信息學(xué)科導(dǎo)論_5.7

1、信息科學(xué)導(dǎo)論 Introduction of Information Subject 第 5 章 : 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 5.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容 5.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史 5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 5.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.2 Fall in 2010 5.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念 1. 什么是學(xué)科 學(xué)科是用于對(duì)學(xué)術(shù)進(jìn)行分類的概念，指一定的科 學(xué)領(lǐng)域或一門科學(xué)的分支（分支學(xué)科），如自然科學(xué) 中的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)，人文社會(huì)科學(xué)

2、中的文學(xué)、 語(yǔ)言學(xué)、法學(xué)、社會(huì)學(xué)等。 學(xué)科的出現(xiàn)反映了自然與社會(huì)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜多樣性 ，也反映人類認(rèn)識(shí)世界的規(guī)律與方法。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.3 Fall in 2010 5.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念 2 、什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一個(gè)一級(jí)學(xué)科的名稱，是指 研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、制造以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息獲 取、表示、存儲(chǔ)、處理、控制和應(yīng)用等的理論、原則 、方法和技術(shù)的學(xué)科。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是一門朝氣蓬勃、發(fā)展 迅速、博大精神、影響深遠(yuǎn)的學(xué)科。 Introduction of Science S

3、ubjectDongjun Huang 1.4 Fall in 2010 5.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念 3 、主要內(nèi)容 通常認(rèn)為，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)包括六個(gè)分支學(xué)科 ，即理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組織 與實(shí)現(xiàn)、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能。 計(jì)算機(jī) 科學(xué)與技術(shù) 理論計(jì)算機(jī)科學(xué) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)組織與 實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)軟件 人工智能 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.5 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容 1. 理論計(jì)算機(jī)科學(xué) 理論計(jì)算機(jī)科學(xué)是研究計(jì)算機(jī)基本理論的學(xué)科。 理論計(jì)算機(jī)科學(xué)

4、包括自動(dòng)機(jī)理論、形式語(yǔ)言理論、程 序理論、算法分析，以及計(jì)算復(fù)雜性理論等。 位于英國(guó)曼徹斯特街頭的圖靈塑像。 圖靈機(jī)模型的藝術(shù)展現(xiàn) 圖靈是理論計(jì)算機(jī)科學(xué)的創(chuàng)立人。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.6 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是研究機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程 序編寫者所看到的計(jì)算機(jī)外特性的學(xué)科。 程序設(shè)計(jì)者所見的計(jì)算機(jī)屬性，著重于計(jì)算機(jī)的 概念結(jié)構(gòu)和功能特性，硬件、軟件和固件子系統(tǒng)的功 能分配及其界面的確定。使用高級(jí)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)者 所見到的計(jì)算機(jī)屬性，主要是

5、軟件子系統(tǒng)的屬性。使 用機(jī)器語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)者所見到的計(jì)算機(jī)屬性，則是 硬件子系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)（硬件子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）及其功能 特性，包括指令系統(tǒng)（機(jī)器語(yǔ)言），以及寄存器定義 、中斷機(jī)構(gòu)、輸入輸出方式、機(jī)器工作狀態(tài)等。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.7 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)是研究組成計(jì)算機(jī)的功能、部 件間的相互連接和相互作用，以及有關(guān)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的 技術(shù)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定分配給硬子系統(tǒng)的功能 及其概念結(jié)構(gòu)之后，計(jì)算機(jī)組織的任務(wù)就是研究各組 成部分的內(nèi)部

6、構(gòu)造和相互聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令級(jí)的 各種功能和特性。 微控制器集成電路 Intel 雙核處理器 Intel CPU 內(nèi)部連接 E6750 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.8 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 隨著計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展和性能的提高，計(jì)算機(jī)包 含的功能部件也日益增多，其間的互連結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜 ?，F(xiàn)代已有三類互連方式，分別以中央處理器、存儲(chǔ) 器或通信子系統(tǒng)為中心，與其他部件互連。 “ 天河一號(hào) ” 采用了全新的 多陣列可配置協(xié)同并行的 組織結(jié)構(gòu) , 從而實(shí)現(xiàn)了系 統(tǒng)性能的提升。這種系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)具備

7、構(gòu)建下一個(gè)量級(jí) 即萬萬億次計(jì)算機(jī)的能力 , 將會(huì)成為下一代高新計(jì)算 機(jī)的主流結(jié)構(gòu)。 我國(guó)我國(guó) 2009 年年 11 月發(fā)布的超級(jí)計(jì)算機(jī)月發(fā)布的超級(jí)計(jì)算機(jī) “ 天河一天河一號(hào)號(hào) ” Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.9 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 4. 計(jì)算機(jī)軟件 什么是計(jì)算機(jī)軟件： 軟件是計(jì)算機(jī)程序及其文檔的總和。程序總是要 通過某種物理介質(zhì)來存儲(chǔ)和表示的，它們是磁盤、磁 帶、程序紙、穿孔卡等，但程序并不是指這些物理介 質(zhì)，而是指那些看不見、摸不著的指令序列。注意， 軟件還包括與程序相關(guān)的文檔部

8、分。 計(jì)算機(jī)軟件作為一門學(xué)科，研究各類軟件的設(shè)計(jì) 、開發(fā)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)的理論、原則、方法和技術(shù)。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.10 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 計(jì)算機(jī)軟件分類： 可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。 系統(tǒng)軟件： 系統(tǒng)軟件是負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理、 調(diào)度、監(jiān)視和服務(wù)。 一種 UNIX 操作系統(tǒng)界面 最初的蘋果計(jì)算機(jī)視窗操作系統(tǒng) Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.11 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技

9、術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） Windows Vista 操作系統(tǒng)界面 2009 Mac OS X Snow Leopard Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.12 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 應(yīng)用軟件： 應(yīng)用軟件是指各個(gè)不同領(lǐng)域的用戶為各自的需要 而開發(fā)的各種應(yīng)用程序，如圖像處理軟件、三維動(dòng)畫 軟件、工業(yè)控制軟件等。 工業(yè)過程控制組態(tài)軟件 數(shù)字圖像處理軟件數(shù)字圖像處理軟件 PHOTOSHOP Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.13 Fall i

10、n 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 5. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)科研究計(jì)算機(jī)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域 的理論、方法、技術(shù)和系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與其他學(xué) 科在應(yīng)用上相結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)應(yīng)用已深入到科學(xué) 、技術(shù)、社會(huì)的廣闊領(lǐng)域，按其應(yīng)用問題以及信息處 理的形態(tài)，大體上可以分為 ： 科學(xué)計(jì)算。求取各 種數(shù)學(xué)問題的數(shù)值解。 數(shù)據(jù)處理。用計(jì)算機(jī)收集 、記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)處理產(chǎn)生新的信息形式。計(jì)算機(jī)應(yīng)用 所面對(duì)的數(shù)據(jù)是多種類型的，如文本、圖像、音頻、 視頻等。處理方式主要包括數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ) 、分類、組織、計(jì)算、檢索。 知識(shí)處理。用計(jì)算 機(jī)進(jìn)行知識(shí)的表示、利用、獲取。 Introduct

11、ion of Science SubjectDongjun Huang 1.14 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 科學(xué)計(jì)算的可視化 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.15 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 多媒體技術(shù)在北京奧運(yùn)會(huì)開模式上 的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：地貌渲染 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.16 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)的結(jié)合：視頻會(huì)議

12、系統(tǒng) Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.17 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基本任務(wù)： 計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究普 遍需要解決的課題。應(yīng)用系統(tǒng)分析在于系統(tǒng)地調(diào)查、 分析應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)和要求，建立數(shù)學(xué)模型，按照一 定的規(guī)范化形式描述它們，形成計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的技 術(shù)設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)、應(yīng)用 軟件總體設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì)、其他工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng) 性能評(píng)價(jià)，最終以系統(tǒng)產(chǎn)品的形式提供給用戶。 Introduction of Science SubjectDongju

13、n Huang 1.18 Fall in 2010 5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)） 6. 人工智能 人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展 人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的科學(xué)。它 企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智 能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包 括知識(shí)表示、自動(dòng)推理和搜索方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和知識(shí) 獲取、知識(shí)處理系統(tǒng)、自然語(yǔ)言理解、計(jì)算機(jī)視覺、 智能機(jī)器人、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)等方面等。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.19 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史 1. 計(jì)

14、算機(jī)科學(xué)的起源 標(biāo)志性事件： 1936 年，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇 論文，題為 “ 論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用 ” 。在 這篇開創(chuàng)性的論文中，圖靈給 “ 可計(jì)算性 ” 下了一個(gè) 嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的 “ 圖靈機(jī) ” (Turing Machine) 的設(shè)想。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.20 Fall in 2010 1.一條無限長(zhǎng)的紙帶。紙帶被劃分為一個(gè)接一個(gè)的小格子，每個(gè)格子上包含一個(gè)來自有限字母表的符號(hào)，字母表中有一個(gè)特殊的符號(hào) 表示空白。紙帶上的格子從左到右依此被編號(hào)為 0,1,2,. ，紙帶的兩端可

15、以無限伸展。 2.一個(gè)讀寫頭 。該讀寫頭可以在紙帶上左右移動(dòng)，它能讀出當(dāng)前所指的格子上的符號(hào)，并能改變當(dāng)前格子上的符號(hào)。 3.一套控制規(guī)則 。它根據(jù)當(dāng)前機(jī)器所處的狀態(tài)以及當(dāng)前讀寫頭所指的格子上的符號(hào)來確定讀寫頭下一步的動(dòng)作，并改變狀態(tài)寄存器的值，令機(jī)器進(jìn)入一個(gè)新的狀態(tài)。 4.一個(gè)狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器。它用來保存圖靈機(jī)當(dāng)前所處的狀態(tài) 。 注意這個(gè)機(jī)器的每一部分都是有限的，但它有一個(gè)潛在的無限長(zhǎng)的紙帶，因此這種機(jī)器只是一個(gè)理想的設(shè)備。圖靈認(rèn)為這樣的一臺(tái)機(jī)器就能模擬人類所能進(jìn)行的任何計(jì)算過程。 “5+1”的計(jì)算過程（1）當(dāng)前狀態(tài)當(dāng)前符號(hào)新符號(hào)讀寫頭移動(dòng)新狀態(tài)startleftaddadd10left

16、carrycarry01leftnoncarrynoncarry11leftnoncarrystartadd101110101100carrynoncarry“5+1”的計(jì)算過程（2）noncarryrightreturnreturn11rightreturnreturn10rightreturn當(dāng)前狀態(tài)當(dāng)前符號(hào)新符號(hào)讀寫頭移動(dòng)新狀態(tài)110110110110noncarryreturnreturnreturn110haltreturnstayhalt當(dāng)前狀態(tài)當(dāng)前符號(hào)新符號(hào)讀寫頭移動(dòng)新狀態(tài)“5+1”的計(jì)算過程（3）思考：圖靈機(jī)如何運(yùn)算“7+1”？110return5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展

17、歷史（續(xù)） 圖靈機(jī)被公認(rèn)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的原型，這臺(tái)機(jī)器可 以讀入一系列的零和一，這些數(shù)字代表了解決某一問 題所需要的步驟，按這個(gè)步驟走下去，就可以解決某 一特定的問題。這種觀念在當(dāng)時(shí)是具有革命性意義的 ，因?yàn)榧词乖?50 年代的時(shí)候，大部分的計(jì)算機(jī)還只能 解決某一特定問題，不是通用的，而圖靈機(jī)在理論上 卻是通用機(jī)。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.21 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 20 世紀(jì) 40 年代數(shù)字計(jì)算機(jī)產(chǎn)生后，關(guān)于現(xiàn)實(shí)計(jì)算 機(jī)及其程序的數(shù)學(xué)模型性質(zhì)的研究以及計(jì)算復(fù)雜性（ 早期稱作計(jì)算

18、難度）的研究迅速發(fā)展起來，形成自動(dòng) 機(jī)論、形式語(yǔ)言理論、程序設(shè)計(jì)理論、算法設(shè)計(jì)與分 析和計(jì)算復(fù)雜性理論幾個(gè)領(lǐng)域。至于圖靈機(jī)理論，則 可以看作是這一學(xué)科形成前的階段。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.22 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 20世紀(jì) 40 年代后期，美籍匈 牙利科學(xué)家馮諾伊曼提出了， 存儲(chǔ)程序的概念，發(fā)展出謂馮 諾伊曼結(jié)構(gòu)。對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)的研究在 20 世紀(jì) 50 年代開始 興起。當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)的性能在 計(jì)算速度和編址空間方面已提 20 世紀(jì) 40 年代

19、的馮諾伊曼 高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，但大部分是 通過分立元件更新而獲得的。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.23 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 馮 諾依曼的貢獻(xiàn)主要是確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基 本結(jié)構(gòu)，即馮 諾依曼結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)可以概括為如下 幾點(diǎn)：（ 1 ）使用單一的處理部件來完成計(jì)算、存儲(chǔ) 以及通信的工作；（ 2 ）存儲(chǔ)單元是定長(zhǎng)的線性組織 ；（ 3 ）存儲(chǔ)空間的單元是直接尋址的；（ 4 ）使用機(jī) 器語(yǔ)言，指令通過操作碼來完成簡(jiǎn)單的操作；（ 5 ） 對(duì)計(jì)算進(jìn)行集中的順序控制。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的劃代原則 主要是依

20、據(jù)計(jì)算機(jī)所采用的電子器件不同來劃分的， 這就是人們通常所說的電子管、晶體管、集成電路、 超大規(guī)模集成電路等四代，但是都屬于馮 諾依曼結(jié) 構(gòu)。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.24 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)方式的變革 A. 早期的計(jì)算機(jī) Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.25 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)方式的變革 B. 巨型機(jī)計(jì)算機(jī) Intro

21、duction of Science SubjectDongjun Huang 1.26 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)方式的變革 C.微處理器與微型計(jì)算機(jī) Intel Conroe 核心 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.27 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)方式的變革 D. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展集中反映了計(jì) 算機(jī)組織方式的變革。從計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)的角度看 待計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是本質(zhì)性的觀點(diǎn)。

22、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的具有獨(dú)立功能 的多臺(tái)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來 ，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的 管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.28 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)方式的變革 D. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 從分布范圍看上，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)、城 域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。 互聯(lián)網(wǎng)指各類網(wǎng)絡(luò)（包括異構(gòu)的）相互聯(lián)接構(gòu)成 的超級(jí)網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）。 Introduction of Scienc

23、e SubjectDongjun Huang 1.29 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 因特網(wǎng)（the Internet）： 因特網(wǎng)是指一個(gè)特定的互聯(lián)網(wǎng)，因其英文單詞 “ Internet ” 的諧音而稱為 “ 英特網(wǎng) ” 。無論從地理范圍 ，還是從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模來講它都是最大的一種網(wǎng)絡(luò)。從地 理范圍來說，它是全球計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，這種網(wǎng)絡(luò)的最 大的特點(diǎn)就是不確定性，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)每時(shí)每刻 隨著網(wǎng)絡(luò)的接入在不變的變化。當(dāng)連在因特網(wǎng)上的時(shí) 候，計(jì)算機(jī)可以算是它的一部分，但斷開因特網(wǎng)的連 接時(shí)，計(jì)算機(jī)就不屬于互它了。但它的優(yōu)點(diǎn)也是非常 明顯的，就是信息量大，傳播廣，無

24、論你身處何地， 只要聯(lián)上因特網(wǎng)你就可以對(duì)任何可以聯(lián)網(wǎng)用戶發(fā)出你 的信息。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.30 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 因特網(wǎng)的可視化 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.31 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） E.分布式計(jì)算與網(wǎng)格的發(fā)展 分布式計(jì)算（Distributed Computing）研究多 核系統(tǒng)、多處理器系統(tǒng)、多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集群 系統(tǒng)環(huán)境下的硬件系統(tǒng)組織與軟件

25、設(shè)計(jì)問題。在分布 式計(jì)算中，一個(gè)程序被分解成多個(gè)部分，同時(shí)在多臺(tái) 通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。分布式計(jì)算的 核心是如何把一個(gè)需要巨大計(jì)算能力才能解決的問題 分成多個(gè)小的部分，然后把這些部分分配給許多計(jì)算 機(jī)進(jìn)行處理，最后把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來得到最終 結(jié)果。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.32 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 網(wǎng)格計(jì)算是分布式計(jì)算的高級(jí)形態(tài)。網(wǎng)格技術(shù)的 目標(biāo)是基于因特網(wǎng)技術(shù)、Web 技術(shù)和高性能計(jì)算等技 術(shù), 采用開放標(biāo)準(zhǔn), 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境上的資源共享 和協(xié)同工作, 消

26、除信息孤島和資源孤島。與它相關(guān)的 技術(shù)包括: 實(shí)時(shí)企業(yè)信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境 、因特網(wǎng)技術(shù)、知識(shí)管理、XML 技術(shù)、ASP 技術(shù)、萬 維網(wǎng)服務(wù)(Web Service) 、語(yǔ)義網(wǎng)(Semantic Web) 、數(shù)據(jù)網(wǎng)格、信息網(wǎng)格、計(jì)算網(wǎng)格、高性能計(jì)算等技 術(shù)。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.33 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 1990 年代提出的網(wǎng)格運(yùn)算( Grid Computing) 概念, 是基于網(wǎng)格的問題的求解。網(wǎng)格計(jì)算旨在動(dòng)態(tài) 的環(huán)境下協(xié)調(diào)資源分享與問題解決能力, 利用互聯(lián)網(wǎng)

27、 或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)把地理上廣泛分布的各種計(jì)算資源互連在 一起, 構(gòu)成虛擬的整合應(yīng)用環(huán)境的技術(shù), 這些計(jì)算資 源包括超級(jí)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)集群、存儲(chǔ)系統(tǒng)和可視化 系統(tǒng)等, 在必要的時(shí)候, 這項(xiàng)技術(shù)還可以有選擇地將 這些計(jì)算資源作為單獨(dú)的、統(tǒng)一的計(jì)算資源來處理。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.34 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 4. 軟件工程的興起 程序設(shè)計(jì)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)是一種類似 “ 手藝 ” 而 不是類似現(xiàn)代工程的技術(shù)。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了大程 序。這些大程序的可靠性很難保證。到60年代后期， 西

28、方國(guó)家出現(xiàn)了 “ 軟件危機(jī) ” 。這是指有些程序過于龐 大（包含幾十萬條以至幾百萬條指令），成本過高而 可靠性則比較差。于是提出了軟件工程的概念，目的 在于使軟件開發(fā)遵守嚴(yán)格的規(guī)范，使用一套可靠的方 法，從而保證質(zhì)量?，F(xiàn)代軟件工程的方向是形式化和 自動(dòng)化，而形式化的目的在于自動(dòng)化。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.35 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 軟件技術(shù)的里程碑： 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)（structured programming）是 進(jìn)行以模塊功能和處理過程設(shè)計(jì)為主的詳細(xì)設(shè)計(jì)的基 本原則。其概

29、念最早由E.W.Dijikstra在1965年提出 ，是軟件發(fā)展的一個(gè)重要的里程碑，它的主要觀點(diǎn)是 采用自頂向下、逐步求精的程序設(shè)計(jì)方法；使用三種 基本控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造程序，任何程序都可由順序、選擇 、重復(fù)三種基本控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.36 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 軟件技術(shù)的里程碑： 面向?qū)ο蠹夹g(shù)。 組件技術(shù)。 面向服務(wù)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.37 Fall in 2010 5.

30、 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 5. 人工智能的期待 計(jì)算機(jī)科學(xué)與與技術(shù)的發(fā)展幾乎伴隨著人工智能 理論與技術(shù)的進(jìn)步。 用計(jì)算機(jī)模擬人的智能，特別是模擬思維活動(dòng)是 人工智能追求的目標(biāo)。由于人的思維活動(dòng)離不開語(yǔ)言 ，而且人對(duì)于某一類問題進(jìn)行思索和探索解法時(shí)，總 是需要以關(guān)于這一類問題的基本知識(shí)（專業(yè)知識(shí)或常 識(shí)）作為出發(fā)點(diǎn)。于是，知識(shí)表示和機(jī)器對(duì)自然語(yǔ)言 的理解就構(gòu)成人工智能的兩個(gè)重要領(lǐng)域。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.38 Fall in 2010 5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)） 在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的初期，人們?cè)南?/p>

31、望于機(jī)器的高 速度，以為在模擬人的思維時(shí)，機(jī)器可能用它的高速 度來?yè)Q取它所不具有的創(chuàng)造性思維。但通過 “ 組合性 爆炸 ” 問題（ “ 組合性爆炸 ” 是指一些組合數(shù)學(xué)中的問 題，在參數(shù)增大時(shí)，計(jì)算時(shí)間的增長(zhǎng)率時(shí)常是指數(shù)的 ，甚至高于指數(shù)），人們認(rèn)識(shí)到，單純靠速度不能繞 過組合性爆炸所產(chǎn)生的障礙。 目前普遍認(rèn)為，人工智能仍然處于初級(jí)階段。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.40 Fall in 2010 5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 六十多年過去了，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可以說是日 新月異。若干年前，人們對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展所作的 預(yù)測(cè)

32、歸納為：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。今 天，我們可以把這些特點(diǎn)再進(jìn)行歸納，認(rèn)為 “ 高性能 計(jì)算( High Performance Computing) ” 、 “ 無所不在 的計(jì)算 ” (Ubiquitous Computing，或普適計(jì)算 Pervasive computing )和 “ 智能化信息處理 ” 是計(jì)算 機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)或趨勢(shì)。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.41 Fall in 2010 5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)） 1. 新型計(jì)算機(jī) 首先是生物計(jì)算機(jī)。早在 20 世紀(jì) 70 年代，人們就 發(fā)現(xiàn)

33、脫氧核糖核酸（ DNA ）處于不同狀態(tài)時(shí)可以代表 “ 有信息 ” 或 “ 無信息 ” 。于是，科學(xué)家設(shè)想利用這種 “ 開 ” 和 “ 關(guān) ” 的功能，研制 “ 生物計(jì)算機(jī) ” 。 由于 DNA 生物電子元件比硅芯片上的電子元件要 小很多，而且生物芯片本身具有天然獨(dú)特的立體化結(jié) 構(gòu)，其密度要比平面型硅集成電路高 5 個(gè)數(shù)量級(jí)，幾 克 DNA 也許就可以存儲(chǔ)這個(gè)世界上已知的所有信息。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.42 Fall in 2010 5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)） 其次是光子計(jì)算機(jī)。 1990 年初，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)

34、室制 成世界上第一臺(tái)光子計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)是一種由光 信號(hào)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存貯和處理的新 型計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)的基本組成部件是集成光路， 要有激光器、透鏡和核鏡。由于光子比電子速度快， 光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可高達(dá)一萬億次。它的存貯量 是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的幾萬倍，還可以對(duì)語(yǔ)言、圖形和手勢(shì) 進(jìn)行識(shí)別與合成。目前，許多國(guó)家都投入巨資進(jìn)行光 子計(jì)算機(jī)的研究。隨著現(xiàn)代光學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電 子技術(shù)相結(jié)合，在不久的將來，光子計(jì)算機(jī)將成為人 類普遍的工具。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.43 Fall in 2010 5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與

35、技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)） 近年來，在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方式上，量子計(jì)算機(jī)的研究 也得到極大關(guān)注。量子計(jì)算機(jī)是利用原子所具有的量 子特性進(jìn)行信息處理的一種全新概念的計(jì)算機(jī)。量子 理論認(rèn)為，非相互作用下，原子在任一時(shí)刻都處于兩 種狀態(tài)，稱之為量子超態(tài)。原子會(huì)旋轉(zhuǎn)，即同時(shí)沿上 、下兩個(gè)方向自旋，這正好與電子計(jì)算機(jī) 0 與 1 完全吻 合。如果把一群原子聚在一起，它們不會(huì)像電子計(jì)算 機(jī)那樣進(jìn)行的線性運(yùn)算，而是同時(shí)進(jìn)行所有可能的運(yùn) 算，例如量子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)不是分步進(jìn)行而是同 時(shí)完成。只要 40 個(gè)原子一起計(jì)算，就相當(dāng)于今天一臺(tái) 超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能。 Introduction of Science SubjectD

36、ongjun Huang 1.44 Fall in 2010 5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)） 2. 普適計(jì)算 無所不在的計(jì)算( Ubiquitous Computing )又名 普適計(jì)算 ( Pervasive Computing )，是15年前美國(guó) 計(jì)算機(jī)科學(xué)家 Mark Weiser 提出的。1991年9月他在 科學(xué)美國(guó)人雜志上發(fā)表了一篇文章：21世紀(jì)的計(jì) 算技術(shù) (The Computer for the 21st Century)，提 出了 “ 無所不在 ” 計(jì)算技術(shù) ( Ubiquitous Computing ) 的概念。他說： “ 意義最為廣泛和深遠(yuǎn)的技術(shù)是融 入人們?nèi)?/p>

37、常生活而又不被查覺的技術(shù) ” 。他認(rèn)為21世 紀(jì)計(jì)算技術(shù)就會(huì)是這樣的技術(shù)。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.45 Fall in 2010 5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)） 3. 智能化信息處理 如果說高性能計(jì)算和普適計(jì)算分別代表了計(jì)算技 術(shù)發(fā)展的高度和廣度，那么智能化信息處理則代表了 深度方向的發(fā)展。 網(wǎng)上有大量的信息，怎樣把這些浩如煙海的東西 變成你想要的知識(shí)，這是計(jì)算科學(xué)的重要課題，同時(shí) 人機(jī)界面更加友好。未來你可以用自然語(yǔ)言與計(jì)算機(jī) 打交道，也可以用手寫的文字打交道，甚至可以用你 的表情、手勢(shì)來與計(jì)算機(jī)溝通，使人機(jī)交

38、流更加方便 快捷。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.46 Fall in 2010 5.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 1. 什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 專業(yè)是指人類生產(chǎn)實(shí)踐中，用來描述某一人群在 職業(yè)生涯某一階段、用來謀生、長(zhǎng)時(shí)期從事的具體業(yè) 務(wù)；也指高等學(xué)?；蛑械葘I(yè)學(xué)校根據(jù)社會(huì)分工的需 要設(shè)立的學(xué)業(yè)類別。中國(guó)高等學(xué)校和中等專業(yè)學(xué)校， 根據(jù)國(guó)家建設(shè)需要和學(xué)校性質(zhì)設(shè)置各種專業(yè)。各專業(yè) 都有獨(dú)立的教學(xué)計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和要求 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，是計(jì)算機(jī)硬件與軟件相 結(jié)合、面向系統(tǒng)、側(cè)重應(yīng)用的寬口徑專業(yè)，通過基礎(chǔ) 教學(xué)與專業(yè)

39、訓(xùn)練，培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、知識(shí)面寬、工 程實(shí)踐能力強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域從事研究、 教育、管理、設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用的高級(jí)人才。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.47 Fall in 2010 5.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)） 2. 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo) 正如專業(yè)定義所言，本專業(yè)培養(yǎng)掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的計(jì)算 機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)理論，具有較強(qiáng)專業(yè)能力的 應(yīng)用與研究復(fù)合型高級(jí)人才；受到系統(tǒng)的專業(yè)訓(xùn)練， 具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，一定的科學(xué)研究能力；能 夠在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和國(guó)防工業(yè)中從事計(jì)算機(jī)和信息 系統(tǒng)領(lǐng)域的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、工程管 理、科學(xué)研究以及教學(xué)培訓(xùn)等工作。 Introduction of Science SubjectDongjun Huang 1.48 Fall in 2010 5.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)） 3. 計(jì)算機(jī)科