具，如黑客技术、恶意软件、加密技术等。案例：网络钓鱼攻击需要犯罪分子了解电子邮件系统、网页伪造技术和社交工程手段。（2）隐蔽性强特点：犯罪行为往往通过网络进行，犯罪分子可以隐藏真实身份和位置，难以追踪。案例：使用匿名代理服务器、虚拟专用网络（VPN）或比特币等加密货币进行交易，掩盖身份和资金流向。（3）跨地域性特点：计算机犯罪不受地理边界限制，犯罪分子可以在世界任何地方对全球目标实施攻击。案例：勒索软件攻击可能从俄罗斯发起，但受害者遍布美国、欧洲和亚洲。（4）快速传播性特点：计算机病毒、蠕虫和恶意软件可以通过网络在短时间内迅速扩散，影响大量用户。案例：2017年的“WannaCry”勒索软件攻击，在短短几天内感染了150多个国家的计算机系统。（5）低成本高收益特点：实施计算机犯罪的成本相对较低，但潜在的收益却非常高。案例：开发一个简单的僵尸网络（Botnet）可能只需几百美元，但可以用于发送数百万封垃圾邮件，从中获利数万美元。（6）证据易逝性特点：数字证据容易被删除、篡改或加密，导致取证困难。案例：犯罪分子可以在攻击后迅速删除日志文件，使用加密技术隐藏数据，使得调查人员难以获取有效证据。（7）法律滞后性特点：技术发展迅速，而法律和监管往往滞后，导致对计算机犯罪的打击存在困难。案例：某些新型网络攻击手段（如深度伪造、零日漏洞利用）可能尚未被法律明确界定为犯罪行为。（8）社会影响广泛特点：计算机犯罪不仅影响个人，还可能对政府、企业和关键基础设施造成严重破坏。案例：针对电网、交通系统或医疗系统的网络攻击可能导致大规模停电、交通瘫痪或医疗事故。（9）匿名性和去中心化特点：犯罪分子可以利用暗网、去中心化金融（DeFi）和加密货币等技术，进一步增强匿名性。案例：暗网市场（如“丝绸之路”）允许用户使用比特币进行非法交易，难以追踪。（10）持续进化性特点：计算机犯罪手段不断演变，新的攻击技术和方法层出不穷。案例：从简单的密码破解到复杂的高级持续性威胁（APT），犯罪分子的技术能力不断提升。计算机犯罪的这些特点使得其防范和打击变得更加复杂和困难。为了有效应对计算机犯罪，需要加强国际合作、提升技术防护能力、完善法律法规，并提高公众的网络安全意识。11答：知识产权（IntellectualProperty,IP）是指人们对其智力成果（如发明、文学艺术作品、商标、商业秘密等）依法享有的专有权利。它是一种无形财产权，旨在鼓励创新、保护创作者的权益，并促进文化、科技和经济的发展。知识产权的特点（1）无形性特点描述：知识产权的对象是智力成果，而非物理实体。示例：一部小说、一首歌曲或一项专利技术，无法像书籍或手机那样被触摸或看到。（2）专有性（独占性）特点描述：知识产权赋予权利人独占使用的权利，他人未经许可不得擅自使用。示例：某公司拥有一项专利技术，其他公司未经授权不得生产或销售相关产品。（3）地域性特点描述：知识产权的保护通常限于授予权利的国家或地区。示例：在中国注册的商标仅在中国境内受保护，若要在其他国家使用，需另行申请。（4）时间性特点描述：知识产权的保护期限有限，到期后进入公共领域。示例：中国发明专利的保护期为20年，版权保护期通常为作者终生及其死后50年。（5）可复制性特点描述：智力成果可以无限复制，且复制成本极低。示例：一首歌曲可以被无数次下载和传播，而不会影响原作品的质量。（6）法律保护性特点描述：知识产权需通过法律程序确认和保护，如申请专利、注册商标等。示例：未经注册的商标可能不受法律保护，容易被他人抢注。（7）价值不确定性特点描述：知识产权的价值取决于市场需求、技术发展等因素，具有较大的不确定性。示例：一项专利技术可能在研发初期价值不高，但随着市场需求增长，其价值可能大幅提升。（8）可交易性特点描述：知识产权可以作为商品进行转让、许可或质押。示例：一家公司可以将专利技术授权给其他公司使用，以获取许可费。知识产权是现代社会创新和经济发展的重要基石。其无形性、专有性、地域性等特点，使得知识产权的保护和利用需要法律、技术和市场的协同配合。企业和个人应充分认识知识产权的价值，积极申请和保护自身权益，同时尊重他人的知识产权，共同营造良好的创新环境。略略第二章课后习题答案一、选择题1.A 2.B 3.A 4.A 5.A 6.D 7.A 8.B 9.A10.A 11.C二、计算题1. （1）111B=7 （2）FECH=4076 （3）777H=19112. （1）258=100000010B （2）FECH=111111101100B （3）777H=011101110111B3. （1）12369=11000001010001B （2）12369=3051H4. （1）F56CH=1111010101101100B （2）F56CH=628285. x=+96 [x]原=[x]反=[x]补=01100000B x=-96 [x]原=11100000B [x]反=10011111B [x]补=10100000B6. [x]补=11000110B x=-587. （1）10101001B=A9H （2）11100111B=E7H （3）11111011B=FBH （4）1100011100=31CH8. （1）[x]补=00001101B[y]补=11100111B [x+y]补=11110100B （2）[x]补=11111011B[y]补=11110001B [x+y]补=11101100B （3）[x]补=00001101B[y]补=00011001B [x+y]补=00100110B （4）[x]补=11011001B[y]补=00011001B [x+y]补=11110010B9. （1）[x]补=00001101B[-y]补=00011001B [x-y]补=00100110B （2）[x]补=11111011B[-y]补=00001111B [x-y]补=00001010B（3）[x]补=00001101B[-y]补=11100111B [x-y]补=11110100B（4）[x]补=11011001B[-y]补=11100111B [x-y]补=11000000B10. 30.375=11110.011B=1.1110011B×24符号位S=0阶码域E=4+127=131=10000011B尾数域M=11100110000000000000000BIEEE754标准的32位浮点数的存储格式：01000001111100110000000000000000B=41F30000H11. 41A4C000H=01000001101001001100000000000000B 符号位S=0，浮点数为正数 指数=E-127=10000011B–01111111B=4 尾数=1.M=1.010010011B 真值=1.010010011B×24=10100.10011B=20.59375第三章课后习题答案一、填空题1.运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 2.运算器、控制器 3.主存储器、辅助存储器 4.内部总线、系统总线、I/O总线5.地址总线、数据总线、控制总线二、简答题1. 冯·诺依曼结构的计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成，其主要部件的功能如下：存储器：用来存放解决问题的原始数据、中间结果、最终结果以及用于描述解决问题步骤的指令序列；运算器：负责数据加工，完成数据算术运算和逻辑运算；控制器：负责指令执行，按照指令的要求向计算机其他部件发送控制信号，保证各个部件有条不紊的协同工作；输入设备：用来将人们熟悉的信息形式转换为计算机能够识别的信息形式输入到计算机内部。常见的输入设备有键盘、扫描仪等；输出设备：将计算机运算结果转换为人们熟悉的信息形式，方便人们查看，常见的输出设备有打印机、显示器等。2. 输入设备：键盘、扫描仪、鼠标、麦克风、摄影头、扫码器等。 输出设备：显示器、音箱、打印机、绘图仪等。3. 软件系统和硬件系统之间的关系主要体现在以下三个方面：1）硬件和软件互相依存。硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是在硬件的合理设计和正常工作的情况下进行的；计算机硬件系统需要配备完善的软件系统才能正常工作，发挥硬件的各种功能。裸机是无法进行任何工作的；2）硬件和软件无严格的界线。随着计算机技术的发展，计算机的某些功能既可以由硬件实现，也可以由软件实现。因此，从这个意义上讲，硬件与软件无严格的界限；3）硬件和软件协同发展。软件随硬件技术的发展而迅速发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者发展密不可分、缺一不可。4.总线是计算机各个部件之间信息和数据传输或交换的通道。5.指令的基本格式由两部分构成，即操作码部分和地址码部分。操作码指明计算机需要执行的某种操作，地址码指出完成操作需要的数据从哪里来，结果送到哪里去。6.CPU内部的主要寄存器有： 1）程序计数器PC：存放代执行指令的地址，进行指令寻址；2）地址寄存器AR：存放操作数地址，进行数据寻址；3）指令寄存器IR：存放当前正在执行的指令；4）暂存器：为ALU提供运算的数据； 5）通用寄存器Ri：暂存中间结果或参加操作的数据，是运算器的工作区；6）状态寄存器PSW：保存算术或逻辑运算后运算结果的特征位。7. 计算机取指令的基本过程如下： 第一步：将程序计数器PC的指令地址送地址总线； 第二步：从内存单元读取待执行的指令经数据总线送指令寄存器； 第三步：程序计数器PC的值自加1，为取下一条指令做准备； 第四步：将指令寄存器中指令的操作码送指令译码器识别指令。8．计算机的主要技术指标主要有：和运算速度有关的包括主频、字长、指令系统、核心数；和存储有关的包括存取周期、存储容量、数据带宽；还包括I/O速度、外设扩展能力、系统兼容性、可靠性等。 习题4答案判断题√（2）√（3）√（4）√（5）×（6）√（7）√（8）√（9）√（10）×选择题（1）(B)（2）(A)‌（3）(C)‌（4）(C)‌（5）(C)‌（6）(B)‌（7）(A)‌（8）(B)‌（9）(C)（10）(C)‌（11）(B)‌（12）(B)‌（13）(B)‌（14）(B)‌（15）(C)‌我们说一台计算机是可编程的设备，这句话是什么意思？答：计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。cpu功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。cpu由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的cpu的运作原理可分为四个阶段:提取(fetch)、解码(decode)、执行(execute)和写回(writeback)。cpu从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，并执行指令。你喜欢进行汇编语言程序设计吗？你认为什么个性的人适合这种繁琐的工作？答：略如果一个人有两台同类型的计算机，那么购买一个软件副本并把它安装在两台机器上是道德的吗？如果你认为“是”，论据是什么？如果你认为“不是”，你的理由是什么？答：购买一个软件，是购买了该软件的使用权。如果该软件允许多台机器使用，这种做法是可行的。如果该软件只能使用在一台计算机上，没有特别许可，这种做法就侵犯了软件著作权。学习程序设计的过程中要练习阅读代码的能力，把自己当成一台计算机，模拟阅读执行程序的每一条语句。下面给出一段程序，依次输入三个整数15、30、20，请模拟计算机的执行过程，给出执行完此程序后输出的结果。scanf("%d%d%d",&a,&b,&c); max=a; if(b>max) { max=b;}if(c>max) {max=c;}printf("%d\n",max);答：输出结果：30有下面三段循环结构的代码，请理解它们的区别，并模拟计算机的执行过程，给出执行完此程序后输出的结果。程序段1：sum=0; for(i=1;i<=50;i=i+2) {sum=sum+i; } printf("%d\n",sum);程序段2：sum=0;i=1; while(i<=50) {sum=sum+i;i=i+2;}printf("%d\n",sum);程序段3：sum=0;i=1; do{sum=sum+i;i=i+2;}while(i<=50); printf("%d\n",sum);答：输出结果：625作为一名计算机专业的学生，你认为如何才能学好程序设计语言？答：略请选择一门你感兴趣的语言（不包括C语言），上网查询该语言相关资料，对它的技术特点、应用领域做一个总结。答：略在了解编程语言和编译器的自主创新之路后，对于编译器的国产化研发之路，你有何思考？答：略第5章数据结构与算法答案一、选择题1.D2.B3.C4.B5.A6.B7.B8.C9.D10.C二、简答题1.算法是对特定问题求解步骤的一种描述，它是指令的有限序列，其中每一条指令表示一个或多个操作。具有以下要点：有穷性、确定性、可行性、输入、输出、高效性、健壮性、通用性。2.适用场景：对平均性能要求较高而最坏情况可接受的场景、资源充足且最坏情况发生概率极低的场景；复杂度分析应主要关注平均情况和最坏情况。3.解空间是指对于一个给定的问题，所有可能解的集合，即包含了所有满足约束条件或可能成为问题解的状态的集合。穷举法通过全面列举解空间中所有可能的解来寻找结果，优点是思路简单，但效率低下；而回溯法则在搜索过程中利用“剪枝”策略，当某一步已经不满足条件时就提前放弃该分支，从而减少不必要的计算，提高搜索效率。因此，回溯法是穷举法的优化版本，适合用于解空间较大、存在约束条件的问题。4.在计算斐波那契数列时，递归和迭代是两种常见的方法。递归是一种“自上而下”的方式，将问题逐层分解为更小的子问题。例如，求fib(5)会多次重复计算fib(3)、fib(2)等，导致时间复杂度呈指数增长，效率较低。但递归结构清晰，逻辑与数学定义一致，适合问题规模较小时使用。迭代则是“自下而上”的方式，从已知的fib(0)和fib(1)开始，逐步推算出目标值。每个数值只计算一次，避免了重复，时间复杂度为线性，效率更高，更适合处理大规模和高性能要求的场景。5.贪心算法是一种通过选择当前看似最优的选项来逐步构建解的算法，它通常不能保证找到全局最优解。这是因为贪心算法在每一步只考虑局部最优解，而没有考虑全局的约束或后续步骤的影响。贪心算法是一种在每一步选择中都采取当前状态下的最优决策的算法。有些问题可以用贪心算法求解而有些不行，主要取决于问题是否具有贪心选择性质和最优子结构性质。贪心选择性质：一个问题具有贪心选择性质是指通过局部最优的选择（贪心选择），能产生全局最优解；最优子结构性质：问题的最优子结构性质是指问题的最优解包含了子问题的最优解。例子：哈夫曼树的最优解取决于其左右子树的最优解，所以哈夫曼编码问题具有最优子结构性质，贪心算法可以奏效；在0-1背包问题中，物品不能分割，如果采用贪心策略，比如按照物品的价值重量比（vi/wi）来选择物品，先选择价值重量比高的物品，可能会因为某些价值重量比较高的物品重量较大，放入背包后导致背包容量很快被占满，而无法放入一些虽然价值重量比稍低但总价值更高的物品组合，从而无法得到全局最优解。习题6答案一选择题BCBBBBBBCBCBC简答题简述软件工程的主要目标。答案：合理预算成本、满足用户功能需求、提高软件可维护性、及时交付高质量产品。耦合与内聚的区别是什么？说明高内聚低耦合的优势。答案：耦合：模块间依赖程度，如数据耦合优于控制耦合。内聚：模块内元素相关性，如功能内聚优于偶然内聚。优势：模块独立性强，易于维护（如“用户登录模块”独立于“支付模块”）。软件测试中如何应用Pareto原理优化测试策略？答案：优先测试错误高发模块（如20%模块），集中资源修复关键问题。简述软件维护的四种类型及各自特点。答案：改正性维护：修复遗留错误。适应性维护：适应环境变化。完善性维护：增强功能。预防性维护：提升未来兼容性。结构化分析方法中，数据流图（DFD）的作用是什么？答案：描述系统逻辑模型，展示数据流动与处理过程，便于分析员与用户沟通。可行性分析需从哪些方面进行？答案：经济可行性（成本效益）、技术可行性（资源与风险）、法律可行性（合规性）。简述软件生命周期四个阶段的核心任务。答案：分析时期：定义需求与逻辑模型。设计时期：设计系统架构与模块。编码与测试：实现代码并验证功能。运行与维护：长期修复与优化。软件成本估算的四个过程是什么？答案：估算规模→估算工作量→估算工期→估算成本。黑盒测试与白盒测试的核心区别是什么？答案：黑盒关注功能与接口，白盒关注内部逻辑与路径覆盖。模块化设计的优势有哪些？答案：降低复杂度、便于协作、提高可维护性、支持代码复用。职业道德对软件开发的意义是什么？答案：保障用户信任（如数据安全）、促进团队协作（如代码规范）、履行社会责任（如避免技术滥用）第七章操作系统习题参考答案一、选择题1．D2．A3．D4．D5．B6．D7．D8．C9．A10．B11．A12．D13．B14．B15．A16．C17．B18．D19．B20．D二、简答题1.操作系统是裸机之上安装的第一层软件，管理着系统内所有的硬件和软件资源，同时为用户提供了方便使用计算机资源的接口，起着人机桥梁的作用。2.操作系统（OperatingSystem，简称OS）是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。并发指两个或两个以上的事件在同一时刻发生。并行指两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生。程序仅仅是指令和数据的有序集合，是静态的。从一个程序被选中执行，到其执行结束并再次成为一个程序的这段过程中，该段程序被称为一个作业。进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和处理机调度的独立单位。或者说，进程是一个在内存中运行的作业，它是从众多作业中选取出来并装入内存中的作业。死锁是指两个或两个以上的进程因为竞争资源而陷入的一种僵局，在这种僵局下，如果没有外力作用，将一直无法向前推进。3.分时系统和实时系统都有多路性、独立性和并发性，但分时系统指多个独立的终端用户提交的作业相互独立，并发执行，而实时系统则指收集的多路信息相互独立，而且实时系统没有交互性，对及时性要求较高。4.操作系统的接口是为了给用户提供一个方便使用计算机的界面而设置的。常用的操作系统接口主要有三种，分别是：命令接口、图形用户接口和程序接口。5.单道程序是一次只调入一道程序到内存中执行，它独占系统的所有资源，执行结束后再执行下一道程序，整体上具有顺序性。而多道程序设计技术一次调入多道程序到内存中，它们共享系统内的所有资源，执行的过程不是一气呵成，而是走走停停，具有并发性。6.分页和分区的最大区别在于分区是连续式内存分配，而分页是离散式内存分配。7.程与程序的区别在于，程序是静态的，进程有自己的生命周期，会随着程序的运行而创建，随着程序的执行结束而消亡，而且它可以和其他进程并发执行，特别是，同一个程序运行在不同的数据集合上将属于不同的进程。8.=1\*GB3①就绪态（Ready）就绪态指进程得到了除处理机之外的其他资源，只要得到处理机的调度就可以投入运行时所处的状态。。=2\*GB3②执行态（Running）执行态指进程得到了处理机的调度正在处理机上运行时所处的状态。=3\*GB3③阻塞态（Block）阻塞态指因某种事件发生进程放弃处理机的使用权而进入的一种等待状态。三种基本状态之间的转换关系如下图所示。执行态执行态就绪态阻塞态得到CPU的调度时间片到等待某种事件等待的事件完成9.死锁产生的四个必要条件是：互斥条件，请求和保持条件，不可剥脱条件及环路等待条件。10.设备的独立性指用户编程时所使用的设备独立于具体的物理设备。好处：一是增加了设备分配时的灵活性，二是有利于I/O重定向。11.微机操作系统被分成了三种：单用户单任务OS，典型代表是DOS；单用户多任务OS，典型代表是Windows；多用户多任务OS，典型代表是UNIX和Linux。12.磁盘的访问时间是由寻道时间、旋转延迟是时间和传输时间三部分构成。其中，寻道时间是磁臂将磁头移动到包含目标扇区的柱面时间，；旋转延迟时间是指磁盘将目标扇区转动到磁头下的时间；而数据传输时间是指从磁盘读出数据或向磁盘写入数据的时间。13.引入目录的主要目的是按名存取文件。14.文件的绝对路径名从根目录开始并给出路径上的目录名直到指定的文件；文件的相对相对路径名从当前目录开始定义一个路径。15.UNIX操作系统的特性：(1)UNIX系统主要用C语言而不是特定于某种计算机系统的机器语言编写的，这使得系统易读，易修改，易移植，可以不经较大改动就很方便地从一个平台移植到另一个平台；(2)UNIX有一套功能强大的工具（命令），它们能够组合起来去解决许多问题，而这一工作在其他操作系统中则需要通过编程来实现；(3)UNIX操作系统本身就包含了设备驱动程序，具有设备无关性，可以方便地配置运行设备。习题8答案一、选择题1.A2.C3.A4.A5.D6.D7.B8.C9.B10.A11.D12.C13.A14.C15.B16.A17.C18.B19.A20.D二、简答题1.什么是数据库、数据库系统以及数据库管理系统？数据库是一个有组织的数据集合，用于高效存储、管理和处理数据。它以表、视图等结构化形式存储数据，能够支持数据的快速查询和更新操作。数据库系统则是数据库及其相关的软件组成的整体，它包括了数据库本身、数据库管理系统（DBMS）和应用程序。数据库系统使得数据可以被有效地管理，允许用户进行数据访问、管理、修改等操作。数据库管理系统（DBMS）是管理数据库的软件，它负责创建、维护、操作数据库，提供了数据定义、数据查询、数据更新、数据控制等多种功能。DBMS的核心目标是确保数据的一致性、完整性和安全性，提供一个高效的存储和访问平台。2.简要概述数据库管理系统的功能数据库管理系统（DBMS）具有多项关键功能，主要包括：数据定义功能，它允许用户定义数据库的结构和元素，如表、字段、索引等；数据操作功能，它支持增、删、改、查操作，用户通过SQL等语言进行数据查询和更新；数据控制功能，它确保数据的安全性、完整性与一致性，提供权限管理、事务管理等机制；事务管理功能，DBMS支持ACID特性（原子性、一致性、隔离性、持久性），确保在并发环境下多个事务能够安全执行；恢复管理功能，通过备份和恢复机制确保数据库在遭遇故障时能够恢复；优化功能，DBMS可以通过索引、查询优化等方式提高数据库的访问性能。3.数据库管理技术经历的阶段及特点数据库管理技术经历了多个发展阶段。首先是人工管理阶段，在这个阶段，数据由人工管理和操作，存储的数据通常是散乱的，无法有效地进行共享和更新，管理效率低且容易出错。接下来是文件系统阶段，在这个阶段，数据通过文件系统进行存储，每个应用程序维护自己的数据文件，缺乏数据共享和一致性控制，导致数据冗余和一致性问题。最后，随着计算机技术的进步，出现了数据库系统阶段，即引入了数据库管理系统（DBMS）来管理数据，提供了数据共享、数据完整性、事务处理、数据安全性等功能，从而解决了文件系统中的冗余问题，数据管理变得更高效、更可靠。这一阶段的数据独立性得到了显著提高，应用程序与数据之间的耦合度降低。4.国产数据库的种类国内的数据库市场逐渐发展，推出了多种国产数据库，涵盖了关系型、分布式、NoSQL等多种类型。常见的国产数据库包括：OceanBase，由阿里巴巴开发，是一个分布式数据库，广泛应用于大规模的在线交易系统；TiDB，由PingCAP公司开发，基于分布式技术，能够兼容MySQL，支持在线事务处理（OLTP）和在线分析处理（OLAP）；KingbaseES，由人大金仓开发，是一种支持关系型数据处理的数据库系统，具有高可用、高性能的特点，广泛应用于银行、政府等领域；人大金仓数据库，面向企业级用户，提供完整的数据库管理功能；Dragoon，由华为开发，属于面向云计算的数据库，具备高可扩展性和高可用性，适用于大规模数据管理。此外，还有如汉得数据库等其他国产数据库产品，它们在特定行业和场景中得到了广泛应用。5.数据库设计的阶段数据库设计通常分为多个阶段，主要包括：需求分析阶段，这个阶段主要是对系统的需求进行分析，理解用户的需求和业务逻辑，收集数据需求信息，为数据库的设计打下基础；概念设计阶段，在此阶段，设计者通常会使用实体-关系（E-R）模型来抽象数据的结构，定义实体、属性以及它们之间的关系，目标是构建出一个尽量接近用户需求的高层次数据模型；逻辑设计阶段，在此阶段，E-R模型会被转化为关系模型，设计人员会定义表结构、字段、数据类型等具体内容，并进行规范化，避免数据冗余和更新异常；物理设计阶段，根据系统的性能需求，设计者会关注数据库的物理存储和访问方式，如索引设计、数据分区、存储优化等，确保数据库能够高效地存储和处理大量数据；最后是实施阶段，此阶段会将之前的设计转化为实际的数据库系统，并进行数据的导入、测试与优化，确保数据库的实际运行效果与预期一致。6.什么是数据库规范化？简述其主要目标和作用。数据库规范化是一种通过一系列规则（称为规范化范式）对数据库进行结构化设计的过程，旨在减少数据冗余和提高数据的一致性。在规范化过程中，数据表会被拆分成更小、更具逻辑性和结构性的表，避免了重复存储数据，从而减小了更新、删除和插入操作时的异常情况（如更新异常、删除异常和插入异常）。数据库规范化的主要目标是消除数据冗余，确保数据的完整性，减少更新操作中的不一致性问题。通过规范化，可以提高数据库的设计质量，使数据存储更加高效和一致。7.什么是数据库的事务？简要说明ACID特性在数据库事务管理中的重要性。数据库事务是指一组被视为单个工作单元的数据库操作，要么完全执行成功，要么完全失败。事务通常用于确保数据在处理过程中保持一致性和完整性，避免出现中间状态导致数据错误或不一致的情况。ACID特性是数据库事务管理的核心，包含以下四个属性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。原子性确保事务要么完全执行，要么完全不执行；一致性确保事务在开始和结束时，数据库的状态是合法的；隔离性保证事务之间相互独立，不会相互影响；持久性确保一旦事务提交，数据的更改是永久性的，即使系统崩溃也不会丢失。ACID特性对于保证数据库操作的正确性、可靠性以及防止数据丢失和不一致性至关重要。8.简述关系型数据库与非关系型数据库的区别。关系型数据库（RDBMS）和非关系型数据库（NoSQL）是两种主要的数据库类型。关系型数据库基于关系模型，以表格的形式存储数据，表中的行表示数据记录，列表示数据的属性。关系型数据库具有严格的结构化模式，采用SQL语言进行数据查询和操作。它们强调数据的完整性、一致性和事务管理，适用于结构化数据和复杂查询的场景，典型的例子有MySQL、Oracle、SQLServer等。与此不同，非关系型数据库采用灵活的数据模型，可以存储结构化、半结构化和非结构化数据。非关系型数据库不依赖于固定模式，通常使用键值对、文档、列族、图等模型来存储数据，支持高并发、大规模的数据存储和快速查询。它们通常具有较高的扩展性和灵活性，适用于大数据处理和分布式系统，常见的有MongoDB、Cassandra、Redis等。关系型数据库适合传统的事务型应用，而非关系型数据库更适合现代的互联网应用、大数据处理和实时数据分析。9.简要说明数据库索引的作用及其在查询优化中的重要性。数据库索引是一种通过数据结构（如B树、哈希表等）对数据库表中的数据进行快速查找的机制。它类似于书籍的目录，可以帮助数据库管理系统在查询时快速定位到特定的数据行，从而避免全表扫描。索引在数据库查询优化中起着至关重要的作用，特别是在查询中涉及大量数据时，索引能够显著提高查询速度。通过索引，数据库可以减少磁盘I/O操作，提高数据访问的效率，尤其是在多条件查询、大数据量查询、排序和聚合操作时。尽管索引提高了查询效率，但它也带来了额外的存储开销，并且在数据插入、更新和删除时需要额外的处理成本。因此，合理设计和使用索引对于数据库性能至关重要。常见的索引类型包括单列索引、复合索引、唯一索引等。10.简述数据库设计中概念设计、逻辑设计和物理设计的主要区别和内容。数据库设计通常分为三个阶段：概念设计、逻辑设计和物理设计。这三个阶段分别解决了从抽象的用户需求到实际数据库实现的不同问题。概念设计阶段的主要任务是理解和定义数据库的结构，通常通过实体-关系（E-R）模型来表示数据和它们之间的关系。在这个阶段，设计师关注的是数据库的高层次结构，而不涉及数据库的具体实现。逻辑设计阶段则是在概念设计的基础上，将E-R模型转换为关系模型，并根据需要进行规范化，定义表、字段、数据类型等内容。这个阶段的设计更加具体，但仍不涉及物理存储的细节。物理设计阶段关注数据库的实际存储和访问优化问题，设计如何在磁盘中存储数据，包括索引的选择、数据分区、存储设备的使用等。物理设计的目标是确保数据库在高并发、大数据量环境下的高效运行。通过这三个阶段的设计，可以确保数据库既满足用户需求，又能实现高效的存储和查询性能。参考答案选择题D.解析：计算机网络按覆盖范围分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。B.解析：数据链路层负责帧的封装、传输及差错检测。C.解析：光纤以光信号传输，抗电磁干扰能力最强。B.解析：交换机根据MAC地