《計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》概述課件

1、計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論學(xué)習(xí)計算機(jī)專業(yè)的第一門基礎(chǔ)課程，本課程將會帶領(lǐng)大家遨游計算機(jī)海洋！課程的主要內(nèi)容計算機(jī)基礎(chǔ)知識計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)程序設(shè)計與算法信息系統(tǒng)軟件工程圖形學(xué)和可視化計算智能系統(tǒng)離散結(jié)構(gòu)與信息系統(tǒng)有關(guān)的人文知識課程的學(xué)習(xí)目的了解計算機(jī)學(xué)科的發(fā)展把握計算機(jī)學(xué)科的研究方向、發(fā)展前沿及每門課程在學(xué)科中的地位搞清各學(xué)科的學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)內(nèi)容、應(yīng)用領(lǐng)域，在學(xué)科的學(xué)習(xí)初期對整個學(xué)科有個初步的認(rèn)識，以做到在今后的學(xué)習(xí)中知道要學(xué)什么、怎么學(xué)掌握常用的計算機(jī)操作技能第一章 概 述本章學(xué)習(xí)目標(biāo)初步了解計算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展階段掌握計算機(jī)的基本概念、分類、特點(diǎn)了解計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢了解計算機(jī)科學(xué)與

2、技術(shù)學(xué)科概述了解計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識體系了解計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教育計算機(jī)是什么？ Computers are everywhere！計算機(jī)成了社會的必需品計算機(jī)是一種相對其能力而言比較便宜的工具，同一臺機(jī)器能夠做許多種不同的事：算題（科學(xué)計算）制作圖案處理文字記錄事實(shí)控制其他機(jī)器游戲發(fā)送消息識別語音 問題：大多數(shù)機(jī)器只能做一類事，為什么計算機(jī)能夠做許多種不同的事？是不是計算機(jī)什么事都能做？計算機(jī)是一臺快速，笨拙的機(jī)器只有有限的能力。只能進(jìn)行基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算與邏輯比較。必須由程序來指示它做什么事。 George Beekman計算機(jī)是一臺笨拙的機(jī)器，具有從事令人難以置信的聰明工作的能力，

3、.計算機(jī)程序員則是一些聰明的人，具有從事令人難以置信的笨拙工作的能力。簡而言之，計算機(jī)與程序員實(shí)現(xiàn)了完美的配合。 Jamie Shiers1.1 計算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展階段 計算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展不是一蹴而就的，而是經(jīng)歷了漫長歷史的過程。 在這過程中，科學(xué)家們經(jīng)過艱難的探索，發(fā)明了各種各樣的“計算機(jī)”，這些“計算機(jī)”順應(yīng)了當(dāng)時歷史的發(fā)展，發(fā)揮了巨大的作用，推動了社會的進(jìn)步，也推動了計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。2. 算盤 算盤也稱珠算，是中國勞動人民創(chuàng)造的一種工具 由古代“算籌”演變而來 素有“中國計算機(jī)”之稱 最早見于漢末三國時代徐岳撰寫的數(shù)術(shù)記遺 南宋時期的數(shù)學(xué)家楊輝發(fā)明了乘除通變算寶 3. 機(jī)械計算機(jī)法國科

4、學(xué)家布萊斯帕斯卡(Blaise Pascal：16231662年)是被公認(rèn)為是制造出機(jī)械計算機(jī)的第一人。 3. 機(jī)械計算機(jī)德國著名數(shù)學(xué)家戈特弗里德威廉萊布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz：1646阿1716年)將帕斯卡的“加法器”擴(kuò)大為乘除運(yùn)算 1700年左右，萊布尼茨從中國“易圖”(八卦)里受到啟發(fā)，悟出了二進(jìn)制數(shù)之真諦。 4. 提花機(jī)西漢年間中國的紡織工匠已能熟練掌握提花機(jī)技術(shù) 。4. 提花機(jī)法國機(jī)械師約瑟夫杰卡德(Joseph Jacquard)，大約在1801年完成了“自動提花編織機(jī)”的設(shè)計制作，真正成功地改進(jìn)了提花機(jī)。 5. 差分機(jī)和分析機(jī)英國劍橋大學(xué)著名科學(xué)

5、家查理斯巴貝奇(Charles Babbage：17921871年)在1822年研制出第一臺差分機(jī)。 Babbage(17921871年)6. 模擬計算機(jī)19世紀(jì)末，赫爾曼霍列瑞斯(Herman Hollerith：18601929)首先用穿孔卡完成了第一次大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。 6. 模擬計算機(jī)托馬斯沃森(T.Watson)和IBM 6. 模擬計算機(jī)英國數(shù)學(xué)家布爾(G.Boole：18151864年) 第一部著作邏輯的數(shù)學(xué)分析1854年，已經(jīng)擔(dān)任柯克大學(xué)教授的布爾再次出版思維規(guī)律的研究邏輯與概率的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)憑借這兩部著作，布爾建立了一門新的數(shù)學(xué)學(xué)科布爾代數(shù)6. 模擬計算機(jī)1938年，美國數(shù)學(xué)家香

6、農(nóng)(C. Shannon)第一次在布爾代數(shù)和繼電器開關(guān)電路之間架起了橋梁，以脈沖方式處理信息的繼電器開關(guān)，從理論到技術(shù)徹底改變了數(shù)字電路的設(shè)計。1948年，香農(nóng)憑借通信的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一書，被譽(yù)為“信息論之父”。1956年，香農(nóng)參與發(fā)起了達(dá)特默斯人工智能會議，率先把人工智能運(yùn)用于計算機(jī)下棋方面，還發(fā)明了一個能自動穿越迷宮的電子老鼠，以此驗(yàn)證了計算機(jī)可以通過學(xué)習(xí)提高智能。6. 模擬計算機(jī)1939年，楚澤繼電器組裝了Z-2。1941年，楚澤的電磁式計算機(jī)Z-3完成。希特勒戰(zhàn)敗后，楚澤輾轉(zhuǎn)流落到瑞士一個荒涼的村莊，一度轉(zhuǎn)向研究計算機(jī)軟件理論。1938年，28歲的楚澤(K.Zuse)完成了一臺可編程數(shù)字計算

7、機(jī)Z-1的設(shè)計。1945年建造了Z-4計算機(jī)。1949年，他建立了“Zuse計算機(jī)公司”，繼續(xù)開發(fā)更先進(jìn)的機(jī)電式程序控制計算機(jī)。 Z3 重建Z1 Z4 老年楚澤（中） 數(shù)字計算機(jī)之父6. 模擬計算機(jī)電磁式計算機(jī)叫Mark，也叫“自動序列受控計算機(jī)”，在計算機(jī)發(fā)展史上占據(jù)重要地位，是計算機(jī)“史前史”里最后一臺著名的計算機(jī)，發(fā)明者是美國哈佛大學(xué)艾肯(H.Aiken)博士。1. 圖靈1939年， “圖靈炸彈”(Bomba)，圖靈稱它是“羅賓遜”。1945年，圖靈領(lǐng)導(dǎo)一批優(yōu)秀的電子工程師，著手制造自動計算引擎(Automatic Computing EngineerACE)。1950年，ACE樣機(jī)公開

8、表演，被稱為世界上最快最強(qiáng)有力的電子計算機(jī)。1. 圖靈1950年l0月，圖靈發(fā)表了論文“計算機(jī)和智能”(Computing Machinery and Intelligence) “圖靈測試”(Turing Test)。圖靈榮膺“人工智能之父”稱號。1954年，42歲的圖靈英年早逝。從1966年開始，每年由美國計算機(jī)學(xué)會(Association for Computing MachineryACM)頒發(fā)“圖靈獎”(Turing Award)給世界上最優(yōu)秀的電腦科學(xué)家。圖靈紀(jì)念館2. ENIAC和馮諾依曼1946年2月，美國賓夕法尼亞大學(xué)成功研制出了ENIAC，這是世界上第一臺數(shù)字電子計算機(jī)。莫

9、爾學(xué)院的兩位青年學(xué)者36歲物理學(xué)家約翰莫齊利(John Mauchly)和他的學(xué)生，24歲的電氣工程師布雷斯帕?？颂?Presper Eckert)，向戈德斯坦提交了一份研制電子計算機(jī)的設(shè)計方案“高速電子管計算裝置的使用” 。 2. ENIAC和馮諾依曼1944年夏的一天，在阿貝丁火車站，戈德斯坦邂逅了數(shù)學(xué)家約翰馮諾依曼(John Von Nouma：19031957年)，于是戈德斯坦向馮諾依曼介紹了正在研制電子計算機(jī)，馮諾依曼非常感興趣。幾天之后，馮諾依曼就專程到莫爾學(xué)院參觀還未完成的ENIAC，并參加了為改進(jìn)ENIAC而舉行的一系列專家會議。2. ENIAC和馮諾依曼這臺名為 ENIAC

10、(電子數(shù)字積分計算機(jī)的縮寫）的機(jī)器，使用18800個電子管，1500多個繼電器，耗電150千瓦，占地170平方米，重達(dá)30噸，可謂“龐然大物”也。2. ENIAC和馮諾依曼馮諾依曼決定重新設(shè)計一臺計算機(jī)，命名為“離散變量自動電子計算機(jī)”(Electronic Discrete Variable Automatic Calculator：EDVAC)。 1946年6月，馮諾依曼和戈德斯坦、勃克斯回到普林斯頓大學(xué)高級研究院，完成了另一臺ISA(高級研究院的英文縮寫)電子計算機(jī)，他們聯(lián)名發(fā)表了計算機(jī)史上著名的“101頁報告”。 2. ENIAC和馮諾依曼1946年，英國劍橋大學(xué)威爾克斯(M.Wilk

11、es)教授，到賓夕法尼亞大學(xué)參加馮諾依曼主持的培訓(xùn)班，完全接受了馮諾依曼存儲程序的設(shè)計思想。1949年5月，威爾克斯研制成了一臺由3000只電子管為主要元件的計算機(jī)，命名為電子儲存程序計算機(jī)(Electronic Delay Storage Automatic Calculator：EDSAC)，由此，他獲得了1967年度“圖靈獎”。1.1.3 計算機(jī)的發(fā)展階段計算機(jī)的出現(xiàn)是二十世紀(jì)最輝煌的成就之一，按照采用的電子器件劃分，計算機(jī)大致已經(jīng)歷了四個階段：1. 第一代計算機(jī)(1946年1957年)其主要特征是邏輯器件使用電子管，用穿孔卡片機(jī)作為數(shù)據(jù)和指令的輸入設(shè)備，用磁鼓或磁帶作為外存儲器，使用機(jī)

12、器語言編程。 第一代計算機(jī)體積大、運(yùn)算速度低、存儲容量小、可靠性低。幾乎沒有什么軟件配置，主要用于科學(xué)計算。 其代表機(jī)型有：ENIAC、IBM650(小型機(jī))、IBM709(大型機(jī))等。 2. 第二代計算機(jī)(1958年1964年) 其主要特征是使用晶體管代替了電子管，內(nèi)存儲器采用了磁芯體，引入了變址寄存器和浮點(diǎn)運(yùn)算硬件，利用I/O處理機(jī)提高了輸入輸出能力。 在軟件方面配置了子程序庫和批處理管理程序，并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高級程序設(shè)計語言及相應(yīng)的編譯程序，降低了程序設(shè)計的復(fù)雜性。 其代表機(jī)型有：IBM7090、IBM7094、CDC7600等。 3. 第三代計算機(jī)(1

13、965年1972年) 其主要特征是用半導(dǎo)體、小規(guī)模集成電路(Integrated CircuitIC)作為元器件代替晶體管等分立元件，用半導(dǎo)體存儲器代替磁芯存儲器，使用微程序設(shè)計技術(shù)簡化處理機(jī)的結(jié)構(gòu)，這使得計算機(jī)的體積和耗電量顯著減小，而計算速度和存儲存量卻有較大提高，可靠性也大大加強(qiáng)。在軟件方面則廣泛地引入多道程序、并行處理、虛擬存儲系統(tǒng)和功能完備的操作系統(tǒng)，同時還提供了大量的面向用戶的應(yīng)用程序。計算機(jī)開始定向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化，此時，計算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入到許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。其代表機(jī)器有：IBM360系列、富士通F230系列等。4. 第四代計算機(jī)(1972年)其主要特征是使用了大規(guī)模和超大規(guī)

14、模集成電路，大規(guī)模、超大規(guī)模塊集成電路的出現(xiàn)，使計算機(jī)沿著兩個方向飛速向前發(fā)展。一方面，利用大規(guī)模集成電路制造多種邏輯芯片，組裝出大型、巨型計算機(jī)。另一方面，利用大規(guī)模集成電路技術(shù)，將運(yùn)算器、控制器等部件集成在一個很小的集成電路芯片上，從而出現(xiàn)了微處理器。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(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，使得計算機(jī)進(jìn)入了一個大發(fā)展的階段。新一代的計算機(jī)現(xiàn)在很多國家正在研制新一代的計算機(jī)，新代計算機(jī)將是微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、電子仿生技術(shù)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。它能進(jìn)行知識處理、自動編程、測試和排錯，以及用自然語言、圖形、聲音和各種文字進(jìn)行

15、輸入和輸出。新代計算機(jī)的研究目標(biāo)是試圖打破計算機(jī)現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，使得計算機(jī)能夠具有像人那樣的思維、推理和判斷能力。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的非傳統(tǒng)計算技術(shù)有：超導(dǎo)計算、量子計算、生物計算、光計算等。未來的計算機(jī)可能是超導(dǎo)計算機(jī)、量子計算機(jī)、生物計算機(jī)、光計算機(jī)或納米計算機(jī)、DNA計算機(jī)等。 1.2 計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)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(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲的系統(tǒng)，由計算機(jī)硬件系統(tǒng)和計算機(jī)軟件系統(tǒng)兩大部分組成。計算機(jī)硬件系統(tǒng)由一系列電子元器件按照一定邏輯關(guān)系連接而成，是計算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。計算機(jī)軟件系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)以及各種軟件工具和應(yīng)用軟件等軟件程序組成，計算機(jī)

16、軟件指揮和控制計算機(jī)硬件系統(tǒng)按照預(yù)定的程序運(yùn)行和工作，從而達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。 1.2.1 計算機(jī)的硬件系統(tǒng)計算機(jī)的基本工作原理是存儲程序和程序控制，該原理最初是由馮諾依曼于1946年提出來的，故稱為馮諾依曼原理。按照馮諾依曼原理構(gòu)造的計算機(jī)又稱馮諾依曼計算機(jī)，其體系結(jié)構(gòu)稱為馮諾依曼結(jié)構(gòu)。 馮諾依曼思想：(1)由二進(jìn)制替代十進(jìn)制。(2)采用存儲程序的思想。(3)把計算機(jī)從邏輯上劃分為5大部分，即運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設(shè)備。 馮諾依曼計算機(jī)的基本特點(diǎn) (1)采用存儲程序方式。(2)存儲器是按地址訪問的線性編址的惟一結(jié)構(gòu)。(3)指令由操作碼和地址碼組成。(4)通過執(zhí)行指令直接發(fā)出控制信號控制

17、計算機(jī)的操作。 (5)機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過運(yùn)算器。(6)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示。 計算機(jī)的五大部件 1. 運(yùn)算器 運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic UnitALU)，是計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它的主要功能是對二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算和與、或、非等基本邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷。運(yùn)算器是在控制器的控制之下實(shí)現(xiàn)其功能的，運(yùn)算結(jié)果由控制器發(fā)出的指令送到內(nèi)存儲器中。 2. 控制器控制器主要由指令寄存器、譯碼器、程序計數(shù)器和操作控制器等組成，控制器是用來控制計算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，并使整個處理過程有條不紊地進(jìn)行?；竟δ芫褪菑膬?nèi)存中

18、取指令和執(zhí)行指令，即控制器按程序計數(shù)器指出的指令地址從內(nèi)存中取出該指令進(jìn)行譯碼，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，控制器在工作過程中，還要接受各部件反饋回來的信息。通常把運(yùn)算器、控制器做在一個大規(guī)模集成電路塊上稱為中央處理器，又稱CPU(Central Processing Unit)。 3. 存儲器存儲器是計算機(jī)的記憶裝置，用于存放原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、最終結(jié)果和處理程序。向存儲器里存入信息也稱為“寫入”，寫入新的內(nèi)容則覆蓋了原來的舊內(nèi)容。從存儲器里取出信息，也稱為“讀出”，信息讀出后并不破壞原來存儲的內(nèi)容，因此信息可以重復(fù)取出，多次利用。存儲器可分為兩種：內(nèi)存儲器與

19、外存儲器。通常把內(nèi)存儲器、運(yùn)算器和控制器合稱為計算機(jī)主機(jī)，也可以說主機(jī)是由CPU與內(nèi)存儲器組成的，而主機(jī)以外的裝置稱為外部設(shè)備，外部設(shè)備包括輸入/輸出設(shè)備，外存儲器等。 4.輸入/輸出設(shè)備輸入/輸出設(shè)備簡稱I/O(Input/Output)設(shè)備。用戶通過輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，輸出設(shè)備將計算機(jī)處理的結(jié)果(如數(shù)字、字母、符號和圖形)顯示或打印出來。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)字化儀等；常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。1.2.2 計算機(jī)的軟件系統(tǒng)軟件是指用來指揮計算機(jī)運(yùn)行的各種程序的總和以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需的技術(shù)文檔。計算機(jī)軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟

20、件。沒有配備任何軟件的硬件計算機(jī)稱為裸機(jī)，裸機(jī)向外部世界提供的界面只是機(jī)器指令。用戶及其他程序都通過系統(tǒng)軟件來使用計算機(jī)。1系統(tǒng)軟件 計算機(jī)系統(tǒng)軟件由操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、以及各種軟件工具等各種軟件程序組成，指揮、控制計算機(jī)硬件系統(tǒng)按照預(yù)定的程序運(yùn)行、工作，從而達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。簡單地說，系統(tǒng)軟件的功能主要是簡化計算機(jī)操作，擴(kuò)展計算機(jī)處理能力和提高計算機(jī)的效益。2應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是用戶利用計算機(jī)軟、硬件資源為解決各類應(yīng)用問題而編寫的軟件，包括用戶程序及其說明性文件資料。隨著計算機(jī)應(yīng)用的推廣與普及，應(yīng)用軟件將會逐步地標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并逐步地按功能組合成各種軟件包以方便用戶的使用。應(yīng)用軟件的存在與

21、否并不影響整個計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)作，但它必須在系統(tǒng)軟件的支持下才能工作。1.2.3 計算機(jī)的特點(diǎn)1運(yùn)算速度快、精度高 2具有邏輯判斷和記憶能力3高度的自動化和靈活性1.2.4 計算機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)1字長2時鐘周期和主頻3運(yùn)算速度4內(nèi)存容量5數(shù)據(jù)輸入輸出最高速率1.2.5 計算機(jī)的分類 根據(jù)計算機(jī)工作原理和運(yùn)算方式的不同，以及計算機(jī)中信息表示形式和處理方式的不同，計算機(jī)可分為數(shù)字式電子計算機(jī)(Digital Computer)、模擬式電子計算機(jī)(Analog Computer)和數(shù)字模擬混合計算機(jī)(Hybrid Computer)。 按計算機(jī)的用途可分為通用計算機(jī)(General Purpose

22、Computer)和專用計算機(jī)(Special Purpose Computer )兩大類。 根據(jù)計算機(jī)的總體規(guī)模(按照計算機(jī)的字長、運(yùn)算速度、存儲量大小、功能強(qiáng)弱、配套設(shè)備多少、軟件系統(tǒng)的豐富程度)對計算機(jī)分類，可分為巨型機(jī)(Super Computer)、大/中型計算機(jī)(Mainframe)、小型計算機(jī)(Mini computer)、微型計算機(jī)(Micro computer)和網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)(Network Computer)五大類。常見的微型機(jī)還可以分為臺式機(jī)、便攜機(jī)、筆記本電腦、掌上型電腦等多種類型。1.2.6 計算機(jī)的基本運(yùn)作方式計算機(jī)的基本運(yùn)作方式可概括為“IPOS循環(huán)”。IPOS循環(huán)

23、即輸入(Input)、處理(Processing)、輸出(Output)和存儲(Storage)，它反映了計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本步驟。 1輸入2處理3輸出4存儲1.3 計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 1.3.1 計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1科學(xué)研究和科學(xué)計算2信息傳輸和信息處理3生產(chǎn)過程的自動化控制和管理自動化4計算機(jī)輔助設(shè)計/輔助制造/輔助教學(xué)5娛樂1.3.2 計算機(jī)的發(fā)展趨勢1. 微型化（ microcomputer ） 2. 巨型化（ supercompter ） 3. 網(wǎng)絡(luò)化（net computer）4. 智能化5. 新型計算機(jī)擁有最強(qiáng)的并行計算能力，主要用于科學(xué)計算。在氣象、軍事、能源等領(lǐng)域承

24、擔(dān)大規(guī)模、高速度的計算任務(wù)。趨勢是用許多臺計算機(jī)構(gòu)成一臺超級計算機(jī)。巨型計算機(jī)83年銀河-I億次機(jī)92年銀河-II10億次機(jī)97年銀河-III百億次機(jī)大中型計算機(jī)具有比小型機(jī)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。價格比小型機(jī)高。在銀行等最早使用計算機(jī)的行業(yè)中廣泛使用。中科院計算技術(shù)研究所國家智能機(jī)中心研制的每秒200億次的曙光2000型超級服務(wù)器小型計算機(jī)具有比微機(jī)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)存儲能力。多個用戶可以同時使用（多用戶，Multi-user）。目前主要用作服務(wù)器。微型計算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）臺式計算機(jī)（Desktop）是通用計算機(jī)。通常是由一個用戶來使用（單用戶，Single-user

25、）。配有文字、聲音、圖像等輸入輸出設(shè)備。可通過網(wǎng)絡(luò)與其他計算機(jī)相連。高檔臺式機(jī)可充當(dāng)服務(wù)器。微型計算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）膝上型電腦（Laptop）/ 筆記本計算機(jī)（Notebook）功能與臺式機(jī)類似。一體化結(jié)構(gòu)。耗電更少，并配有電池，可在沒有交流電源的場合使用?？裳b在文件包中。微型計算機(jī)（微機(jī)，Microcomputer）掌上型電腦（Palmtop）、個人數(shù)字助理（PDA, Personal Digital Assistant）向用戶提供專門的功能?？侩姵毓╇?。可裝在衣袋中。有些已具有無線通信能力。是嵌入式計算機(jī)的一類。工作站（Workstation）以聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志。計算能力比

26、臺式機(jī)更強(qiáng)，特別是在圖形處理方面。價格比臺式機(jī)高得多。隨著臺式機(jī)能力的不斷提高，有可能被臺式機(jī)所替代。服務(wù)器（Server）一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多個用戶提供服務(wù)的共享設(shè)備?？煞譃槲募?wù)器、通信服務(wù)器、打印服務(wù)器等。IBM z 系列z900 服務(wù)器IBM z系列z990服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)（net computer）一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用的終端設(shè)備，其特點(diǎn)是內(nèi)容量大、顯示器的性能高、通信功能強(qiáng)，但本機(jī)中不一定配置外存，所需要的程序和數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器中。網(wǎng)絡(luò)計算機(jī) 1.4 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科概述1.4.1 計算學(xué)科的定義 計算學(xué)科是對描述和變換信息的算法過程，包括對理論分析、設(shè)計、效率、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)

27、用等進(jìn)行的系統(tǒng)研究。它來源于對算法理論、數(shù)理邏輯、計算模型、自動計算機(jī)器的研究，并與存儲式電子計算機(jī)的發(fā)明一起形成于20世紀(jì)40年代初期。計算學(xué)科的研究包括了從算法與可計算性的研究到根據(jù)可計算硬件和軟件的實(shí)際實(shí)現(xiàn)問題的研究。這樣，計算學(xué)科不但包括從總體上對算法和信息處理過程進(jìn)行研究的內(nèi)容，也包括滿足給定規(guī)格要求的有效而可靠的軟硬件設(shè)計它包括所有科目的理論研究實(shí)驗(yàn)方法和工程設(shè)計。1.4.2 計算學(xué)科的本質(zhì)計算學(xué)科的根本問題是“什么能被有效地自動進(jìn)行？”。 計算學(xué)科的根本問題討論的是能行性的有關(guān)內(nèi)容，而凡是與能行性有關(guān)的討論都是處理離散對象的。因?yàn)榉请x散對象(連續(xù)對象)是很難進(jìn)行能行處理的，因此能

28、行性這個計算學(xué)科的根本問題決定了計算機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和它處理的對象都是離散型的，許多連續(xù)型的問題也必須在轉(zhuǎn)化為離散型問題以后，才能被計算機(jī)處理。例如計算定積分就是把它變成離散量，再用分段求和的方法來處理的。 美國計算機(jī)協(xié)會(ACM)和美國電氣和電子工程學(xué)會計算機(jī)分會(Institute of Electrical and Electronics Engineers-Computer Society：IEEE-CS)發(fā)布了“計算學(xué)科2001教程(Computing Curricula 2001：CC2001)”，中國計算機(jī)學(xué)會和阿全國高等學(xué)校計算機(jī)教育研究會在學(xué)習(xí)和研究了CC2001教程后，發(fā)布了中

29、國計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002(China Computing Curricula 2002：CCC2002)，提取了計算學(xué)科中具有方法論性質(zhì)的12個核心概念，即綁定(Binding)、大問題的復(fù)雜性(Complexity of Large Problems)、概念和形式模型(Conceptual and Format Models)、一致性(Consistency)和完備性(Completeness)、效率(Efficiency)、演化(Evolution)、抽象層次(Levels of Abstraction)、按空間排序(Ordering in Space)、按時間排序(Orderi

30、ng in Time)、重用(Reuse)、安全性(Security)、折衷(Tradeoff)和結(jié)論(Consequences)。 1.4.3 計算學(xué)科的三個過程 計算學(xué)科的實(shí)質(zhì)是學(xué)科方法論的思想，其關(guān)鍵問題是抽象、理論和設(shè)計三個過程相互作用的問題。 1理論（數(shù)學(xué)）2抽象（模型）3設(shè)計（工程）1.4.4 計算學(xué)科新的應(yīng)用領(lǐng)域及未來的發(fā)展1Internet帶來的深刻影響2多媒體技術(shù)帶來的新的應(yīng)用領(lǐng)域3嵌入式系統(tǒng)4人工智能1.5 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識體系1.5.1 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的形成與發(fā)展 計算機(jī)科學(xué)是從電子學(xué)、科學(xué)、數(shù)理邏輯和計算數(shù)學(xué)的交界處發(fā)展起來的。 CC2001和CC200

31、2教程鼓勵計算機(jī)科學(xué)和工程中教學(xué)計劃的多樣性，并要求有公共內(nèi)核，該內(nèi)核定義成一系列知識單元，可用這些知識單元組合課程。 CC2001和CCC2002教程中把學(xué)科所包含的教學(xué)內(nèi)容歸結(jié)為14個知識體，提煉出了更精簡的核心知識單元。 為了適應(yīng)目前技術(shù)和應(yīng)用的需要，CC2001和CCC2002教程提出把原來的計算學(xué)科劃分成計算機(jī)科學(xué)、計算機(jī)工程、軟件工程、信息系統(tǒng)等四個方向，并準(zhǔn)備分別制訂各自的教學(xué)計劃綱要。1.5.2 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科定義計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)借鑒數(shù)學(xué)的公理化思想來全面闡述了計算學(xué)科的科學(xué)問題，抽象、理論和設(shè)計三個學(xué)科形態(tài)，計算學(xué)科的核心概念、科學(xué)方法等，闡明了計算學(xué)科各主領(lǐng)域發(fā)展的基

32、本規(guī)律及各領(lǐng)域的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建了一個系統(tǒng)化、邏輯化的認(rèn)知模型，讓人們清晰透徹地了解了學(xué)科脈絡(luò)，從整體上把握學(xué)科的學(xué)習(xí)研究方法。 計算機(jī)科學(xué)方法論有助于人們正確理解計算學(xué)科中所蘊(yùn)涵的科學(xué)思維方法，總結(jié)和提升計算學(xué)科所積累的各種方法和經(jīng)驗(yàn)，樹立正確的思想原則，把握正確的研究方向。 計算機(jī)科學(xué)技術(shù)是研究計算機(jī)的設(shè)計與制造和利用計算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科，包括科學(xué)與技術(shù)兩方面。 科學(xué)側(cè)重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律。技術(shù)則側(cè)重于研制計算機(jī)和研究使用計算機(jī)進(jìn)行信息處理的方法與技術(shù)手段。 1.5.3 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問題及研究范疇計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本

33、問題是什么能被有效地自動化。 計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究范疇包括計算機(jī)理論、硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用等，按照研究的內(nèi)容，也可以劃分為基礎(chǔ)理論、專業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用三個層面。計算機(jī)理論的研究包括離散數(shù)學(xué)、算法分析理論、形式語言與自動機(jī)理論、程序設(shè)計語言理論、程序設(shè)計方法學(xué)；計算機(jī)硬件的研究包括元器件與存儲介質(zhì)、微電子技術(shù)、計算機(jī)組成原理、微型計算機(jī)技術(shù)、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；計算機(jī)軟件的研究包括程序設(shè)計語言的設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、算法設(shè)計與分析、軟件工程學(xué)、可視化技術(shù)；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全；計算機(jī)應(yīng)用的研究及人機(jī)工程包括計算機(jī)應(yīng)用的研究、軟件開發(fā)工具、完善既有的應(yīng)用系統(tǒng)、開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域、人機(jī)工程、研究人與計算機(jī)的交互和協(xié)同技術(shù)。1.5.4 計算機(jī)科學(xué)課程體系的核心內(nèi)容計算學(xué)科課程體系的教學(xué)內(nèi)容歸