计算机学科专业及人才培养

1、第7讲 计算机学科专业及人才培养计算机应用导论2本次专题安排part1 计算机学科及专业part2 人才培养计算机应用导论3part1 part1 计算机学科专业计算工具的发展学科奠基人学科领域专业设置计算机应用导论41.1.计算工具的发展计算工具的发展 从结绳记事到算盘，从计算尺到计算器，从机械计算机到电子计算机。计算机应用导论5公元前公元前30003000年的古埃及年的古埃及人用结绳来人用结绳来记录土地面记录土地面积和收获的积和收获的谷物谷物公元前公元前20002000年年的美索不达米亚的美索不达米亚人用泥板计数，人用泥板计数，这块泥板上的契这块泥板上的契形文字代表形文字代表2525。公元

2、公元429429年年- -公元公元500500年古年古代数学家祖冲之就是用代数学家祖冲之就是用算筹计算出圆周率值介算筹计算出圆周率值介于于3.14159263.1415926和和3.14159273.1415927之间。之间。计算机应用导论6珠算被称为我国珠算被称为我国“第五第五大发明大发明”，最早记录于，最早记录于汉朝人徐岳撰写的汉朝人徐岳撰写的数数术记遗术记遗一书里。一书里。约公元约公元130130210210算圣刘洪及其发算圣刘洪及其发明的珠算盘。明的珠算盘。计算机应用导论7John Napier(1550-John Napier(1550-1617)1617)约翰约翰纳皮尔纳皮尔纳皮尔

3、算筹纳皮尔算筹(Napiers bones)1612年发明年发明计算机应用导论8威廉威廉奥却德奥却德(William Oughtred)(William Oughtred)及其发明的圆形计算尺及其发明的圆形计算尺风靡风靡18181919世纪的计算尺世纪的计算尺计算机应用导论9Casio 14-ACasio 14-A史上第一台商用小型电子计算器史上第一台商用小型电子计算器19571957年发明年发明计算机应用导论10威廉威廉契克卡德契克卡德德国图宾根大学教授，于德国图宾根大学教授，于16231623年制造了第一台计算机。年制造了第一台计算机。19601960年，契克卡德家乡人根年，契克卡德家乡人

4、根据示意图重新制作的契克卡德据示意图重新制作的契克卡德计算机：能做计算机：能做6 6位数加减法，位数加减法，设置了某种设置了某种“溢出溢出”响铃装置；响铃装置；机器上部附加一套圆柱型机器上部附加一套圆柱型“纳纳皮尔算筹皮尔算筹”，因此也能进行乘，因此也能进行乘除运算。除运算。Wilhelm Wilhelm Schickard(1592-1635)Schickard(1592-1635)计算机应用导论11Blaise Pascal(1623Blaise Pascal(16231662)1662)保存在巴黎国立工艺博物馆的帕斯保存在巴黎国立工艺博物馆的帕斯卡加法机，卡加法机，16421642年发明

5、：由系列齿年发明：由系列齿轮组成的装置，外壳用黄铜材料制轮组成的装置，外壳用黄铜材料制作，长作，长2020英寸、宽英寸、宽4 4英寸、高英寸、高3 3英寸，英寸，面板上有一列显示数字的小窗口，面板上有一列显示数字的小窗口，旋紧发条后才能转动，用专用的铁旋紧发条后才能转动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。笔来拨动转轮以输入数字。布莱斯布莱斯帕斯卡帕斯卡 法国数学家、物理学家、法国数学家、物理学家、思想家思想家计算机应用导论12Gottfried Leibniz(1646Gottfried Leibniz(16461716) 1716) 16741674年，莱布尼茨发明乘法机。这是第一台可年，莱

6、布尼茨发明乘法机。这是第一台可以运行完整四则运算的计算机，长以运行完整四则运算的计算机，长100100厘米、宽厘米、宽3030厘米、高厘米、高2525厘米，主要由不动的计数器和可厘米，主要由不动的计数器和可动的定位机构两部分组成，整个机器由一套齿动的定位机构两部分组成，整个机器由一套齿轮系统传动。轮系统传动。【公元公元17001700年左右，莱布尼茨从一位友人送给年左右，莱布尼茨从一位友人送给他的中国他的中国“易图易图”（八卦）里受到启发，悟出（八卦）里受到启发，悟出了二进制数之真谛，率先提出了二进制的运算了二进制数之真谛，率先提出了二进制的运算法则。法则。】戈特费里德戈特费里德莱布尼兹莱布尼

7、兹 德国数学家、微积分德国数学家、微积分独立发明人独立发明人计算机应用导论13现代计算机奠基人现代计算机奠基人英国剑桥大学教授英国剑桥大学教授查尔斯查尔斯巴贝奇巴贝奇18221822年，差分机年，差分机伦敦科学博物馆复制品伦敦科学博物馆复制品Charles Babbage (1791- 1871)Charles Babbage (1791- 1871)计算机应用导论14世界上第一位程序员世界上第一位程序员奥古斯塔奥古斯塔艾达艾达拜伦翻译拜伦翻译巴贝奇早期的程式设计书巴贝奇早期的程式设计书分析机概论分析机概论后人根据巴贝奇图纸制造的后人根据巴贝奇图纸制造的“分析机分析机”Augusta Ada

8、Byron (1815Augusta Ada Byron (1815-1 -1852)852)18341834年，巴贝奇提出通用计算机年，巴贝奇提出通用计算机“分析机分析机”构想，未制成。构想，未制成。计算机应用导论15设计图纸之一设计图纸之一差分机和分析机存储器框架差分机和分析机存储器框架计算机应用导论16鲍德温发明的手摇计算机，鲍德温发明的手摇计算机，18731873年年弗兰克弗兰克鲍德温鲍德温(Frank (Frank Baldwin)Baldwin)计算机应用导论17Herman Hollerith (1860-1929)Herman Hollerith (1860-1929)美国著名

9、统计专家美国著名统计专家赫尔曼赫尔曼霍列瑞斯霍列瑞斯霍列瑞斯发明的自动制表机霍列瑞斯发明的自动制表机计算机应用导论18John Fleming (1848-1945)John Fleming (1848-1945)19041904年，英国青年工程师约年，英国青年工程师约翰翰弗莱明发明真空二极管弗莱明发明真空二极管Lee De Forest (1873-1961)Lee De Forest (1873-1961)19061906年美国人李年美国人李德德福雷斯特福雷斯特发明能起放大作用的真空三极管。发明能起放大作用的真空三极管。计算机应用导论19ENIACENIAC两位设计者两位设计者莫契利和埃克

10、特莫契利和埃克特ENIACENIAC博物馆中的部分器件博物馆中的部分器件计算机应用导论20ENIACENIAC（Electronic Numerical Integrator And Electronic Numerical Integrator And CalculatorCalculator）：）：19461946年年2 2月月1414日日计算机应用导论21Konrad Zuse (1910-1995)Konrad Zuse (1910-1995)数字计算机之父数字计算机之父- -克兰克兰德德楚泽楚泽1938-1945 Z11938-1945 Z1机械机械-Z3-Z3可编程可编程-Z4-Z

11、4德国博物馆中存放的德国博物馆中存放的Z4Z4计算机计算机计算机应用导论22计算机应用导论23计算机应用导论24计算机应用导论25计算机应用导论26Howard Aiken (1900-1973)Howard Aiken (1900-1973)MARKMARK系列计算机发明人系列计算机发明人霍华德霍华德艾肯艾肯哈佛大学的哈佛大学的MARK-IMARK-I-1944-1944计算机应用导论27计算机软件之母计算机软件之母Grace Grace Hopper (1906-1992)Hopper (1906-1992)(a)(a)一本介绍霍波博士的书一本介绍霍波博士的书(b)(b)海军军官霍波海军军

12、官霍波摄于摄于19841984年年保存在霍波笔记本中的保存在霍波笔记本中的第一个第一个“bugbug”计算机应用导论28被被“遗忘遗忘”的电子计算机之父的电子计算机之父约翰约翰阿塔纳索夫阿塔纳索夫（John AtanasoffJohn Atanasoff，1903-19951903-1995）存放在衣阿华州立大学的存放在衣阿华州立大学的ABCABC计计算机算机(Atanasoff-Berry Computer)(Atanasoff-Berry Computer)计算机应用导论292.2.学科奠基人计算机学科源于数学、物理 两大学科的交叉学科物理学科又派生出电子学科、通信学科ICT 信息通信技术

13、计算机应用导论30逻辑代数创始逻辑代数创始人，英国数学人，英国数学家家乔 治乔 治 布 尔布 尔(George Boole(George Boole，1815-1864)1815-1864)2.1计算机应用导论31信息论创始信息论创始人，美国科人，美国科学 家学 家 克劳德克劳德香农香农( C l a u d e ( C l a u d e ShannonShannon，1916-2001)1916-2001)2.2计算机应用导论32 图灵是计算机逻辑的奠基者，许多人工智图灵是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自这位伟大的科学家：能的重要方法也源自这位伟大的科学家：l 24岁，提出

14、图灵机理论；岁，提出图灵机理论；l 31岁，参与岁，参与Colossus（二战时英国破（二战时英国破解德国通信密码的计算机）的研制；解德国通信密码的计算机）的研制；l 33岁，构思了仿真系统；岁，构思了仿真系统；l 35岁，提出自动程序设计概念；岁，提出自动程序设计概念；l 38岁，设计了岁，设计了“图灵测试图灵测试”；l 在后来还创造了一门新学科在后来还创造了一门新学科 非线性力学；非线性力学；计算机与人工智计算机与人工智能之父，英国数能之父，英国数学家、逻辑学家学家、逻辑学家阿兰阿兰图灵图灵（Alan TuringAlan Turing，1912-19541912-1954）计算机应用导论

15、33 1936年年5月月28日，图灵向伦敦权威的数学杂志日，图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文，题为投了一篇论文，题为“论可计算数及其在判定问题论可计算数及其在判定问题上的应用上的应用”(On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem)。在这篇。在这篇开创性的论文中，图灵给开创性的论文中，图灵给“可计算性可计算性”下了一个严下了一个严格的数学定义，并提出著名的格的数学定义，并提出著名的“图灵机图灵机(Turing Machine)”的设想。的设想。图灵机模型示意图图灵机模型示意图计算机应用导论34

16、1 9 5 0 年年 1 0 月 ， 图 灵 发 表 一 篇 题 为月 ， 图 灵 发 表 一 篇 题 为 “ 计 算 机 器 与 智计 算 机 器 与 智能能”(Computing machinery and intelligence)的论文，成为划时的论文，成为划时代之作。代之作。 在这篇论文里，图灵第一次提出在这篇论文里，图灵第一次提出“机器思维机器思维”的概念。他的概念。他还对智能问题从行为主义的角度给出了定义，由此提出一假想：还对智能问题从行为主义的角度给出了定义，由此提出一假想：一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和对方一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和

17、对方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据这些问进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据这些问题判断对方是人还是计算机，那么，就可以认为这个计算机具题判断对方是人还是计算机，那么，就可以认为这个计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。这就是著名的有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。这就是著名的“图灵测试图灵测试”（Turing Testing）。）。计算机应用导论35 为纪念图灵对计算机领域做出的巨大贡献，国际计算机协会为纪念图灵对计算机领域做出的巨大贡献，国际计算机协会(Association for Computing Machinery，ACM)于于19

18、66年开始设年开始设立图灵奖立图灵奖(Turing Award)，这是计算机界最负盛名的奖项，有，这是计算机界最负盛名的奖项，有“计算机界诺贝尔奖计算机界诺贝尔奖”之称。之称。姚期智姚期智法兰西斯法兰西斯艾伦艾伦(Frances Allen)(Frances Allen)计算机应用导论36l 不是模拟式，而是数字式；不是模拟式，而是数字式；l 由电子元件构成，尽量减少机械部件；由电子元件构成，尽量减少机械部件；l 采用二进制，而不是十进制；采用二进制，而不是十进制；l 内部存放计算表；内部存放计算表；l 在计算机内部存储数据。在计算机内部存储数据。控制论创始人控制论创始人诺伯特诺伯特维纳维纳（

19、Norbert WienerNorbert Wiener，1894-19641894-1964）计算机应用导论37 【维纳维纳1943年在所发表的论文年在所发表的论文“行为、目的和目行为、目的和目的论的论”（Behavior, purpose, and teleology. Phil. Sci. 10(1943).）中，首次提出了）中，首次提出了“控制论控制论”这个概念。这个概念。 1948年维纳在麻省理工学院出版社（年维纳在麻省理工学院出版社（MIT Press）出版了里程碑式的著作出版了里程碑式的著作控制论控制论动物和机器中的动物和机器中的通信与控制问题通信与控制问题（Cybernetic

20、s: Or the Control and Communication in the Animal and the Machine. Cambridge），为控制论奠定了理论基础，标志着它的），为控制论奠定了理论基础，标志着它的正式诞生。正式诞生。】计算机应用导论38l 1945年年6月月30日，冯日，冯诺依曼发表诺依曼发表“101页报页报告告”First Draft of a Report on the EDVAC；l 1946年年7、8月间，冯月间，冯诺依曼又提出了一个更诺依曼又提出了一个更加完善的设计报告加完善的设计报告“电子计算机逻辑设计初探电子计算机逻辑设计初探”（Prelimina

21、ry discussion of the the logical design of an electronic computing instrument）。）。现代电子计算机之父现代电子计算机之父冯冯诺伊曼诺伊曼计算机应用导论39 这两篇报告的综合设计思想，便是著名的这两篇报告的综合设计思想，便是著名的“冯冯诺诺依曼结构（依曼结构（von Neumann Architecture）”。明确指出：。明确指出：l 采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；进制；l 计算机由计算机由5部分构成：运算器、控制器、存储器、输部分构成：运算器、控制器、

22、存储器、输入和输出装置；入和输出装置；l 程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机器按程序指定的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来器按程序指定的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来并逐条执行，从而自动完成程序描述的处理工作。并逐条执行，从而自动完成程序描述的处理工作。计算机应用导论40第一台第一台“存储程存储程序序”电子计算电子计算机机EDSACEDSAC，英国剑桥大学教英国剑桥大学教授威尔克斯主持。授威尔克斯主持。下面机器是较早实现下面机器是较早实现“冯冯诺依曼结构诺依曼结构”、按照按照“存储程序程序控制存储程序程序控制”工作的计算机：工作的计算机：

23、l IAS冯冯诺依曼主持诺依曼主持l EDVAC冯冯诺依曼主持诺依曼主持l EDSAC莫里斯莫里斯威尔克斯主持威尔克斯主持冯冯诺伊曼及诺伊曼及IASIAS机机EDVACEDVAC计算机应用导论413.3.学科领域计算机学科涉及硬件、软件、网络等多个领域国务院学位委员会 教育部 2011学科目录13学科门类 哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学、管理学、艺术学计算机应用导论423.3.学科领域08工学0809 电子科学与技术（可授工学、理学学位）0810 信息与通信工程0811 控制科学与工程0812 计算机科学与技术（可授工学、理学学位）0835 软件工程计

24、算机应用导论433.3.学科领域一级学科 0812 计算机科学与技术 0835 软件工程二级学科 081201 计算机系统结构081202 计算机软件与理论081203 计算机应用技术计算机应用导论443.3.学科领域研究内容计算机硬件体系结构 CPU、存储、指令、外设计算机软件开发理论及技术 软件工程、程序语言、工具计算机应用技术 网络、多媒体、数据库、安全计算机应用导论454.4.专业设置教育部 2012本科专业目录0809 计算机类080901 计算机科学与技术（注：可授工学或理学学士学位）080902 软件工程080903 网络工程计算机应用导论464.4.专业设置教育部 2012本科专业目录0809 计算机类080904K 信息安全（注：可授工学或理学或管理学学士学位）080905 物联网工程080906 数字媒体技术计算机应用导论47part2 part2 人才培养人才培养定位人才培养方案岗位及职业规划计算机应用导论481.1.人才培养定位专业培养目标本专业面向计算机网络