計算機學(xué)科專業(yè)及人才培養(yǎng)

1、計算機應(yīng)用導(dǎo)論1第7講 計算機學(xué)科專業(yè)及人才培養(yǎng)計算機應(yīng)用導(dǎo)論2本次專題安排part1 計算機學(xué)科及專業(yè)part2 人才培養(yǎng)計算機應(yīng)用導(dǎo)論3part1 part1 計算機學(xué)科專業(yè)計算工具的發(fā)展學(xué)科奠基人學(xué)科領(lǐng)域?qū)I(yè)設(shè)置計算機應(yīng)用導(dǎo)論41.1.計算工具的發(fā)展計算工具的發(fā)展 從結(jié)繩記事到算盤，從計算尺到計算器，從機械計算機到電子計算機。計算機應(yīng)用導(dǎo)論5公元前公元前30003000年的古埃及年的古埃及人用結(jié)繩來人用結(jié)繩來記錄土地面記錄土地面積和收獲的積和收獲的谷物谷物公元前公元前20002000年年的美索不達米亞的美索不達米亞人用泥板計數(shù)，人用泥板計數(shù)，這塊泥板上的契這塊泥板上的契形文字代表形文字代

2、表2525。公元公元429429年年- -公元公元500500年古年古代數(shù)學(xué)家祖沖之就是用代數(shù)學(xué)家祖沖之就是用算籌計算出圓周率值介算籌計算出圓周率值介于于3.14159263.1415926和和3.14159273.1415927之間。之間。計算機應(yīng)用導(dǎo)論6珠算被稱為我國珠算被稱為我國“第五第五大發(fā)明大發(fā)明”，最早記錄于，最早記錄于漢朝人徐岳撰寫的漢朝人徐岳撰寫的數(shù)數(shù)術(shù)記遺術(shù)記遺一書里。一書里。約公元約公元130130210210算圣劉洪及其發(fā)算圣劉洪及其發(fā)明的珠算盤。明的珠算盤。計算機應(yīng)用導(dǎo)論7John Napier(1550-John Napier(1550-1617)1617)約翰約翰納

3、皮爾納皮爾納皮爾算籌納皮爾算籌(Napiers bones)1612年發(fā)明年發(fā)明計算機應(yīng)用導(dǎo)論8威廉威廉奧卻德奧卻德(William Oughtred)(William Oughtred)及其發(fā)明的圓形計算尺及其發(fā)明的圓形計算尺風(fēng)靡風(fēng)靡18181919世紀(jì)的計算尺世紀(jì)的計算尺計算機應(yīng)用導(dǎo)論9Casio 14-ACasio 14-A史上第一臺商用小型電子計算器史上第一臺商用小型電子計算器19571957年發(fā)明年發(fā)明計算機應(yīng)用導(dǎo)論10威廉威廉契克卡德契克卡德德國圖賓根大學(xué)教授，于德國圖賓根大學(xué)教授，于16231623年制造了第一臺計算機。年制造了第一臺計算機。19601960年，契克卡德家鄉(xiāng)人根年

4、，契克卡德家鄉(xiāng)人根據(jù)示意圖重新制作的契克卡德?lián)疽鈭D重新制作的契克卡德計算機：能做計算機：能做6 6位數(shù)加減法，位數(shù)加減法，設(shè)置了某種設(shè)置了某種“溢出溢出”響鈴裝置；響鈴裝置；機器上部附加一套圓柱型機器上部附加一套圓柱型“納納皮爾算籌皮爾算籌”，因此也能進行乘，因此也能進行乘除運算。除運算。Wilhelm Wilhelm Schickard(1592-1635)Schickard(1592-1635)計算機應(yīng)用導(dǎo)論11Blaise Pascal(1623Blaise Pascal(16231662)1662)保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯卡加法機，卡加法機，164

5、21642年發(fā)明：由系列齒年發(fā)明：由系列齒輪組成的裝置，外殼用黃銅材料制輪組成的裝置，外殼用黃銅材料制作，長作，長2020英寸、寬英寸、寬4 4英寸、高英寸、高3 3英寸，英寸，面板上有一列顯示數(shù)字的小窗口，面板上有一列顯示數(shù)字的小窗口，旋緊發(fā)條后才能轉(zhuǎn)動，用專用的鐵旋緊發(fā)條后才能轉(zhuǎn)動，用專用的鐵筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。布萊斯布萊斯帕斯卡帕斯卡 法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、思想家思想家計算機應(yīng)用導(dǎo)論12Gottfried Leibniz(1646Gottfried Leibniz(16461716) 1716) 16741674年，萊布尼茨發(fā)明乘法機。這

6、是第一臺可年，萊布尼茨發(fā)明乘法機。這是第一臺可以運行完整四則運算的計算機，長以運行完整四則運算的計算機，長100100厘米、寬厘米、寬3030厘米、高厘米、高2525厘米，主要由不動的計數(shù)器和可厘米，主要由不動的計數(shù)器和可動的定位機構(gòu)兩部分組成，整個機器由一套齒動的定位機構(gòu)兩部分組成，整個機器由一套齒輪系統(tǒng)傳動。輪系統(tǒng)傳動?！竟?7001700年左右，萊布尼茨從一位友人送給年左右，萊布尼茨從一位友人送給他的中國他的中國“易圖易圖”（八卦）里受到啟發(fā)，悟出（八卦）里受到啟發(fā)，悟出了二進制數(shù)之真諦，率先提出了二進制的運算了二進制數(shù)之真諦，率先提出了二進制的運算法則。法則。】戈特費里德戈特費里

7、德萊布尼茲萊布尼茲 德國數(shù)學(xué)家、微積分德國數(shù)學(xué)家、微積分獨立發(fā)明人獨立發(fā)明人計算機應(yīng)用導(dǎo)論13現(xiàn)代計算機奠基人現(xiàn)代計算機奠基人英國劍橋大學(xué)教授英國劍橋大學(xué)教授查爾斯查爾斯巴貝奇巴貝奇18221822年，差分機年，差分機倫敦科學(xué)博物館復(fù)制品倫敦科學(xué)博物館復(fù)制品Charles Babbage (1791- 1871)Charles Babbage (1791- 1871)計算機應(yīng)用導(dǎo)論14世界上第一位程序員世界上第一位程序員奧古斯塔奧古斯塔艾達艾達拜倫翻譯拜倫翻譯巴貝奇早期的程式設(shè)計書巴貝奇早期的程式設(shè)計書分析機概論分析機概論后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的“分析機分析機”Augu

8、sta Ada Byron (1815Augusta Ada Byron (1815-1 -1852)852)18341834年，巴貝奇提出通用計算機年，巴貝奇提出通用計算機“分析機分析機”構(gòu)想，未制成。構(gòu)想，未制成。計算機應(yīng)用導(dǎo)論15設(shè)計圖紙之一設(shè)計圖紙之一差分機和分析機存儲器框架差分機和分析機存儲器框架計算機應(yīng)用導(dǎo)論16鮑德溫發(fā)明的手搖計算機，鮑德溫發(fā)明的手搖計算機，18731873年年弗蘭克弗蘭克鮑德溫鮑德溫(Frank (Frank Baldwin)Baldwin)計算機應(yīng)用導(dǎo)論17Herman Hollerith (1860-1929)Herman Hollerith (1860-1

9、929)美國著名統(tǒng)計專家美國著名統(tǒng)計專家赫爾曼赫爾曼霍列瑞斯霍列瑞斯霍列瑞斯發(fā)明的自動制表機霍列瑞斯發(fā)明的自動制表機計算機應(yīng)用導(dǎo)論18John Fleming (1848-1945)John Fleming (1848-1945)19041904年，英國青年工程師約年，英國青年工程師約翰翰弗萊明發(fā)明真空二極管弗萊明發(fā)明真空二極管Lee De Forest (1873-1961)Lee De Forest (1873-1961)19061906年美國人李年美國人李德德福雷斯特福雷斯特發(fā)明能起放大作用的真空三極管。發(fā)明能起放大作用的真空三極管。計算機應(yīng)用導(dǎo)論19ENIACENIAC兩位設(shè)計者兩位設(shè)

10、計者莫契利和埃克特莫契利和?？颂谽NIACENIAC博物館中的部分器件博物館中的部分器件計算機應(yīng)用導(dǎo)論20ENIACENIAC（Electronic Numerical Integrator And Electronic Numerical Integrator And CalculatorCalculator）：）：19461946年年2 2月月1414日日計算機應(yīng)用導(dǎo)論21Konrad Zuse (1910-1995)Konrad Zuse (1910-1995)數(shù)字計算機之父數(shù)字計算機之父- -克蘭克蘭德德楚澤楚澤1938-1945 Z11938-1945 Z1機械機械-Z3-Z3可編程

11、可編程-Z4-Z4德國博物館中存放的德國博物館中存放的Z4Z4計算機計算機計算機應(yīng)用導(dǎo)論22計算機應(yīng)用導(dǎo)論23計算機應(yīng)用導(dǎo)論24計算機應(yīng)用導(dǎo)論25計算機應(yīng)用導(dǎo)論26Howard Aiken (1900-1973)Howard Aiken (1900-1973)MARKMARK系列計算機發(fā)明人系列計算機發(fā)明人霍華德霍華德艾肯艾肯哈佛大學(xué)的哈佛大學(xué)的MARK-IMARK-I-1944-1944計算機應(yīng)用導(dǎo)論27計算機軟件之母計算機軟件之母Grace Grace Hopper (1906-1992)Hopper (1906-1992)(a)(a)一本介紹霍波博士的書一本介紹霍波博士的書(b)(b)海

12、軍軍官霍波海軍軍官霍波攝于攝于19841984年年保存在霍波筆記本中的保存在霍波筆記本中的第一個第一個“bugbug”計算機應(yīng)用導(dǎo)論28被被“遺忘遺忘”的電子計算機之父的電子計算機之父約翰約翰阿塔納索夫阿塔納索夫（John AtanasoffJohn Atanasoff，1903-19951903-1995）存放在衣阿華州立大學(xué)的存放在衣阿華州立大學(xué)的ABCABC計計算機算機(Atanasoff-Berry Computer)(Atanasoff-Berry Computer)計算機應(yīng)用導(dǎo)論292.2.學(xué)科奠基人計算機學(xué)科源于數(shù)學(xué)、物理 兩大學(xué)科的交叉學(xué)科物理學(xué)科又派生出電子學(xué)科、通信學(xué)科IC

13、T 信息通信技術(shù)計算機應(yīng)用導(dǎo)論30邏輯代數(shù)創(chuàng)始邏輯代數(shù)創(chuàng)始人，英國數(shù)學(xué)人，英國數(shù)學(xué)家家喬 治喬 治 布 爾布 爾(George Boole(George Boole，1815-1864)1815-1864)2.1計算機應(yīng)用導(dǎo)論31信息論創(chuàng)始信息論創(chuàng)始人，美國科人，美國科學(xué) 家學(xué) 家 克勞德克勞德香農(nóng)香農(nóng)( C l a u d e ( C l a u d e ShannonShannon，1916-2001)1916-2001)2.2計算機應(yīng)用導(dǎo)論32 圖靈是計算機邏輯的奠基者，許多人工智圖靈是計算機邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家：能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家：

14、l 24歲，提出圖靈機理論；歲，提出圖靈機理論；l 31歲，參與歲，參與Colossus（二戰(zhàn)時英國破（二戰(zhàn)時英國破解德國通信密碼的計算機）的研制；解德國通信密碼的計算機）的研制；l 33歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)；歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)；l 35歲，提出自動程序設(shè)計概念；歲，提出自動程序設(shè)計概念；l 38歲，設(shè)計了歲，設(shè)計了“圖靈測試圖靈測試”；l 在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科 非線性力學(xué)；非線性力學(xué)；計算機與人工智計算機與人工智能之父，英國數(shù)能之父，英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家學(xué)家、邏輯學(xué)家阿蘭阿蘭圖靈圖靈（Alan TuringAlan Turing，1912-19541912-1954

15、）計算機應(yīng)用導(dǎo)論33 1936年年5月月28日，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志日，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇論文，題為投了一篇論文，題為“論可計算數(shù)及其在判定問題論可計算數(shù)及其在判定問題上的應(yīng)用上的應(yīng)用”(On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem)。在這篇。在這篇開創(chuàng)性的論文中，圖靈給開創(chuàng)性的論文中，圖靈給“可計算性可計算性”下了一個嚴(yán)下了一個嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的“圖靈機圖靈機(Turing Machine)”的設(shè)想。的設(shè)想。圖靈機模型示意圖圖靈機模型示意圖計算

16、機應(yīng)用導(dǎo)論34 1 9 5 0 年年 1 0 月 ， 圖 靈 發(fā) 表 一 篇 題 為月 ， 圖 靈 發(fā) 表 一 篇 題 為 “ 計 算 機 器 與 智計 算 機 器 與 智能能”(Computing machinery and intelligence)的論文，成為劃時的論文，成為劃時代之作。代之作。 在這篇論文里，圖靈第一次提出在這篇論文里，圖靈第一次提出“機器思維機器思維”的概念。他的概念。他還對智能問題從行為主義的角度給出了定義，由此提出一假想：還對智能問題從行為主義的角度給出了定義，由此提出一假想：一個人在不接觸對方的情況下，通過一種特殊的方式，和對方一個人在不接觸對方的情況下，通過一

17、種特殊的方式，和對方進行一系列的問答，如果在相當(dāng)長時間內(nèi)，他無法根據(jù)這些問進行一系列的問答，如果在相當(dāng)長時間內(nèi)，他無法根據(jù)這些問題判斷對方是人還是計算機，那么，就可以認(rèn)為這個計算機具題判斷對方是人還是計算機，那么，就可以認(rèn)為這個計算機具有同人相當(dāng)?shù)闹橇?，即這臺計算機是能思維的。這就是著名的有同人相當(dāng)?shù)闹橇?，即這臺計算機是能思維的。這就是著名的“圖靈測試圖靈測試”（Turing Testing）。）。計算機應(yīng)用導(dǎo)論35 為紀(jì)念圖靈對計算機領(lǐng)域做出的巨大貢獻，國際計算機協(xié)會為紀(jì)念圖靈對計算機領(lǐng)域做出的巨大貢獻，國際計算機協(xié)會(Association for Computing Machinery，

18、ACM)于于1966年開始設(shè)年開始設(shè)立圖靈獎立圖靈獎(Turing Award)，這是計算機界最負(fù)盛名的獎項，有，這是計算機界最負(fù)盛名的獎項，有“計算機界諾貝爾獎計算機界諾貝爾獎”之稱。之稱。姚期智姚期智法蘭西斯法蘭西斯艾倫艾倫(Frances Allen)(Frances Allen)計算機應(yīng)用導(dǎo)論36l 不是模擬式，而是數(shù)字式；不是模擬式，而是數(shù)字式；l 由電子元件構(gòu)成，盡量減少機械部件；由電子元件構(gòu)成，盡量減少機械部件；l 采用二進制，而不是十進制；采用二進制，而不是十進制；l 內(nèi)部存放計算表；內(nèi)部存放計算表；l 在計算機內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)。在計算機內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)?？刂普搫?chuàng)始人控制論創(chuàng)始人諾伯特

19、諾伯特維納維納（Norbert WienerNorbert Wiener，1894-19641894-1964）計算機應(yīng)用導(dǎo)論37 【維納維納1943年在所發(fā)表的論文年在所發(fā)表的論文“行為、目的和目行為、目的和目的論的論”（Behavior, purpose, and teleology. Phil. Sci. 10(1943).）中，首次提出了）中，首次提出了“控制論控制論”這個概念。這個概念。 1948年維納在麻省理工學(xué)院出版社（年維納在麻省理工學(xué)院出版社（MIT Press）出版了里程碑式的著作出版了里程碑式的著作控制論控制論動物和機器中的動物和機器中的通信與控制問題通信與控制問題（Cy

20、bernetics: Or the Control and Communication in the Animal and the Machine. Cambridge），為控制論奠定了理論基礎(chǔ)，標(biāo)志著它的），為控制論奠定了理論基礎(chǔ)，標(biāo)志著它的正式誕生。正式誕生?！坑嬎銠C應(yīng)用導(dǎo)論38l 1945年年6月月30日，馮日，馮諾依曼發(fā)表諾依曼發(fā)表“101頁報頁報告告”First Draft of a Report on the EDVAC；l 1946年年7、8月間，馮月間，馮諾依曼又提出了一個更諾依曼又提出了一個更加完善的設(shè)計報告加完善的設(shè)計報告“電子計算機邏輯設(shè)計初探電子計算機邏輯設(shè)計初探”（P

21、reliminary discussion of the the logical design of an electronic computing instrument）。）?，F(xiàn)代電子計算機之父現(xiàn)代電子計算機之父馮馮諾伊曼諾伊曼計算機應(yīng)用導(dǎo)論39 這兩篇報告的綜合設(shè)計思想，便是著名的這兩篇報告的綜合設(shè)計思想，便是著名的“馮馮諾諾依曼結(jié)構(gòu)（依曼結(jié)構(gòu)（von Neumann Architecture）”。明確指出：。明確指出：l 采用二進制，不但數(shù)據(jù)采用二進制，指令也采用二采用二進制，不但數(shù)據(jù)采用二進制，指令也采用二進制；進制；l 計算機由計算機由5部分構(gòu)成：運算器、控制器、存儲器、輸部分構(gòu)成：

22、運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出裝置；入和輸出裝置；l 程序由指令組成并和數(shù)據(jù)一起存放在存儲器中，機程序由指令組成并和數(shù)據(jù)一起存放在存儲器中，機器按程序指定的邏輯順序，把指令從存儲器中讀出來器按程序指定的邏輯順序，把指令從存儲器中讀出來并逐條執(zhí)行，從而自動完成程序描述的處理工作。并逐條執(zhí)行，從而自動完成程序描述的處理工作。計算機應(yīng)用導(dǎo)論40第一臺第一臺“存儲程存儲程序序”電子計算電子計算機機EDSACEDSAC，英國劍橋大學(xué)教英國劍橋大學(xué)教授威爾克斯主持。授威爾克斯主持。下面機器是較早實現(xiàn)下面機器是較早實現(xiàn)“馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)”、按照按照“存儲程序程序控制存儲程序程序控制”工作的計算機

23、：工作的計算機：l IAS馮馮諾依曼主持諾依曼主持l EDVAC馮馮諾依曼主持諾依曼主持l EDSAC莫里斯莫里斯威爾克斯主持威爾克斯主持馮馮諾伊曼及諾伊曼及IASIAS機機EDVACEDVAC計算機應(yīng)用導(dǎo)論413.3.學(xué)科領(lǐng)域計算機學(xué)科涉及硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等多個領(lǐng)域國務(wù)院學(xué)位委員會 教育部 2011學(xué)科目錄13學(xué)科門類 哲學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、法學(xué)、教育學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、理學(xué)、工學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、軍事學(xué)、管理學(xué)、藝術(shù)學(xué)計算機應(yīng)用導(dǎo)論423.3.學(xué)科領(lǐng)域08工學(xué)0809 電子科學(xué)與技術(shù)（可授工學(xué)、理學(xué)學(xué)位）0810 信息與通信工程0811 控制科學(xué)與工程0812 計算機科學(xué)與技術(shù)（可授工學(xué)、理學(xué)學(xué)位）08

24、35 軟件工程計算機應(yīng)用導(dǎo)論433.3.學(xué)科領(lǐng)域一級學(xué)科 0812 計算機科學(xué)與技術(shù) 0835 軟件工程二級學(xué)科 081201 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)081202 計算機軟件與理論081203 計算機應(yīng)用技術(shù)計算機應(yīng)用導(dǎo)論443.3.學(xué)科領(lǐng)域研究內(nèi)容計算機硬件體系結(jié)構(gòu) CPU、存儲、指令、外設(shè)計算機軟件開發(fā)理論及技術(shù) 軟件工程、程序語言、工具計算機應(yīng)用技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)、多媒體、數(shù)據(jù)庫、安全計算機應(yīng)用導(dǎo)論454.4.專業(yè)設(shè)置教育部 2012本科專業(yè)目錄0809 計算機類080901 計算機科學(xué)與技術(shù)（注：可授工學(xué)或理學(xué)學(xué)士學(xué)位）080902 軟件工程080903 網(wǎng)絡(luò)工程計算機應(yīng)用導(dǎo)論464.4.專業(yè)設(shè)置教育部 2012本科專業(yè)目錄0809 計算機類080904K 信息安全（注：可授工學(xué)或理學(xué)或管理學(xué)學(xué)士學(xué)位）080905 物聯(lián)網(wǎng)工程080906 數(shù)字媒體技術(shù)計算機應(yīng)用導(dǎo)論47partpart2 2 人才培養(yǎng)人才培養(yǎng)定位人才培養(yǎng)方案崗位及職業(yè)規(guī)劃計算機應(yīng)用導(dǎo)論481.1.人才培養(yǎng)定位專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)本專業(yè)面向計算機網(wǎng)