計算機科學(xué)導(dǎo)論教程第1章.ppt

1,計算機科學(xué)技術(shù)與信息化社會,內(nèi)容提要： 計算機的定義、分類、特點、用途和發(fā)展等基本概念 信息化社會的基本特征 Internet對信息化社會的影響 信息化社會對計算機人才及其知識結(jié)構(gòu)的需求 計算機科學(xué)技術(shù)的研究范疇 要求：通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)理解計算機的基本概念、信息化社會的特征以及信息化社會對計算機人才的需求，并初步了解計算機科學(xué)技術(shù)的研究范疇，明確今后學(xué)習(xí)的目標(biāo)和內(nèi)容,2,什么是計算機,計算機：是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對數(shù)據(jù)進行輸入、處理、輸出和存儲的系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)： 硬件：包括運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等。 軟件 ：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、工具軟件,3,計算機的基本操作,計算機的基本操作： 輸入：接受由輸入設(shè)備提供的數(shù)據(jù) 處理：對各種類型的數(shù)據(jù)進行操作，并按指定的方式進行轉(zhuǎn)換 輸出：將處理所產(chǎn)生的結(jié)果等數(shù)據(jù)由輸出設(shè)備進行輸出 存儲：計算機可以存儲程序和數(shù)據(jù) IPOS循環(huán): 即輸入（Input）、處理（Processing）、輸出（Output）和存儲（Storage）,它反映了計算機進行數(shù)據(jù)處理的基本步驟,4,計算機的分類,按處理對象分類：數(shù)字計算機（Digital Computer） 、模擬計算機（Analog Computer） 、數(shù)字模擬混合計算機（Hybrid Computer） 按用途分類：通用計算機（General Purpose Computer） 、專用計算機（ Special Purpose Computer ） 按規(guī)模分類：巨型計算機（Super Computer）、大/中型計算機（Mainframe） 、小型計算機（Mini Computer） 、微型計算機（ Micro Computer）、工作站（Workstation）、服務(wù)器（Server）、網(wǎng)絡(luò)計算機（Network Computer）,5,計算機的特點,運算速度快 運算精度高 具有記憶能力 具有邏輯判斷能力 存儲程序,6,計算機的用途,科學(xué)計算：使用計算機完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中數(shù)學(xué)問題的計算 數(shù)據(jù)處理：使用計算機對數(shù)據(jù)進行輸入、分類、加工、整理、合并、統(tǒng)計、表、檢索以及存儲等 實時控制：及時采集檢測數(shù)據(jù)、使用計算機快速進行處理并自動地控制被控對象的動作，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化 人工智能：由計算機來模擬或部分模擬人類的智能，包括：自然語言理解、專家系統(tǒng)、智能機器人、定理自動證明等,7,計算機的用途(續(xù)）,計算機輔助工程和輔助教育：計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design， CAD） 、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing， CAM） 、計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS） 、計算機輔助教育（Computer Aided Instruction, CAI） 娛樂與游戲：計算機以圖像與聲音的集成形式提供最新的娛樂和游戲的方式,8,計算機的發(fā)展,第一代計算機（1946年1957年）：邏輯器件使用電子管；使用機器語言編程 第二代計算機（1958年1964年）：使用晶體管代替了電子管；在軟件方面配置了子程序庫和批處理管理程序，并推出了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級程序設(shè)計語言及相應(yīng)的編譯程序 第三代計算機（1965年1971年）：用小規(guī)?；蛑幸?guī)模的集成電路來代替晶體管等分立元件；在軟件方面引入多道程序、并行處理、虛擬存儲系統(tǒng)以及功能完備的操作系統(tǒng)，提供面向用戶的應(yīng)用程序 第四代計算機（1972年今）：使用大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開發(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)和計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展 第五代計算機：目標(biāo)是打破計算機現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，使得計算機具有智能,9,信息化社會的特征或要素,建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施：包括傳輸網(wǎng)絡(luò)、信息存儲設(shè)備和信息處理設(shè)備等 采用先進的信息技術(shù)：包括半導(dǎo)體和微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化的計算機系統(tǒng)和并行處理技術(shù)、數(shù)字化通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、海量信息存儲技術(shù)、高速信息傳輸技術(shù)、可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)等 建立廣泛的信息產(chǎn)業(yè)：包括計算機硬件制造業(yè)、計算機軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國民經(jīng)濟中各行業(yè)的信息化 擁有高素質(zhì)的信息人才：包括研究型、設(shè)計型、應(yīng)用型、開發(fā)型、維護型、服務(wù)型、操作型的人才，并具有高度的創(chuàng)新性和良好的適應(yīng)性 良好的信息環(huán)境：包括保障信息化社會有序運作的各項政策、法律、法規(guī)和道德規(guī)范,10,Internet的發(fā)展,ARPA網(wǎng)：是美國國防部高級研究計劃局為進行國防研究項目而開發(fā)的一個試驗性廣域網(wǎng)，以它為主干網(wǎng)、以TCP/IP協(xié)議為核心形成Internet的雛形，并于80年代初成為一個實用性的網(wǎng)絡(luò) NSF網(wǎng)：是美國國家科學(xué)基金會資助下建立的一個廣域網(wǎng)，最初連接了美國的五個超級計算機中心，并與Internet互聯(lián)。80年代后期，逐步取代ARPA網(wǎng)演變成為Internet的主干網(wǎng) Internet的商業(yè)化運作：90年代初，IBM、MCI和MERIT等聯(lián)合組建了ANS（Advanced Networks and Services）公司，并建立ANS網(wǎng)，取代NSF網(wǎng)成為Internet的主干網(wǎng) Internet的完善：成為美國信息高速公路最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，并擴展到全世界，大大促進了現(xiàn)代社會信息化、全球化的進程，對社會政治、經(jīng)濟、生活帶來了深刻的影響,11,Internet的特點,系統(tǒng)的廣域性和開放性：是在全球范圍內(nèi)開發(fā)分布的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 信息的共享性和時效性：信息可以為廣大用戶所共享，并可以長期儲存、長效發(fā)布、隨時更新 入網(wǎng)方式的靈活性和多樣性：TCP/IP協(xié)議解決了不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、不同硬件平臺、不同操作系統(tǒng)之間的兼容性問題，各類計算機都可以靈活地接入，并通過TCP/IP協(xié)議與Internet進行通信 強大的服務(wù)功能：提供遠(yuǎn)程登錄、電子郵件、信息瀏覽、文檔查詢、網(wǎng)絡(luò)新聞以及全球范圍內(nèi)的超媒體信息瀏覽服務(wù)等 網(wǎng)絡(luò)安全的脆弱性和復(fù)雜性：信息流的多渠道交叉和路徑的不確定性、Internet的開放性、管理的松散性以及TCP/IP協(xié)議在安全方面的薄弱性，造成Internet 在安全上的脆弱性和復(fù)雜性,12,我國的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)工程,中國教育科研網(wǎng)（CERNET）：是國家教育委員會管理的覆蓋全國的學(xué)術(shù)性計算機網(wǎng)絡(luò) 中國公用信息網(wǎng)（ChinaNET）：是國家郵電部經(jīng)營和管理的全國性的公用信息網(wǎng)，是Internet我國的延伸 中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)（CSTNET）：是以中國科學(xué)院的NCF網(wǎng)和CCASNET網(wǎng)為基礎(chǔ)，連接了中國科學(xué)院以外的一些科研單位而構(gòu)成的全國性計算機網(wǎng)絡(luò) 中國金橋信息網(wǎng)（China GBN）：是我國經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)設(shè)施之一,13,“金字工程”,“金橋工程”：是在國務(wù)院直接倡導(dǎo)下實施的國家公用經(jīng)濟信息網(wǎng)工程，是我國經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)設(shè)施之一 “金關(guān)工程”：目標(biāo)是將海關(guān)、外貿(mào)、外匯管理以及稅務(wù)等部門和企業(yè)的業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，提高外貿(mào)、海關(guān)等部門的現(xiàn)代化管理水平 “金卡工程”：目標(biāo)是建立一個安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和良好的電子貨幣服務(wù)體系，加快我國金融電子化和商業(yè)電子化的進程 其他“金字”工程：如“金稅工程”、“金企工程”等,14,“三網(wǎng)合一”,“三網(wǎng)合一”：互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)與有線電視網(wǎng)的三網(wǎng)融合 傳統(tǒng)的電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以三大業(yè)務(wù)分割為三大行業(yè)，且各有其優(yōu)勢 未來的信息網(wǎng)則將是“三網(wǎng)合一”的產(chǎn)物，以三大業(yè)務(wù)分割為三大行業(yè)的現(xiàn)狀將不復(fù)存在。它將具有傳統(tǒng)電信網(wǎng)和計算機數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的功能，同時又是一個寬帶交互式新媒體 信息技術(shù)的發(fā)展為“三網(wǎng)合一”的實現(xiàn)提供了技術(shù)保證,15,信息化社會對計算機人才的需求,高素質(zhì)的信息人才是實現(xiàn)信息化社會的保證和原動力 信息化社會所需要的計算機人才： 多方位 具有較高的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力 對于新技術(shù)的發(fā)展具有良好的適應(yīng)性,16,影響計算機學(xué)科教育的因素和培養(yǎng)計劃,計算機科學(xué)技術(shù)的進步 計算機教育環(huán)境和手段的變化 美國IEEE計算機分會和ACM制訂的計算科學(xué)本科教育的教學(xué)計劃和課程指導(dǎo) 中國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002（簡稱CCC2002）,17,計算機理論的研究內(nèi)容,離散數(shù)學(xué)：研究數(shù)理邏輯、集合論、近世代數(shù)和圖論等 算法分析理論：研究算法設(shè)計與算法的時間復(fù)雜性和空間復(fù)雜性分析中的數(shù)學(xué)方法與理論，如組合數(shù)學(xué)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計等 形式語言與自動機理論：研究程序設(shè)計語言以及自然語言的形式化定義、分類、結(jié)構(gòu)等有關(guān)理論以及識別各類語言的形式化模型及其相互關(guān)系 程序設(shè)計語言理論：運用數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)的理論研究程序設(shè)計語言的基本規(guī)律，包括形式語言文法理論、形式語義學(xué)和計算語言學(xué)等 程序設(shè)計方法學(xué)：研究能保證高質(zhì)量程序的各種程序設(shè)計規(guī)范化方法，并研究程序正確性證明理論等,18,計算機硬件的研究內(nèi)容,元器件與存儲介質(zhì)：研究構(gòu)成計算機硬件的各類元器件和存儲介質(zhì) 微電子技術(shù)：研究構(gòu)成計算機硬件的各類集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路芯片的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)等 計算機組成原理：研究通用計算機的硬件組成結(jié)構(gòu)以及各部件的構(gòu)成和工作原理 微型計算機技術(shù)：研究微型計算機的組成原理、結(jié)構(gòu)、芯片、接口及其應(yīng)用技術(shù) 計算機體系結(jié)構(gòu)：研究計算機系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、各種新型體系結(jié)構(gòu)以及提高計算機性能的各種新技術(shù),19,計算機軟件的研究內(nèi)容,程序設(shè)計語言的設(shè)計：根據(jù)實際需求設(shè)計新穎的程序設(shè)計語言 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法：研究數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系，并對這些結(jié)構(gòu)定義相應(yīng)的運算，設(shè)計實現(xiàn)這些運算的算法 程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)：研究程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)（如編譯程序、解釋程序）的基本理論、原理和實現(xiàn)技術(shù) 操作系統(tǒng)：研究如何自動地對計算機系統(tǒng)的軟硬件資源進行有效的管理，并最大限度地方便用戶,20,計算機軟件的研究內(nèi)容（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：研究數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)及其應(yīng)用 算法設(shè)計與分析：研究常用算法的設(shè)計方法，并分析這些算法的時間復(fù)雜性和空間復(fù)雜性 軟件工程學(xué)：是指導(dǎo)計算機軟件開發(fā)和維護的工程學(xué)科，研究如何采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)和維護軟件 可視化技術(shù)：研究如何用圖形和圖像來直觀地表征數(shù)據(jù),21,計算機網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：研究局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程網(wǎng)、Internet、Intranet等各種類型網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、構(gòu)成方法及接入方式 數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：研究實現(xiàn)連接在網(wǎng)絡(luò)上的計算機之間進行數(shù)據(jù)通信的介質(zhì)、原理、技術(shù)以及通信雙方必須共同遵守的各種規(guī)約 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：研究如何為計算機網(wǎng)絡(luò)的用戶提供方便的服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)安全：研究計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備安全、軟件安全、信息安全以及病毒防治等技術(shù),22,計算機應(yīng)用的研究內(nèi)容,軟件開發(fā)工具：研究各種新型的程序設(shè)計語言及其編譯程序、文字和報表處理工具、數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具、多媒體開發(fā)工具以及計算機輔助工程使用的工具軟件等 完善既有的應(yīng)用系統(tǒng)：根據(jù)新的技術(shù)平臺和實際需求對既有的應(yīng)用系統(tǒng)進行升級、改造，使其功能更加強大、使用更加方便 開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域：研究如何擴大計算機在國民經(jīng)濟以及社會生活