计算机科学导论教程第1章.ppt

计算机科学技术与信息化社会 uu内容提要：内容提要： uu计算机的定义、分类、特点、用途和发展等基本概念计算机的定义、分类、特点、用途和发展等基本概念 uu信息化社会的基本特征信息化社会的基本特征 uuInternetInternet对信息化社会的影响对信息化社会的影响 uu信息化社会对计算机人才及其知识结构的需求信息化社会对计算机人才及其知识结构的需求 uu计算机科学技术的研究范畴计算机科学技术的研究范畴 uu要求：通过本章的学习，应理解计算机的基本概念、信要求：通过本章的学习，应理解计算机的基本概念、信 息化社会的特征以及信息化社会对计算机人才的需求，并息化社会的特征以及信息化社会对计算机人才的需求，并 初步了解计算机科学技术的研究范畴，明确今后学习的目初步了解计算机科学技术的研究范畴，明确今后学习的目 标和内容标和内容 1 什么是计算机 uu计算机：是一种能够按照事先存储的程序，自动计算机：是一种能够按照事先存储的程序，自动 、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系 统统 uu计算机系统：计算机系统： uu硬件：包括运算器、存储器、控制器、输入硬件：包括运算器、存储器、控制器、输入 设备和输出设备等。设备和输出设备等。 uu软件软件 ：系统软件、应用软件、工具软件：系统软件、应用软件、工具软件 2 计算机的基本操作 uu 计算机的基本操作：计算机的基本操作： uu输入：接受由输入设备提供的数据输入：接受由输入设备提供的数据 uu处理：对各种类型的数据进行操作，并按指定的处理：对各种类型的数据进行操作，并按指定的 方式进行转换方式进行转换 uu输出：将处理所产生的结果等数据由输出设备进输出：将处理所产生的结果等数据由输出设备进 行输出行输出 uu存储：计算机可以存储程序和数据存储：计算机可以存储程序和数据 uu IPOSIPOS循环循环: : 即输入（即输入（InputInput）、）、处理（处理（ProcessingProcessing ）、）、输出（输出（OutputOutput）和存储（和存储（StorageStorage）, ,它反映了计它反映了计 算机进行数据处理的基本步骤算机进行数据处理的基本步骤 3 计算机的分类 uu按处理对象分类：数字计算机（按处理对象分类：数字计算机（Digital Digital ComputerComputer） 、 模拟计算机（模拟计算机（Analog Analog ComputerComputer） 、数字模拟混合计算机数字模拟混合计算机 （Hybrid ComputerHybrid Computer） uu按用途分类：通用计算机（按用途分类：通用计算机（General General Purpose Purpose ComputerComputer ） 、专用计算机（专用计算机（ Special Purpose Computer Special Purpose Computer ） uu按规模分类：巨型计算机（按规模分类：巨型计算机（Super Super ComputerComputer）、）、大大/ /中型中型 计算机（计算机（MainframeMainframe） 、小型计算机（小型计算机（Mini Mini ComputerComputer） 、微型计算机（微型计算机（ Micro Micro ComputerComputer）、）、工作站（工作站（ WorkstationWorkstation）、）、服务器（服务器（ServerServer）、）、网络计算机（网络计算机（ Network ComputerNetwork Computer） 4 计算机的特点 uu运算速度快运算速度快 uu运算精度高运算精度高 uu具有记忆能力具有记忆能力 uu具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力 uu存储程序存储程序 5 计算机的用途 uu科学计算：使用计算机完成科学研究和工程技术中数学科学计算：使用计算机完成科学研究和工程技术中数学 问题的计算问题的计算 uu数据处理：使用计算机对数据进行输入、分类、加工、数据处理：使用计算机对数据进行输入、分类、加工、 整理、合并、统计、表、检索以及存储等整理、合并、统计、表、检索以及存储等 uu实时控制：及时采集检测数据、使用计算机快速进行处实时控制：及时采集检测数据、使用计算机快速进行处 理并自动地控制被控对象的动作，实现生产过程的自动化理并自动地控制被控对象的动作，实现生产过程的自动化 uu人工智能：由计算机来模拟或部分模拟人类的智能，包人工智能：由计算机来模拟或部分模拟人类的智能，包 括：自然语言理解、专家系统、智能机器人、定理自动证括：自然语言理解、专家系统、智能机器人、定理自动证 明等明等 6 计算机的用途(续） uu计算机辅助工程和辅助教育：计算机辅助设计（计算机辅助工程和辅助教育：计算机辅助设计（ Computer Computer Aided Aided DesignDesign， CADCAD） 、计算机辅助制造（计算机辅助制造（ Computer Computer Aided Aided ManufacturingManufacturing， CAMCAM） 、计算机集成制计算机集成制 造系统（造系统（Computer Computer Integrated Integrated Manufacturing Manufacturing SystemSystem， CIMSCIMS） 、计算机辅助教育（计算机辅助教育（Computer Computer Aided Aided Instruction, CAIInstruction, CAI） uu娱乐与游戏：计算机以图像与声音的集成形式提供最新娱乐与游戏：计算机以图像与声音的集成形式提供最新 的娱乐和游戏的方式的娱乐和游戏的方式 7 计算机的发展 uu第一代计算机（第一代计算机（19461946年年19571957年）：逻辑器件使用电子管；使用机年）：逻辑器件使用电子管；使用机 器语言编程器语言编程 uu第二代计算机（第二代计算机（19581958年年19641964年）：使用晶体管代替了电子管；在年）：使用晶体管代替了电子管；在 软件方面配置了子程序库和批处理管理程序，并推出了软件方面配置了子程序库和批处理管理程序，并推出了FORTRANFORTRAN、COBOLCOBOL 、ALGOLALGOL等高级程序设计语言及相应的编译程序等高级程序设计语言及相应的编译程序 uu第三代计算机（第三代计算机（19651965年年19711971年）：用小规模或中规模的集成电路年）：用小规模或中规模的集成电路 来代替晶体管等分立元件；在软件方面引入多道程序、并行处理、虚拟来代替晶体管等分立元件；在软件方面引入多道程序、并行处理、虚拟 存储系统以及功能完备的操作系统，提供面向用户的应用程序存储系统以及功能完备的操作系统，提供面向用户的应用程序 uu第四代计算机（第四代计算机（19721972年今）：使用大规模集成电路和超大规模集年今）：使用大规模集成电路和超大规模集 成电路。完善的系统软件、丰富的系统开发工具和商品化的应用程序的成电路。完善的系统软件、丰富的系统开发工具和商品化的应用程序的 大量涌现，以及通信技术和计算机网络的飞速发展大量涌现，以及通信技术和计算机网络的飞速发展 uu第五代计算机：目标是打破计算机现有的体系结构，使得计算机具第五代计算机：目标是打破计算机现有的体系结构，使得计算机具 有智能有智能 8 信息化社会的特征或要素 uu建立完善的信息基础设施：包括传输网络、信息存储设备和信息处建立完善的信息基础设施：包括传输网络、信息存储设备和信息处 理设备等理设备等 uu采用先进的信息技术：包括半导体和微电子技术、网络化的计算机采用先进的信息技术：包括半导体和微电子技术、网络化的计算机 系统和并行处理技术、数字化通信技术、计算机网络技术、海量信息存系统和并行处理技术、数字化通信技术、计算机网络技术、海量信息存 储技术、高速信息传输技术、可视化技术、多媒体技术等储技术、高速信息传输技术、可视化技术、多媒体技术等 uu建立广泛的信息产业：包括计算机硬件制造业、计算机软件业、信建立广泛的信息产业：包括计算机硬件制造业、计算机软件业、信 息服务业以及国民经济中各行业的信息化息服务业以及国民经济中各行业的信息化 uu拥有高素质的信息人才：包括研究型、设计型、应用型、开发型、拥有高素质的信息人才：包括研究型、设计型、应用型、开发型、 维护型、服务型、操作型的人才，并具有高度的创新性和良好的适应性维护型、服务型、操作型的人才，并具有高度的创新性和良好的适应性 uu良好的信息环境：包括保障信息化社会有序运作的各项政策、法律良好的信息环境：包括保障信息化社会有序运作的各项政策、法律 、法规和道德规范、法规和道德规范 9 Internet的发展 uu ARPAARPA网：是美国国防部高级研究计划局为进行国防研究项目而开发网：是美国国防部高级研究计划局为进行国防研究项目而开发 的一个试验性广域网，以它为主干网、以的一个试验性广域网，以它为主干网、以TCP/IPTCP/IP协议为核心形成协议为核心形成 InternetInternet的雏形，并于的雏形，并于8080年代初成为一个实用性的网络年代初成为一个实用性的网络 uu NSFNSF网：是美国国家科学基金会资助下建立的一个广域网，最初连网：是美国国家科学基金会资助下建立的一个广域网，最初连 接了美国的五个超级计算机中心，并与接了美国的五个超级计算机中心，并与InternetInternet互联。互联。8080年代后期，逐年代后期，逐 步取代步取代ARPAARPA网演变成为网演变成为InternetInternet的主干网的主干网 uu InternetInternet的商业化运作：的商业化运作：9090年代初，年代初，IBMIBM、MCIMCI和和MERITMERIT等联合组建等联合组建 了了ANSANS（Advanced Advanced Networks Networks and and ServicesServices）公司，并建立公司，并建立ANSANS网，取代网，取代 NSFNSF网成为网成为InternetInternet的主干网的主干网 uu InternetInternet的完善：成为美国信息高速公路最重要的基础设施，并扩的完善：成为美国信息高速公路最重要的基础设施，并扩 展到全世界，大大促进了现代社会信息化、全球化的进程，对社会政治展到全世界，大大促进了现代社会信息化、全球化的进程，对社会政治 、经济、生活带来了深刻的影响、经济、生活带来了深刻的影响 10 Internet的特点 uu系统的广域性和开放性：是在全球范围内开发分布的互联网络系统的广域性和开放性：是在全球范围内开发分布的互联网络 uu信息的共享性和时效性：信息可以为广大用户所共享，并可以长期信息的共享性和时效性：信息可以为广大用户所共享，并可以长期 储存、长效发布、随时更新储存、长效发布、随时更新 uu入网方式的灵活性和多样性：入网方式的灵活性和多样性：TCP/IPTCP/IP协议解决了不同网络产品、不协议解决了不同网络产品、不 同硬件平台、不同操作系统之间的兼容性问题，各类计算机都可以灵活同硬件平台、不同操作系统之间的兼容性问题，各类计算机都可以灵活 地接入，并通过地接入，并通过TCP/IPTCP/IP协议与协议与InternetInternet进行通信进行通信 uu强大的服务功能：提供远程登录、电子邮件、信息浏览、文档查询强大的服务功能：提供远程登录、电子邮件、信息浏览、文档查询 、网络新闻以及全球范围内的超媒体信息浏览服务等、网络新闻以及全球范围内的超媒体信息浏览服务等 uu网络安全的脆弱性和复杂性：信息流的多渠道交叉和路径的不确定网络安全的脆弱性和复杂性：信息流的多渠道交叉和路径的不确定 性、性、InternetInternet的开放性、管理的松散性以及的开放性、管理的松散性以及TCP/IPTCP/IP协议在安全方面的薄协议在安全方面的薄 弱性，造成弱性，造成InternetInternet 在安全上的脆弱性和复杂性在安全上的脆弱性和复杂性 11 我国的互联网络工程 uu中国教育科研网（中国教育科研网（CERNETCERNET）：）：是国家教育委员会管理的是国家教育委员会管理的 覆盖全国的学术性计算机网络覆盖全国的学术性计算机网络 uu中国公用信息网（中国公用信息网（ChinaNETChinaNET）：）：是国家邮电部经营和管是国家邮电部经营和管 理的全国性的公用信息网，是理的全国性的公用信息网，是InternetInternet我国的延伸我国的延伸 uu中国科学技术网（中国科学技术网（CSTNETCSTNET）：）：是以中国科学院的是以中国科学院的NCFNCF网和网和 CCASNETCCASNET网为基础，连接了中国科学院以外的一些科研单位网为基础，连接了中国科学院以外的一些科研单位 而构成的全国性计算机网络而构成的全国性计算机网络 uu中国金桥信息网（中国金桥信息网（China China GBNGBN）：）：是我国经济信息化的基是我国经济信息化的基 础设施之一础设施之一 12 “金字工程” uu“金桥工程金桥工程”：是在国务院直接倡导下实施的国家公用：是在国务院直接倡导下实施的国家公用 经济信息网工程，是我国经济信息化的基础设施之一经济信息网工程，是我国经济信息化的基础设施之一 uu“金关工程金关工程”：目标是将海关、外贸、外汇管理以及税：目标是将海关、外贸、外汇管理以及税 务等部门和企业的业务处理系统联网，提高外贸、海关等务等部门和企业的业务处理系统联网，提高外贸、海关等 部门的现代化管理水平部门的现代化管理水平 uu“金卡工程金卡工程”：目标是建立一个安全可靠的通信网络和：目标是建立一个安全可靠的通信网络和 良好的电子货币服务体系，加快我国金融电子化和商业电良好的电子货币服务体系，加快我国金融电子化和商业电 子化的进程子化的进程 uu其他其他“金字金字”工程：如工程：如“金税工程金税工程”、“金企工程金企工程”等等 13 “三网合一” uu“三网合一三网合一”：互联网、电信网与有线电视网的三网融：互联网、电信网与有线电视网的三网融 合合 uu传统的电信网、有线电视网、互联网以三大业务分割为传统的电信网、有线电视网、互联网以三大业务分割为 三大行业，且各有其优势三大行业，且各有其优势 uu未来的信息网则将是未来的信息网则将是“三网合一三网合一”的产物，以三大业务的产物，以三大业务 分割为三大行业的现状将不复存在。它将具有传统电信网分割为三大行业的现状将不复存在。它将具有传统电信网 和计算机数据通信网的功能，同时又是一个宽带交互式新和计算机数据通信网的功能，同时又是一个宽带交互式新 媒体媒体 uu信息技术的发展为信息技术的发展为“三网合一三网合一”的实现提供了技术保证的实现提供了技术保证 14 信息化社会对计算机人才的需求 uu高素质的信息人才是实现信息化社会的保证和原高素质的信息人才是实现信息化社会的保证和原 动力动力 uu信息化社会所需要的计算机人才：信息化社会所需要的计算机人才： uu多方位多方位 uu具有较高的综合素质和创新能力具有较高的综合素质和创新能力 uu对于新技术的发展具有良好的适应性对于新技术的发展具有良好的适应性 15 影响计算机学科教育的因素和培养计划 uu计算机科学技术的进步计算机科学技术的进步 uu计算机教育环境和手段的变化计算机教育环境和手段的变化 uu美国美国IEEEIEEE计算机分会和计算机分会和ACMACM制订的计算科学本科制订的计算科学本科 教育的教学计划和课程指导教育的教学计划和课程指导 uu中国计算机科学与技术学科教程中国计算机科学与技术学科教程20022002（简称（简称 CCC2002CCC2002） 16 计算机理论的研究内容 uu离散数学：研究数理逻辑、集合论、近世代数和图论等离散数学：研究数理逻辑、集合论、近世代数和图论等 uu算法分析理论：研究算法设计与算法的时间复杂性和空间复杂性分算法分析理论：研究算法设计与算法的时间复杂性和空间复杂性分 析中的数学方法与理论，如组合数学、概率论、数理统计等析中的数学方法与理论，如组合数学、概率论、数理统计等 uu形式语言与自动机理论：研究程序设计语言以及自然语言的形式化形式语言与自动机理论：研究程序设计语言以及自然语言的形式化 定义、分类、结构等有关理论以及识别各类语言的形式化模型及其相互定义、分类、结构等有关理论以及识别各类语言的形式化模型及其相互 关系关系 uu程序设计语言理论：运用数学和计算机科学的理论研究程序设计语程序设计语言理论：运用数学和计算机科学的理论研究程序设计语 言的基本规律，包括形式语言文法理论、形式语义学和计算语言学等言的基本规律，包括形式语言文法理论、形式语义学和计算语言学等 uu程序设计方法学：研究能保证高质量程序的各种程序设计规范化方程序设计方法学：研究能保证高质量程序的各种程序设计规范化方 法，并研究程序正确性证明理论等法，并研究程序正确性证明理论等 17 计算机硬件的研究内容 uu元器件与存储介质：研究构成计算机硬件的各类元器件和存储元器件与存储介质：研究构成计算机硬件的各类元器件和存储 介质介质 uu微电子技术：研究构成计算机硬件的各类集成电路、大规模集微电子技术：研究构成计算机硬件的各类集成电路、大规模集 成电路、超大规模集成电路芯片的结构和制造技术等成电路、超大规模集成电路芯片的结构和制造技术等 uu计算机组成原理：研究通用计算机的硬件组成结构以及各部件计算机组成原理：研究通用计算机的硬件组成结构以及各部件 的构成和工作原理的构成和工作原理 uu微型计算机技术：研究微型计算机的组成原理、结构、芯片、微型计算机技术：研究微型计算机的组成原理、结构、芯片、 接口及其应用技术接口及其应用技术 uu计算机体系结构：研究计算机系统的总体结构、各种新型体系计算机体系结构：研究计算机系统的总体结构、各种新型体系 结构以及提高计算机性能的各种新技术结构以及提高计算机性能的各种新技术 18 计算机软件的研究内容 uu程序设计语言的设计：根据实际需求设计新颖的程序设计语言程序设计语言的设计：根据实际需求设计新颖的程序设计语言 uu数据结构与算法：研究数据的逻辑结构和物理结构以及它们之数据结构与算法：研究数据的逻辑结构和物理结构以及它们之 间的关系，并对这些结构定义相应的运算，设计实现这些运算的间的关系，并对这些结构定义相应的运算，设计实现这些运算的 算法算法 uu程序设计语言翻译系统：研究程序设计语言翻译系统（如编译程序设计语言翻译系统：研究程序设计语言翻译系统（如编译 程序、解释程序）的基本理论、原理和实现技术程序、解释程序）的基本理论、原理和实现技术 uu操作系统：研究如何自动地对计算机系统的软硬件资源进行有操作系统：研究如何自动地对计算机系统的软硬件资源进行有 效的管理，并最大限度地方便用户效的管理，并最大限度地方便用户 19 计算机软件的研究内容（续） uu数据库系统：研究数据模型、数据库管理系统的实数据库系统：研究数据模型、数据库管理系统的实 现技术及其应用现技术及其应用 uu算法设计与分析：研究常用算法的设计方法，并分算法设计与分析：研究常用算法的设计方法，并分 析这些算法的时间复杂性和空间复杂性析这些算法的时间复杂性和空间复杂性 uu软件工程学：是指导计算机软件开发和维护的工程软件工程学：是指导计算机软件开发和维护的工程 学科，研究如何采用工程的概念、原理、技术和方法学科，研究如何采用工程的概念、原理、技术和方法 来开发和维护软件来开发和维护软件 uu可视化技术：研究如何用图形和图像来直观地表征可视化技术：研究如何用图形和图像来直观地表征 数据数据 20 计算机网络的研究内容 uu网络结构：研究局域网、远程网、网络结构：研究局域网、远程网、InternetInternet、IntranetIntranet 等各种类型网络的拓扑结构、构成方法及接入方式等各种类型网络的拓扑结构、构成方法及接入方式 uu数据通信与网络协议：研究实现连接在网络上的计算机数据通信与网络协议：研究实现连接在网络上的计算机 之间进行数据通信的介质、原理、技术以及通信双方必须之间进行数据通信的介质、原理、技术以及通信双方必须 共同遵守的各种规约共同