計算機(jī)文化第1章緒論

第1章緒論了解計算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用掌握計算機(jī)的定義了解計算工具的發(fā)展歷史了解計算機(jī)硬件的發(fā)展歷史及趨勢了解計算機(jī)軟件的發(fā)展歷史理解計算機(jī)軟件的執(zhí)行過程掌握計算機(jī)的分類和特點(diǎn)了解計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的研究范疇了解計算機(jī)中的基本問題學(xué)習(xí)目標(biāo)現(xiàn)在是1頁\一共有49頁\編輯于星期二主要內(nèi)容計算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用1第1章緒論計算的歷史2計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介3現(xiàn)在是2頁\一共有49頁\編輯于星期二主要內(nèi)容計算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用1第1章緒論計算的歷史2計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介3現(xiàn)在是3頁\一共有49頁\編輯于星期二1.1計算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用坐席預(yù)定系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等就是計算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的典型應(yīng)用。現(xiàn)在是4頁\一共有49頁\編輯于星期二1.1計算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用坐席預(yù)定系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等就是計算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的典型應(yīng)用?，F(xiàn)在是5頁\一共有49頁\編輯于星期二1.1計算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計算機(jī)在教育業(yè)的應(yīng)用計算機(jī)在教育領(lǐng)域中的典型應(yīng)用有校園網(wǎng)、遠(yuǎn)程教育、計算機(jī)輔助教育（Computer-AidedInstruction，CAI）等。現(xiàn)在是6頁\一共有49頁\編輯于星期二1.1計算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計算機(jī)在商業(yè)中的應(yīng)用計算機(jī)在零售業(yè)的應(yīng)用，改變了人們的購物環(huán)境和方式。隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的電子商務(wù)，更是從根本上改變了企業(yè)的供銷模式和人們的消費(fèi)模式?，F(xiàn)在是7頁\一共有49頁\編輯于星期二1.1計算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計算機(jī)在銀行和證券業(yè)的應(yīng)用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)從根本上改變了銀行和金融機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)處理模式。計算機(jī)在證券市場中的應(yīng)用為投資者進(jìn)行證券交易提供了必不可少的環(huán)境。圖1.9計算機(jī)在證券業(yè)中的應(yīng)用圖1.10計算機(jī)在銀行業(yè)中的應(yīng)用

現(xiàn)在是8頁\一共有49頁\編輯于星期二1.1計算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計算機(jī)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)可以將著名醫(yī)學(xué)專家或醫(yī)生的知識和經(jīng)驗存儲到知識庫中，并建立從病情表述和檢測指標(biāo)到診斷結(jié)論以及治療方案的推理機(jī)構(gòu)。這樣，根據(jù)患者的病情和各種檢測數(shù)據(jù)，就可以診斷出所患的疾病以及作出治療方案。對于邊遠(yuǎn)地區(qū)，醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)可以為患者提供當(dāng)?shù)蒯t(yī)院無法提供的醫(yī)療服務(wù)。一些現(xiàn)代化的醫(yī)療檢測儀器如超聲波儀、心電圖儀、腦電圖儀、核磁共振儀、X光攝像機(jī)等醫(yī)療檢測設(shè)備中也嵌入了計算機(jī)，可以采用數(shù)字成像技術(shù)，使得圖像更加清晰。圖1.11計算機(jī)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)在是9頁\一共有49頁\編輯于星期二1.1計算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計算機(jī)在科學(xué)研究中的應(yīng)用計算機(jī)用在科學(xué)研究領(lǐng)域，可進(jìn)行科技文獻(xiàn)的存儲與查詢、復(fù)雜的科學(xué)計算、系統(tǒng)仿真與模擬、復(fù)雜現(xiàn)象的跟蹤與分析以及知識發(fā)現(xiàn)等。圖1.12計算機(jī)在科學(xué)研究中的應(yīng)用

現(xiàn)在是10頁\一共有49頁\編輯于星期二1.1計算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計算機(jī)在文化藝術(shù)業(yè)的應(yīng)用藝術(shù)家如果能夠以計算機(jī)為工具進(jìn)行音樂、舞蹈、美術(shù)、攝影、電影與電視等技術(shù)創(chuàng)作，則能夠創(chuàng)作出更具特色、效果更佳的作品。很多游戲設(shè)計人員借助于計算機(jī)設(shè)計出引人入勝的計算機(jī)游戲軟件。使用計算機(jī)控制的電子合成器可以模擬一種或多種樂器的聲音。藝術(shù)家可以使用專門的軟件作為工具來創(chuàng)作繪畫、雕塑等技術(shù)作品；在影片制作過程中利用計算機(jī)可以獲得過去無法獲得的效果。

現(xiàn)在是11頁\一共有49頁\編輯于星期二主要內(nèi)容計算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用1第1章緒論計算的歷史2計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介3現(xiàn)在是12頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算的歷史什么是計算機(jī)能夠按照事先存儲好的指令序列，接收用戶輸入的數(shù)字、文本、圖像、聲音等數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行存儲、處理和結(jié)果輸出的系統(tǒng)。

圖1.14計算機(jī)處理流程現(xiàn)在是13頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史輸入到計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)既可以是用戶通過鍵盤輸入的，也可以來自于其他的設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)或其他的計算機(jī)。輸入設(shè)備如鍵盤或鼠標(biāo)，可收集輸入數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠識別的信號，以供計算機(jī)存儲和處理。輸出指的是計算機(jī)的處理結(jié)果。常見的計算機(jī)輸出形式有報表、文檔、音樂、圖形和圖像。用戶可通過計算機(jī)的顯示屏查看輸出結(jié)果，也可將其通過打印機(jī)在紙上進(jìn)行打印或者是刻錄到光盤?，F(xiàn)在是14頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算工具的發(fā)展歷史現(xiàn)在是15頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算工具的發(fā)展歷史到了19世紀(jì)初，英國數(shù)學(xué)家查爾斯·巴比奇（CharlesBabbage，1792-1871）取得了突破性進(jìn)展，計算機(jī)不但能快速地完成加、減、乘、除運(yùn)算，還能夠自動完成復(fù)雜的運(yùn)算，從手動機(jī)械躍入自動機(jī)械的新時代。同時巴比奇還提出了分析機(jī)的新設(shè)計思想。分析機(jī)（如圖1.22所示）的重要貢獻(xiàn)就在于它包括了現(xiàn)代計算機(jī)所具有的5個基本組成部分。（1）輸入裝置：用穿孔卡片輸入數(shù)據(jù)。（2）存儲裝置：既能存儲運(yùn)算數(shù)據(jù)，又能存儲運(yùn)算結(jié)果。（3）資料處理裝置：完成加、減、乘、除運(yùn)算。還能根據(jù)運(yùn)算結(jié)果的符號改變運(yùn)算的進(jìn)程。也就是能實現(xiàn)現(xiàn)代的條件轉(zhuǎn)移指令。（4）控制裝置：使用指令進(jìn)行控制，用程序自動改變操作次序。（5）輸出裝置：用穿孔卡片或打印方法輸出?，F(xiàn)在是16頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史

巴比奇巴比奇分析機(jī)現(xiàn)在是17頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史英國著名詩人拜倫的女兒Ada（AdaAugustaLovelace，1815-1852）在劍橋大學(xué)幫助巴比奇研究分析機(jī)時，她意識到巴比奇對新分析機(jī)的設(shè)計思想完全可行，也非常支持巴比奇的工作。Ada建議用二進(jìn)制存儲取代原設(shè)計的十進(jìn)制存儲。她指出分析機(jī)可以像雅各織布機(jī)一樣進(jìn)行編程，并發(fā)現(xiàn)了程序設(shè)計和編程的基本要素，還為某些計算開發(fā)了一些指令。由于她在程序設(shè)計上的開創(chuàng)性工作，被譽(yù)為世界上第一位程序員?，F(xiàn)在是18頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史第一次采用電器元件來制造計算機(jī)的是德國工程師朱斯（K.Zuse）。1941年，他的Z-3計算機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，這是世界上真正的第一臺通用程序控制計算機(jī)（如圖1.23所示）。Z-3不僅全部采用繼電器，同時采用了浮點(diǎn)記數(shù)法、二進(jìn)制運(yùn)算、帶數(shù)字存儲地址的指令形式等。1936年美國哈佛大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)教授霍華德·艾肯（HowardAiken，1900-1973）受了巴比奇和愛達(dá)的筆記后，受到啟發(fā)并在IBM公司的大力支持下，研制成功了被稱為Mark-I的計算機(jī)（如圖1.24所示）。Mark-I是個龐然大物，長15.5米，高2.4米，由75萬個零部件組成。它用大量的繼電器作為開關(guān)元件，用十進(jìn)制計數(shù)齒輪組作為存儲器，用穿孔紙帶進(jìn)行程序控制?，F(xiàn)在是19頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史第二次世界大戰(zhàn)期間，美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院電工系同阿伯丁彈道研究實驗室共同負(fù)責(zé)為陸軍每天提供六張火力表，這一任務(wù)非常困難和緊迫。正是在該背景下，促成了第一臺電子計算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer，簡稱ENIAC）的產(chǎn)生。ENIAC起初是專門用于彈道計算，后來經(jīng)過多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計算的通用計算機(jī)。ENIAC占地面積達(dá)170平方米，差不多相當(dāng)于10間普通房間的大??；使用了大約18000只電子管，1500個繼電器，70000只電阻，18000只電容。ENIAC的最大特點(diǎn)就是采用了電子線路來執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和儲存信息。由于廣泛采用了電子線路，ENIAC同以往計算機(jī)相比最突出的優(yōu)點(diǎn)就是高速度?，F(xiàn)在是20頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史現(xiàn)在是21頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)硬件的發(fā)展歷史第一代計算機(jī)以真空管作為主要元器件，體積龐大，價格昂貴，采用二進(jìn)制代替十進(jìn)制，程序雖然可以存儲，但存儲設(shè)備還比較落后，輸入輸出裝置主要用穿孔卡、速度很慢。只有專家們方可使用。第二代計算機(jī)以晶體管代替電子管，減小計算機(jī)體積的同時，也降低了費(fèi)用，使得中小企業(yè)也能負(fù)擔(dān)得起。普遍采用磁心存儲器作為主存，并且采用磁帶和磁盤作為輔存，使存儲容量增大，可靠性提高，為操作系統(tǒng)的發(fā)展奠定了硬件基礎(chǔ)。與此同時，變址寄存器、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示、間接尋址、中斷、I/O處理機(jī)等現(xiàn)代計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的特性相繼出現(xiàn)。同時程序設(shè)計語言也有了很大發(fā)展，先是用匯編代替了機(jī)器語言，接著又出現(xiàn)了高級語言FORTRAN、COBOL。第三代計算機(jī)用集成電路取代晶體管，更加減少了計算機(jī)的成本和大小。用半導(dǎo)體存儲器淘汰了磁心存儲器，普遍采用了微程序設(shè)計技術(shù)，系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件都有很大發(fā)展，出現(xiàn)了第一代小型計算機(jī)（minicomputer），如DEC的PDP-8。現(xiàn)在是22頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)硬件的發(fā)展歷史第四代計算機(jī)用微處理器（microprocessor）或超大規(guī)模集成電路VLSI（VelyLargeScaleIntegration）取代了普通集成電路。存儲容量進(jìn)一步擴(kuò)大，輸入采用了OCR（字符識別）與條形碼，輸出采用了激光打印機(jī)，以及引進(jìn)光盤和新的程序設(shè)計語言Pascal、Ada。微型計算機(jī)也蓬勃發(fā)展起來，使得計算技術(shù)由集中化向分散化轉(zhuǎn)變。與此同時，數(shù)據(jù)通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理有了很大的發(fā)展。Internet、廣域網(wǎng)（WAN）、城域網(wǎng)（CAN）和局域網(wǎng)（LAN）的發(fā)展將世界各地緊密地聯(lián)系在一起。當(dāng)前的計算機(jī)依然屬于第四代計算機(jī)。第五代計算機(jī)很多國家的學(xué)術(shù)團(tuán)體都對未來計算機(jī)的發(fā)展有所研究和期望。第五代計算機(jī)系統(tǒng)將會擁有智能特性，帶有知識表示與推理能力，可以模擬人的設(shè)計、分析、決策、計劃以及其他智能活動并具有人機(jī)自然通信能力，可作為各種信息化企業(yè)的智能助手?，F(xiàn)在是23頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)硬件的發(fā)展歷史

計算機(jī)的發(fā)展趨勢為巨型化、微型化、多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。（1）巨型化巨型化是指運(yùn)算高速、大存儲容量和強(qiáng)功能的超大型計算機(jī)。這不僅是尖端科學(xué)（如氣象、宇航、核反應(yīng)等）及新興學(xué)科（生物工程、基因工程）的需要，也為了使得計算機(jī)具有人腦學(xué)習(xí)、推理的復(fù)雜功能。（2）微型化大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使得微型機(jī)可以滲透到家用電器、導(dǎo)彈彈頭等中、小型機(jī)無法進(jìn)入的領(lǐng)域。（3）多媒體化以數(shù)字技術(shù)為核心的圖像、聲音等與計算機(jī)、通信融為一體的信息環(huán)境。通過這種環(huán)境，無論在什么地方，只需要簡單的設(shè)備，就能自由自在地以接近自然的交互方式收發(fā)所需要的各種媒體信息。（4）網(wǎng)絡(luò)化不受地理區(qū)域的限制，將分布在不同地點(diǎn)的不同機(jī)型的計算機(jī)和專門的外部設(shè)備由通信線路互聯(lián)組成一個規(guī)模大、功能強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以達(dá)到資源和信息共享的目的。（5）智能化讓計算機(jī)能夠模擬人的感覺、行為和思維過程，使計算機(jī)具有一定的邏輯推理、學(xué)習(xí)和證明等能力，形成智能型計算機(jī)。現(xiàn)在是24頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第一代軟件（1951-1959） 第一代軟件由機(jī)器語言編寫。機(jī)器語言是內(nèi)置在計算機(jī)電路中的指令。即使求“3+5”的結(jié)果這一簡單計算就需要三條完全由0、1組成的指令。對程序設(shè)計人員而言，需要面對一系列的0、1數(shù)字組合，他們不得不記住每個0、1串代表的含義。由于編寫機(jī)器語言程序非常乏味，就有程序設(shè)計員開發(fā)出了一種使用助記碼表示的人工程序設(shè)計語言，這些語言被稱為“匯編”語言。雖然匯編語言的出現(xiàn)簡化了程序設(shè)計的工作。但每個程序在計算機(jī)上執(zhí)行時采用的最終形式依然是機(jī)器語言。所以，為了讓匯編語言編寫的程序能夠運(yùn)行，還需要翻譯程序或匯編器，將每條用助記碼編寫的程序指令翻譯成等價的機(jī)器語言。其流程如圖所示。匯編源程序匯編程序翻譯器機(jī)器語言程序輸入輸出現(xiàn)在是25頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第二代軟件（1959-1965）第二代軟件時期開發(fā)的是高級語言，目前仍在使用有FORTRAN、COBOL和Lisp。高級語言的出現(xiàn)使得可以在多臺計算機(jī)上運(yùn)行同一個程序。因為每中高級語言都有配套的翻譯程序，它可將高級語言編寫的語句翻譯成等價的機(jī)器語言指令。最早時，高級語言的語句通常被翻譯成匯編語言，然后這些匯編后的語句再被翻譯成機(jī)器指令。其流程如圖所示。匯編源程序匯編程序翻譯器機(jī)器語言程序輸入輸出高級語言程序輸入高級語言翻譯器輸出現(xiàn)在是26頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第三代軟件（1965-1971）隨著計算機(jī)處理速度的不斷提高，人機(jī)矛盾日益凸顯。當(dāng)人們準(zhǔn)備下一批處理數(shù)據(jù)時，計算機(jī)無所事事。為了讓計算機(jī)的所有資源都在計算機(jī)的控制中，需要編寫一種程序來決定何時運(yùn)行什么程序，這種程序被稱作操作系統(tǒng)。

應(yīng)用程序包系統(tǒng)軟件高級語言匯編語言機(jī)器語言現(xiàn)在是27頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第四代軟件（1971-1989）20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，這是一種有邏輯、有規(guī)則的程序設(shè)計方法。該階段出現(xiàn)了Pascal、Modula-2、BASIC和C等結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言C++還允許用戶使用低級語句，成為了業(yè)界的選擇。與此同時，更好、更強(qiáng)大的操作系統(tǒng)也被開發(fā)出來了。AT&T公司開發(fā)了UNIX系統(tǒng)；為IBMPC機(jī)開發(fā)的PC-DOS和為了兼容開發(fā)的MS-DOS系統(tǒng)都成了個人計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。Macintosh機(jī)的操作系統(tǒng)在引入了鼠標(biāo)和點(diǎn)擊式的圖形界面，徹底改變了人機(jī)交互的方式。很多高品質(zhì)的、價格合理的應(yīng)用程序軟件包如電子表格軟件、文字處理軟件和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等，也都被系統(tǒng)程序員開發(fā)了出來?，F(xiàn)在是28頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第五代軟件（1990至今）這一時期，操作系統(tǒng)不斷改進(jìn)，Microsoft公司的Windows操作系統(tǒng)在個人計算機(jī)市場占有顯著優(yōu)勢。也是微軟公司的Office套件也逐漸取代了以往的辦公自動化軟件。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法成為大型程序設(shè)計項目的首選。結(jié)構(gòu)化設(shè)計基于任務(wù)的層次劃分，而面向?qū)ο蟮脑O(shè)計則基于數(shù)據(jù)對象的層次劃分。Sun公司為面向?qū)ο蟮木幊谭椒ㄔO(shè)計的Java語言成為了C++語言的競爭對手?，F(xiàn)在是29頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)的分類從不同的角度，可以將計算機(jī)分成不同的種類。但目前被廣泛采用的方法是美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEEInstituteofElectricalandElectronicsEngineers）于1989年11月提出的標(biāo)準(zhǔn)，即把計算機(jī)劃分為巨型機(jī)、小巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站和個人計算機(jī)6類。（1）巨型機(jī)（SuperComputer）在所有計算機(jī)類型中功能最強(qiáng)，價格最貴，浮點(diǎn)運(yùn)算速度最快，常用于戰(zhàn)略武器設(shè)計、空間技術(shù)、石油勘探的概念領(lǐng)域。往往成為衡量一個國家經(jīng)濟(jì)實力和科技水平的重要標(biāo)志。（2）小巨型機(jī)（MiniSuperComputer）功能略低于巨型機(jī)，運(yùn)算速度每秒10億次，價格只有巨型機(jī)的十分之一，可滿足一些較高應(yīng)用需求的用戶。（3）大型主機(jī)（Mainframe）也稱大型電腦，整機(jī)運(yùn)算速度高達(dá)每秒30億次，具有很強(qiáng)的處理和管理能力。是規(guī)模較大的銀行、高校和科研院所常用的一種機(jī)型。（4）小型機(jī)（MiniComputer）結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本較低，不需要經(jīng)長期培訓(xùn)即可維護(hù)和使用，比較適用于中小客戶。（5）工作站（Workstation）介于小型機(jī)和個人計算機(jī)之間的一種高檔微機(jī)，主要用于特殊的專業(yè)領(lǐng)域，如圖像處理、計算機(jī)輔助設(shè)計等。（6）個人計算機(jī)（PersonalComputer，簡稱PC）日常生活中最常見的一種機(jī)型。因其軟件豐富、處理能力強(qiáng)、價格便宜等優(yōu)勢深受普通用戶的青睞。目前，PC機(jī)除了臺式的，還有膝上型、筆記本型、掌上型、手表型等?，F(xiàn)在是30頁\一共有49頁\編輯于星期二1.2計算機(jī)的歷史計算機(jī)的特點(diǎn)運(yùn)算速度快目前計算機(jī)的運(yùn)算速度（也稱處理速度）用MIPS（每秒百萬條指令）來衡量。計算機(jī)如此高的運(yùn)算速度是其他任何計算工具無法比擬的，它使得以往需要幾年甚至幾十年才能完成的復(fù)雜運(yùn)算任務(wù)，現(xiàn)在只需要幾天、幾小時、甚至更短的時間就可完成計算精度高 計算機(jī)內(nèi)的數(shù)采用二進(jìn)制編碼，數(shù)的精度由該數(shù)所對應(yīng)的二進(jìn)制碼的位數(shù)決定，所以通過增加數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)來提高精度，位數(shù)越多精度就越高。具有記憶能力

計算機(jī)具有內(nèi)存和外部存儲器，內(nèi)存用來存儲正在運(yùn)行中的程序和有關(guān)數(shù)據(jù)，外存儲器用來存儲需要長期保存的數(shù)據(jù)。這就像人的“大腦”一樣，能夠記憶數(shù)據(jù)。具有邏輯判斷能力

計算機(jī)在運(yùn)行過程中，能夠根據(jù)上一步的結(jié)果判斷下一步該執(zhí)行的指令。這就使得計算機(jī)不僅能夠完成數(shù)值計算工作，還可以完成非數(shù)值數(shù)據(jù)的處理工作，如信息檢索、圖像識別等?，F(xiàn)在是31頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的研究范疇計算機(jī)與技術(shù)的研究范疇包括了計算機(jī)理論、硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用等，按照研究的內(nèi)容，可以劃分為基礎(chǔ)理論、專業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用三個層面。在這些研究領(lǐng)域中，有的方面前人已經(jīng)研究得比較透徹，取得了很多成果，需要我們在后續(xù)課程中去學(xué)習(xí)、掌握和繼承；有的方面還不夠成熟和完備，需要我們進(jìn)一步去研究、完善和發(fā)展?，F(xiàn)在是32頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計算機(jī)理論的研究內(nèi)容離散數(shù)學(xué)：是計算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)，主要研究數(shù)理邏輯、集合論和圖論等。算法分析理論：主要研究算法設(shè)計與分析中的數(shù)學(xué)方法與理論，如概率論、數(shù)理統(tǒng)計等，用于分析算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。形式語言與自動機(jī)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(yùn)用數(shù)學(xué)和計算機(jī)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)（如代數(shù)語義、操縱語義等）和計算語言學(xué)等。程序設(shè)計方法學(xué)：研究如何從號結(jié)構(gòu)的程序定義出發(fā)，通過對構(gòu)成程序的基本結(jié)構(gòu)的分析，給出能保證高質(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、形式化驗證技術(shù)等?，F(xiàn)在是33頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計算機(jī)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(jī)硬件的各類電子的、磁性的、超導(dǎo)的、光學(xué)的元器件和存儲介質(zhì)。微電子技術(shù)：研究各類集成電路、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(jī)組成原理：研究通用計算機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)以及運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備等各部件得構(gòu)成和工作原理。微型計算機(jī)技術(shù)：研究使用廣泛的微型計算機(jī)的組成原理、結(jié)構(gòu)、芯片、接口及其應(yīng)用技術(shù)。計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：研究計算機(jī)軟硬件的總體結(jié)構(gòu)、各種新型體系結(jié)構(gòu)（如并行計算機(jī)系統(tǒng)、陳列計算機(jī)、集群計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)）以及提高計算機(jī)性能的各種新技術(shù)?，F(xiàn)在是34頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計算機(jī)軟件的研究內(nèi)容程序設(shè)計語言的設(shè)計：設(shè)計新穎的程序設(shè)計語言，包括定義程序設(shè)計語言的詞法規(guī)則、語法規(guī)則和語義規(guī)則。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法：對數(shù)據(jù)的邏輯和物理結(jié)構(gòu)定義相應(yīng)的運(yùn)算，設(shè)計出實現(xiàn)這些運(yùn)算的算法，并確保經(jīng)過這些運(yùn)算后所得到的新結(jié)構(gòu)仍然是原來的結(jié)構(gòu)類型。常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：線性表、棧、隊列、串、樹和圖等。相關(guān)的算法有查找、內(nèi)部排序和外部排序等。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)的基本理論、原理和實現(xiàn)技術(shù)，如詞法規(guī)則和語法規(guī)則的形式化定義、程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其各模塊（如詞法分析、語法分析、中間代碼生成、優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成）的實現(xiàn)技術(shù)。操作系統(tǒng)：研究如何自動地對計算機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件資源進(jìn)行有效的管理，最大限度地方便用戶的使用。現(xiàn)在是35頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：研究數(shù)據(jù)模型以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)。其中包括：數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫語言、數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)、查詢處理、查詢優(yōu)化、事務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用以及數(shù)據(jù)倉庫等。算法設(shè)計與分析：研究計算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域中常用算法的設(shè)計方法，分析算法的時間和空間復(fù)雜度以評價算法的優(yōu)劣。有排序算法、串匹配算法、并行算法和模糊算法等。軟件工程學(xué)：指導(dǎo)計算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)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(hù)軟件?？梢暬夹g(shù)：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)，即用計算機(jī)來生成、處理、顯示能在屏幕上逼真運(yùn)動的三維形體，并能與人進(jìn)行交互式對話。現(xiàn)在是36頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計算機(jī)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等各種網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和構(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(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信（如衛(wèi)星、微波、寬帶、光纖、有線、無線）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(jī)網(wǎng)絡(luò)的用戶提供方便的遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸、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)的超媒體信息瀏覽等服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)安全：研究計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備安全、軟件安全、信息安全以及病毒防治等技術(shù)，以提高計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性?，F(xiàn)在是37頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計算機(jī)應(yīng)用的研究內(nèi)容軟件開發(fā)工具：研究軟件開發(fā)工具的有關(guān)技術(shù)（如程序調(diào)試技術(shù)、代碼優(yōu)化技術(shù)、軟件重用技術(shù)、軟件自動生成技術(shù)等）以及研制各種新型的程序設(shè)計語言及其翻譯系統(tǒng)、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)工具等。完善已有的應(yīng)用系統(tǒng)：根據(jù)最新的技術(shù)平臺和實際需求對已有的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行升級和改造，使其功能更加強(qiáng)大，更加易于使用。開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域：研究如何打破計算機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大計算機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)和社會生活中的應(yīng)用。人－機(jī)工程：研究人與計算機(jī)的交互和協(xié)同技術(shù)，為人們使用計算機(jī)提供更加友好的環(huán)境和界面。現(xiàn)在是38頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中的基本問題漢諾塔問題證比求易法—并行計算找零問題哲學(xué)家進(jìn)餐問題現(xiàn)在是39頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介漢諾塔問題相傳，印度教的天神梵天在創(chuàng)造地球時建了一座神廟，廟里豎有3根寶石柱子，柱子由一個銅座支撐。梵天將64個直徑大小不一的金盤子，按照從大到小的順序依次套放在第一根柱子上，形成一座金塔（梵天塔或漢諾塔）。天神讓廟里的僧侶們將第一根柱子上的64個盤子借助第二根柱子全部移到第三根柱子上，即將整個塔遷移，同時定下3條規(guī)則：每次只能移動一個盤子；盤子只能在3根柱子上來回移動，不能放在他處；在移動過程中，3根柱子上的盤子必須始終保持大盤在下，小盤在上。當(dāng)時僧侶們在對該問題分析之后預(yù)言，當(dāng)所有的進(jìn)盤子都移動到第三根柱子上時，世界就將在一聲霹靂中消滅，而梵塔、廟宇和眾生也都將同歸于盡。如果沒有科學(xué)的分析過程，也許我們會認(rèn)為以上說法是駭人聽聞的。但當(dāng)使用計算機(jī)解決這一問題時，漢諾塔問題就是一個典型的用遞歸方法求解的問題。遞歸是計算學(xué)科中的一個重要概念?，F(xiàn)在是40頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介所謂遞歸，就是將一個較大的問題歸約為一個或多個子問題的求解方法。按照遞歸的方法，可將64個盤子的移動問題轉(zhuǎn)化為求解63個盤子的問題。如果63個盤子的能解決，則可先將63個盤子移動到第二根柱子上，再將一個盤子直接移動到第三根柱子上，最后又一次將63個盤子借助于第一根柱子，移動到第三根柱子上。依此類推，63個盤子的移動問題又可轉(zhuǎn)化為62個盤子的移動問題，62個盤子的移動問題又可轉(zhuǎn)化為61個盤子的移動問題，直到1個盤子的求解問題。再由1個盤子的漢諾塔問題的求解求出2個盤子的移動方法，直到求出64個盤子的移動方法。由此，可用C語言對該問題的求解進(jìn)行描述。Hanoi(i,charleft,charmiddle,charright){Ifi==1Move(1,left,_,right);Else{Hanoi(n-1,left,middle,right);Move(1,left,_,right);Hanoi(n-1,middle,left,right);}}現(xiàn)在是41頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介證比求易法—并行計算從前，有一個酷愛數(shù)學(xué)的年輕國王艾述向鄰國一位聰明美麗的公主秋碧貞楠求婚。公主出了這樣一道題：求出48770428433377171的一個真因子。若國王能在一天之內(nèi)求出答案，公主便接受他的求婚。國王回去后立即開始逐個數(shù)地進(jìn)行計算，他從早到晚，共算了3萬多個數(shù)，最終還是沒有結(jié)果。于是國王向時任宰相的大數(shù)學(xué)家孔煥石求教，大數(shù)學(xué)家在仔細(xì)思考后認(rèn)為這個數(shù)為17位，則最小的一個真因子不會超過9位，于是他給國王出了一個主意：按自然數(shù)的順序給全國老百姓每人編一個號發(fā)下去，讓每個老百姓用自己的編號去除這個數(shù)，除盡了立即上報。最后，國王用這個方法求婚成功。這位數(shù)學(xué)家所用的方法就是并行算法，在某些場合，用順序算法難以求解的問題，可用并行算法解決。但大家也會意識到一個問題，使用并行算法時，空間方面的復(fù)雜度較高，如果空間受到了限制，那么需要用計算機(jī)解決的難解性問題，還需要從降低時間復(fù)雜度入手?，F(xiàn)在是42頁\一共有49頁\編輯于星期二1.3計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介找零問題有一顧客拿一面值100元的鈔票在超市買了4元錢的商品，收銀員需要找96元的零錢，該如何選擇呢？一般情況下，雖然可有多種找法，但是收銀員會憑直覺選擇1張50元的，