计算机程序的基本结构
(完整版)计算机系统结构(课后习题答案)
第一章计算机系统结构的基本概念1. 有一个计算机系统可按功能分成4 级，每级的指令互不相同，每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M 倍，即第i 级的一条指令能完成第i-1 级的M 条指令的计算量。
现若需第i 级的N 条指令解释第i+1 级的一条指令，而有一段第 1 级的程序需要运行Ks ，问在第 2 、3 和 4 级上一段等效程序各需要运行多长时间？答：第2 级上等效程序需运行：(N/M)*Ks 。
第 3 级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*Ks 。
第4 级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks 。
note: 由题意可知：第i 级的一条指令能完成第i-1 级的M 条指令的计算量。
而现在第i 级有N 条指令解释第i+1 级的一条指令，那么，我们就可以用N/M 来表示N/M 表示第i+1 级需(N/M) 条指令来完成第i 级的计算量。
所以，当有一段第 1 级的程序需要运行Ks 时，在第 2 级就需要(N/M)Ks ，以此类推2. 硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的？试举例说明。
答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成。
但是实现的性能价格比，实现的难易程序不同。
在DOS 操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡(硬件)上，而随着CPU硬盘、内存技术的不断发展，UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。
3. 试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。
答：计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同，但又相互影响。
(1) 计算机的系统结构相同，但可采用不同的组成。
如IBM370 系列有115、125 、135、158 、168 等由低档到高档的多种型号机器。
从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同，均是由中央处理机/ 主存，通道、设备控制器，外设 4 级构成。
一个c语言程序由什么构成
C语言是一种计算机程序设计语言。
它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。
它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。
随着科技的发展和人工智能时代的来临，计算机中程序设计具有越来越重要的地位。
C语言程序设计是程序设计者的入门语言，它使学习者更能容易理解。
当然它也能设计出一些高级的应用软件和系统软件。
C语言程序设计还能帮助我们学习其它计算机语言如我们熟悉的java语言vb语言的设计，因此C语言是初学者必备的语言。
冯．诺依曼在1945年提出了现代计算机的若干思想，被后人称为冯.诺依曼思想，这是计算机发展史上的里程碑。
自1945 年至今大多采用其结构，因此冯.诺依曼被称为计算机之父。
他的体系结构计算机由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部件构成。
C语言拥有一套完整的理论体系经过了漫长的发展历史，在编程语言中具有举足轻重的地位。
C 语言是一种十分强大的语言，可以进行多种方式进行程序的设计，它是一种很有特色的高级语言通过若干个函数组成，它具备构成程序设计的3 种基本结构顺序，选择和循环结构。
C语言编辑简洁明了，运算符丰富且功能强大还有编译预处理功能。
此语言的移植性好不同的处理器用不同的编译器编译指令达到移植的效果。
C语言的原型ALGOL 60语言（也称为A语言）。
1963年，剑桥大学将ALGOL 60语言发展成为CPL(CombinedProgramming Language)语言。
1967年，剑桥大学的Matin Richards 对CPL语言进行了简化，于是产生了BCPL语言。
1970年，美国贝尔实验室的Ken Thompson将BCPL进行了修改，并为它起了一个有趣的名字“B语言”。
意思是将CPL语言煮干，提炼出它的精华。
并且他用B语言写了第一个UNIX操作系统。
而在1973年，B语言也给人“煮”了一下，美国贝尔实验室的D.M.RITCHIE在B语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了BCPL的第二个字母作为这种语言的名字，这就是C语言。
程序设计概述
• (6)LISP（List Processor）语言。 • 是一种人机交互式的符号处理语言，是在人工智能领域广泛应用的一 种程序设计语言。 • (7)dBASE 语言。 • 是由dBASE 数据库管理系统提供的用于数据处理的结构化程序设计语 言，类似的还有FoxBASE，INFORMIX 等。这类语言提供的命令（语句） 功能很强，这样就无需描述运算的详细过程。例如排序，若用一般的 高级语言编程需若干条语句，在这里只要一条命令即可完成。因此人 们又称这类语言为 ４GL（第四代语言）。特别适合非专业技术人员 使用。 • (8)C++。 • 是一种使用非常广泛的计算机编程语言。C++是一种静态数据类型检 查的，支持多重编程范式的通用程序设计语言。它支持过程化程序设 计、数据抽象、面向对象程序设计、制作图标等等泛型程序设计等多 种程序设计风格。 • (9)Java • 是由Sun Microsystems公司于1995年5月推出的Java程序设计语言 （以下简称Java语言）和Java平台的总称。用Java实现的HotJava浏 览器（支持Java applet）显示了Java的魅力：跨平台、动态的Web、 Internet计算。
• 从计算机程序的用途角度再来看计算机程 序的另外一个描述： 程序=数据结构+算法 总的来说，计算机程序的用途可以概括为 是对信息的处理。数据是信息的载体，数 据结构是指数据在计算机中的表示，算法 是指解决某个问题的方法，通常是一种用 来加工处理对应数据的方法，一般表示为 一组指示计算机每一步动作的有序指令。
• 程序所描述的过程往往是一个有顺序的过程。 • 打仗时（不管是实战还是演习），进攻一个阵地，那么整 个攻占阵地的程序一般可以描述如下： • ①设计进攻方案，确定时间安排。 • ②火力准备（炮火会先对要进攻的阵地一阵狂轰乱炸，称 作火力准备，持续时间通常较长，根据具体情况而视，少 则几分钟半个小时，多则一两个小时）。 • ③步兵开始地面推进。 • ④攻占整个阵地。
微机原理及程序设计
微机原理及程序设计微机原理及程序设计是一门结合了计算机硬件基础和软件编程技能的课程，它对于理解现代计算机系统的工作方式至关重要。
本课程旨在教授学生微机的基本组成原理、指令系统、存储结构以及程序设计的基本方法。
微机原理概述微机，即微型计算机，是一种体积小、价格低廉、功能相对单一的计算机系统。
它们广泛应用于个人计算、嵌入式系统、工业控制等领域。
1. 微机的基本组成：微机主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备（I/O）等部分组成。
2. 中央处理器：CPU是微机的核心，负责执行程序指令。
它包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器组。
3. 存储器：存储器用于存储程序和数据。
主要分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
4. 输入输出设备：包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于与用户进行交互。
指令系统与寻址方式1. 指令系统：是CPU可以执行的所有指令的集合。
指令系统的设计直接影响到微机的性能和功能。
2. 寻址方式：是CPU访问存储器中数据的方法。
常见的寻址方式包括直接寻址、间接寻址、基址寻址等。
存储结构1. 存储器的层次结构：通常包括高速缓存（Cache）、主存和辅助存储器。
2. 存储管理：涉及虚拟存储技术、内存分配和回收等。
程序设计基础1. 程序设计语言：包括汇编语言、高级语言等。
汇编语言与机器指令直接对应，而高级语言则更为抽象，易于编写和理解。
2. 程序结构：程序通常由数据定义、指令序列和控制结构组成。
3. 算法与数据结构：算法是解决问题的步骤，而数据结构是组织数据的方式。
程序设计方法1. 模块化设计：将程序分解为多个模块，每个模块完成特定的功能，易于管理和维护。
2. 面向对象编程：以对象和类为基础，强调数据和功能的封装、继承和多态性。
3. 程序调试：使用调试工具来查找和修复程序中的错误。
微机接口技术1. 总线接口：连接微机内部各部件的通信线路。
2. 外设接口：如串行接口、并行接口、USB接口等，用于连接外部设备。
冯诺依曼计算机的基本原理
冯诺依曼计算机的基本原理冯·诺伊曼计算机是由冯·诺伊曼等人在二战期间研制出来的一种计算机。
它采用了存储程序的思想，通过运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等部件组成。
冯·诺伊曼计算机的基本原理包括指令集、存储结构、运算结构、输入输出结构和控制结构。
1.指令集：冯·诺伊曼计算机采用二进制编码形式的指令集，其中每条指令都指定了计算机执行的具体操作。
指令集包括算术运算指令、逻辑运算指令、传输指令和控制指令等，可以通过指令集对数据进行处理和控制计算机的运行。
2.存储结构：冯·诺伊曼计算机采用存储程序的结构，程序和数据存储在同一存储器中，通过地址寻址方式访问。
存储器分为主存和辅助存储器两部分，主存用于存储当前执行的程序和数据，辅助存储器用于存储程序和数据的长期保存。
3.运算结构：冯·诺伊曼计算机的运算结构包括算术逻辑单元(ALU)、寄存器和数据通路等部件。
ALU用于执行算术和逻辑运算，寄存器用于暂时存储运算结果和中间数据，数据通路用于实现数据在各个部件之间的传输。
4.输入输出结构：冯·诺伊曼计算机可以通过输入设备接收外部数据，并通过输出设备输出计算结果。
输入输出结构包括输入输出接口、输入输出控制器和输入输出设备等部件，用于实现计算机与外部设备的通信和数据交换。
5.控制结构：冯·诺伊曼计算机的控制结构包括指令周期和时序控制等部分。
指令周期由取指、译码、执行和写回等阶段组成，用于指导计算机执行指令的操作流程。
时序控制用于管理和调度计算机各个部件的时序关系，保证计算机正常运行。
冯·诺伊曼计算机的基本原理是把程序和数据存储在同一个存储器中，通过指令集对程序进行控制，实现数据的处理和计算。
它的存储结构、运算结构、输入输出结构和控制结构相互配合，实现了计算机的功能和运行。
冯·诺伊曼计算机为后来的计算机发展提供了重要的理论基础和技术参考，对计算机的发展起到了重要的作用。
计算机系统结构_张晨曦_王志英_课后答案
第1章计算机系统结构的基本概念解释下列术语层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
计算机文化基础(1.6 计算机系统的组成)
系统并管理其资源 的程序组成。 主要功能包括：启动计算机，存储、加载和执 行应用程序，对文件进行排序、检索，将程序 语言翻译成机器语言等。 系统软件可以看作用户与计算机的接口，它为 应用软件和用户提供了控制、访问硬件的手段。
操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、服 务程序。由一
（5）输出设备
主要功能是将计算机处理后的各 种内部格式的信息转换成人们能 识别的形式（如文字、图形、图 像和声音等）。
显示器：显示器由监视器和显示 适配卡组成，是最常用的输出设备。 打印机：打印机也是计算机中最 常用的输出设备。按输出方式可分为 击打式和非击打式，击打式以针式打 印机为主要代表，非击打式以激光打 印机和喷墨打印机为主流。
（1）运算器（ALU ）
运算器是计算机的核心部件，主要负责对 信息的加工处理。运算器不断地从存储器中 得到要加工的数据，对其进行加、减、乘、 除及各种逻辑运算，并将最后的结果送回存 储器中，整个过程在控制器的指挥下有条不 紊地进行。 运算器主要由一个加法器、若干个寄存器 和一些控制线路组成。
（2）控制器（CU）
外存储器（也称辅助存储器） 用于存放暂时不用的数据和程序 ，使用时调入内存。属于永久性 存储器。 常用的外存储器有：硬盘、软 盘、光盘和数据备份设备(如磁 带机、光磁驱动器和活动硬盘) 等
（外）存储器
硬盘
硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成；读写硬 盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮 在盘面上而不接触盘面；硬盘容量视具体类型而 定。硬盘多固定在机箱内部，防尘性能好、可靠 性高，对环境要求不高，但不便携带。
冯.诺依曼 ——电子计算机之父：
美籍匈牙利数学家
主要贡献： 与同事研制人类第二台计算 机EDVAC 提出“存储程序”概念 奠定了现代计算机体系结构 和工作原理
计算机程序的构造和解释
计算机程序的构造和解释随着计算机的普及，计算机程序的构造和解释也受到了越来越多的关注，这是一个分量极重的问题。
计算机程序就是计算机上设计和编程的软件，它定义在计算机上执行某些特定任务的一组指令和技术规范。
在构造了计算机程序之后，我们需要解释它，这就要求我们必须非常了解计算机的工作原理和基本结构。
构造计算机程序的过程可以分为几个步骤，第一步是分析计算机要完成的任务，确定它的目标和要求，并明确任务的细节。
其次，定义程序的结构，根据程序的需求，按照一定的步骤和结构，定义程序代码的构建方式和结构，以确保程序的有效性和质量。
第三步是编写程序代码，根据程序的要求，编写有效的代码，这就是我们熟知的程序编程。
最后，我们可以在测试完成程序之后，发布程序，完成构造计算机程序的工作。
解释计算机程序也是一个重要的任务，它意味着将计算机程序转化为可以被计算机理解的机器语言，以便计算机可以根据这种语言执行特定任务。
解释计算机程序的过程可以分为编译和解释两个步骤。
在编译过程中，计算机会将源代码编译成机器语言，然后计算机才能执行它们。
在解释过程中，计算机会解释源代码，将源代码转化成机器语言，然后计算机才能执行它们。
构造和解释计算机程序的目的都是为了使计算机可以执行某种特定的任务。
因此，我们构造计算机程序时需要考虑到任务的结构，它的输入，任务的处理结果，以及最终的输出，了解这些信息可以帮助我们更好地构造和解释计算机程序。
构造和解释计算机程序是一门重要的学科，它包括多种不同的技术，建立在计算机系统结构和概念理论的基础上，以及用计算机语言描述和实现计算机程序的知识。
这门学科的基本原理是要理解计算机的结构和功能，以及计算机程序的构成和解释。
因此，学习这门学科需要学习计算机的基本原理，以及构造和解释计算机程序的语言，如C，Python，Java等。
构造和解释计算机程序都需要掌握多种技术，而这些技术又是互相关联的。
例如，计算机程序的构建需要理解计算机的工作原理和结构，并熟练掌握计算机语言，同时，解释计算机程序需要了解编译和解释的工作原理，以及如何将源代码转化为机器语言，才能实现计算机程序的正常运行。
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计算机程序的基本结构
计算机程序是让计算机按照特定的指令来执行任务的一系列命令。
它们可以是简单的脚本，也可以是复杂的应用程序。
无论程序的规模大小，它们都有一个基本的结构。
在本文中，我们将探讨计算机程序的基本结构及其各个组成部分。
程序的结构
程序通常由三个主要部分组成：输入、处理和输出。
输入是程序获取信息的方式，处理是程序对输入进行操作或计算的方式，而输出则是程序向用户显示结果的方式。
下面我们将逐个介绍这些部分。
输入
输入是程序获取信息的方式。
这些信息可以是用户输入的数据，也可以是从文件或其他来源读取的数据。
无论信息来自何处，它们都需要被程序正确地读取和处理。
程序应该能够处理各种类型的输入数据，并能够检测和处理错误输入。
处理
处理是程序对输入进行操作或计算的方式。
处理可以包括各种操作，如算术运算、逻辑运算、字符串操作等。
程序应该能够正确地执行这些操作，并能够检测和处理错误的操作。
处理还可以包括各种算法和数据结构，如排序、搜索、树、图等。
程序应该能够正确地实现这些算法和数据结构，并能够处理不同规模的输入数据。
输出
输出是程序向用户显示结果的方式。
输出可以是文本、图形、音
频或视频。
程序应该能够生成正确的输出，并能够处理和显示不同类型的输出。
输出还可以包括日志和错误信息。
程序应该能够正确地记录和显示这些信息，以便用户进行故障排除和调试。
程序的组成部分
除了三个主要部分外，程序还可以由其他组成部分组成。
这些部分包括变量、函数、模块和类。
变量
变量是程序中用于存储数据的容器。
变量可以是数字、字符串、布尔值或其他类型的数据。
变量可以在程序中被多次使用，并且可以在程序中进行修改。
程序应该能够正确地声明、初始化和使用变量，并能够处理变量的作用域和生命周期。
函数
函数是程序中用于执行特定任务的代码块。
函数可以接受输入参数，并可以返回输出结果。
函数可以在程序中被多次调用，并且可以在程序中被重用。
程序应该能够正确地声明、定义和调用函数，并能够处理函数的参数和返回值。
模块
模块是程序中用于组织和管理代码的方式。
模块可以包含多个函数和变量，并可以在程序中被多次引用。
模块可以帮助程序员组织复杂的代码，并可以实现代码的重用和模块化。
程序应该能够正确地导入、使用和管理模块，并能够处理模块的依赖关系和版本控制。
类
类是程序中用于定义对象的蓝图。
类可以描述对象的属性和方法，并可以在程序中创建多个对象。
类可以帮助程序员实现面向对象编程，并可以实现代码的封装和抽象。
程序应该能够正确地声明、定义和使用类，并能够处理类的继承和多态性。
总结
计算机程序的基本结构由三个主要部分组成：输入、处理和输出。
程序还可以包括其他组成部分，如变量、函数、模块和类。
程序应该能够正确地处理各种类型的输入数据，执行各种操作和算法，生成正确的输出结果，并能够组织和管理代码。
程序员应该熟悉程序的基本结构和组成部分，并应该能够设计和实现高质量的程序。