計(jì)算機(jī)導(dǎo)論(黃國(guó)興).ppt

1、第1章 緒 論,內(nèi)容提要 本章在介紹計(jì)算機(jī)的定義、分類(lèi)、特點(diǎn)、用途和發(fā)展等基本概念的基礎(chǔ)上，介紹了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教育和對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科畢業(yè)生的基本要求。本章還分析了信息化社會(huì)的基本特征、Internet對(duì)信息化社會(huì)的影響以及信息化社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)人才及其知識(shí)結(jié)構(gòu)的基本要求，概要地介紹了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)涵、知識(shí)體系和研究范疇。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)理解計(jì)算機(jī)的基本概念、信息化社會(huì)的特征以及信息化社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)人才的需求，并初步了解計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究范疇和作為一名計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)的學(xué)生應(yīng)具有的知識(shí)和能力，明確今后學(xué)習(xí)的目標(biāo)和內(nèi)容，樹(shù)立作為一個(gè)未來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)工作者的自豪感和責(zé)

2、任感。,計(jì)算機(jī)的基本概念,什么是計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ)的系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)能夠完成的基本操作及其主要功能： 輸入：接受由輸入設(shè)備（如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、掃描儀等）提供的數(shù)據(jù)。 處理：對(duì)數(shù)值、邏輯、字符等各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，按指定的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 輸出：將處理所產(chǎn)生的的結(jié)果等數(shù)據(jù)送到相關(guān)輸出設(shè)備。 存儲(chǔ)：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。,計(jì)算機(jī)的分類(lèi),按處理對(duì)象分類(lèi) 數(shù)字計(jì)算機(jī) 模擬計(jì)算機(jī) 數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī) 按用途分類(lèi) 通用計(jì)算機(jī) 專(zhuān)用計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)的分類(lèi),按規(guī)模分類(lèi) 巨型計(jì)算機(jī) 大/中型計(jì)算機(jī) 小型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī) 工作站 服務(wù)器 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī),計(jì)

3、算機(jī)的特點(diǎn),運(yùn)算速度快 運(yùn)算精度高 具有記憶能力 具有邏輯判斷能力 存儲(chǔ)程序,計(jì)算機(jī)的用途,科學(xué)計(jì)算 數(shù)據(jù)處理 實(shí)時(shí)控制 人工智能 娛樂(lè)與游戲 計(jì)算機(jī)輔助工程和輔助教育,計(jì)算機(jī)的發(fā)展,第一代計(jì)算機(jī)（1946年1957年） 第二代計(jì)算機(jī)（1958年1964年） 第三代計(jì)算機(jī)（1965年1971年） 第四代計(jì)算機(jī)（1972年今） 第五代計(jì)算機(jī),圖靈獎(jiǎng),世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC是1946年誕生于美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué),但學(xué)術(shù)界公認(rèn)電子計(jì)算機(jī)的理論和模型是由英國(guó)數(shù)學(xué)家圖靈在此10年前發(fā)表的一篇論文“論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用”中奠定了基礎(chǔ)的。因此，當(dāng)美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)ACM在1966年紀(jì)念電子計(jì)

4、算機(jī)誕生20周年時(shí)，決定設(shè)立計(jì)算機(jī)界的第一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，并很自然地將其命名為“圖靈獎(jiǎng)”，以紀(jì)念這位計(jì)算機(jī)科學(xué)理論的奠基人。被稱(chēng)為“計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)”的這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立至今，已經(jīng)頒發(fā)了34屆，共計(jì)有40位計(jì)算機(jī)科學(xué)家獲此殊榮，以表彰他們?cè)谟?jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域所作出的杰出貢獻(xiàn)。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科,計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)是研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造和利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲(chǔ)、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科。它包括科學(xué)與技術(shù)兩方面?？茖W(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(jì)算機(jī)和研究使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的方法與技術(shù)手段?？茖W(xué)是技術(shù)的依據(jù),技術(shù)是科學(xué)的體現(xiàn)；技術(shù)得益于科學(xué),它又向科學(xué)提出新的

5、課題?？茖W(xué)與技術(shù)相輔相成、互為作用,二者高度融合是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)科的突出特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)除了具有較強(qiáng)的科學(xué)性外,還具有較強(qiáng)的工程性，因此，它是一門(mén)科學(xué)性與工程性并重的學(xué)科。表現(xiàn)為理論性和實(shí)踐性緊密結(jié)合的特征。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問(wèn)題及研究范疇,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科包含計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、信息工程等領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，除了源于微電子學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展外,主要源于其應(yīng)用的廣泛性與強(qiáng)烈需求。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問(wèn)題是：什么能被有效地自動(dòng)化。問(wèn)題的符號(hào)表示及其處理過(guò)程的機(jī)械化、嚴(yán)格化的固有特性，決定了數(shù)學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的重要基礎(chǔ)之一，數(shù)學(xué)及其形式化

6、描述、嚴(yán)密的表達(dá)和計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科所用的重要工具，建立物理符號(hào)系統(tǒng)并對(duì)其實(shí)施變換是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科進(jìn)行問(wèn)題描述和求解的重要手段。 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究范疇包括計(jì)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(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用三個(gè)層面。,計(jì)算機(jī)理論的研究,離散數(shù)學(xué) 算法分析理論 形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)理論 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言理論 程序設(shè)計(jì)方法學(xué),計(jì)算機(jī)硬件的研究,元器件與存儲(chǔ)介質(zhì) 微電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)組成原理 微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)軟件的研究,程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言翻譯系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 算法設(shè)計(jì)與分析 軟件工程學(xué) 可視化

7、技術(shù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究,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(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究及人機(jī)工程,計(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究 軟件開(kāi)發(fā)工具 完善既有的應(yīng)用系統(tǒng) 開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域 人機(jī)工程 研究人與計(jì)算機(jī)的交互和協(xié)同技術(shù),計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教育,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的發(fā)展速度是非常快的,計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的不斷更新，使得學(xué)科的教育已經(jīng)完全不能通過(guò)跟蹤流行系統(tǒng)的變化來(lái)跟蹤學(xué)科的發(fā)展，更不能以流行的系統(tǒng)來(lái)確定我們的教學(xué)內(nèi)容。對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)學(xué)科而言，“有限的在校時(shí)間與不斷增長(zhǎng)的知識(shí)的矛盾”更為突出。另一方面，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，本學(xué)科目前正在逐步走向深入，這給計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教育既提出了新的要求

8、，也提供了新的思路。,技術(shù)的變化,影響計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科變化的因素來(lái)自技術(shù)的進(jìn)步。Intel公司創(chuàng)始人戈登摩爾在1965年預(yù)測(cè)：微處理器芯片的密度將每十八個(gè)月翻一番，稱(chēng)之為摩爾定律。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展給人們的工作和生活提供了新的方式。近期在技術(shù)方面變化比較大的主要有如下一些方面： 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括基于TCP/IP的技術(shù)、萬(wàn)維網(wǎng)及其應(yīng)用 圖形學(xué)和多媒體技術(shù) 嵌入式系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 復(fù)雜的應(yīng)用程序接口的使用 人機(jī)交互 軟件安全 保密與密碼學(xué),文化的變化及教育觀念的變化,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的教育除了受到計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的影響外，同時(shí)還受到文化與社會(huì)發(fā)展的影響。 新技術(shù)帶來(lái)的教學(xué)法的改變

9、全世界計(jì)算機(jī)數(shù)量和用戶(hù)直接可用的計(jì)算功能大幅增加,使得人們對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)有了更多更新的認(rèn)識(shí)。 計(jì)算機(jī)技術(shù)增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)影響。 學(xué)科的拓寬 教育觀念的變化,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科畢業(yè)生的基本要求,知識(shí)、能力和素質(zhì) “知識(shí)”是基礎(chǔ)、是載體、是表現(xiàn)形式。知識(shí)還具有“載體”的屬性，能力和素質(zhì)的培養(yǎng)與教育必須部分地通過(guò)具體知識(shí)的傳授來(lái)實(shí)施。在許多場(chǎng)合下，能力與素質(zhì)，是通過(guò)知識(shí)表現(xiàn)出來(lái)的。 “能力”是技能化的知識(shí)，是知識(shí)的綜合體現(xiàn)。應(yīng)強(qiáng)調(diào)運(yùn)用知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。要保證知識(shí)運(yùn)用的綜合性、靈活性與探索性，就需要有豐富的知識(shí)為支撐。 “素質(zhì)”是知識(shí)和能力的升華。高素質(zhì)可使知識(shí)和能力更好地發(fā)揮作用，同

10、時(shí)還可促使知識(shí)和能力得到不斷的擴(kuò)展和增強(qiáng)。 知識(shí)、能力、素質(zhì)是進(jìn)行高科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)。只有將三者融會(huì)貫通于教育的全過(guò)程，才可能培養(yǎng)出高水平人才。愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)，想象力比知識(shí)更重要。,檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),為畢業(yè)生建立一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是困難的，但給出一個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)是有意義的： 掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的理論和本學(xué)科的主要知識(shí)體系。 在確定的環(huán)境中能夠理解并且能夠應(yīng)用基本的概念、原理、準(zhǔn)則，具備對(duì)工具及技巧進(jìn)行選擇與應(yīng)用的能力。 完成一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該項(xiàng)目應(yīng)該涉及到問(wèn)題的標(biāo)識(shí)、描述與定義、分析、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)等，為完成的項(xiàng)目撰寫(xiě)適當(dāng)?shù)奈臋n。該項(xiàng)目的工作應(yīng)該能夠表明自己具備一定的解決問(wèn)題和評(píng)價(jià)問(wèn)題的能力，并能表現(xiàn)出對(duì)質(zhì)量

11、問(wèn)題的適當(dāng)?shù)睦斫夂驼J(rèn)識(shí)。 具備在適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)下進(jìn)行單獨(dú)工作的能力，以及作為團(tuán)隊(duì)成員和其他成員進(jìn)行合作的能力。 能夠綜合應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)。 能夠保證所進(jìn)行的開(kāi)發(fā)活動(dòng)是合法的和合乎道德的。,優(yōu)秀學(xué)生,學(xué)校應(yīng)該為有才華的學(xué)生提供發(fā)揮全部潛能的機(jī)會(huì)，使這些有才華的學(xué)生能應(yīng)用課程中學(xué)到的原理進(jìn)行有創(chuàng)造性的工作，能在分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)適應(yīng)需求的復(fù)雜系統(tǒng)過(guò)程中做出有創(chuàng)意的貢獻(xiàn)；他們能夠?qū)ψ约汉退说墓ぷ鬟M(jìn)行確切的評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)。這些優(yōu)秀的人未來(lái)將有可能領(lǐng)導(dǎo)這門(mén)學(xué)科的發(fā)展。這需要在對(duì)學(xué)生的教育過(guò)程中有意識(shí)地為他們的成長(zhǎng)提供幫助和鍛煉的機(jī)會(huì)，更要鼓勵(lì)他們樹(shù)立起強(qiáng)烈的創(chuàng)新的意識(shí)和信心，鼓勵(lì)他們?nèi)ヌ剿鳌?信息化社會(huì)的挑戰(zhàn),信

12、息化社會(huì)的特征： 建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施 采用先進(jìn)的信息技術(shù) 建立廣泛的信息產(chǎn)業(yè) 擁有高素質(zhì)的信息人才 構(gòu)建良好的信息環(huán)境 信息化社會(huì)不僅是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，而且也是社會(huì)管理體制和政策激勵(lì)的結(jié)果。如果沒(méi)有現(xiàn)代化的市場(chǎng)體制和相關(guān)的政策、法規(guī)，信息化社會(huì)將無(wú)法正常運(yùn)作。,Internet與信息化社會(huì),Internet的誕生與發(fā)展對(duì)信息化社會(huì)產(chǎn)生了深刻的影響, 是當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入信息化社會(huì)的重要標(biāo)志之一。 Internet的發(fā)展 Internet的特點(diǎn) 系統(tǒng)的廣域性和開(kāi)放性 信息的共享性和時(shí)效性 入網(wǎng)方式的靈活性和多樣性 強(qiáng)大的服務(wù)功能 網(wǎng)絡(luò)安全的脆弱性和復(fù)雜性,我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),中國(guó)教育科研網(wǎng) 中

13、國(guó)公用信息網(wǎng) 中國(guó)科學(xué)技術(shù)網(wǎng) 中國(guó)金橋信息網(wǎng) “金關(guān)工程” “金卡工程” 其他“金字”工程,CERNET簡(jiǎn)介,中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CERNET是由國(guó)家投資建設(shè)、教育部負(fù)責(zé)管理、清華大學(xué)等高等院校承擔(dān)建設(shè)和運(yùn)行管理的全國(guó)性學(xué)術(shù)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。CERNET分為四級(jí)管理:全國(guó)網(wǎng)絡(luò)中心、地區(qū)網(wǎng)絡(luò)中心和地區(qū)主結(jié)點(diǎn)、省教育科研網(wǎng)、校園網(wǎng)。全國(guó)網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)在清華大學(xué),負(fù)責(zé)全國(guó)主干網(wǎng)的運(yùn)行管理。地區(qū)網(wǎng)絡(luò)中心和地區(qū)主結(jié)點(diǎn)分別設(shè)在清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、華南理工大學(xué)、電子科技大學(xué)、東南大學(xué)等十所高校,負(fù)責(zé)地區(qū)網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行管理?，F(xiàn)在,CERNET的省級(jí)結(jié)點(diǎn)

14、設(shè)在36各城市的 38所大學(xué), 分布在全國(guó)除臺(tái)灣省外的所有省、市、自治區(qū)，已經(jīng)成為我國(guó)最重要的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)之一。,信息化社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)人才的需求,信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是相應(yīng)人才的擁有量。擁有足夠數(shù)量的、高素質(zhì)的信息人才是實(shí)現(xiàn)信息化社會(huì)的保證和原動(dòng)力，是信息化社會(huì)的基本特征之一。在信息化社會(huì)中所需要的計(jì)算機(jī)人才是多方位的,不僅需要研究型、設(shè)計(jì)型的人才,而且需要應(yīng)用型的人才:不僅需要開(kāi)發(fā)型的人才，而且需要維護(hù)型、服務(wù)型、操作型的人才。由于信息技術(shù)發(fā)展日新月異，信息產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中變化最快的產(chǎn)業(yè)，因此要求計(jì)算機(jī)人才具有較高的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，并對(duì)于新技術(shù)的發(fā)展具有良好的適應(yīng)性。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科知

15、識(shí)體系,知識(shí)體系的結(jié)構(gòu) 知識(shí)領(lǐng)域（area）、知識(shí)單元(unit)、知識(shí)點(diǎn)(topic) 學(xué)科知識(shí)體系一覽（14個(gè)知識(shí)領(lǐng)域） 離散結(jié)構(gòu)（DS） 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（PF） 算法與復(fù)雜性（AL） 計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)（AR） 操作系統(tǒng)（OS） 網(wǎng)絡(luò)及其計(jì)算（NC） 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(PL) 人機(jī)交互（HC） 圖形學(xué)和可視化計(jì)算(GV) 智能系統(tǒng)（IS） 信息管理(IM) 社會(huì)和職業(yè)問(wèn)題(SP) 軟件工程 (SE) 數(shù)值計(jì)算科學(xué) (CN),課程體系結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)課程、主干課程、特色課程 中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002提出的核心課程（表1-2），（表1-2見(jiàn)“表1-2”文件）,本章小結(jié),本章在介紹計(jì)算機(jī)的定義、分類(lèi)、特點(diǎn)、用途和發(fā)展等基本概念的基礎(chǔ)上，分析了信息化社會(huì)的特征、Internet對(duì)信息