計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論第三版答案.doc

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第1章 概 述 習(xí)題(答案) 一．選擇題 1. D 2. B 3. CD 4. C 5.A 6. ABC 7. A 8. C 9.B 10. B 11. C 12. A 13. ABC 14.B 15. ABCD 16.C 17.ABCDE 二．簡(jiǎn)答題 1．簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段 計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是20世紀(jì)最輝煌的成就之一，按照采用的電子器件劃分，計(jì)算機(jī)大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。 1. 第一代計(jì)算機(jī)(1946—1957) 其主要特征是邏輯器件使用了電子管，用穿孔卡片機(jī)作為數(shù)據(jù)和指令的輸入設(shè)備，用磁鼓或磁帶作為外存儲(chǔ)器，使用機(jī)器語(yǔ)言編程。第一臺(tái)計(jì)算機(jī)需要工作在有空調(diào)的房間里，如果希望它處理什么事情，需要把線路重新連接接，把成千上萬(wàn)的線重新焊接。 1949年發(fā)明了可以存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)使用機(jī)器語(yǔ)言編程，可存儲(chǔ)信息和自動(dòng)處理信息，存儲(chǔ)和處理信息的方法開(kāi)始發(fā)生革命性的變化。 第一代計(jì)算機(jī)體積大、運(yùn)算速度低、存儲(chǔ)容量小、可靠性低。幾乎沒(méi)有什么軟件配置，主要用于科學(xué)計(jì)算。盡管如此，第一代計(jì)算機(jī)卻奠定了計(jì)算機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，如二進(jìn)制、自動(dòng)計(jì)算及程序設(shè)計(jì)等，對(duì)以后計(jì)算機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。其代表機(jī)型有：ENIAC、IBM650(小型機(jī))、IBM709(大型機(jī))等。 2. 第二代計(jì)算機(jī)(1958—1964) 其主要特征是使用晶體管代替了電子管，內(nèi)存儲(chǔ)器采用了磁芯體，引入了變址寄存器和浮點(diǎn)運(yùn)算部件，利用I/O處理機(jī)提高了輸入輸出能力。這不僅使得計(jì)算機(jī)的體積縮小了很多，同時(shí)增加了機(jī)器的穩(wěn)定性并提高了運(yùn)算速度，而且計(jì)算機(jī)的功耗減小，價(jià)格降低。在軟件方面配置了子程序庫(kù)和批處理管理程序，并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及相應(yīng)的編譯程序，降低了程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。除應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算外，它還開(kāi)始應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理和工業(yè)控制等方面。其代表機(jī)型有IBM7090、IBM7094、CDC7600等。 3. 第三代計(jì)算機(jī)(1965—1972) 其主要特征是用半導(dǎo)體中、小規(guī)模集成電路(Integrated Circuit，IC)作為元器件代替晶體管等分立元件，用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器代替磁芯存儲(chǔ)器，使用微程序設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)化處理機(jī)的結(jié)構(gòu)，這使得計(jì)算機(jī)的體積和耗電量顯著減小，而計(jì)算速度和存儲(chǔ)容量卻有較大提高，可靠性也大大加強(qiáng)。在軟件方面則廣泛地引入多道程序、并行處理、虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)和功能完備的操作系統(tǒng)，同時(shí)還提供了大量的面向用戶的應(yīng)用程序。計(jì)算機(jī)開(kāi)始定向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化，此外，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入到許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。代表機(jī)器有IBM 360系列、富士通F230系列等。 4. 第四代計(jì)算機(jī)(1972年至今) 其主要特征是使用了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，使計(jì)算機(jī)沿著兩個(gè)方向飛速向前發(fā)展。一方面，利用大規(guī)模集成電路制造多種邏輯芯片，組裝出大型、巨型計(jì)算機(jī)，使運(yùn)算速度向每秒十萬(wàn)億次、百萬(wàn)億次及更高速度發(fā)展，存儲(chǔ)容量向百兆、千兆字節(jié)發(fā)展，巨型機(jī)的出現(xiàn)，推動(dòng)了許多新興學(xué)科的發(fā)展。另一方面，利用大規(guī)模集成電路技術(shù)，將運(yùn)算器、控制器等部件集成在一個(gè)很小的集成電路芯片上，從而出現(xiàn)了微處理器。微型計(jì)算機(jī)、筆記本型和掌上型等超微型計(jì)算機(jī)的誕生是超大規(guī)模集成電路應(yīng)用的直接結(jié)果，并使計(jì)算機(jī)很快進(jìn)入到尋常百姓家。完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具和商品化的應(yīng)用程序的大量涌現(xiàn)，以及通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的階段。 現(xiàn)在很多國(guó)家正在研制新一代的計(jì)算機(jī)，新一代計(jì)算機(jī)將是微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、電子仿生技術(shù)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。它能進(jìn)行知識(shí)處理、自動(dòng)編程、測(cè)試和排錯(cuò)，以及用自然語(yǔ)言、圖形、聲音和各種文字進(jìn)行輸入和輸出。新一代計(jì)算機(jī)的研究目標(biāo)是打破計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，使得計(jì)算機(jī)能夠具有像人那樣的思維、推理和判斷能力。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的非傳統(tǒng)計(jì)算技術(shù)有超導(dǎo)計(jì)算、量子計(jì)算、生物計(jì)算、光計(jì)算等。未來(lái)的計(jì)算機(jī)可能是超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)或DNA計(jì)算機(jī)等。 2. 簡(jiǎn)述中國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程。 1. 華羅庚和我國(guó)第一個(gè)計(jì)算機(jī)科研小組 華羅庚教授是我國(guó)計(jì)算技術(shù)的奠基人和最主要的開(kāi)拓者之一。當(dāng)馮·諾依曼開(kāi)創(chuàng)性地提出并著手設(shè)計(jì)EDVAC時(shí)，正在美國(guó) Princeton大學(xué)工作的華羅庚教授參觀過(guò)他的實(shí)驗(yàn)室，并經(jīng)常與他討論有關(guān)學(xué)術(shù)問(wèn)題。1952年，全國(guó)大學(xué)院系進(jìn)行調(diào)整，他從清華大學(xué)電機(jī)系物色了閔乃大、夏培肅和王傳英三位科研人員，在他擔(dān)任所長(zhǎng)的中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)所內(nèi)建立了中國(guó)第一個(gè)電子計(jì)算機(jī)科研小組。1956年，在籌建中科院計(jì)算技術(shù)研究所時(shí)，華羅庚教授擔(dān)任籌備委員會(huì)主任。 2. 第一代電子管計(jì)算機(jī)研制(1958—1964) 我國(guó)從1957年開(kāi)始研制通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，1958年8月1日該機(jī)研制成功，可以表演短程序運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生。為紀(jì)念這個(gè)日子，該機(jī)定名為八一型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。該機(jī)在738廠開(kāi)始小量生產(chǎn)，改名為103型計(jì)算機(jī)(即DJS-1型)，共生產(chǎn)38臺(tái)。 1958年5月我國(guó)開(kāi)始了第一臺(tái)大型通用電子計(jì)算機(jī)(104機(jī))研制(如圖1.2所示)，以前蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)正在研制的БЭСМ-II計(jì)算機(jī)為藍(lán)本，在前蘇聯(lián)專(zhuān)家的指導(dǎo)幫助下，中科院計(jì)算所、四機(jī)部、七機(jī)部和部隊(duì)的科研人員與738廠密切配合，于1959年國(guó)慶節(jié)前完成了研制任務(wù)。 在研制104機(jī)同時(shí)，夏培肅院士領(lǐng)導(dǎo)的科研小組首次自行設(shè)計(jì)于1960年4月研制成功一臺(tái)小型通用電子計(jì)算機(jī)，即107機(jī) 1964年我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的大型通用數(shù)字電子管計(jì)算機(jī)119機(jī)研制成功(如圖1.4所示)，平均浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)到5萬(wàn)次/每秒。 (3) 第二代晶體管計(jì)算機(jī)研制(1965—1972) 1965年研制成功的我國(guó)第一臺(tái)大型晶體管計(jì)算機(jī)(109乙機(jī)，共用2萬(wàn)多支晶體管，3萬(wàn)多支二極管)。對(duì)109乙機(jī)加以改進(jìn)，兩年后又推出109丙機(jī)，為用戶運(yùn)行了15年，有效算題時(shí)間10萬(wàn)小時(shí)以上，在我國(guó)兩彈試驗(yàn)中發(fā)揮了重要作用，被用戶譽(yù)為“功勛機(jī)”。 同時(shí)華北計(jì)算所先后研制成功108機(jī)、108乙機(jī)(DJS-6)、121機(jī)(DJS-21)和 320機(jī)(DJS-6)，并在738廠等五家工廠生產(chǎn)。哈軍工(國(guó)防科大前身)于1965年2月成功推出了441B晶體管計(jì)算機(jī)并小批量生產(chǎn)了40多臺(tái)。 (4) 第三代基于中小規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)研制(1973—20世紀(jì)80年代初) 我國(guó)于1970年初期陸續(xù)推出大、中、小型采用集成電路的計(jì)算機(jī)。1973年，北京大學(xué)與北京有線電廠等單位合作研制成功運(yùn)算速度每秒100萬(wàn)次的大型通用計(jì)算機(jī)。進(jìn)入80年代，我國(guó)高速計(jì)算機(jī)，特別是向量計(jì)算機(jī)有了新的發(fā)展。1983年中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所完成我國(guó)第一臺(tái)大型向量機(jī)（757機(jī)，如圖1.6所示）計(jì)算速度達(dá)到1000萬(wàn)次/每秒。 同年，國(guó)防科技大學(xué)研制的銀河-Ⅰ億次巨型計(jì)算機(jī)（如圖1.7所示）是我國(guó)高速計(jì)算機(jī)研制的一個(gè)重要里程碑，它標(biāo)志著我國(guó)文革動(dòng)亂時(shí)期與國(guó)外拉大的距離又縮小到7年左右(銀河-Ⅰ的參考機(jī)克雷-Ⅰ于1976年推出)。 (5) 第四代基于超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)研制(20世紀(jì)80年代中期至今) 和國(guó)外一樣，我國(guó)第四代計(jì)算機(jī)研制也是從微機(jī)開(kāi)始的。1980年初我國(guó)很多單位也開(kāi)始采用Z80、X86和M6800芯片研制微機(jī)。1983年12月電子部六所研制成功與IBM PC機(jī)兼容的DJS-0520微機(jī)。 1992年國(guó)防科技大學(xué)研究成功銀河-Ⅱ通用并行巨型機(jī)，峰值速度達(dá)4億次/每秒浮點(diǎn)運(yùn)算(相當(dāng)于每秒10億次基本運(yùn)算操作)，總體上達(dá)到80年代中后期國(guó)際先進(jìn)水平。 從上世紀(jì)90年代初開(kāi)始，國(guó)際上采用主流的微處理機(jī)芯片研制高性能并行計(jì)算機(jī)已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。1993年，國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開(kāi)發(fā)中心成功研制曙光一號(hào)全對(duì)稱共享存儲(chǔ)多處理機(jī)；1995年，該中心又推出了中國(guó)第一臺(tái)具有大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP)結(jié)構(gòu)的并行機(jī)曙光1000(含36個(gè)處理機(jī))，峰值速度25億次/每秒浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)際運(yùn)算速度上了10億次/每秒浮點(diǎn)運(yùn)算這一高性能臺(tái)階。 1997年國(guó)防科技大學(xué)成功研制銀河-Ⅲ百億次并行巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用可擴(kuò)展分布共享存儲(chǔ)并行處理體系結(jié)構(gòu)，由130多個(gè)處理結(jié)點(diǎn)組成，峰值性能為130億次/每秒浮點(diǎn)運(yùn)算，系統(tǒng)綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到90年代中期國(guó)際先進(jìn)水平。 國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開(kāi)發(fā)中心與曙光公司于1997至1999年先后在市場(chǎng)上推出具有機(jī)群結(jié)構(gòu)的曙光1000A，曙光2000-Ⅰ，曙光2000-Ⅱ超級(jí)服務(wù)器，峰值計(jì)算速度已突破1000億次/每秒浮點(diǎn)運(yùn)算，機(jī)器規(guī)模已超160個(gè)處理機(jī)。2000年推出浮點(diǎn)運(yùn)算速度3000億次/每秒的曙光3000超級(jí)服務(wù)器。 2004年上半年推出每秒浮點(diǎn)運(yùn)算速度1萬(wàn)億次/每秒的曙光4000超級(jí)服務(wù)器。 3．什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)？ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ)的系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 4. 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大部分。 ① 運(yùn)算器 運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic Unit，ALU)，是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它的主要功能是對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算和與、或、非等基本邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷。運(yùn)算器是在控制器的控制之下實(shí)現(xiàn)其功能的，運(yùn)算結(jié)果由控制器發(fā)出的指令送到內(nèi)存儲(chǔ)器中。 ② 控制器 控制器主要由指令寄存器、譯碼器、程序計(jì)數(shù)器和操作控制器等組成，控制器是用來(lái)控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，并使整個(gè)處理過(guò)程有條不紊地進(jìn)行。它的基本功能就是從內(nèi)存中取出指令和執(zhí)行指令，即控制器按程序計(jì)數(shù)器指出的指令地址從內(nèi)存中取出該指令進(jìn)行譯碼，然后根據(jù)該指令功能向有關(guān)部件發(fā)出控制命令，執(zhí)行該指令。另外，控制器在工作過(guò)程中，還要接受各部件反饋回來(lái)的信息。 通常把運(yùn)算器、控制器集成在一個(gè)大規(guī)模集成電路板上稱為中央處理器，又稱CPU(Central Processing Unit)。 ③ 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶裝置，用于存放原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、最終結(jié)果和處理程序。為了對(duì)存儲(chǔ)的信息進(jìn)行管理，把存儲(chǔ)器劃分成存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元的編號(hào)稱為該單元的地址。各種存儲(chǔ)器基本上都是以1個(gè)字節(jié)作為一個(gè)存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)器內(nèi)的信息是按地址存取的，如要訪問(wèn)存儲(chǔ)器中的某個(gè)信息，就必須知道它的地址。向存儲(chǔ)器里存入信息也稱為“寫(xiě)入”，寫(xiě)入新的內(nèi)容將覆蓋原來(lái)的內(nèi)容。從存儲(chǔ)器里取出信息也稱為“讀出”，信息讀出后并不破壞原來(lái)存儲(chǔ)的內(nèi)容，因此信息可以重復(fù)讀出，多次利用。 通常把內(nèi)存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器合稱為計(jì)算機(jī)主機(jī)，也可以說(shuō)主機(jī)是由CPU與內(nèi)存儲(chǔ)器組成的，而主機(jī)以外的裝置稱為外部設(shè)備，外部設(shè)備包括輸入/輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器等。 ④輸入和輸出設(shè)備 輸入和出設(shè)備簡(jiǎn)稱I/O(Input/Output)設(shè)備。用戶通過(guò)輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果(如數(shù)字、字母、符號(hào)和圖形)顯示或打印出來(lái)。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)字化儀等；常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。 5．請(qǐng)解釋馮?諾依曼所提出的“存儲(chǔ)程序”概念。 把程序和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制的形式統(tǒng)一存放在存儲(chǔ)器中，由機(jī)器自動(dòng)執(zhí)行。不同的程序解決不同的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)通用計(jì)算的功能。 6．控制器的主要功能是什么？ 控制器基本功能就是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令，即控制器按程序計(jì)數(shù)器指出的指令地址從內(nèi)存中取出該指令進(jìn)行譯碼，然后根據(jù)該指令功能向有關(guān)部件發(fā)出控制命令，執(zhí)行該指令。另外，控制器在工作過(guò)程中，還要接受各部件反饋回來(lái)的信息。 7．簡(jiǎn)述CPU和主機(jī)的概念。 通常把運(yùn)算器、控制器做在一個(gè)大規(guī)模集成電路塊上稱為中央處理器，又稱CPU(Central Processing Unit)。 通常把內(nèi)存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器合稱為計(jì)算機(jī)主機(jī)，也可以說(shuō)主機(jī)是由CPU與內(nèi)存儲(chǔ)器組成的，而主機(jī)以外的裝置稱為外部設(shè)備，外部設(shè)備包括輸入/輸出設(shè)備，外存儲(chǔ)器等。 8．什么是計(jì)算機(jī)軟件？計(jì)算機(jī)軟件的分類(lèi)有哪些？ 軟件是指用來(lái)指揮計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種程序的總和以及開(kāi)發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需的技術(shù)文檔。 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件由操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)、以及各種軟件工具等各種軟件程序組成，指揮、控制計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)按照預(yù)定的程序運(yùn)行、工作，從而達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。應(yīng)用軟件是用戶利用計(jì)算機(jī)軟、硬件資源為解決各類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題而編寫(xiě)的軟件，包括用戶程序及其說(shuō)明性文件資料。 9．計(jì)算機(jī)有哪些主要的特點(diǎn)？ (1)運(yùn)算速度快、精度高 計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)越長(zhǎng)，其精度越高，現(xiàn)在世界上最快的計(jì)算機(jī)每秒可以運(yùn)算幾十萬(wàn)億次以上。一般計(jì)算機(jī)可以有十幾位甚至幾十位(二進(jìn)制)有效數(shù)字，計(jì)算精度可由千分之幾到百萬(wàn)分之幾，是任何計(jì)算工具所望塵莫及的。 (2)具有邏輯判斷和記憶能力 計(jì)算機(jī)有準(zhǔn)確的邏輯判斷能力和高超的記憶能力。能夠進(jìn)行各種邏輯判斷，并根據(jù)判斷的結(jié)果自動(dòng)決定下一步應(yīng)該執(zhí)行的指令。 (3)高度的自動(dòng)化和靈活性 計(jì)算機(jī)采取存儲(chǔ)程序方式工作，即把編好的程序輸入計(jì)算機(jī)，機(jī)器便可依次逐條執(zhí)行，這就使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化和靈活性。 10. 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)。 評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)有很多，通常人們從計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)、時(shí)鐘周期和主頻、運(yùn)算速度、內(nèi)存容量、數(shù)據(jù)輸入輸出最高速率等技術(shù)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 1．字長(zhǎng) 在計(jì)算機(jī)中，用若干二進(jìn)制位表示一個(gè)數(shù)或一條指令，前者稱為數(shù)據(jù)字，后者稱為指令字。字長(zhǎng)的直接影響計(jì)算機(jī)的功能強(qiáng)弱、精度高低和速度快慢。計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)，一次可以運(yùn)算的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度稱為一個(gè)“字”(Word)，字的長(zhǎng)度稱為字長(zhǎng)。一個(gè)字可以是一個(gè)字節(jié)(Byte，簡(jiǎn)稱B)，也可以是多個(gè)字節(jié)。常用的字長(zhǎng)有8位（bit）、16位、32位、64位等。如某一類(lèi)計(jì)算機(jī)的字由4個(gè)字節(jié)組成，則字的長(zhǎng)度為32位，相應(yīng)的計(jì)算機(jī)稱為32位機(jī)。 2．時(shí)鐘周期和主頻 計(jì)算機(jī)的中央處理器對(duì)每條指令的執(zhí)行是通過(guò)若干個(gè)微指令操作來(lái)完成的，這些微指令操作是按時(shí)鐘周期的節(jié)拍來(lái)“動(dòng)作”的，時(shí)鐘周期的微秒數(shù)反映出計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。有時(shí)也用時(shí)鐘周期的倒數(shù)——時(shí)鐘頻率(兆頻)，即人們常說(shuō)的主頻來(lái)表示。一般說(shuō)來(lái)，主頻越高(時(shí)鐘周期越短)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度越快。但是，主頻并不能全面準(zhǔn)確地反映計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，而每秒鐘執(zhí)行百萬(wàn)條指令數(shù)(MIPS)指標(biāo)則能較全面準(zhǔn)確地反映計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。近十年來(lái)，微計(jì)算機(jī)的主頻提高很快，例如，IBM PC/XT微機(jī)的CPU主頻為4.77MHz，而Pentium 4 CPU的主頻己超過(guò)1GMHz，并且在不斷提高。 3．運(yùn)算速度 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度是衡量計(jì)算機(jī)水平的一項(xiàng)主要指標(biāo)，它取決于指令執(zhí)行時(shí)間。運(yùn)算速度的計(jì)算方法多種多樣，目前常用單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行多少條指令來(lái)表示，而計(jì)算機(jī)執(zhí)行各種指令所需時(shí)間不同。因此，常根據(jù)在一些典型題目計(jì)算中，各種指令執(zhí)行的頻度以及每種指令的執(zhí)行時(shí)間來(lái)折算出計(jì)算機(jī)的等效速度。 4．內(nèi)存容量 存儲(chǔ)器的容量反映計(jì)算機(jī)記憶信息的能力，它常以字節(jié)為單位表示。存儲(chǔ)器的容量越大，則存儲(chǔ)的信息越多，計(jì)算機(jī)的功能越強(qiáng)。 計(jì)算機(jī)中的操作大多是與內(nèi)存交換信息，但內(nèi)存的存取速度相對(duì)CPU的算術(shù)和邏輯運(yùn)算的速度要低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，內(nèi)存的讀寫(xiě)速度也是影響計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的主要因素之一。 為了度量信息存儲(chǔ)容量，將8位二進(jìn)制位(8bits)稱為1個(gè)字節(jié)，字節(jié)是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)容量的基本單位。1024個(gè)字節(jié)稱為1K字節(jié)(1KB)，1024K個(gè)字節(jié)稱1兆字節(jié)(1MB)，1024M個(gè)字節(jié)稱為1G字節(jié)(1GB)，1024G個(gè)字節(jié)稱為1T字節(jié)(1TB)，現(xiàn)在微型計(jì)算機(jī)主存容量大多數(shù)在兆字節(jié)以上。 5．?dāng)?shù)據(jù)輸入輸出最高速率 主機(jī)與外部設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的速率也是影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作速度的重要因素。由于各種外部設(shè)備本身工作的速度不同，常用主機(jī)所能支持的數(shù)據(jù)輸入輸出最大速率來(lái)表示。 11．計(jì)算機(jī)的分類(lèi)有哪些？ 根據(jù)計(jì)算機(jī)工作原理和運(yùn)算方式的不同，以及計(jì)算機(jī)中信息表示形式和處理方式的不同，計(jì)算機(jī)可分為數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(Digital Computer)、模擬式電子計(jì)算機(jī)(Analog Computer)和數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)(Hybrid Computer)。當(dāng)今廣泛應(yīng)用的是數(shù)字計(jì)算機(jī)，因此，常把數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(Electronic Digital Computer)簡(jiǎn)稱為電子計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)。 按計(jì)算機(jī)的用途可分為通用計(jì)算機(jī)(General Purpose Computer)和專(zhuān)用計(jì)算機(jī)(Special Purpose Computer )兩大類(lèi)。通用計(jì)算機(jī)能解決多種類(lèi)型問(wèn)題，是具有較強(qiáng)通用性的計(jì)算機(jī)，一般的數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)多屬此類(lèi)；專(zhuān)用計(jì)算機(jī)是為解決某些特定問(wèn)題而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，如嵌入式系統(tǒng)。 根據(jù)計(jì)算機(jī)的總體規(guī)模對(duì)計(jì)算機(jī)分類(lèi)，可分為巨型機(jī)(Super Computer)、大/中型計(jì)算機(jī)(Mainframe)、小型計(jì)算機(jī)(Mini computer)、微型計(jì)算機(jī)(Micro computer)和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)(Network Computer)五大類(lèi)。 常見(jiàn)的微型機(jī)還可以分為臺(tái)式機(jī)、便攜機(jī)、筆記本電腦、掌上型電腦等多種類(lèi)型。 12．簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)行方式。 計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)作方式可概括為所謂的“IPOS循環(huán)”。IPOS循環(huán)即輸入(Input)、處理(Processing)、輸出(Output)和存儲(chǔ)(Storage)，它反映了計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本步驟。 (1)輸入 接受由輸入設(shè)備(如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、掃描儀等)提供的數(shù)據(jù)。 (2)處理 對(duì)數(shù)值、邏輯、字符等各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，按指定的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 (3)輸出 將處理所產(chǎn)生的結(jié)果等數(shù)據(jù)由輸出設(shè)備(如顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等)進(jìn)行輸出。 (4)存儲(chǔ) 計(jì)算機(jī)可以存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)供以后使用。 13．計(jì)算機(jī)有哪些主要的用途？ (1)科學(xué)計(jì)算 使用計(jì)算機(jī)來(lái)完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中所遇到的數(shù)學(xué)問(wèn)題的計(jì)算稱為科學(xué)計(jì)算，也稱為數(shù)值計(jì)算。科學(xué)計(jì)算是使用計(jì)算機(jī)完成在科學(xué)研究和工程技術(shù)領(lǐng)域中所提出的大量復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題，是計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用之一。 (2)信息處理 所謂信息處理就是使用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、分類(lèi)、加工、整理、合并、統(tǒng)計(jì)、制表、檢索以及存儲(chǔ)等，又稱為數(shù)據(jù)處理。例如座席預(yù)訂與售票系統(tǒng)、零售業(yè)中的應(yīng)用、辦公自動(dòng)化等。信息處理已成為當(dāng)代計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)，是現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)。 (3)實(shí)時(shí)控制(也稱過(guò)程控制) 實(shí)時(shí)控制也稱過(guò)程控制，實(shí)時(shí)控制能及時(shí)地采集檢測(cè)數(shù)據(jù)、使用計(jì)算機(jī)快速地進(jìn)行處理并自動(dòng)地控制被控對(duì)象的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。 (4)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/輔助制造/輔助教學(xué) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design——CAD)是使用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助人們完成產(chǎn)品或工程的設(shè)計(jì)任務(wù)的一種方法和技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing——CAM)是使用計(jì)算機(jī)輔助人們完成工業(yè)產(chǎn)品的制造任務(wù)，能通過(guò)直接或間接地與工廠生產(chǎn)資源接口的計(jì)算機(jī)來(lái)完成制造系統(tǒng)的計(jì)劃、操作工序控制和管理工作的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer Aided Instruction——CAI)是把計(jì)算機(jī)用作教學(xué)媒體，使它充當(dāng)指導(dǎo)者、工具和學(xué)習(xí)者角色，學(xué)生通過(guò)與計(jì)算機(jī)的對(duì)話進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種新型教學(xué)技術(shù)。 (5)人工智能 人工智能(Artificial?Intelligence——AI)就是指計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。 (6)多媒體技術(shù) 隨著電子技術(shù)特別是通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)有能力把文本、音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)、圖形和圖像等各種媒體綜合起來(lái)，構(gòu)成“多媒體”(Multimedia)的概念。 14．簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。 (1)微型化 一方面，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，在一些特定場(chǎng)合，需要很小的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的重量、體積都變得越來(lái)越小，但功能并不減少。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)在世界上日益普及，個(gè)人電腦正逐步由辦公設(shè)備變?yōu)殡娮酉M(fèi)品。人們要求電腦除了要保留原有的性能之外，還要有時(shí)尚的外觀、輕便小巧、便于操作等特點(diǎn)，如平板電腦、手持電腦等。今后個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)在計(jì)算機(jī)中所占的比重將會(huì)越來(lái)越大，使用也將會(huì)越來(lái)越方便。 (2)巨型化 社會(huì)在不斷發(fā)展，人類(lèi)對(duì)自然世界的認(rèn)識(shí)活動(dòng)也越來(lái)越多，很多情況要求計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算?！熬扌突痹谶@里并不是通常意義上的大小，主要是指機(jī)器的性能——運(yùn)算速度等。 (3)網(wǎng)絡(luò)化 因特網(wǎng)(Internet)的建立正在改變我們的世界，改變我們的生活。網(wǎng)絡(luò)具有虛擬和真實(shí)兩種特性，網(wǎng)上聊天和網(wǎng)絡(luò)游戲等具有虛擬特性，而網(wǎng)絡(luò)通信、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)資源共享則具有真實(shí)的特性。 (4)智能化 今后，計(jì)算機(jī)在生活中扮演的角色將會(huì)更加重要,計(jì)算機(jī)應(yīng)用將具有更多的智能特性，能夠幫助用戶解決—些自己不熟悉或不愿意做的事，如智能家電、烹調(diào)等。 (5)新型計(jì)算機(jī) 目前新一代計(jì)算機(jī)正處在設(shè)想和研制階段。新一代計(jì)算機(jī)是把信息采集、存儲(chǔ)處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 15．簡(jiǎn)述計(jì)算學(xué)科的定義、計(jì)算學(xué)科的本質(zhì)、計(jì)算學(xué)科的三個(gè)過(guò)程。 計(jì)算學(xué)科是對(duì)描述和變換信息的算法過(guò)程，包括對(duì)理論分析、設(shè)計(jì)、效率、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等進(jìn)行的系統(tǒng)研究。計(jì)算學(xué)科的研究包括了從算法與可計(jì)算性的研究到根據(jù)可計(jì)算硬件和軟件的實(shí)際實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的研究。 計(jì)算學(xué)科的根本問(wèn)題是“什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行？”。計(jì)算學(xué)科的根本問(wèn)題討論的是能行性的有關(guān)內(nèi)容，而凡是與能行性有關(guān)的討論都是處理離散對(duì)象的。 計(jì)算學(xué)科的實(shí)質(zhì)是學(xué)科方法論的思想，其關(guān)鍵問(wèn)題是抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)過(guò)程相互作用的問(wèn)題。 (1)理論 理論是數(shù)學(xué)科學(xué)的根本。應(yīng)用數(shù)學(xué)家們都認(rèn)為，科學(xué)的進(jìn)展都是基于純數(shù)學(xué)的。應(yīng)用數(shù)學(xué)用數(shù)學(xué)的方法推動(dòng)經(jīng)驗(yàn)科學(xué)和工程學(xué)的發(fā)展，同時(shí)又不斷刺激對(duì)新數(shù)學(xué)的需要，為純理論數(shù)學(xué)提出新的問(wèn)題。 (2)抽象 抽象(模型化)是自然科學(xué)的根本。科學(xué)家們相信，科學(xué)進(jìn)展的過(guò)程基本上都是形成假設(shè)，然后用模型化過(guò)程去求證。 (3)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)是工程的根本。工程師們認(rèn)為，工程進(jìn)展基本上都是提出問(wèn)題，然后通過(guò)設(shè)計(jì)去構(gòu)造系統(tǒng)，以解決問(wèn)題。 16．簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的定義。 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)是研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造和利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲(chǔ)、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科，包括科學(xué)與技術(shù)兩方面。科學(xué)側(cè)重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律；技術(shù)則側(cè)重于研制計(jì)算機(jī)和研究使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的方法與技術(shù)手段。科學(xué)是技術(shù)的依據(jù)，技術(shù)是科學(xué)的體現(xiàn)；技術(shù)得益于科學(xué)，它又向科學(xué)提出新的課題。 17.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問(wèn)題及研究范疇。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問(wèn)題是什么能被有效地自動(dòng)化。問(wèn)題的符號(hào)表示及其處理過(guò)程的機(jī)械化、嚴(yán)格化的固有特性，決定了數(shù)學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的重要基礎(chǔ)之一，數(shù)學(xué)及其形式化描述、嚴(yán)密的表達(dá)和計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科所用的重要工具，建立物理符號(hào)系統(tǒng)并對(duì)其實(shí)施變換是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科進(jìn)行問(wèn)題描述和求解的重要手段。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的研究范疇包括計(jì)算機(jī)理論、硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用等，按照研究的內(nèi)容，也可以劃分為基礎(chǔ)理論、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用三個(gè)層面。 計(jì)算機(jī)理論的研究包括離散數(shù)學(xué)、算法分析理論、形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)理論、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言理論、程序設(shè)計(jì)方法學(xué)；計(jì)算機(jī)硬件的研究包括元器件與存儲(chǔ)介質(zhì)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)軟件的研究包括程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言翻譯系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、算法設(shè)計(jì)與分析、軟件工程學(xué)、可視化技術(shù)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全；計(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究及人－機(jī)工程包括計(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究、軟件開(kāi)發(fā)工具、完善既有的應(yīng)用系統(tǒng)、開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域、人－機(jī)工程、研究人與計(jì)算機(jī)的交互和協(xié)同技術(shù)。 18．簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系的核心內(nèi)容。 計(jì)算學(xué)科課程體系的教學(xué)內(nèi)容歸結(jié)為14個(gè)知識(shí)體，包括： (1)離散結(jié)構(gòu)(PS) 計(jì)算學(xué)科是以離散型變量為研究對(duì)象，離散數(shù)學(xué)對(duì)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展起著十分重要的作用。隨著計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，離散數(shù)學(xué)越來(lái)越受到重視。 (2)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(PF) 《計(jì)算作為一門(mén)學(xué)科》報(bào)告指出了程序設(shè)計(jì)在計(jì)算學(xué)科的正確地位：程序設(shè)計(jì)是計(jì)算學(xué)科課程中固定練習(xí)的一部分，是每一個(gè)計(jì)算學(xué)科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生應(yīng)具備的能力，是計(jì)算學(xué)科核心科目的一部分，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言還是獲得計(jì)算機(jī)重要特性的有力工具。 (3)算法與復(fù)雜性(AL) 算法是計(jì)算機(jī)科學(xué)和軟件工程的基礎(chǔ)，現(xiàn)實(shí)世界中，任何軟件系統(tǒng)的性能僅依賴于兩個(gè)基本點(diǎn)方面，一方面是所選擇的算法；另一方面是各不同層次實(shí)現(xiàn)的適宜性和效率。 (4)組織與體系結(jié)構(gòu)(AR) 計(jì)算機(jī)在計(jì)算中處于核心地位，如果沒(méi)有計(jì)算機(jī)，計(jì)算學(xué)科只是理論數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能構(gòu)件、以及他們的特點(diǎn)/性能和相互作用有一定的理解。 (5)操作系統(tǒng)(OS) 操作系統(tǒng)定義了對(duì)硬件行為的抽象，程序員用它來(lái)對(duì)硬件進(jìn)行控制。操作系統(tǒng)還管理計(jì)算機(jī)用戶間的資源共享。 (6)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算(NC) 計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，尤其是基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算學(xué)科中更加重要。 (7)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(PL) 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是程序員與計(jì)算機(jī)交流的主要工具。一個(gè)程序員不僅要知道如何使用一種語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，還應(yīng)理解不同語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格。 (8)人-機(jī)交互(HL) 人機(jī)交互重點(diǎn)在于理解人對(duì)交互式對(duì)象的交互行為，知道如何使用以人為中心的方法開(kāi)發(fā)和評(píng)價(jià)交互軟件系統(tǒng)，以及人機(jī)交互設(shè)計(jì)問(wèn)題的一般知識(shí)。 (9)圖形學(xué)和可視化計(jì)算(GV) 該主領(lǐng)域的主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等4 個(gè)學(xué)科子領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容。 (10)智能系統(tǒng)(IS) 人工智能領(lǐng)域關(guān)心的問(wèn)題是自主代理的設(shè)計(jì)和分析。智能系統(tǒng)必須干知其環(huán)境，合理地朝著指定的任務(wù)行動(dòng)，并與其它代理和人進(jìn)行交互。 (11)信息管理(IM) 信息系統(tǒng)幾乎在所有使用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合都發(fā)揮著重要的作用。 (12)軟件工程(SE) 軟件工程是關(guān)于如何有效地利用建立滿足用戶和客戶需求的軟件系統(tǒng)理論/知識(shí)和實(shí)踐的學(xué)科，可以應(yīng)用于小型、中型、大型系統(tǒng)。 (13)數(shù)值計(jì)算科學(xué)(CN) 從計(jì)算學(xué)科的誕生之日起，科學(xué)計(jì)算的數(shù)值方法和技術(shù)就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的一個(gè)主要領(lǐng)域。 (14)社會(huì)和職業(yè)問(wèn)題(SP) 大學(xué)生需要懂得計(jì)算學(xué)科本身基本的文化、社會(huì)、法律和道德問(wèn)題。還需要培養(yǎng)學(xué)生提出有關(guān)計(jì)算的社會(huì)影響這樣嚴(yán)肅問(wèn)題以及對(duì)這些問(wèn)題的可能答案進(jìn)行評(píng)價(jià)的能力。學(xué)生還需要認(rèn)識(shí)到軟硬件銷(xiāo)售商和用戶的基本法律權(quán)利，也應(yīng)意識(shí)到這些權(quán)利的基本基礎(chǔ)——道德價(jià)值觀。 三．討論題 1．計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生是世紀(jì)最偉大的成就之一，具體體現(xiàn)在哪些方面？根據(jù)你的觀察，請(qǐng)列出計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。 答案略。 2．在信息社會(huì)，如何才能在計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)中做出自己的貢獻(xiàn)，有所作為？ 答案略。 3．計(jì)算機(jī)提供了無(wú)限的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。利用它可以更快更好地完成許多事情，可以方便地和全世界的人們聯(lián)系和通信。但是，是否想過(guò)事情的反面呢？所有的變化都是積極的么？計(jì)算機(jī)的廣泛使用會(huì)產(chǎn)生什么負(fù)面的影響嗎？討論這些問(wèn)題和其他所能想到的問(wèn)題。 答案略。 第2章 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與組織 習(xí)題（答案） 一． 選擇題 1．D 2．D 3．D 4．D 5．C 6．B 7．A 8． C 9．A 10．C 11．A 12．C 13．C 14．C 15．A 16．A 17．B 18．A 二． 簡(jiǎn)答題 1．試簡(jiǎn)單敘述計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制的原因。 答：計(jì)算機(jī)只認(rèn)識(shí)二進(jìn)制編碼形式的指令和數(shù)據(jù)。因此，包括數(shù)字、字符、聲音、圖形、圖像等信息都必須經(jīng)過(guò)某種方式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的形式，才能提供給計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別和處理。在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制，是因?yàn)槲锢砩蠈?shí)現(xiàn)容易。由于二進(jìn)制只有兩個(gè)狀態(tài)0和1，這正好與物理器件的兩種狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，例如電壓信號(hào)的高與低，門(mén)電路的導(dǎo)通與截止等；而十進(jìn)制電路則需要用十種狀態(tài)來(lái)描述，這將使得電路十分復(fù)雜，處理也十分困難。因此，采用二進(jìn)制將使得計(jì)算機(jī)在物理上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且具有可靠性高、處理簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 2．什么是定點(diǎn)數(shù)，它分為哪些種類(lèi)？ 答：所謂定點(diǎn)數(shù)，就是指計(jì)算機(jī)在運(yùn)算過(guò)程中，數(shù)據(jù)中小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變。其中小數(shù)點(diǎn)的位置是由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者在機(jī)器的結(jié)構(gòu)中指定一個(gè)不變的位置，而不一定都必須具有小數(shù)點(diǎn)的指示裝置。定點(diǎn)數(shù)一般有小數(shù)和整數(shù)兩種表示形式。定點(diǎn)小數(shù)是把小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的左邊，符號(hào)位的右邊；定點(diǎn)整數(shù)則把小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的右邊。 3．簡(jiǎn)要敘述聲音的編碼過(guò)程。 答：計(jì)算機(jī)獲取聲音信息的過(guò)程即是聲音信號(hào)數(shù)字化的處理過(guò)程。經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后的數(shù)字聲音信息才能被計(jì)算機(jī)所識(shí)別和處理。聲音被計(jì)算機(jī)處理的過(guò)程主要經(jīng)過(guò)音頻信號(hào)的采樣、量化和編碼幾個(gè)過(guò)程。 4．簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的分類(lèi)。（系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩方面） 軟件是指能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的各種程序，包括各種有關(guān)的文檔。通常將軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類(lèi)。 1．系統(tǒng)軟件 可以把軟件分成若干層，最內(nèi)層是對(duì)硬件的擴(kuò)充與完善，而外層則是對(duì)內(nèi)層的再次擴(kuò)充與完善。一般把靠近內(nèi)層、為方便使用和管理計(jì)算機(jī)資源的軟件，稱為系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件通常是負(fù)責(zé)管理、控制和維護(hù)計(jì)算機(jī)的各種軟硬件資源，并為用戶提供一個(gè)友好的操作界面，以及服務(wù)于一般目的的上機(jī)環(huán)境。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)的監(jiān)控管理程序、高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編譯和解釋程序以及系統(tǒng)服務(wù)程序等。操作系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件中處于核心地位，其他的系統(tǒng)軟件在操作系統(tǒng)的支持下工作；高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編譯和解釋程序，將軟件工程師編寫(xiě)的軟件“翻譯”成為計(jì)算機(jī)能夠“理解”的機(jī)器語(yǔ)言；系統(tǒng)服務(wù)程序?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供服務(wù)。 2．應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是針對(duì)某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的具體問(wèn)題而開(kāi)發(fā)和研制的程序，它由專(zhuān)業(yè)人員為各種應(yīng)用目的而開(kāi)發(fā)。應(yīng)用軟件必須在系統(tǒng)軟件的支持下才能工作，它具有很強(qiáng)的實(shí)用性和專(zhuān)業(yè)性，正是由于應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和使用，才使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日益滲透到社會(huì)的各行各業(yè)。應(yīng)用軟件可以由用戶自己開(kāi)發(fā)，也可在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)。 常用的應(yīng)用軟件有：文字處理軟件，如WPS、Word等；電子表格軟件，如Excel、Lotus等；圖形處理軟件，如 3DMAX等；課件制作軟件，如PowerPoint、Authorware等；多媒體處理軟件，如RealPlay、MediaPlayer等。 5．存儲(chǔ)器的功能是什么？ 答：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的重要組成部分。當(dāng)利用計(jì)算機(jī)完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，首先把解決問(wèn)題的程序和所需數(shù)據(jù)存于存儲(chǔ)器中，在執(zhí)行程序時(shí)再由存儲(chǔ)器快速地提供給處理機(jī)。顯然，存儲(chǔ)器的功能是存儲(chǔ)信息，被存儲(chǔ)的信息包括程序信息和數(shù)據(jù)信息等。 6. 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)是什么？ 答：存儲(chǔ)器作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件之一，有必要對(duì)其性能進(jìn)行描述。描述一個(gè)存儲(chǔ)器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)有存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)周期和存取時(shí)間、可靠性、性能價(jià)格比、功耗、可靠性等。 7. 簡(jiǎn)述存儲(chǔ)器的三級(jí)存儲(chǔ)體系分層結(jié)構(gòu)。 三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，是圍繞讀寫(xiě)速度尚可、存儲(chǔ)容量適中的主存儲(chǔ)器來(lái)組織和運(yùn)行的，并由高速緩沖存儲(chǔ)器緩解主存讀寫(xiě)速度慢、不能滿足CPU運(yùn)行速度需要的矛盾；用虛擬存儲(chǔ)器更大的存儲(chǔ)空間來(lái)解決主存容量小、存不下規(guī)模更大的程序與更多數(shù)據(jù)的難題，從而達(dá)到使整修存儲(chǔ)器系統(tǒng)有更高的讀寫(xiě)速度、更大的存儲(chǔ)空間、相對(duì)較低的制造與運(yùn)行成本的要求。追求整修存儲(chǔ)器系統(tǒng)有更高的性能價(jià)格比是三級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的核心思想。這種三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的運(yùn)行原理是建立在程序運(yùn)行的局部性原理之上的。程序運(yùn)行的局部性原理體現(xiàn)在： (1) 時(shí)間的局部性原理。在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問(wèn)。 (2) 空間局部性原理。即最近被往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)域中。 (3) 指令執(zhí)行順序的局部性原理。指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性要大。 在三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，所存儲(chǔ)的信息必須滿足如下原則： l 一致性原則 即同一個(gè)信息會(huì)同時(shí)存放在幾個(gè)級(jí)別的存儲(chǔ)器中，此時(shí)，這一信息在幾個(gè)級(jí)別的存儲(chǔ)器中必須保持相同的值。 l 包含性原則 處在內(nèi)層(即靠近CPU)存儲(chǔ)器中的信息一定被包含在各外層的存儲(chǔ)器中，即內(nèi)層存儲(chǔ)器中的全部信息一定是各外層存儲(chǔ)器中所存信息中一小部分的副本，這是保證程序正常運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)信息共享、提高系統(tǒng)資源利用率所必需的，反之則不成立。 8. 簡(jiǎn)述多核的關(guān)鍵技術(shù)。 與單核處理器相比，多核處理器在體系結(jié)構(gòu)、軟件、功耗和安全性設(shè)計(jì)等方面面臨著巨大的挑戰(zhàn)，但也蘊(yùn)含著巨大的潛能。? 1．核結(jié)構(gòu)研究 CMP的構(gòu)成分成同構(gòu)和異構(gòu)兩類(lèi)，同構(gòu)是指內(nèi)部核的結(jié)構(gòu)是相同的，而異構(gòu)是指內(nèi)部的核結(jié)構(gòu)是不同的。為此，面對(duì)不同的應(yīng)用研究核結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)微處理器的性能至關(guān)重要。核本身的結(jié)構(gòu)，關(guān)系到整個(gè)芯片的面積、功耗和性能。怎樣繼承和發(fā)展傳統(tǒng)處理器的成果，直接影響多核的性能和實(shí)現(xiàn)周期。同時(shí)，根據(jù) Amdahl定理，程序的加速比決定于串行部分的性能，所以，從理論上來(lái)看似乎異構(gòu)微處理器的結(jié)構(gòu)具有更好的性能。 多核所用的指令系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也是很重要的，采用多核之間采用相同的指令系統(tǒng)還是不同的指令系統(tǒng)，能否運(yùn)行操作系統(tǒng)等，也將是研究的內(nèi)容之一。 2．程序執(zhí)行模型 多核處理器設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題是選擇程序執(zhí)行模型。程序執(zhí)行模型的適用性決定多核處理器能否以最低的代價(jià)提供最高的性能。程序執(zhí)行模型是編譯器設(shè)計(jì)人員與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人員之間的接口。編譯器設(shè)計(jì)人員決定如何將一種高級(jí)語(yǔ)言程序按一種程序執(zhí)行模型轉(zhuǎn)換成一種目標(biāo)機(jī)器語(yǔ)言程序; 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人員則決定該程序執(zhí)行模型在具體目標(biāo)機(jī)器上的有效實(shí)現(xiàn)。當(dāng)目標(biāo)機(jī)器是多核體系結(jié)構(gòu)時(shí)，產(chǎn)生的問(wèn)題是：多核體系結(jié)構(gòu)如何支持重要的程序執(zhí)行模型？是否有其他的程序執(zhí)行模型更適于多核的體系結(jié)構(gòu)？這些程序執(zhí)行模型能多大程度上滿足應(yīng)用的需要并為用戶所接受？ 3．Cache設(shè)計(jì)：多級(jí)Cache設(shè)計(jì)與一致性問(wèn)題 處理器和主存間的速度差距對(duì)CMP來(lái)說(shuō)是個(gè)突出的矛盾，因此必須使用多級(jí)Cache來(lái)緩解。目前有共享一級(jí)Cache的CMP、共享二級(jí)Cache的 CMP以及共享主存的CMP。通常，CMP采用共享二級(jí)Cache的CMP結(jié)構(gòu)，即每個(gè)處理器核心擁有私有的一級(jí)Cache，且所有處理器核心共享二級(jí) Cache。 Cache自身的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也直接關(guān)系到系統(tǒng)整體性能。但是在CMP結(jié)構(gòu)中，共享Cache或獨(dú)有Cache孰優(yōu)孰劣、需不需要在一塊芯片上建立多級(jí) Cache，以及建立幾級(jí)Cache等等，由于對(duì)整個(gè)芯片的尺寸、功耗、布局、性能以及運(yùn)行效率等都有很大的影響，因而這些都是需要認(rèn)真研究和探討的問(wèn)題。 另一方面，多級(jí)Cache又引發(fā)一致性問(wèn)題。采用何種Cache一致性模型和機(jī)制都將對(duì)CMP整體性能產(chǎn)生重要影響。在傳統(tǒng)多處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中廣泛采用的 Cache一致性模型有: 順序一致性模型、弱一致性模型、釋放一致性模型等。與之相關(guān)的Cache一致性機(jī)制主要有總線的偵聽(tīng)協(xié)議和基于目錄的目錄協(xié)議。目前的CMP系統(tǒng)大多采用 基于總線的偵聽(tīng)協(xié)議。 4．核間通信技術(shù) CMP處理器的各CPU核心執(zhí)行的程序之間有時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)共享與同步，因此其硬件結(jié)構(gòu)必須支持核間通信。高效的通信機(jī)制是CMP處理器高性能的重要保障，目前比較主流的片上高效通信機(jī)制有兩種，一種是基于總線共享的Cache結(jié)構(gòu)，一種是基于片上的互連結(jié)構(gòu)。 總線共享Cache結(jié)構(gòu)是指每個(gè)CPU內(nèi)核擁有共享的二級(jí)或三級(jí)Cache，用于保存比較常用的數(shù)據(jù)，并通過(guò)連接核心的總線進(jìn)行通信。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信速度高，缺點(diǎn)是基于總線的結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性較差。 基于片上互連的結(jié)構(gòu)是指每個(gè)CPU核心具有獨(dú)立的處理單元和Cache，各個(gè)CPU核心通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)或片上網(wǎng)絡(luò)等方式連接在一起。各個(gè)CPU核心間通過(guò)消息通信。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可擴(kuò)展性好，數(shù)據(jù)帶寬有保證；缺點(diǎn)是硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且軟件改動(dòng)較大。也許這兩者的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果不是互相取代而是互相合作，例如在全局范圍采用片上網(wǎng)絡(luò)而局部采用總線方式，來(lái)達(dá)到性能與復(fù)雜性的平衡。 5．總線設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)微處理器中，Cache不命中或訪存事件都會(huì)對(duì)CPU的執(zhí)行效率產(chǎn)生負(fù)面影響，而總線接口單元（BIU）的工作效率會(huì)決定此影響的程度。當(dāng)多個(gè)CPU 核心同時(shí)要求訪問(wèn)內(nèi)存或多個(gè)CPU核心內(nèi)私有Cache同時(shí)出現(xiàn)Cache不命中事件時(shí)，BIU對(duì)這多個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求的仲裁機(jī)制以及對(duì)外存儲(chǔ)訪問(wèn)的轉(zhuǎn)換機(jī)制的效率決定了CMP系統(tǒng)的整體性能。因此尋找高效的多端口總線接口單元（BIU）結(jié)構(gòu)，將多核心對(duì)主存的單字訪問(wèn)轉(zhuǎn)為更為高效的猝發(fā)（burst）訪問(wèn)，同時(shí)尋找對(duì)CMP處理器整體效率最佳的一次Burst訪問(wèn)字的數(shù)量模型以及高效多端口BIU訪問(wèn)的仲裁機(jī)制將是CMP處理器研究的重要內(nèi)容。 6．操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)：任務(wù)調(diào)度、中斷處理、同步互斥 對(duì)于多核CPU，優(yōu)化操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法是保證效率的關(guān)鍵。一般任務(wù)調(diào)度算法有全局隊(duì)列調(diào)度和局部隊(duì)列調(diào)度。前者是指操作系統(tǒng)維護(hù)一個(gè)全局的任務(wù)等待隊(duì)列，當(dāng)系統(tǒng)中有一個(gè)CPU核心空閑時(shí)，操作系統(tǒng)就從全局任務(wù)等待隊(duì)列中選取就緒任務(wù)開(kāi)始在此核心上執(zhí)行。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是CPU核心利用率較高。后者是指操作系統(tǒng)為每個(gè)CPU內(nèi)核維護(hù)一個(gè)局部的任務(wù)等待隊(duì)列，當(dāng)系統(tǒng)中有一個(gè)CPU內(nèi)核空閑時(shí)，便從該核心的任務(wù)等待隊(duì)列中選取恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)執(zhí)行，這種方法的優(yōu)點(diǎn) 是任務(wù)基本上無(wú)需在多個(gè)CPU核心間切換，有利于提高CPU核心局部Cache命中率。目前多數(shù)多核CPU操作系統(tǒng)采用的是基于全局隊(duì)列的任務(wù)調(diào)度算法。 多核的中斷處理和單核有很大不同。多核的各處理器之間需要通過(guò)中斷方式進(jìn)行通信，所以多個(gè)處理器之間的本地中斷控制器和負(fù)責(zé)仲裁各核之間中斷分配的全局中斷控制器也需要封裝在芯片內(nèi)部。 另外, 多核CPU是一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)。由于不同任務(wù)會(huì)競(jìng)爭(zhēng)共享資源，因此需要系統(tǒng)提供同步與互斥機(jī)制。而傳統(tǒng)的用于單核的解決機(jī)制并不能滿足多核，需要利用 硬件提供的“讀－修改－寫(xiě)”的原子操作或其他同步互斥機(jī)制來(lái)保證。 7．低功耗設(shè)計(jì) 半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展使微處理器的集成度越來(lái)越高，同時(shí)處理器表面溫度也變得越來(lái)越高并呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，每三年處理器的功耗密度就能翻一番。目前，低功耗和熱優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為微處理器研究中的核心問(wèn)題。CMP的多核心結(jié)構(gòu)決定了其相關(guān)的功耗研究是一個(gè)至關(guān)重要的課題。 低功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)多層次問(wèn)題，需要同時(shí)在操作系統(tǒng)級(jí)、算法級(jí)、結(jié)構(gòu)級(jí)、電路級(jí)等多個(gè)層次上進(jìn)行研究。每個(gè)層次的低功耗設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的效果不同——抽象層次 越高，功耗和溫度降低的效果越明顯。 8．存儲(chǔ)器 為了使芯片內(nèi)核充分地工作，最起碼的要求是芯片能提供與芯片性能相匹配的存儲(chǔ)器帶寬，雖然內(nèi)部Cache的容量能解決一些問(wèn)題，但隨著性能的進(jìn)一步提高，必須有其他一些手段來(lái)提高存儲(chǔ)器接口的帶寬，如增加單個(gè)管腳帶寬的DDR、DDR2、QDR、XDR等。同樣，系統(tǒng)也必須有能提供高帶寬的存儲(chǔ)器。所以，芯片對(duì)封裝的要求也越來(lái)越高，雖然封裝的管腳數(shù)每年以20%的數(shù)目提升，但還不能完全解決問(wèn)題，而且還帶來(lái)了成本提高的問(wèn)題，為此，怎樣提供一個(gè)高帶寬， 低延遲的接口帶寬，是必須解決的一個(gè)重要問(wèn)題。 9．可靠性及安全性設(shè)計(jì) 隨著技術(shù)革新的發(fā)展，處理器的應(yīng)用滲透到現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)層面，但是在安全性方面卻存在著很大的隱患。一方面，處理器結(jié)構(gòu)自身的可靠性低下，由于超微細(xì)化與時(shí)鐘設(shè)計(jì)的高速化、低電源電壓化，設(shè)計(jì)上的安全系數(shù)越來(lái)越難以保證，故障的發(fā)生率逐漸走高。另一方面，來(lái)自第三方的惡意攻擊越來(lái)越多，手段越來(lái)越先進(jìn)，已成為具有普遍性的社會(huì)問(wèn)題?，F(xiàn)在，可靠性與安全性的提高在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域備受注目。 今后，CMP這類(lèi)處理器芯片內(nèi)有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行的結(jié)構(gòu)將成為主流，再加上硬件復(fù)雜性、設(shè)計(jì)時(shí)的失誤增加，使得處理器芯片內(nèi)部也未必是安全的，因此，安全與可靠性設(shè)計(jì)任重而道遠(yuǎn)。 9. 什么是高性能計(jì)算機(jī)？ 答：高性能計(jì)算機(jī)的概念并無(wú)明確的定義，一般認(rèn)為運(yùn)算速度非?？斓挠?jì)算機(jī)就可以認(rèn)為是高性能計(jì)算機(jī)。嚴(yán)格地講，高性能計(jì)算機(jī)是一個(gè)擁有最先進(jìn)的硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和算法的綜合概念，“高性能”的標(biāo)準(zhǔn)是隨著技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。 10. 什么是接口？它的主要功能是什么？ 答：在主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)必領(lǐng)引入相應(yīng)的邏輯部件解決兩者之間的同步與協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，這些邏輯部件就稱為輸入輸出接口，簡(jiǎn)稱為接口。輸入輸出接口的基本功能有： (1)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，提供主機(jī)和設(shè)備交換信息過(guò)程中的數(shù)據(jù)緩沖機(jī)構(gòu)，使主機(jī)與外設(shè)在工作速度上達(dá)到匹配。 (2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，例如，當(dāng)主機(jī)和設(shè)備的信號(hào)同謀不同時(shí)的信號(hào)電平轉(zhuǎn)換功能、數(shù)據(jù)傳送中的格式（串行、并行）轉(zhuǎn)換功能、直接內(nèi)存訪問(wèn)中的額外需求等。 (3)提供外設(shè)和接口的狀態(tài)，為 CPU更好地控制各種外設(shè)提供有效的幫助，交換主機(jī)和外圍設(shè)備的狀態(tài)信息。 (4)實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)之間的通訊聯(lián)絡(luò)控制，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。 11. 簡(jiǎn)述并行算法的基本內(nèi)容。 并行算法是在給定并行模型下的一種具體明確的計(jì)算方法和步驟，其分類(lèi)有不同的分類(lèi)方法。 根據(jù)并行計(jì)算任務(wù)的大小分類(lèi)，可以分為粗粒度并行算法、中粒度并行算法和細(xì)粒度并行算法三類(lèi)。粗粒度并行算法所含的計(jì)算任務(wù)有較大的計(jì)算量和較復(fù)雜的計(jì)算程序；中粒度并行算法所含的計(jì)算任務(wù)的大小和計(jì)算程序的長(zhǎng)短在粗粒度和細(xì)粒度兩種類(lèi)型的算法之間；細(xì)粒度并行算法所含的計(jì)算任務(wù)有較小的計(jì)算量和較短的計(jì)算程序。 根據(jù)并行計(jì)算的基本對(duì)象可分為數(shù)值并行計(jì)算和非數(shù)值并行計(jì)算。非數(shù)值計(jì)算也會(huì)用于高精度數(shù)值計(jì)算，數(shù)值計(jì)算中也會(huì)有查找、匹配等非數(shù)值計(jì)算成分，這兩者之間并無(wú)嚴(yán)格的界限。實(shí)際分類(lèi)時(shí)，主要是根據(jù)主要的計(jì)算量所屬范疇以及宏觀的計(jì)算方法來(lái)判斷。 根據(jù)并行計(jì)算進(jìn)程間的依賴關(guān)系可以分為同步并行算法和異步并行算法。前者是通過(guò)一個(gè)全局的時(shí)鐘來(lái)控制各部分的步伐，將任務(wù)中的各個(gè)部分計(jì)算同步地向前推進(jìn)；而后者執(zhí)行的各部分計(jì)算步伐之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)，互不同步，在操作中，它們根據(jù)計(jì)算過(guò)程的不同階段決定等待、繼續(xù)或終止。同步并行算法適合于SIMD并行計(jì)算機(jī)，異步并行算法適合于MIMD并行計(jì)算機(jī)。 一個(gè)高效的并行算法設(shè)計(jì)過(guò)程比較復(fù)雜。一般編程設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為任務(wù)劃分、通信分析、任務(wù)組合和處理器映射四步。任務(wù)劃分階段主要將整個(gè)使用域或功能分解成一些小的計(jì)算任務(wù)，它的目的是要揭示和開(kāi)拓并行執(zhí)行的機(jī)會(huì)；通信分析則檢測(cè)在任務(wù)劃分階段劃分的合理性；任務(wù)組合按照性能要求和實(shí)現(xiàn)的代價(jià)來(lái)考察前兩個(gè)階段的結(jié)果，必要時(shí)可以將一些小的任務(wù)組合成更大的任務(wù)以提高執(zhí)行效率和減少通信開(kāi)銷(xiāo)；處理器映射決定將每一個(gè)任務(wù)分配到哪個(gè)處理器上去執(zhí)行，目的是要最小化全局執(zhí)行時(shí)間和通訊成本，并最大化處理器的利用率。 12. 什么是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)?它有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)（NETWORK COMPUTER）簡(jiǎn)稱NC，是專(zhuān)用于高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的計(jì)算機(jī)終端設(shè)備。是基于處理器芯片和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的新一代計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，是一種新的桌面計(jì)算機(jī)。NC除了有人機(jī)交互必需的顯示器，鍵盤(pán)鼠標(biāo)外，它沒(méi)有硬盤(pán)，軟盤(pán)，光驅(qū)等外部存儲(chǔ)設(shè)備，是一種瘦客戶機(jī)。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)易管理，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用方便。 (2)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)沒(méi)有硬盤(pán)，軟盤(pán)和光盤(pán)，也沒(méi)有風(fēng)扇，在硬件方面沒(méi)有什么可維護(hù)的地方，大大減少了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)工作，成本低廉。 (3)安全性強(qiáng)，無(wú)論是防止病毒的侵犯，還是資料維護(hù)的安全，NC都比PC要好的多。 (4)靜音節(jié)能，高可靠網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)沒(méi)有任何噪音，非常安靜。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的功耗非常小。 三． 討論題 1. 為什么計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制，而不使用人們生活中的十進(jìn)制來(lái)表示數(shù)據(jù)信息。 答案略。 2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器分為哪幾個(gè)層次？（原題已刪除） 答案略。 3. 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，請(qǐng)結(jié)合其特點(diǎn)談?wù)勎覈?guó)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的前途。 答案略。 第3章 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 習(xí) 題 一、選擇題 1. A 2. A 3. D 4. A 5. AB 6. C 7. D 8. D 9. ABCD 10. B 11.A 12.A 二、簡(jiǎn)答題 1．簡(jiǎn)述程序的概念。 答：一個(gè)程序就是能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的一組指令序列的集合?；蛘叱绦颍剿惴ǎ珨?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 2. 簡(jiǎn)述程序設(shè)計(jì)過(guò)程的一般步驟。 程序設(shè)計(jì)的過(guò)程一般有四個(gè)步驟。 1．分析問(wèn)題 在著手解決問(wèn)題之前，應(yīng)該通過(guò)分析，充分理解問(wèn)題，明確原始數(shù)據(jù)、解題要求、需要輸出的數(shù)據(jù)及形式等。 2．設(shè)計(jì)算法 算法是解題的過(guò)程。首先集中精力于算法的總體規(guī)劃，然后逐層降低問(wèn)題的抽象性，逐步充實(shí)細(xì)節(jié)，直到最終把抽象的問(wèn)題具體化成可用程序語(yǔ)句表達(dá)的算法。這是一個(gè)自上而下、逐步細(xì)化的過(guò)程。 3．編碼 利用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言表示算法的過(guò)程稱為編碼。 4．調(diào)試程序 調(diào)試程序包括編譯和連接等操作。編譯程序?qū)⒃闯绦蜣D(zhuǎn)換為目標(biāo)程序，它對(duì)程序員編寫(xiě)的源程序進(jìn)行語(yǔ)法檢查，程序員根據(jù)編譯過(guò)程中的錯(cuò)誤提示信息，查找并改正源程序的錯(cuò)誤后再重新編譯，直到?jīng)]有語(yǔ)法錯(cuò)誤為止。大多數(shù)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言還要使用連接程序把目標(biāo)程序與系統(tǒng)提供的庫(kù)文件進(jìn)行連接以得到最終的可執(zhí)行文件。在連接過(guò)程中若程序使用了錯(cuò)誤的內(nèi)部函數(shù)名，將會(huì)引起連接錯(cuò)誤。對(duì)于經(jīng)過(guò)編譯和連接，并最終運(yùn)行結(jié)束的程序，程序員還要對(duì)程序執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行分析，只有得到正確結(jié)果的程序才是所需的程序。 3. 簡(jiǎn)述機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的共同特點(diǎn)。 匯編語(yǔ)言具有一個(gè)本質(zhì)上與機(jī)器語(yǔ)言一一對(duì)應(yīng)的指令系統(tǒng)。大多數(shù)情況下，一條匯編指令直接對(duì)應(yīng)一條機(jī)器指令，少數(shù)匯編指令對(duì)應(yīng)幾條機(jī)器指令，所以，匯編語(yǔ)言的實(shí)質(zhì)和機(jī)器語(yǔ)言是相同的。與機(jī)器指令一樣，匯編指令直接針對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行操作，要求程序員具有較為深厚的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)；每一條指令只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)非常細(xì)微的操作（例如移動(dòng)、自增），因而源程序一般比較冗長(zhǎng)、復(fù)雜、容易出錯(cuò)。 4. 簡(jiǎn)述高級(jí)語(yǔ)言程序的運(yùn)行過(guò)程。 使用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序的一般過(guò)程可以歸納為以下幾個(gè)步驟： (1) 使用文本編輯工具，逐條編寫(xiě)源程序的語(yǔ)句。保存源程序的文件時(shí)，文件的后綴名與所用的高級(jí)語(yǔ)言有關(guān)。 (2) 編譯源程序文件，生成目標(biāo)文件，文件后綴名通常為obj。 (3) 鏈接目標(biāo)文件，生成可執(zhí)行文件，文件后綴名通常為exe。 (4) 在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行可執(zhí)行程序，并進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。 程序的執(zhí)行環(huán)境由操作系統(tǒng)提供，一般分為命令行環(huán)境和圖形用戶界面環(huán)境。在DOS與大多數(shù)Unix類(lèi)操作系統(tǒng)中，提供的就是命令行用戶界面，用戶需要在系統(tǒng)命令提示符后面輸入各種操作命令以實(shí)現(xiàn)需要的功能；在Windows操作系統(tǒng)中，提供的是圖形用戶界面，用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)等操作完成希望的功能?！敖缑婢褪浅绦颉狈从沉嗽诔绦蛟O(shè)計(jì)中為用戶提供良好的操作界面的重要性。用戶使用界面的好壞直接影響著程序的質(zhì)量，要樹(shù)立以人為本的思想，盡量為用戶提供便利。 5．簡(jiǎn)述編譯程序的概念。 編譯程序是把高級(jí)語(yǔ)言程序(源程序)作為一個(gè)整體來(lái)處理，在應(yīng)用源程序執(zhí)行之前，就將程序源代碼“翻譯”成目標(biāo)代碼(機(jī)器語(yǔ)言)，編譯后與系統(tǒng)提供的代碼庫(kù)鏈接，形成—個(gè)完整的可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序(目標(biāo)程序代碼)。 6．用圖示法表示編譯程序的框架。 答：編譯程序的框架如圖所示： 7．詞法分析的任務(wù)是什么？ 答：作為編譯過(guò)程的第一個(gè)階段，其任務(wù)是從左到右一個(gè)字符，一個(gè)字符地對(duì)源程序進(jìn)行掃描，讀入源程序，對(duì)構(gòu)成源程序的字符流進(jìn)行掃描和分解，通過(guò)詞法分析從而識(shí)別出一個(gè)個(gè)單詞(也稱單詞符號(hào)或符號(hào))。 8．語(yǔ)法分析的任務(wù)是什么？ 答：語(yǔ)法分析是編譯過(guò)程的第二個(gè)階段，任務(wù)是在詞法分析的基礎(chǔ)上將單詞序列分解成各類(lèi)語(yǔ)法短語(yǔ)，如“程序”、“語(yǔ)句”、“表達(dá)式”等等。 9．簡(jiǎn)述語(yǔ)義處理的功能。 答：編譯過(guò)程中的語(yǔ)義處理實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能： (1) 審查每個(gè)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)