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计算机科学导论复习资料整理

《计算机科学导论》课程考试重点知识

考试说明：

选择题（共10小题，每小题2分，共20分）、名词解释题（共5小题，每小题4分，共20分）、简答题（共5小题，每小题6分，共30分）、综合题（共5小题，选做3小题。

其中强化班同学必作1、2、3小题，普通班同学任选3小题作答，每小题10分，共30分）。

一、考试围：

1~10、15章，每章都有一定量的题目。

二、课后习题中的选择题全部要求。

三、重点掌握的知识点：

1．计算机操作系统:

操作系统就是合理管理并控制计算机系统软、硬件资源，并能够合理组织工作流程、方便用户使用的程序的集合。

通常我们将操作系统的功能概括为两大功能：

扩展的虚拟机功能、资源管理功能。

其中，资源管理功能包括了处理机管理、存管理、设备管理、文件管理四大功能。

而扩展的虚拟机提供友好的人机交互以及程序级接口，使得计算机看上去像是功能扩展了的机器。

2．存储器:

存储器是计算机的记忆装置，用于存放原始数据、中间数据、最终结果和处理程序。

为了对存储的信息进行管理，把存储器划分成存储单元，每个单元的编号称为该单元的地址。

各种存储器基本上都是以1个字节作为一个存储单元。

存储器的信息是按地址存取的，如要访问存储器中的某个信息，就必须知道它的地址。

向存储器里存入信息也称为“写入”，写入新的容将覆盖原来的容。

从存储器里取出信息也称为“读出”，信息读出后并不破坏原来存储的容，因此信息可以重复读出，多次利用。

通常把存储器、运算器和控制器合称为计算机主机，也可以说主机是由CPU与存储器组成的，而主机以外的装置称为外部设备，外部设备包括输入/输出设备、外存储器等。

3．运算速度:

计算机的运算速度是衡量计算机水平的一项主要指标，它取决于指令执行时间。

运算速度的计算方法多种多样，目前常用单位时间执行多少条指令来表示，而计算机执行各种指令所需时间不同。

因此，常根据在一些典型题目计算中，各种指令执行的频度以及每种指令的执行时间来折算出计算机的等效速度。

4．计算机系统:

计算机系统是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统，由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。

5．CPU和主机的概念:

通常把运算器、控制器做在一个大规模集成电路块上称为中央处理器，又称CPU（CentralProcessingUnit）。

通常把存储器、运算器和控制器合称为计算机主机，也可以说主机是由CPU与存储器组成的，而主机以外的装置称为外部设备，外部设备包括输入/输出设备，外存储器等。

6．软件生存周期：

软件生存周期是指一个软件从提出开发要求开始直到该软件报废为止的整个时期。

通常，软件生存周期包括可行性分析和项目开发计划、需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试、维护等活动，可以将这些活动以适当方式分配到不同阶段去完成。

7．软件危机：

随着计算机应用的普及和深化，计算机软件的数量、规模、复杂程度和开发所需的人力、物力等都在急剧增加，计算机发展初期个人编写小程序的传统方法，已不再适合现代大型软件的开发，用传统方法开发出来的许多大型软件甚至无法投入运行。

同时，由于计算机应用领域和硬件技术得到丁飞速发展，软件的生产速度、质量和规模远远适应不了对软件的需求，造成大量人力、物力、财力的浪费，在软件开发和维护过程中出现了巨大的困难。

计算机领域把大型软件开发和维护过程中遇到的一系列严重问题称为“软件危机”（SoftwareCrisis）。

8．信息：

信息（Information）是客观事物的属性和相互联系特性的表现，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。

计算机中的信息—般是字母、数字、符号的组合，而将这些信息进行传输的载体可以是文字、声音、图形、图像等。

9．输入和输出设备:

输入和出设备简称I/O（Input/Output）设备。

用户通过输入设备将程序和数据输入计算机，输出设备将计算机处理的结果（如数字、字母、符号和图形）显示或打印出来。

常用的输入设备有：

键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪等；常用的输出设备有：

显示器、打印机、绘图仪等。

10．中间代码的概念:

：

所谓“中间代码”是一种结构简单、含义明确的记号系统，这种记号系统可以设计为多种多样的形式，重要的设计原则为两点：

一是容易生成；二是容易将它翻译成目标代码。

11．软件质量：

软件质量是贯穿软件生存期的一个极为重要的问题，关于软件质量的定义有多种说法，从实际应用来说，软件质量定义如下：

（1）与所确定的功能和性能需求的一致性。

（2）与所成文的开发标准的一致性。

（3）与所有专业开发的软件所期望的隐含特性的一致性。

12．定点数及其分类：

所谓定点数，就是指计算机在运算过程中，数据中小数点的位置固定不变。

其中小数点的位置是由计算机设计者在机器的结构中指定一个不变的位置，而不一定都必须具有小数点的指示装置。

定点数一般有小数和整数两种表示形式。

定点小数是把小数点固定在数据数值部分的左边，符号位的右边；定点整数则把小数点固定在数据数值部分的右边。

13．字长:

在计算机中，用若干二进制位表示一个数或一条指令，前者称为数据字，后者称为指令字。

字长的直接影响计算机的功能强弱、精度高低和速度快慢。

计算机处理数据时，一次可以运算的数据长度称为一个“字”（Word），字的长度称为字长。

一个字可以是一个字节（Byte，简称B），也可以是多个字节。

常用的字长有8位（bit）、16位、32位、64位等。

如某一类计算机的字由4个字节组成，则字的长度为32位，相应的计算机称为32位机。

14．存容量:

存储器的容量反映计算机记忆信息的能力，它常以字节为单位表示。

存储器的容量越大，则存储的信息越多，计算机的功能越强。

计算机中的操作大多是与存交换信息，但存的存取速度相对CPU的算术和逻辑运算的速度要低1～2个数量级。

因此，存的读写速度也是影响计算机运行速度的主要因素之一。

为了度量信息存储容量，将8位二进制位（8bits）称为1个字节，字节是计算机中数据处理和存储容量的基本单位。

1024个字节称为1K字节（1KB），1024K个字节称1兆字节（1MB），1024M个字节称为1G字节（1GB），1024G个字节称为1T字节（1TB），现在微型计算机主存容量大多数在兆字节以上。

15．计算机软件。

软件是指用来指挥计算机运行的各种程序的总和以及开发、使用和维护这些程序所需的技术文档。

计算机软件系统分为系统软件和应用软件。

计算机系统软件由操作系统、语言处理系统、以及各种软件工具等各种软件程序组成，指挥、控制计算机硬件系统按照预定的程序运行、工作，从而达到预定的目标。

应用软件是用户利用计算机软、硬件资源为解决各类应用问题而编写的软件，包括用户程序及其说明性文件资料。

16．并发：

并发通常指多个任务可以在同一个时间段同时执行，即允许多个任务在宏观上并行，微观上仍然是串行的（对于单CPU系统而言）。

并行指的是多个任务真正意义上的同时执行，换言之，多个任务可以在同一个时刻同时执行。

并发系统只能够是宏观上并行、微观上串行执行；而并行则在微观执行上也是并行的。

只有在多处理机系统中，任务的并行执行才是可能的。

并行系统往往也可以支持任务的并发执行。

17．主频:

计算机的中央处理器对每条指令的执行是通过若干个微指令操作来完成的，这些微指令操作是按时钟周期的节拍来“动作”的，时钟周期的微秒数反映出计算机的运算速度。

有时也用时钟周期的倒数——时钟频率（兆频），即人们常说的主频来表示。

一般说来，主频越高（时钟周期越短），计算机的运算速度越快。

但是，主频并不能全面准确地反映计算机的运算速度，而每秒钟执行百万条指令数（MIPS）指标则能较全面准确地反映计算机的运算速度。

近十年来，微计算机的主频提高很快，例如，IBMPC/XT微机的CPU主频为4.77MHz，而Pentium4CPU的主频己超过1GMHz，并且在不断提高.

18．网络操作系统:

网络操作系统要求组成网络的各台计算机物理分散且高度自治，各计算机都有各自的软、硬件资源，系统的主要目的是共享网络资源、信息交换和协作。

19．同步通信和异步通信：

同步是每次发送多个字节或信息块，要求通信的收、发双方在时间基准上保持一致，系统需要一个同步时钟，用于传输大量的信息。

异步每次发送和接收一个字符的数据，同步在字符的基础上进行，起始时刻是任意的，字符与字符之间的间隔也是任意的，即各个字符之间是异步的。

20．软件工程：

软件工程是研究大规模程序设计的方法、工具和管理的一门工程科学，也就是运用系统的、规的和可定量的方法来开发、运行和维护软件的系统工程。

软件工程是—门交叉学科，涉及到计算机科学、管理科学、工程学和数学。

软件工程的理论、方法、技术都是建立在计算机科学的基础上，它是用管理学的原理、方法来进行软件生产管理；用工程学的观点来进行费用估算、制定进度和实施方案；用数学方法来建立软件可靠性模型以及分析各种算法和性质。

软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程学科。

21．软件可靠性：

软件可靠性定义表明了一个程序按照用户的要求和设计的目标，执行其功能的正确程度。

一个可靠的程序应要正确的、完整的、一致的和健壮的。

22．信号:

信号（Signal）是携带信息的传输介质，在通信系统中常用电信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等描述。

23．运算器:

运算器又称算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，ALU），是计算机对数据进行加工处理的部件，它的主要功能是对二进制数进行加、减、乘、除等算术运算和与、或、非等基本逻辑运算，实现逻辑判断。

运算器是在控制器的控制之下实现其功能的，运算结果由控制器发出的指令送到存储器中。

24．编译程序:

编译程序是把高级语言程序（源程序）作为一个整体来处理，在应用源程序执行之前，就将程序源代码“翻译”成目标代码（机器语言），编译后与系统提供的代码库，形成—个完整的可执行的机器语言程序（目标程序代码）。

25．控制器:

控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器等组成，控制器是用来控制计算机各部件协调工作，并使整个处理过程有条不紊地进行。

它的基本功能就是从存中取出指令和执行指令，即控制器按程序计数器指出的指令地址从存中取出该指令进行译码，然后根据该指令功能向有关部件发出控制命令，执行该指令。

另外，控制器在工作过程中，还要接受各部件反馈回来的信息。

通常把运算器、控制器集成在一个大规模集成电路板上称为中央处理器，又称CPU（CentralProcessingUnit）。

26．程序运行的局部性原理：

是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。

相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个存区域。

局部性原理又表现为：

时间局部性和空间局部性。

时间局部性是指如果程序中的某条指令一旦执行，则不久之后该指令可能再次被执行；如果某数据被访问，则不久之后该数据可能再次被访问。

空间局部性是指一旦程序访问了某个存储单元，则不久之后。

其附近的存储单元也将被访问。

　　另外，根据程序的局部性理论，Denning提出了工作集理论。

所谓工作集是指进程运行时被频繁访问的页面集合。

显然我们知道只要使程序的工作集全部集中在存中，就可以大大减少进程的缺页次数；否则会使进程在运行过程中频繁出现缺页中断，从而出现频繁的页面调入/调出现象，造成系统性能的下降，甚至出现“抖动”。

　　划分工作集可以按定长时间或定长页面两种方法进行划分。

当颠簸现象发生时，说明系统的负荷过大，通常采用处理器均衡调度。

另一种是控制缺页率，当缺页率达到上限时，则增加存分配量；当缺页率达到下限时，就减少存的分配量。

27．语义处理的功能：

编译过程中的语义处理实现两个功能：

（1）审查每个语法结构的静态语义，即验证语法结构合法的程序是否真正有意义，有时把这个工作称为静态语义分析或静态审查。

（2）如果静态语义正确，则