計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論

1、計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論第第1 1章章 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)概述計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)概述（第第1.2/91.2/9次課次課）主講主講: : BigGuoBigGuo 信息學(xué)院信息學(xué)院中國(guó)中國(guó) 廣州廣州計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院提綱提綱歷史和歷史和發(fā)展發(fā)展一一計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)算學(xué)計(jì)算學(xué)科概述科概述二二三三知識(shí)知識(shí)體系體系四四學(xué)科學(xué)科教育教育 本章本章小結(jié)小結(jié)五五六六計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院提綱提綱一一. .歷史和發(fā)展歷史和發(fā)展 歷史歷史 發(fā)展階段發(fā)展階段二二. .計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 工作方式和特點(diǎn)工作方式和特點(diǎn) 指標(biāo)指

2、標(biāo) 分類分類三三. .計(jì)算學(xué)科概述計(jì)算學(xué)科概述 定義、本質(zhì)定義、本質(zhì) 3個(gè)形態(tài)個(gè)形態(tài) 四四. .知識(shí)體系知識(shí)體系 學(xué)科學(xué)科歷史和發(fā)展歷史和發(fā)展 學(xué)科內(nèi)涵學(xué)科內(nèi)涵 學(xué)科外延學(xué)科外延五五. .學(xué)科教育學(xué)科教育 目的和要求目的和要求 學(xué)習(xí)方法論學(xué)習(xí)方法論 六六. .本章小結(jié)本章小結(jié) 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 重點(diǎn)重點(diǎn)/難點(diǎn)難點(diǎn)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論. .計(jì)算機(jī)的定義計(jì)算機(jī)的定義計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院一臺(tái)快速、笨拙的機(jī)器一臺(tái)快速、笨拙的機(jī)器4Have limited capabilities.Have limited capabilities.4Can only do basic ma

3、thematics and logical comparisons.Can only do basic mathematics and logical comparisons.4Must be instructed with programs what to doMust be instructed with programs what to do。 （美）George Beekman 計(jì)算機(jī)通論探索明天的技術(shù)作者4A computer is a stupid machine with the ability to do A computer is a stupid machine with

4、the ability to do incredibly smart things, incredibly smart things, 4while computer programmers are smart people with the while computer programmers are smart people with the ability to do incredibly stupid things. ability to do incredibly stupid things. 4They are, in short, a perfect match.They are

5、, in short, a perfect match. Jamie Shiers.計(jì)算機(jī)的定義計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院計(jì)算機(jī)的定義計(jì)算機(jī)的定義 .計(jì)算機(jī)的定義 計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲(chǔ)的程序程序，自動(dòng)地、高速地、精確地進(jìn)行大量數(shù)值，自動(dòng)地、高速地、精確地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算，并且具有記憶計(jì)算，并且具有記憶( (存儲(chǔ)存儲(chǔ)) )能力、邏輯判能力、邏輯判斷能力、可靠性能的數(shù)字化信息處理的現(xiàn)斷能力、可靠性能的數(shù)字化信息處理的現(xiàn)代化智能代化智能電子設(shè)備電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論一一. .計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展計(jì)算機(jī)科

6、學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院探索的歷史過(guò)程探索的歷史過(guò)程 1/3人類制造計(jì)算工具的歷史人類制造計(jì)算工具的歷史 古今中外：算籌、算盤、機(jī)械計(jì)算（加法器、古今中外：算籌、算盤、機(jī)械計(jì)算（加法器、差分機(jī)差分機(jī) 等）等）一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展1歷史歷史 1/12計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院 祖沖之(429500年)算籌算盤1 2 3 4 5 6 7 8 91 2 3 4 5 6 7 8 910 20 30 40 50 60 70 80 9010 20 30 40 50 60 70 80 90計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院 機(jī)械計(jì)算機(jī)機(jī)械

7、計(jì)算機(jī)16231623年，德國(guó)科學(xué)家年，德國(guó)科學(xué)家契克卡德契克卡德( (W. W. Schickard)Schickard)為天文學(xué)家開普勒為天文學(xué)家開普勒( (Kepler)Kepler)制作了一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)制作了一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)機(jī)械式計(jì)算機(jī)機(jī)械式計(jì)算機(jī)：借助于各種機(jī)：借助于各種機(jī)械裝置自動(dòng)傳送十進(jìn)位，而機(jī)械裝置自動(dòng)傳送十進(jìn)位，而機(jī)械裝置的動(dòng)力來(lái)自計(jì)算人員的械裝置的動(dòng)力來(lái)自計(jì)算人員的手。手。一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 2/12探索的歷史過(guò)程探索的歷史過(guò)程 2/31計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院法國(guó)科學(xué)家布萊斯法國(guó)科學(xué)家布萊斯帕斯卡帕斯卡(Blaise Pasca

8、l：16231662年年)是是被公認(rèn)為被公認(rèn)為是制造出機(jī)械計(jì)算是制造出機(jī)械計(jì)算機(jī)的第一人。機(jī)的第一人。一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 3/12 機(jī)械計(jì)算機(jī)機(jī)械計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院德國(guó)著名數(shù)學(xué)家戈特弗里德德國(guó)著名數(shù)學(xué)家戈特弗里德威廉威廉萊萊布尼茨布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz：16461716年年)將帕斯卡的將帕斯卡的“加法器加法器”擴(kuò)大為乘除運(yùn)算擴(kuò)大為乘除運(yùn)算 。1700年左右，萊布尼茨從中國(guó)年左右，萊布尼茨從中國(guó)“易易圖圖”(八卦八卦)里受到啟發(fā)，悟出了二進(jìn)里受到啟發(fā)，悟出了二進(jìn)制數(shù)之真諦。制數(shù)之真諦。 機(jī)械計(jì)算機(jī)機(jī)械計(jì)

9、算機(jī)一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 4/12計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院法國(guó)機(jī)械師約瑟夫法國(guó)機(jī)械師約瑟夫杰卡德杰卡德(Joseph Jacquard)，大約在大約在1801年完成了年完成了“自動(dòng)提花編織機(jī)自動(dòng)提花編織機(jī)”的設(shè)計(jì)制作，的設(shè)計(jì)制作，真正成功地改進(jìn)了提花機(jī)。真正成功地改進(jìn)了提花機(jī)。一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 5/12 提花機(jī)提花機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院Babbage(17921871年)“計(jì)算之父計(jì)算之父”一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 6/12 差分機(jī)和分析差分機(jī)和分析機(jī)機(jī)英國(guó)劍橋大學(xué)著名科學(xué)家英國(guó)劍橋大學(xué)著名科

10、學(xué)家查理斯查理斯巴貝奇巴貝奇(Charles Babbage：17921871年年)在在1822年研制出第一臺(tái)差年研制出第一臺(tái)差分機(jī)。分機(jī)。 計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院Ada Lovelace（1815-1852）為為 Babbage 的分析機(jī)設(shè)計(jì)了程序，被稱為的分析機(jī)設(shè)計(jì)了程序，被稱為“第一位第一位程序員程序員”。一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 7/12計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院1936年，阿倫年，阿倫圖靈圖靈(Alan Turing：19121954年年)在他在他的一篇具有劃時(shí)代意義的論的一篇具有劃時(shí)代意義的論文文論可計(jì)算數(shù)及

11、其在論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用中，論判定問(wèn)題中的應(yīng)用中，論述了一種假想的通用計(jì)算器，述了一種假想的通用計(jì)算器，也就是理想計(jì)算機(jī)，被后人也就是理想計(jì)算機(jī)，被后人稱為稱為“圖靈機(jī)圖靈機(jī)”(Turing MachineTM)。 一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 8/12計(jì)算理論計(jì)算理論探索的歷史過(guò)程探索的歷史過(guò)程 3/31計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院1954年，年，42歲的圖靈英年早逝。從歲的圖靈英年早逝。從1966年開始，每年開始，每年由美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)年由美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(Association for Computing MachineryACM)頒發(fā)頒發(fā)“圖靈獎(jiǎng)

12、圖靈獎(jiǎng)”(Turing Award)給世界上最優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)科學(xué)家。給世界上最優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)科學(xué)家。圖靈紀(jì)念一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 9/12計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院 一般以一般以1946年年的的ENIAC為為現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的誕生年份現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的誕生年份 馮馮諾伊曼：參與并提出了諾伊曼：參與并提出了一些現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的思想一些現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的思想 馮馮諾伊曼機(jī)：存儲(chǔ)程序、諾伊曼機(jī)：存儲(chǔ)程序、5大部件大部件歷史歷史 10/12一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī) 1/22計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院ENIACENIAC的

13、主要任務(wù)是分析炮彈軌跡。的主要任務(wù)是分析炮彈軌跡。 當(dāng)當(dāng)ENIACENIAC公開展出時(shí)，一條炮彈的軌道用公開展出時(shí)，一條炮彈的軌道用20s20s就能算出來(lái)，比炮彈本身的飛行速度還快。就能算出來(lái)，比炮彈本身的飛行速度還快。一.計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 11/12計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院一般認(rèn)為一般認(rèn)為4個(gè)階段：按個(gè)階段：按電子器件電子器件劃分劃分第一代第一代19461957電子管電子管第二代第二代19581964晶體管晶體管第三代第三代19651972中小規(guī)模集成電路中小規(guī)模集成電路第四代第四代1972大大/超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路記憶順口溜：一子二體

14、三集四成記憶順口溜：一子二體三集四成新一代計(jì)算機(jī)：新一代計(jì)算機(jī)： 多種技術(shù)：多種技術(shù)：微電子、光學(xué)、量子、電子仿生、生物微電子、光學(xué)、量子、電子仿生、生物 等等 已有部分實(shí)驗(yàn)原型：走向?qū)嵱靡延胁糠謱?shí)驗(yàn)原型：走向?qū)嵱靡?計(jì)算機(jī)的歷史和發(fā)展歷史歷史 12/12現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī) 2/22計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論二二. .計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院1.什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)？什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)？二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 一種按照事先一種按照事先存儲(chǔ)的程序存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)自動(dòng)、高速高速地地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ)的系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ)的系統(tǒng)。

15、由由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和和計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)組成。組成。物質(zhì)基礎(chǔ)、電子器件組成物質(zhì)基礎(chǔ)、電子器件組成控制指揮硬件工作、指令控制指揮硬件工作、指令/ /代碼代碼/ /程序程序計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院馮馮諾伊曼結(jié)構(gòu)諾伊曼結(jié)構(gòu)基本工作原理基本工作原理：(2點(diǎn)點(diǎn))馮馮諾伊曼思想諾伊曼思想：(3點(diǎn)點(diǎn))二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1事先設(shè)計(jì)事先設(shè)計(jì)存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序機(jī)器自動(dòng)機(jī)器自動(dòng)程序控制程序控制使用使用二二進(jìn)制運(yùn)算進(jìn)制運(yùn)算采用采用存存儲(chǔ)程序思想儲(chǔ)程序思想構(gòu)造計(jì)算機(jī)的構(gòu)造計(jì)算機(jī)的5 5大部件大部件運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備2.

16、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 1/6計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院硬件結(jié)構(gòu)圖硬件結(jié)構(gòu)圖5大部件結(jié)構(gòu)大部件結(jié)構(gòu)注意：該結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的馮注意：該結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的馮諾伊曼結(jié)構(gòu)，它諾伊曼結(jié)構(gòu)，它以控制器為中心以控制器為中心2.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 2/6二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院運(yùn)算器運(yùn)算器又稱又稱算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic UnitALU)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件2.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 3/6二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算基本邏輯運(yùn)算基本邏輯運(yùn)算與、或、非

17、與、或、非計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院控制器控制器2.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 4/6二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4從內(nèi)存中從內(nèi)存中取指令取指令和和執(zhí)行指令執(zhí)行指令 控制器按程序計(jì)數(shù)器指出的指令地址從控制器按程序計(jì)數(shù)器指出的指令地址從內(nèi)內(nèi)存存中取出該指令進(jìn)行中取出該指令進(jìn)行譯碼譯碼，然后根據(jù)該指令功能，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，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，還要接受各部件控制器在工作過(guò)程中，還要接受各部件反饋反饋回來(lái)回來(lái)的信息。的信息。中央處理器中央處理器把把運(yùn)算器運(yùn)算器、控制器控制器做在一個(gè)大規(guī)模集成電路塊

18、上做在一個(gè)大規(guī)模集成電路塊上CPU(Central Processing Unit)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院2.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 5/6二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器5存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶記憶裝置，用于存放原始裝置，用于存放原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、最終中間數(shù)據(jù)、最終結(jié)果結(jié)果和處理和處理程序程序。2種動(dòng)作種動(dòng)作“寫入寫入”“讀出讀出”向存儲(chǔ)器里存入信息也稱為向存儲(chǔ)器里存入信息也稱為“寫入寫入” ，寫入新的內(nèi)容則，寫入新的內(nèi)容則覆蓋覆蓋了原來(lái)的舊內(nèi)容。從存儲(chǔ)器里取出信息，也稱為了原來(lái)的舊內(nèi)容。從存儲(chǔ)器里取出信息，也稱為“讀出讀出” ，信息讀

19、出后并不破壞原來(lái)存儲(chǔ)的內(nèi)容，因此，信息讀出后并不破壞原來(lái)存儲(chǔ)的內(nèi)容，因此信息可以信息可以重復(fù)取出，多次利用重復(fù)取出，多次利用。2種類型種類型“內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器”“外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器”運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器主機(jī)主機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院輸入、輸出設(shè)備輸入、輸出設(shè)備輸入輸入/輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱I/O(Input/Output)設(shè)備設(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)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)如數(shù)字、字母、符號(hào)和圖形和圖形)顯示或打印出來(lái)顯示或打印出來(lái)常用的輸入設(shè)備有：

20、鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)字化常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)字化儀等儀等常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等2.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 6/6二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)6計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院軟件的定義軟件的定義各種各種程序程序及其相關(guān)及其相關(guān)文檔文檔的集合的集合 不僅僅是程序不僅僅是程序一般分一般分2類類：軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、控制硬件驅(qū)動(dòng)、控制硬件解決應(yīng)用問(wèn)題解決應(yīng)用問(wèn)題例如：操作系統(tǒng)（WindowsXP、Vista）、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言處理系統(tǒng)例如：辦公自動(dòng)化軟件（Word、WPS）、教務(wù)系統(tǒng)3.計(jì)算機(jī)軟件

21、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件12計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院4步循環(huán)步循環(huán)IPOS輸入處理輸出存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)速度快、精度高速度快、精度高邏輯運(yùn)算能力和記憶能力邏輯運(yùn)算能力和記憶能力高度自動(dòng)化和靈活性高度自動(dòng)化和靈活性二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124.計(jì)算機(jī)的工作方式及特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的工作方式及特點(diǎn)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期T：執(zhí)行微指令的時(shí)間執(zhí)行微指令的時(shí)間主頻：主頻：f = 1 / T ，現(xiàn)在一般用現(xiàn)在一般用MHz表示，量級(jí)達(dá)到表示，量級(jí)達(dá)到G表示數(shù)據(jù)、指令的若干二進(jìn)制位的長(zhǎng)度表示

22、數(shù)據(jù)、指令的若干二進(jìn)制位的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)字、指令字?jǐn)?shù)據(jù)字、指令字1個(gè)個(gè)字節(jié)字節(jié)（byte）：）：8個(gè)二進(jìn)制位個(gè)二進(jìn)制位評(píng)價(jià)用途：計(jì)算能力強(qiáng)弱、精度高低、速度快慢評(píng)價(jià)用途：計(jì)算能力強(qiáng)弱、精度高低、速度快慢字長(zhǎng)字長(zhǎng)二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12時(shí)鐘周期和主頻時(shí)鐘周期和主頻5.計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo) 1/2計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量以以字節(jié)字節(jié)為單位為單位：容量單位：字節(jié)、容量單位：字節(jié)、K（1024個(gè)字節(jié)）、個(gè)字節(jié)）、M、G、T等等MIPS：每秒執(zhí)行百萬(wàn)次指令數(shù)每秒執(zhí)行百萬(wàn)次指令數(shù)基準(zhǔn)程序測(cè)試集基準(zhǔn)程序測(cè)試集:1KB（千）千）1024（210）字節(jié)，

23、）字節(jié)，1MB(兆兆)1024KB220B，1GB（千兆）千兆）1024MB=230B，1TB（萬(wàn)兆）萬(wàn)兆）1024GB=240B 運(yùn)算速度運(yùn)算速度二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)345.計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo) 2/2計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論三三. .計(jì)算學(xué)科概述計(jì)算學(xué)科概述計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院 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)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)研究時(shí)間時(shí)間： 形成于形成于20世紀(jì)世紀(jì)40年代初期年代初期外延外延：理論研究理論研究工程設(shè)計(jì)

24、工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算學(xué)科計(jì)算學(xué)科定義定義三.計(jì)算學(xué)科概述11.計(jì)算學(xué)科定義和本質(zhì)計(jì)算學(xué)科定義和本質(zhì) 1/2計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院根本問(wèn)題根本問(wèn)題能行性能行性（或者可計(jì)算性）（或者可計(jì)算性）根本任務(wù)根本任務(wù)：計(jì)算計(jì)算什么能被有效地自動(dòng)計(jì)算什么能被有效地自動(dòng)計(jì)算凡是與能行性有關(guān)的討論都是處理離散對(duì)象的凡是與能行性有關(guān)的討論都是處理離散對(duì)象的連續(xù)問(wèn)題連續(xù)問(wèn)題 離散化離散化思維即計(jì)算、認(rèn)知即計(jì)算思維即計(jì)算、認(rèn)知即計(jì)算計(jì)算視覺計(jì)算視覺計(jì)算語(yǔ)言學(xué)、計(jì)算哲學(xué)計(jì)算語(yǔ)言學(xué)、計(jì)算哲學(xué) 本質(zhì)本質(zhì)三.計(jì)算學(xué)科概述21.計(jì)算學(xué)科定義和本質(zhì)計(jì)算學(xué)科定義和本質(zhì) 2/2計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)

25、論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院計(jì)算學(xué)科抽象設(shè)計(jì)理論數(shù)學(xué)自然科學(xué)工程形式化工程化模型化三.計(jì)算學(xué)科概述2.計(jì)算學(xué)科的計(jì)算學(xué)科的3個(gè)形態(tài)個(gè)形態(tài)計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論四四. .計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的 知識(shí)體系知識(shí)體系計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院歷史歷史時(shí)間：時(shí)間：20世紀(jì)世紀(jì)50年代初年代初學(xué)科內(nèi)容：不斷豐富、細(xì)分，完善學(xué)科內(nèi)容：不斷豐富、細(xì)分，完善發(fā)展發(fā)展教育界重視：開始制定教育界重視：開始制定“計(jì)算學(xué)科教程計(jì)算學(xué)科教程”，以構(gòu)建知識(shí)體，以構(gòu)建知識(shí)體系系適應(yīng)計(jì)算機(jī)工業(yè)界發(fā)展：推陳出新。但還是難以跟上適應(yīng)計(jì)算機(jī)工業(yè)界發(fā)展：推陳出新。但還是難

26、以跟上 工業(yè)發(fā)展工業(yè)發(fā)展4個(gè)方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、個(gè)方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、 軟件工程、信息系統(tǒng)（據(jù)軟件工程、信息系統(tǒng)（據(jù)CC2001/CCC2002）四.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系1.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的歷史與發(fā)展計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的歷史與發(fā)展12計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院研究計(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、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)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，包括的學(xué)科，包括科學(xué)科學(xué)與與技術(shù)技術(shù)兩方面。兩方面?？茖W(xué)：現(xiàn)象研究、規(guī)

27、律揭示科學(xué)：現(xiàn)象研究、規(guī)律揭示技術(shù)：方法實(shí)現(xiàn)、工藝手段技術(shù)：方法實(shí)現(xiàn)、工藝手段特點(diǎn)：科學(xué)性與工程性并重特點(diǎn)：科學(xué)性與工程性并重定義定義四.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系12. 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)涵計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)涵 1/2計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院什么能被有效地自動(dòng)化什么能被有效地自動(dòng)化重要工具重要工具數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)重要手段重要手段建立物理符號(hào)系統(tǒng)、并實(shí)施變換建立物理符號(hào)系統(tǒng)、并實(shí)施變換根本問(wèn)題根本問(wèn)題四.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系22. 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)涵計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)涵 2/2計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信

28、息學(xué)院基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論專業(yè)基礎(chǔ)專業(yè)基礎(chǔ)應(yīng)用應(yīng)用三個(gè)層面三個(gè)層面研究范疇研究范疇計(jì)算機(jī)理論：計(jì)算機(jī)理論：硬件：硬件：軟件：軟件：網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)：應(yīng)用：應(yīng)用：范疇范疇四.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系13.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的外延計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的外延 1/2離散數(shù)學(xué)、算法設(shè)計(jì)與分析、可離散數(shù)學(xué)、算法設(shè)計(jì)與分析、可計(jì)算理論、程序設(shè)計(jì)方法學(xué)計(jì)算理論、程序設(shè)計(jì)方法學(xué)微電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、組成原微電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理嵌入式理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、軟件工程、可視化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、軟件工程、可視化技

29、術(shù)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全人機(jī)工程、領(lǐng)域應(yīng)用人機(jī)工程、領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院服務(wù)課程集交叉：交叉：課程集：課程集：核心核心課程集課程集離散結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、算法與復(fù)雜性、組織與體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、人機(jī)交互、圖形學(xué)與可視化計(jì)算、智能系統(tǒng)、信息管理、軟件工程、數(shù)值計(jì)算、社會(huì)和職業(yè)問(wèn)題體系建構(gòu)體系建構(gòu)課程體系內(nèi)容課程體系內(nèi)容四.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系23.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的外延計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的外延 2/214個(gè)知識(shí)體系個(gè)知識(shí)體系計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論五五. .計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教育計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教育計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論信息學(xué)院信息學(xué)院矛盾矛盾Moore定律：微處理器的處理能力每定律：微處理器的處理能力每1824個(gè)月增加個(gè)月增加1倍倍教育跟不上產(chǎn)業(yè)界的發(fā)展：質(zhì)量上的供需矛盾日益突出教育跟不上產(chǎn)業(yè)界的發(fā)展：質(zhì)量上的供需矛盾日益突出出路出路教育界：經(jīng)常變革，加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)界的合作教育界：經(jīng)常變革，加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)界的合作產(chǎn)業(yè)界：提高認(rèn)識(shí)，積極溝通，全面支持校企合作模式產(chǎn)業(yè)界：提高認(rèn)識(shí)，積極溝通，全面支持校企合作模式個(gè)個(gè) 人：學(xué)習(xí)精神、學(xué)習(xí)方法、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、創(chuàng)新思維人：學(xué)習(xí)精神、學(xué)習(xí)方法、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、創(chuàng)新思維1.現(xiàn)狀現(xiàn)狀五.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)