計算機科學(xué)與技術(shù)

計算機科學(xué)與技術(shù)匯報人：XX2024-01-22計算機科學(xué)與技術(shù)概述計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用編程語言與編譯原理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)安全contents目錄01計算機科學(xué)與技術(shù)概述計算機科學(xué)是一門研究計算機系統(tǒng)設(shè)計、分析、實現(xiàn)和應(yīng)用的學(xué)科，涉及計算機硬件、軟件、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計語言等多個方面。計算機科學(xué)的定義計算機科學(xué)經(jīng)歷了從機械計算、電子計算到量子計算的多個發(fā)展階段，隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，計算機科學(xué)逐漸成為一個獨立且日益重要的學(xué)科領(lǐng)域。發(fā)展歷程計算機科學(xué)定義與發(fā)展歷程計算機科學(xué)涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，包括計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)、人工智能、計算機圖形學(xué)等。計算機科學(xué)的研究方向包括算法設(shè)計與分析、計算理論、計算機系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)安全、軟件工程、人工智能與機器學(xué)習(xí)、高性能計算等。技術(shù)領(lǐng)域及研究方向研究方向技術(shù)領(lǐng)域計算機科學(xué)的學(xué)科體系包括計算機組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計算機網(wǎng)絡(luò)等核心課程，以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件工程、人工智能等選修課程。學(xué)科體系計算機科學(xué)的知識結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)知識（如數(shù)學(xué)、物理等）、核心知識（如算法設(shè)計與分析、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等）和應(yīng)用知識（如軟件開發(fā)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等）。此外，還需要掌握一定的編程語言和工具，如C/C、Java、Python等。知識結(jié)構(gòu)學(xué)科體系與知識結(jié)構(gòu)02計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算，包括加法、減法、乘法、除法等。運算器負責(zé)指令的取指、譯碼和執(zhí)行，控制整個計算機系統(tǒng)的運行?？刂破鞲咚贂捍鏀?shù)據(jù)的部件，用于存儲指令、地址和數(shù)據(jù)等。寄存器位于CPU和主存之間的快速存儲器，用于提高數(shù)據(jù)訪問速度。高速緩存（Cache）中央處理器（CPU）主存儲器輔助存儲器Cache存儲器虛擬存儲器存儲器層次結(jié)構(gòu)01020304計算機系統(tǒng)中的主要存儲部件，用于存儲和訪問程序和數(shù)據(jù)。如硬盤、固態(tài)硬盤（SSD）等，用于長期保存數(shù)據(jù)。位于CPU和主存之間，用于緩存常用的數(shù)據(jù)和指令，提高訪問速度。將主存和輔存結(jié)合起來，為用戶提供一個容量大且訪問速度快的虛擬存儲空間。連接CPU和I/O設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。I/O接口I/O控制方式I/O設(shè)備包括程序控制I/O、中斷控制I/O、DMA控制I/O等。如鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等，用于實現(xiàn)人機交互和數(shù)據(jù)輸出。030201輸入輸出系統(tǒng)連接計算機各部件的一組傳輸線，用于實現(xiàn)部件間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。總線如PCI、USB、SATA等，規(guī)定了總線的電氣特性、傳輸協(xié)議和接口規(guī)范等。總線標準包括并行接口和串行接口等，用于實現(xiàn)計算機與外部設(shè)備之間的連接和通信。接口技術(shù)總線與接口技術(shù)03操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用提供用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口，作為計算機系統(tǒng)資源的管理者實現(xiàn)對計算機資源的抽象，隱藏對硬件操作的細節(jié)對計算機資源實施有效的管理，提高系統(tǒng)資源的利用率和方便用戶使用擴充機器，為用戶提供良好運行環(huán)境01020304操作系統(tǒng)基本概念及功能創(chuàng)建進程、撤銷進程、阻塞進程、喚醒進程進程控制協(xié)調(diào)多個進程的執(zhí)行順序進程同步實現(xiàn)進程間的信息交換進程通信先來先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級調(diào)度（PriorityScheduling）、時間片輪轉(zhuǎn)（RR）等調(diào)度算法進程管理與調(diào)度算法內(nèi)存管理與虛擬內(nèi)存技術(shù)動態(tài)分配內(nèi)存空間、回收不再使用的內(nèi)存空間將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址確保每個進程在各自的內(nèi)存空間內(nèi)運行，互不干擾通過請求調(diào)頁或請求分段實現(xiàn)，擴大內(nèi)存容量并提高內(nèi)存利用率內(nèi)存分配與回收地址轉(zhuǎn)換內(nèi)存保護虛擬內(nèi)存技術(shù)文件系統(tǒng)概念文件操作設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備獨立性文件系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動程序文件、目錄、路徑等基本概念，以及文件的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和存取方法等連接操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備的軟件模塊，實現(xiàn)設(shè)備初始化、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制等功能創(chuàng)建、打開、讀寫、關(guān)閉、刪除等操作使得應(yīng)用程序獨立于具體使用的物理設(shè)備，提高系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴展性04編程語言與編譯原理編程語言分類及特點低級語言機器語言和匯編語言，與計算機硬件直接交互，執(zhí)行效率高但編程復(fù)雜。高級語言如C、C、Java等，更接近人類自然語言，易于理解和編寫，需要通過編譯器或解釋器轉(zhuǎn)換為機器語言執(zhí)行。面向?qū)ο笳Z言如Java、C#、Python等，以對象為基礎(chǔ)，支持封裝、繼承和多態(tài)等特性，提高代碼重用性和可維護性。函數(shù)式語言如Haskell、Lisp等，以函數(shù)為基本計算單元，避免狀態(tài)改變和變量賦值，簡化并發(fā)和并行編程。目標代碼生成將優(yōu)化后的語法樹或中間代碼轉(zhuǎn)換為目標機器語言代碼。優(yōu)化對語法樹或中間代碼進行等價變換，提高目標代碼的執(zhí)行效率。語義分析檢查語法樹或中間代碼是否符合語言的語義規(guī)則，進行類型檢查、控制流分析等。詞法分析將源代碼轉(zhuǎn)換為單詞或符號組成的詞素序列。語法分析根據(jù)語言的語法規(guī)則，將詞素序列組合成語法樹或中間代碼。編譯過程概述

詞法分析、語法分析和語義分析詞法分析器（掃描器）讀取源代碼，識別單詞或符號，生成詞素序列。語法分析器（解析器）根據(jù)語言的語法規(guī)則，將詞素序列組合成語法樹或中間代碼，檢查語法錯誤。語義分析器對語法樹或中間代碼進行語義檢查，包括類型檢查、控制流分析、符號表管理等，確保程序語義正確。包括常量折疊、公共子表達式消除、死代碼刪除、循環(huán)展開等，旨在提高目標代碼的執(zhí)行效率。優(yōu)化技術(shù)將優(yōu)化后的語法樹或中間代碼轉(zhuǎn)換為目標機器語言代碼，考慮寄存器分配、指令選擇、內(nèi)存訪問優(yōu)化等問題。目標代碼生成器提供程序執(zhí)行所需的支持，如內(nèi)存管理、異常處理、系統(tǒng)調(diào)用接口等。運行時系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)和目標代碼生成05數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用03數(shù)據(jù)模型對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分。01數(shù)據(jù)庫（DB）長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。02數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）位于用戶和操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，用于科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫基本概念及數(shù)據(jù)模型關(guān)系代數(shù)一種抽象的查詢語言，用對關(guān)系的運算來表達查詢。關(guān)系模型用二維表格結(jié)構(gòu)表示實體集，外鍵表示實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系演算以謂詞邏輯為基礎(chǔ)，包括元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)控制等語言。SQL基礎(chǔ)包括視圖、索引、存儲過程和觸發(fā)器等高級功能。SQL高級應(yīng)用通過優(yōu)化查詢語句、使用索引和分區(qū)等技術(shù)，提高數(shù)據(jù)庫性能。SQL優(yōu)化SQL語言基礎(chǔ)與高級應(yīng)用數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計等步驟。數(shù)據(jù)庫優(yōu)化通過調(diào)整數(shù)據(jù)庫參數(shù)、優(yōu)化SQL語句和建立索引等手段，提高數(shù)據(jù)庫性能。數(shù)據(jù)庫安全性包括用戶認證、訪問控制、數(shù)據(jù)加密和防止SQL注入等安全措施。數(shù)據(jù)庫設(shè)計、優(yōu)化和安全性考慮06網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議定義計算機之間通信的規(guī)則和標準，確保數(shù)據(jù)在不同設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間的可靠傳輸。TCP/IP模型傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP）是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層四個層次。常見網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、POP3等。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及TCP/IP模型廣域網(wǎng)（WAN）覆蓋較大地理范圍的網(wǎng)絡(luò)，通常通過公共通信網(wǎng)絡(luò)（如電話線或光纖）連接?；ヂ?lián)網(wǎng)接入技術(shù)包括DSL、電纜調(diào)制解調(diào)器、光纖、衛(wèi)星等，用于將計算機連接到互聯(lián)網(wǎng)。局域網(wǎng)（LAN）局限于較小地理范圍內(nèi)的計算機網(wǎng)絡(luò)，如家庭、辦公室或校園網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)包括病毒、蠕蟲、木馬、勒索軟件、釣魚攻擊等，可導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露、系統(tǒng)癱瘓等嚴重后果。網(wǎng)絡(luò)安全威脅采用強密碼策略、定期更新軟件和操作系統(tǒng)、限制不必要的網(wǎng)絡(luò)訪問、使用安全軟件等。防范策略提高用戶的安全意識，定期進行網(wǎng)絡(luò)安全培訓(xùn)，以減少人為因素造成的安全漏洞。安全意識和培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)安全威脅與防范策略加密解密算法