计算机科学导论-基于计算思维的思想与方法（第4版）-习题及答案ch01

第一章计算机科学概述选择题1-5DBDDC6-10CBADB问答题1.冯·诺依曼结构计算机的基本思想是什么?“储存程序式计算机"结构思想2.计算机采用二进制有何优点?(1)电路简单：与十进制数相比，二进制数在电子元件中容易实现。因为制造仅有两种不同稳定状态的电子元件要比制造具有十种不同稳定状态的电子元件容易得多。(2)工作可靠：用两种状态表示两个代码，数字传输和处理不易出错，因此可靠性好。(3)运算简单：二进制只有4种求和与求积运算规则：求和：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10。求积：0x0=0；0x1=0；1x0=0；1x1=1。十进制数的求和运算从0+0=0到9+9=18的加法规则有100条，求积运算从0x0=0到9×9＝81的乘法规则也是100条。显然，二进制数比十进制数的运算要简单得多。(4)逻辑性强：计算机的工作原理是建立在逻辑运算基础上的。二进制只有“1”和“0”两种状态，正好与逻辑命题中的“是”和“否”对应。3.目前，计算机主要应用在哪些领域?1.科学计算(ScientificCompute)2.信息管理(InformationManagement)3.实时控制(Real-timeControl)4.系统仿真(SystemSimulation)5.计算机辅助系统(ComputerAidedSystem)6.多媒体应用(Multi-mediaApplication)7.网络通信(NetworkCommunication)8.人工智能(ArtificialIntelligence)4.现代计算机科学体系的形成与哪些基础理论有关?1.布尔提出的逻辑代数尽管布尔代数是用文字符号来代替数码，以表示变量，但这种变量的取值范围仅限于取“0”和“1”，所以逻辑变量是二值的，因此被称之为二值逻辑。这种简化的二=值逻辑为数字计算机的二进制运算、开关逻辑元件和逻辑电路的设计与简化铺平了道路，并为二进制数字计算机的研制奠定了理论基础。2.香农提出的逻辑电路自从香农通过继电器开关电路实现了布尔代数运算之后，人们在计算机的设计中开始采用逻辑代数来分析和设计逻辑电路，今天，计算机中的芯片都是由数以万计的微小逻辑部件组成的。3.维纳提出的计算机设计原则设计原则对新一代计算机的研制具有重要的指导意义，在计算机发展史上，维纳为计算机的设计理论做出了不可磨灭的贡献。4.图灵提出的图灵机和图灵测试图灵机是一种十分简单但运算能力很强的计算装置，用来计算可以想像得到的可计算函数，它不仅解决了纯数学基础理论问题，而且在理论上证明了研制通用数字计算机的可行性。5.冯·诺依曼提出的EDVACEDVAC之所以能自动高效地工作，其关键是冯·诺依曼的“存储程序控制”概念的提出和实现，以及采用二进制。EDVAC的研制成功标志着计算机科学体系的形成，从此揭开了现代计算机研究的序幕，开启了现代计算机发展的新纪元，因而使得冯·诺依曼被称为“计算机之父”。5.冯.诺依曼对计算机的贡献主要体现在哪些方面?冯·诺依曼提出了2进制思想与程序内存思想EDVAC的研制成功标志着计算机科学体系的形成，从此揭开了现代计算机研究的序幕，开启了现代计算机发展的新纪元，因而使得冯·诺依曼被称为“计算机之父”。6.什么是冯·诺依曼结构计算机的技术瓶颈?Neumann体系结构的最大局限是存储器和处理器之间的通路太狭窄，即每次只能执行一条指令，即使扩大存储容量和提高CPU的速度，但与提高系统的整体性能不成等比关系，因而其意义不大，人们将这种现象称为“冯·诺依曼瓶颈”。7.计算机体系结构的演变包括哪些方面?计算机体系结构是指计算机硬件系统的基本架构，主要研究软/硬件功能分配和对软/硬件界面的确定，即确定哪些功能由软件实现，哪些功能由硬件实现。现代计算机在Neumann结构基础上经过几十年的发展，在硬件系统的结构上由以运算器为中心演变成以存储器为中心的结构形式。8.决定计算机性能的因素有哪些?现代计算机的结构组成及其功能特点，决定了计算机系统的性能，并且一般以字长、内存容量、存取周期、主频、运算速度、外围设备的配置、系统软件、应用软件的配置等指标来衡量。9.当前，计算机的发展趋势主要体现在哪些方面?1.微型化(Micromation)由于微电子技术的高速发展，超大规模集成芯片技术水平不断提高，使得计算机的结构发生了巨大变革，曾经的大中型计算机在体形上从“庞然大物”已演变成“笔记本”式，而功能越来越强，能随身携带。随着微电子技术的综合使用，计算机的体型还会不断演变、缩小。2.巨型化(Giganticism)现代科学技术，尤其是国防技术的发展，需要高速度大容量的计算机，促使巨型机得到高速发展。3.网络化(Networking)网络化是20世纪90年代计算机发展的一大趋势，也是计算机应用模式的一个巨大变革。通过网络，任何地方、任何种类和任意数目的计算机可以运行需要的程序，并在任意时刻相互通信，极为方便地实现了网络中各系统间的信息交换，使信息和资源得到高效的共享。现在，计算机网络已遍布世界各地，广泛应用于情报、金融、信息管理系统等领域，是现代信息社会的重要标志。4.智能化(Intelligentize)智能化是用计算机来模拟人的感觉、行为、思维过程的机理，使计算机具备逻辑推理、自我学习等能力，目前最具代表性的两个领域是专家系统和机器人。智能化的特点主要体现在逻辑思维和推理方面。智能化是计算机理论科学研究的一个重要领域，发展极为迅速，在人们的生活和工作中随处体现计算机的智能化。5.多媒体化(Multimedia)多媒体技术是集多种媒体信息的处理、协调于一体，集微电子与计算机技术于一身的综合信息处理技术。由于计算机的智能化，多媒体技术能把数值、文字、声音、图形、图像、动画等集成在一起，进行交互式处理，因而具有多维性、集成性和交互性的特点。10.非冯·诺依曼结构计算机的研究主要有哪些方面?根据目前研究进展，利用非电子器件研制新一代计算机的主要技术有超导技术、光技术、生物技术和量子技术，利用这些技术研究新一代计算机已成为目前世界各国研究的焦点，也是未来人工智能计算机的希望所在。1.超导计算机(SuperconductorComputer)超导计算机是指使用超导集成电路组成的计算机，由于该超导材料由约瑟夫逊发明，也被称为约瑟夫逊计算机(JosephsonComputer)。超导体开关速度比现有半导体的开关快10~100倍，功耗仅为半导体器件的1/100~1/1000，因此可以实现最紧密排布，可做成运算速度每秒几百亿亿次的超速计算机。2.光子计算机(PhotonComputer)光子计算机是指以光子代替电子、光互连代替导线互连、光硬件代替电子硬件、光运算代替电运算的数字计算机。研究表明，光子计算机比电子计算机的运算速度快1000倍以上。3.量子计算机(QuantumComputer)量子计算机是指利用量子力学规律进行高速运算、存储及处理量子信息的计算机。量子计算机由存储器和逻辑门组成，是利用量子力学特有的物理现象代替传统计算机遵循的经典物理定律实现全新的信息处理方式。4.生物计算机(BiologicalComputer)生物计算机是指以脱氧核糖核酸(DeoxyriboNucleicAcid，DNA)处理问题的方式为模型的计算机。由于生物系统的信息处理过程是基于生物分子的计算和通信过程，因此也被称为分子计算机。5.智能计算机(IntelligentComputer)随着计算机在各领域的广泛应用及其应用要求的不断提升，加上Neumann体系结构的局限性，因而迫切需要具有自学习功能、联想功能、推理功能、识别功能、解决非确定性问题的智能.计算机。机器要具有智能功能，必须具有神经网络系统。谈论题1.自古以来，人类一直在不断发明和改进计算工具，计算机的形成与发展对你有何启示?略2.计算机的产生是20世纪最伟大的成就之一，它对人类社会的发展带来了哪些好处?1、科学计算。这也是计算机最初研发的初衷，是为了能够比人更快速更有效率的完成计算任务，从最初的每秒几千次计算，到每秒几亿次起，计算机的科学研究领域的贡献是巨大的。通过计算机的高精度高速计算及大容量存储与持续计算的能力，在很多人工无法解决的科学计算领域发挥着重要的作用。科学计算一直是计算机应用的一个重要领域。2、信息处理。计算机能有效的收集、存储、整理、分类、加工、利用各种数据。信息的处理一般应用于某些专业领域，不涉及复杂的数学计算等，更多的是对大量的数据进行综合的分析和处理，有时效性和及时性的要求。有数据显示，70％以上的计算机主要用于数据处理，经过发展从文件系统为手段、数据库技术为工具到现在以数据库、模型库和方法库为基础为管理者提供决策依据的决策支持系统。3、过程控制。利用计算机程序的特性，能对连续工作的对象实现自动控制，根据收集的数据，通过计算，根据计算结果对控制对象