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）整体情况初期阶段算盘（古代）——数在计算过程中的存储→→帕斯卡机（1642）——可自动计算的机械→→莱布尼茨（1674）——二进制、连续重复自动计算→→杰卡德“打孔卡”（1805）——输入手段→→巴贝奇分析机（1834）——程序的实现→→布尔代数（1854）——计算机硬件逻辑设计电子管时代电子管：1895年，弗莱明，可存储和控制二进制数的电子元器件电子管→→继电器逻辑→→计算机三原则计算机器：ABC计算机（第一台具有现代计算机雏形）→→“巨人”（计算机的成功应用）→→ENIAC计算机（由众多电子原件组成）→→磁芯（存储问题）→→“马克”3号计算机（使用磁鼓）→→冯·诺依曼计算机（机构上的创新）晶体管时代晶体管：可存储和控制二进制数的电子元器件,相比电子管，体积小、可靠性高计算机器：TRADIC（1953）→→磁盘存储系统（1956）→→巨型机（1963）集成电路时代集成电路：将基本的元器件封装与集成在一起的芯片，它实现了数量众多元器件的封装与集成半导体集成电路（1959）→→第三代计算机（1964）→→小型机（1965）微处理器时代INTEL微处理器（1971）→→８位，１６位微处理器，开辟了个人电脑时代（1974）→→处理器功能越来越强大字长：8位→16位→32位→64位主频：几MHz→几十MHZ→几百MHz→几GHz→几十GHz晶体管数量：几万→几十万→几百万→几千万→几亿颗（二）其它情况１）计算机系统： 8080处理器计算机牛郎星（1974）→→IBMPC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：IBMPC内置硬盘→→SerialATA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：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。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。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。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。递归是算法和程序设计的一种实现技术，递归方法的基础是数学归纳法。数学归纳法是一种用于证明与自然数有关的命题正确性的证明方法，该方法能用有限的步骤解决无穷对象的论证问题。数学归纳法广泛地应用于计算理论研究之中，如算法的正确性证明、图与树的定理证明等方面。数学归纳法由归纳基础和归纳步骤构成：假定对一切正整数n,有一个命题P(n),若以下证明成立,则P(n)为真。(1)归纳基础:证明P(1)为真；(2)归纳步骤:证明对任意的k，若P(k)为真，则P(k+1)也为真。 与递归有关的概念有：递归关系、递归数列、递归过程、递归算法、递归程序、递归方法等。递归关系指的是一个数列的若干连续项之间的关系；递归数列指的是由递归关系所确定的数列；递归过程指的是调用自身过程的过程；递归算法指的是包含递归过程的算法；递归程序指的是直接或间接调用自身程序的程序；递归方法也称递推法，是一种在有限步骤内，根据特定的法则或公式，对一个或多个前面的元素进行运算得到后续元素，以确定一系列元素如数或函数的方法。递归的具体实例： n+1若m=0阿克曼函数A(m,n)=A((m-1),1)若n=0A(m-1,A(m,n-1))若m,n>0计算的程序可由下图表示：V(n-1)=Callf(n-1)Ends:返回V(n)由V(n-1)计算V(n)IFn=1Then{V(n)=V;gotoEnds}ELSE{continue}说明：判断是否递归基础，如果是则返回递归基础值V；否则继续执行下面步骤。接受传进参数n定义n相关的变量V(n),V(n-1)V(n-1)=Callf(n-1)Ends:返回V(n)由V(n-1)计算V(n)IFn=1Then{V(n)=V;gotoEnds}ELSE{continue}说明：判断是否递归基础，如果是则返回递归基础值V；否则继续执行下面步骤。接受传进参数n定义n相关的变量V(n),V(n-1) 写成程序如下：IntA(m,n){intS=0;Beginifm=0then{S=n+1;}elseifn=0then{S=A(m-1,1);}else{S=A(m-1,A(m,n-1));}endifendifEndReturnS}计算机导论作业作业５：绘制一张自己的能力培养路线图，并标示每门核心课程在自己能力培养方面的价值所在(学什么内容，培养什么能力)?答：计算机数学思维的培养路线及典型核心课《工科数学分析》确定性数学理论的学习通过计算机数学理论主线课程的学习，强化抽象思维与逻辑思维能力的培养，深入理解计算系统的本质，以及什么是可计算的、能计算的等《线性代数》《离散数学》研究离散对象的结构、性质及运算的理论《形式语言与自动机》研究符号化语言即形式对象的表达、性质及符号化语言的识别及运算计算机硬件基础的培养路线及各核心课程《汇编语言程序设计》机器指令级别上的程序设计，训练利用程序控制硬件的能力通过硬件系统与工程主线的学习，强化计算原理、模型分析、系统设计、工程实现能力的培养，深入理解硬件与现代计算系统的基本原理和构造方法。《数字逻辑》讲述元器件及逻辑电路设计的基本知识，培养逻辑电路的基本设计能力《计算机组成原理》介绍计算机的构成、实现及工作机理《嵌入式系统设计》强调芯片的应用，利用芯片搭建各种逻辑电路，进行各种应用计算机软件基础的培养路线及各核心课程《高级语言程序设计》训练用机器无关语言编写程序进行问题求解的能力通过软件系统与工程主线的学习，强化学生抽象能力、设计能力、工程实现能力与工程管理能力的培养，使学生深入理解算法与软件系统的基本原理和构造方法。《数据结构与算法》介绍了常用的数据存储结构及对这些存储结构的操作技巧《算法设计与分析》介绍了典型问题求解算法的设计策略及算法分析的基本方法《操作系统》管理计算机硬件资源和程序的运行《编译系统》解决计算机语言的编译实现技巧问题《数据库系统》信息管理领域的基础系统，训练抽象与设计能力与信息管理能力实践能力培养从课程实验到设计与实践课，最后到毕业设计。从数字电路实验、计算机组成原理实验，到计算机综合设计与实践，再到嵌入式系统/接口系统设计与实践。从数据结构与算法实验、程序设计实验，到算法与程序综合设计与实践，再到操作系统设计与实践，编译系统设计与实践，数据库系统设计与实践，再到软件设计与工程实践。在前二者基础上再到计算机软硬件综合课程设计。再结合大学生创新实践、ACM比赛、数学建模比赛、电子设计大赛、学生俱乐部等辅助实践能力的培养。计算机导论作业作业６：查阅资料叙述互联网能给我们带来哪些工作和生活模式的变迁?答：互联网，即由多个计算机网络相互连接而成，而不论采用何种协议与技术的网络。互联网是一个面向公众的社会性组织。世界各地数以万计的人们可以利用互联网进行信息交流和资源共享。而又有成千上万的人自愿地花费自己的时间和精力蚂蚁般地辛勤工作，构造出全人类所共同拥有的互联网，并允许他人去共享自己的劳动果实。互联网反映了人类所共赏的无私精神，互联网也使人们学会如何更好地和平共处。互联网是人类社会有史以来第一个世界性的图书馆和第一个全球性论坛。任何人，无论来自世界的任何地方，在任何时候，他（她）都可以参加，互联网永远不会关闭。而且，无论你是谁，你永远是受欢迎的。你不会由于不同的肤色、不同的穿戴、不同的宗教信仰而被排挤在外。在当今的世界里，唯一没有国界、没有歧视、没有政治的生活圈属于互联网。通过网络信息的传播，全世界任何人，不分国籍、种族、性别、年龄、贫富，互相传送经验与知识，发表意见和见解。互联网是人类历史发展中的一个伟大的里程碑，它正在对人类社会的文明悄悄地起着越来越大的用。也许会像瓦特发明的蒸汽机导致了一场工业革命一样，互联网将会极大地促进人类社会的进步和发展，互联网和我们的生活息息相关。随着技术的不断进步，互联网一方面促进着社会的发展，另一方面互联网本身也给我们的工作和生活带来了许多变迁。曾经有一句话非常流行：知识改变命运。而现在，我们可以提出这样的口号：网络改变生活。基本的数字表示：53％的互联网用户在节日期间向亲友发送电子邮件讨论节日安排——对互联网经验较为丰富以及高收入和高教育水平的用户较偏爱这种交流方式。32％的互联网用户向亲朋好友发送电子贺卡——年轻的互联网用户特别喜爱这种方式。24％的互联网用户上网获得商品信息和庆祝节日的主意——子女在18岁以下的父母是最大比例的消费者。27％的父母在网络寻找节庆相关的资料——女性比男性更多地从事这一行为。14％的互联网用户通过网络研究宗教和传统的信息。非常清楚地看出人们更多地将互联网看作是信息收集和沟通交流的工具，其次才是商业交易的场所。互联网首先影响于社会领域：互联网改进了人们与家人和朋友的联系，帮助人们从事于其业余爱好，学习和找到答案。正如网上流行的一句戏称——“知之为知之，不知Google知”，搜索引擎已然成为网民使用率很高的一项重要应用。大到国计民生，小到生活点滴，人们都可能通过搜索引擎了解相关信息或者相关问题的解决方法。有了搜索引擎，互联网俨然已经成为网民生活中的百科全书，很大程度上改变了人们获取信息和解决问题的方式。CNNIC调查报告显示，搜索引擎是用户得知新网站的最主要途径。除了传统的应用、基础的应用之外，互联网上的新兴应用层出不穷。根据CNNIC发布的《第22次中国互联网络发展状况统计报告》显示，目前排名前十位的网络应用是：网络音乐、网络新闻、即时通信、网络视频、搜索引擎、电子邮件、网络游戏、博客/个人空间、论坛/BBS和网络购物。在互联网影响越来越多人的同时，也逐渐深入到人们生活中越来越多的方面，深刻改变着人们的生活。每日打开电脑上网浏览新闻网页已经成为绝大部分网民关心家事国事天下事的主要途径。对其他新闻传播途径，比如报纸、电视等，网络新闻有着不可比拟的综合优势，既可以方便、快速地浏览最新最多的新闻，也可以浏览过去的一系列相关新闻及背景。据CNNIC的统计，2008年6月底，我国网民的网络新闻使用率高达81.5%，成为我国互联网的第二大应用。2008年以来，随着包括奥运会在内的我国一系列重大新闻事件的报道和美国大选等国际重大新闻的报道，互联网在新闻传播领域中的影响越来越大，已经成为最具发展潜力的主流媒体。网络媒体在北京奥运会的报道中大显神威。在奥运火炬登顶珠峰的活动中，记者利用具有即拍即传功