计算机科学与技术专业导论论文.pdf

1 8 目录目录 1 对计算机及计算机学科体系的理解 2 1 1 对计算机的理解 2 1 2 对计算机学科体系的理解 2 2 计算机系统 2 2 1 硬件 2 2 1 1 输出设备 2 2 1 2 输入设备 3 2 1 3 中央处理器 3 2 1 4 储存器 3 2 1 5 主板 3 2 2 软件 3 2 2 1 系统软件 4 2 2 2 应用软件 4 3 计算机软件知识的相关课程 4 4 计算机专业要学习和掌握的知识点及应具有的能力 4 5 对网络 数据库 信息安全的了解 5 5 1 网络 5 5 2 数据库 5 5 3 信息安全 5 6 计算机研究 开发 发展的方向和前沿 5 6 1 巨型化 5 6 2 微型化 6 6 3 网络化 6 6 4 智能化 6 7 计算机的传统应用和新的应用领域 6 7 1 计算机传统应用领域 6 7 1 1 科学计算 数值计算 6 7 1 2 数据处理 信息处理 6 7 1 3 自动控制 7 7 2 计算机新的应用领域 7 7 2 1 计算机辅助 7 7 2 2 人工智能 7 7 2 3 多媒体应用 8 7 2 4 计算机网络 8 8 你准备在哪些方向发展 有何设想 你应做哪些努力 8 2 8 1 对计算机及计算机学科体系的理解 1 1 对计算机的理解 计算机 Computer 全称 电子计算机 俗称电脑 是一种能够按照程序运 行 自动 高速处理海量数据的现代化智能电子设备 计算机是 20 世纪最伟大 的科学技术发明之一 对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响 并 以强大的生命力飞速发展 它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到目前社会 的各个领域 已形成规模巨大的计算机产业 带动了全球范围的技术进步 由此 引发了深刻的社会变革 计算机已遍及学校 企事业单位 进入寻常百姓家 成 为信息社会中必不可少的工具 它是人类进入信息时代的重要标志 1 2 对计算机学科体系的理解 计算机学科 即计算机科学与技术 是研究计算机的设计 制造和利用进行 信息获取 表示 存储 处理控制等的理论 原则 方法和技术的学科 包括科 学和技术两方面 计算机科学侧重于研究现象揭示规律 计算机科学的研究范畴包括了计算机 理论 硬件 软件 网络及应用等 按照研究的内容 也可以划分为基础理论 专业基础和应用三个层面 在这些研究领域中 有的方面前人已经研究得比较透 彻 取得了许多成果 需要我们在各后续课程中去学习 掌握和继承 有的方面 则还不够成熟和完备 需要我们进一步去研究 完善和发展 计算机技术则侧重于研制计算机和研究使用计算机进行处理的方法和技术 手段 计算机技术的内容非常广泛 可粗分为计算机系统技术 计算机器件技术 计算机部件技术和计算机组装技术等几个方面 计算机技术包括 运算方法的基 本原理与运算器设计 指令系统 中央处理器 CPU 设计 流水线原理及其在 CPU 设计中的应用 存储体系 总线与输入输出 2 计算机系统 计算机系统由计算机硬件和软件两部分组成 硬件包括中央处理机 存储器 和外部设备等 软件是计算机的运行程序和相应的文档 计算机系统具有接收和 存储信息 按程序快速计算和判断并输出处理结果等功能 2 1 硬件 计算机硬件 是由许多不同功能模块化的部件组合而成的 并在软件的配合 下完成输入 处理 储存 和输出等 4 个操作步骤 另外 还可根据它们的不同 功能分为以下 5 类 2 1 1 输出设备 输出设备 Output Device 是计算机的终端设备 用于接收计算机数据的输 出显示 打印 声音 控制外围设备操作等 也是把各种计算结果数据或信息以 3 8 数字 字符 图像 声音等形式表示出来 常见的有显示器 打印机 绘图仪 影像输出系统 语音输出系统 磁记录设备等 2 1 2 输入设备 输入设备是指向计算机输入数据和信息的设备 是计算机与用户或其他设备 通信的桥梁 输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一 键盘 鼠标 摄像头 扫描仪 光笔 手写输入板 游戏杆 语音输入装置等都 属于输入设备 输入设备是人或外部与计算机进行交互的一种装置 用于把原始 数据和处理这些数的程序输入到计算机中 计算机能够接收各种各样的数据 既 可以是数值型的数据 也可以是各种非数值型的数据 如图形 图像 声音等都 可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中 进行存储 处理和输出 2 1 3 中央处理器 中央处理器 CPU 是一台计算机的运算核心和控制核心 CPU 内部存储 器和输入 输出设备是电子计算机三大核心部件 其功能主要是解释计算机指令 以及处理计算机软件中的数据 CPU 由运算器 控制器和寄存器及实现它们之间 联系的数据 控制及状态的总线构成 差不多所有的 CPU 的运作原理可分为四 个阶段 提取 解码 执行和写回 CPU 从存储器或高速缓冲存储器中取出指 令 放入指令寄存器 并对指令译码 并执行指令 2 1 4 储存器 储存器具有记忆功能 用来保存信息 如数据 指令和运算结果等等 它可 以分为外储存器和内储存器两种 下面进行详细说明 内储存器直接与 CPU 相连接 储存容量较小 但速度快 用来存放当前运 行程序的指令和数据 并直接与 CPU 交换信息 内储存器由许多储存单元组成 每个单元能存放一个二进制数或一条由二进制编码表示的指令 内储存器是由随 机储存器和只读储存器构成的 外储存器是内储存器的扩充 它储存容量大 价格低 但储存速度慢 一般 用来存放大量暂时不用的程序 数据和中间结果 需要时 可成批的与内存进行 信息交换 外存只能与内存交换信息 不能被计算机系统的其他部件直接访问 常用的外存有磁盘 磁带 光盘等 外存分为很多种类 例如硬盘 软盘 CD 光盘 CD R 可拷贝光盘 CD ROM 只读光盘 CD RW 读写光盘 有些大型计算 机会用读写磁带来储存网络进程的庞大数据 2 1 5 主板 主板 又叫主机板 系统板或母板 它安装在机箱内 是微机最基本的也是 最重要的部件之一 主板一般为矩形电路板 上面安装了组成计算机的主要电 路系统 一般有 BIOS 芯片 I O 控制芯片 键盘和面板控制开关接口 指示灯插 接件 扩充插槽 主板及插卡的直流电源供电接插件等元件 在各个部件之间进 行协调工作 是一个重要的连接载体 2 2 软件 软件 Software 是一系列按照特定顺序组织的电脑数据和指令的集合 一 4 8 般来讲软件被划分为系统软件 应用软件 2 2 1 系统软件 系统软件包括操作系统和支撑软件 系统软件是指控制和协调计算机及外部 设备 支持应用软件开发和运行的系统 是无需用户干预的各种程序的集合 主要 功能是调度 监控和维护计算机系统 负责管理计算机系统中各种独立的硬件 使得它们可以协调工作 系统软件使得计算机使用者和其他软件将计算机当作一 个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的 2 2 2 应用软件 应用软件根据用户和所服务的领域提供不同的功能 应用软件是用户可以使 用的各种程序设计语言 以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合 分为 应用软件包和用户程序 应用软件包是利用计算机解决某类问题而设计的程序的 集合 供多用户使用 计算机软件分为系统软件和应用软件两大类 应用软件是 为满足用户不同领域 不同问题的应用需求而提供的那部分软件 它可以拓宽 计算机系统的应用领域 放大硬件的功能 3 计算机软件知识的相关课程 与计算机软件知识相关的课程有 JAVA 程序设计 包括 JAVA 基础 JAVA 设 计模式 JZEE NET 程序设计 需求分析与 UML 建模 软件工程 CMMI 软件 测试 数据库设计 大型程序设计 校外教学实践 C 程序设计 计算机图形 学 游戏美术设计与制作 游戏架构与策划 3D 游戏编程基础 游戏引擎 人 工智能 离散数学 数据结构 计算机组成原理 汇编语言程序设计 面向对象 技术 数据通信原理 数字电路与逻辑设计 程序设计课程设计 数据结构课程 设计 计算机组成原理试验 数字电路与逻辑设计试验 计算机文化基础 计算 机程序设计 线性代数 A 概率论与数理统计 B 普通物理 B 电路电子学 数据 库系统 操作系统 计算机网络 计算机系统结构 光通信技术 嵌入式系统设 计 Internet 与 web 编程 Cisio Solaris 网络体系设计与实现 综合布线系统 编 译原理 数字系统设计 VHDL 信号与系统 微机系统与接口技术 数字信号处 理 软件工程 IT 项目管理 七号信令系统 电子商务概论 多媒体技术 UNIX 操作系统 计算机信息安全移动通信 卫星通信 计算机系统维护技术 4 计算机专业要学习和掌握的知识点及应具有的能力 掌握电子技术和计算机组成与体系结构的基本原理 分析方法和实验技 能 能从事计算机硬件系统开发与设计 掌握程序设计语言 算法与数据结构 操作系统以及软件设计方法和工 程的基本理论 基本知识与基本技能 具有较强的程序设计能力 能从事 系统软件和大型应用软件的开发与研制 掌握并行处理 分布式系统 网络与通信 多媒体信息处理 计算机安 全 图形图象处理以及计算机辅助设计等方面的基本理论 分析方法和 工程实践技能 具有计算机应用和开发的能力 5 8 掌握计算机科学的基本理论 具有从事计算机科学研究的坚实基础 5 对网络 数据库 信息安全的了解 5 1 网络 在计算机领域中 网络就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一 起 组成数据链路 从而达到资源共享和通信的目的 凡将地理位置不同 并具 有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路而连接起来 且以功能完善的 网络软件 网络协议 信息交换方式及网络操作系统等 实现网络资源共享的系 统 可称为计算机网络 5 2 数据库 数据库是存储在一起的相关数据的集合 这些数据是结构化的 无有害的 或不必要的冗余 并为多种应用服务 数据的存储独立于使用它的程序 对数据 库插入新数据 修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行 数 据库技术是研究如何科学地组织和储存数据 如何高效地检索数据和进行数据处 理的技术 5 3 信息安全 信息安全是指信息网络的硬件 软件及其系统中的数据受到保护 不受偶然 的或者恶意的原因而遭到破坏 更改 泄露 系统连续可靠正常地运行 信息服 务不中断 信息安全主要包括以下五方面的内容 即需保证信息的保密性 真实 性 完整性 未授权拷贝和所寄生系统的安全性 其根本目的就是使内部信息不 受外部威胁 因此信息通常要加密 为保障信息安全 要求有信息源认证 访问 控制 不能有非法软件驻留 不能有非法操作 信息作为一种资源 它的普遍性 共享性 增值性 可处理性和多效用性 使其对于人类具有特别重要的意义 信息安全的实质就是要保护信息系统或信息 网络中的信息资源免受各种类型的威胁 干扰和破坏 即保证信息的安全性 根 据国际标准化组织的定义 信息安全性的含义主要是指信息的完整性 可用性 保密性和可靠性 信息安全是任何国家 政府 部门 行业都必须十分重视的问 题 是一个不容忽视的国家安全战略 6 计算机研究 开发 发展的方向和前沿 计算机的发展方向将以超大规模集成电路为基础 向巨型化 微型化 网络 化与智能化的方向发展 6 1 巨型化 巨型化是指计算机的运算速度更高 储存容量更大 功能更强 目前正在研 制的巨型计算机其计算速度可达每秒百亿次 6 8 6 2 微型化 微型计算机已进入仪器 仪表 家用电器等小型设备中同时也作为工业控制 过程中的心脏 使仪器设备实现 智能化 随着微电子技术的进一步发展 笔 记本型 掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比收到人们的欢迎 6 3 网络化 随着计算机应用的深入 特别是家用计算机越来越普及 一方面希望众多用 户能共享信息资源 另一方面也希望各计算机之间能互相传递信息进行通信 计 算机网络是现代通信技术与计算机技术结合的产物 计算机网络已在现在企业的 管理中发挥着越来越重要的作用 如银行系统 商业系统 交通运输系统等 6 4 智能化 计算机人工智能的研究是建立在现在科学的基础之上 智能化是计算机发展 的一个重要方向 新一代计算机 将可以模拟人的感觉行为和思维过程的激励 进行 看 听 说 想 做 具有逻辑脱离 学习与证明的能力 那 时 各种智能机器人将会出现 网络计算机也将具备特殊功能 声 色 嗅 触 俱全的多媒体功能 7 计算机的传统应用和新的应用领域 7 1 计算机传统应用领域 计算机传统三大应用领域包括过程控制 数据处理 科学计算 7 1 1 科学计算 数值计算 科学计算也称数值计算 计算机最开始是为解决科学研究和工程设计中遇到 的大量数学问题的数值计算而研制的计算工具 随着现代科学技术的进一步发展 数值计算在现代科学研究中的地位不断提高 在尖端科学领域中 显得尤为重要 例如 人造卫星轨迹的计算 房屋抗震强度的计算 火箭 宇宙飞船的研究设计 都离不开计算机的精确计算 在工业 农业以及人类社会的各领域中 计算机的应用都取得了许多重大突 破 就连我们每天收听收看的天气预报都离不开计算机的科学计算 7 1 2 数据处理 信息处理 在科学研究和工程技术中 会得到大量的原始数据 其中包括大量图片 文 字 声音等信息处理就是对数据进行收集 分类 排序 存储 计算 传输 制 表等操作 目前计算机的信息处理应用已非常普遍 如人事管理 库存管理 财 务管理 图书资料管理 商业数据交流 情报检索 经济管理等 信息处理已成为当代计算机的主要任务 是现代化管理的基础 据统计 全 世界计算机用于数据处理的工作量占全部计算机应用的 80 以上 大大提高了工 作效率 提高了管理水平 7 8 7 1 3 自动控制 自动控制是指通过计算机对某一过程进行自动操作 它不需人工干预 能按 人预定的目标和预定的状态进行过程控制 所谓过程控制是指对操作数据进行实 时采集 检测 处理和判断 按最佳值进行调节的过程 目前被广泛用于操作复 杂的钢铁企业 石油化工业 医药工业等生产中 使用计算机进行自动控制可大 大提高控制的实时性和准确性 提高劳动效率 产品质量 降低成本 缩短生产 周期 计算机自动控制还在国防和航空航天领域中起决定性作用 例如 无人驾驶 飞机 导弹 人造卫星和宇宙飞船等飞行器的控制 都是靠计算机实现的 可以 说计算机是现代国防和航空航天领域的神经中枢 7 2 计算机新的应用领域 计算机的应用已渗透到社会的各个领域 正在改变着人们的工作 学习和生 活的方式 推动着社会的发展 归纳起来可分为以下几个方面 7 2 1 计算机辅助 计算机辅助设计 Computer Aided Design 简称 CAD 是指 借助计算机的帮 助 人们可以自动或半自动地完成各类工程设计工作 目前 CAD 技术已应用于 飞机设计 船舶设计 建筑设计 机械设计 大规模集成电路设计等 在京九铁 路的勘测设计中 使用计算机辅助设计系统绘制一张图纸仅需几个小时 而过去 人工完成同样工作则要一周甚至更长时间 可见采用计算机辅助设计 可缩短设 计时间 提高工作效率 节省人力 物力和财力 更重要的是提高了设计质量 CAD 已得到各国工程技术人员的高度重视 有些国家已把 CAD 和计算机辅助制 造 Computer Aided Manufacturing 计算机辅助测试 Computer Aided Test 及计算 机辅助工程 Computer Aided Engineering 组成一个集成系统 使设计 制造 测 试和管理有机地组成为一体 形成高度的自动化系统 因此产生了自动化生产线 和 无人工厂 计算机辅助教学 Computer Aided Instruction 简称 CAI 是指用计算机来辅助 完成教学计划或模拟某个实验过程 计算机可按不同要求 分别提供所需教材内 容 还可以个别教学 及时指出该学生在学习中出现的错误 根据计算机对该生 的测试成绩决定该生的学习从一个阶段进入另一个阶段 CAI 不仅能减轻教师的 负担 还能激发学生的学习兴趣 提高教学质量 为培养现代化高质量人才提供 了有效方法 7 2 2 人工智能 人工智能 Artificial Intelligence 简称 AI 是指计算机模拟人类某些智力行为的 理论 技术和应用 人工智能是计算机应用的一个新的领域 这方面的研究和