计算机专业导论-本科生教学篇 - 中南大学.ppt

1、计算机科学与技术专业导论-本科培养方案篇,计算机科学系 郑瑾融入中南大学，实现人生理想！,2013年9月3日,计算机学科,培养目标,课程设置与教学进程,提纲,计算机科学与技术专业定义,市场对计算机人才的需求,计算机应用简介,计算机科学发展史,计算机无处不在,天气预报,药品研制-计算机辅助药物设计,地图绘制,数据三维显示,视频会议,网上工作、学习与娱乐, (网易公开课）,Google Glass-（“魔镜”）,这款眼镜集智能手机、GPS、相机于一身，所有的信息都能即时展现在眼前。用户通过眼睛与声音便可进行拍照上传、收发短信、查询天气路况等操作。,谷歌展示的具有强大互联网

2、功能的Google Glass,机器人,类人机器人,生化机器人 纳米机器人 听说最近有帮科学家，在比赛谁家的机器人更能聊天 ,延伸阅读（人工智能）,不可能的任务和不可能的工具 （隐身衣，壁虎侠.),其它应用,计算机的应用已渗透到人们的日常生活中的方方面面! 如天天要用的查询：搜索引擎(google, baidu,.) 谷歌背后的数学 其它，.(More),【谷歌公司创始人佩奇 (左) 和布林 (右)】,【谷歌公司创始人佩奇 (左) 和布林 (右)】,阿伦图灵（Alan Turing，19121954），英国数学家、逻辑学家，被称为计算机科学之父、人工智能之父，是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能

3、的重要方法也源自于这位伟大的科学家。24岁发明图灵机模型，奠定了现代计算机的理论基础，被誉为计算机科学之父。 二战期间，图灵秘密地作为英国情报界的核心人物，破译了德军的谜机密码，扭转了整个大西洋战局。战后，图灵提出了“机器能思考吗”的哲学思辩，先驱性地开创了人工智能的先河。提出了重要的衡量标准“图灵测试”，如果有机器能够通过图灵测试，那它就是一个完全意义上的智能机。 不幸的是，图灵因为同性恋身份，遭到迫害。1954年，图灵中毒身亡，一代科学大师陨落，年仅42岁。,计算机科学与技术的奠基人- 艾伦图灵,图灵奖：它代表着计算机科学历史上，那些最耀眼的杰作。, 1966年，ACM(美国计算机协会)

4、设立“图灵奖”，专门奖励那些在计算机科学研究中做出创造性贡献，推动了计算机技术发展的杰出科学家 。由于图灵奖对获奖条件要求极高，评奖程序又是极严，一般每年只奖励一名计算机科学家。因此它是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有“计算机界的诺贝尔奖”之称。目前图灵奖由英特尔公司和google公司赞助，奖金为250,000美元。 从1966年到2012年，图灵奖已经走过了近半个世纪，这也是计算机科学走过的半个世纪，获奖成果串连起来，就是一部计算机科学史。这条旅途跌宕起伏，光影变幻，人类历史上从没有过哪个学科，在破壳而出后的短短半个世纪里推进如此之远 ！,通用图灵机,当时的数学难题：数学是可证明的吗？

5、 是否存在一个通用的、机械的方法，能够判定所有数学命题的真假？,通用图灵机的基本思想,图灵机的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，他把这样的过程看作下列两种简单的动作： （1）在纸上写上或擦除某个符号； （2）把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置。 所谓的图灵机就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。,

6、图灵机模型,图灵证明，任何机械过程，都可以通过一张状态行为表，表示为图灵机的一个程序。也就是说，图灵机可以实现所有的机械过程，如果所有的数学命题都可以由机械过程进行判定，那么也就是说，所有的数学命题都可以由图灵机来判定。 如果存在一个图灵机无法判定的问题，就说明不存在这样的通用的判定方法。 图灵找到了这样的问题：图灵机无法判定一个程序是否会终止。 1936年，图灵发表了经典的数学论文论可计算数及其在判定问题上的应用，证否了数学的可判定性，并在这篇论文的一个脚注中，详细地描述了图灵机。 图灵机只是一个用来研究数学的辅助模型，并不是一台真正的机器，然而在三年之后，一个事件使图灵机真正地来到了世界。

7、,破译谜机,二战期间，德国的官方通信，全面部署了一种名为“谜机（Enigma）”的密码设备。这种设备有三个轮盘，每个轮盘可以对26个字母进行一次映射，也就是说，每个字母都会被3次映射加密三次（还可能更多次）。更厉害的是，每输入一个字母，轮盘就会自动地转动一格，也就是说，在一条信息中，每一个字符都是用不同的密钥进行加密的。 这台机器功能极其强大，如果想把一封文件变成加密的，只要把所有的字母逐一在键盘上打出，看“显示屏”上哪一个灯亮，把相应的字母记录下来，就成了密文。这就导致当时一般的破译方法根本不可能破译这种加密，德国方面因此对军事通信抱以极大的信心。 事实上，直到德国投降时，德国都不知道，他们

8、号称“绝不可能”的事情，早在1940年，就被一位年轻的数学家做到了 ！,图灵的“霹雳弹（Bombe）”密码破解机,面对这么复杂的加密方法，盟军还有办法吗？好在英国有图灵大神，德国不是有台三个齿轮（还有更多齿轮的，如十二齿轮）的小机器吗，图灵专门设计了一台有上百个齿轮的大机器破解enigma，来个“一物降一物”。于1940年创造出可以破译德军密报的机器Bombe，为盟军的胜利立下了汗马功劳。,Colossus（巨人）,这就是世界上第一台（固定程序）计算机，电子化、数字化、程序化。它由光学在长条纸带上读取电报原文，经过一千五百个真空管的电路计算，将解密结果输出到电传打字机上 。,人工智能,人工智能

9、：1950年10月，图灵发表了一篇题为计算机器与智能的论文，这篇文章集中地提出了人工智能这个概念，开创了人工智能这个带有科幻色彩的新学科。 图灵测试-在图灵看来，如果一台机器的行为，让人类无法辨别它是机器还是人类，那么就可以认为，这台机器具有了人类智能 。,毒杀之谜,1954年6月8日清晨，女管家发现图灵的心跳停止了，床头放着一只咬了一口的苹果，上面沾有图灵亲手提炼的高纯度氰化物。他究竟为何而死，是意外，是自杀，还是隐藏着更大的阴谋？这就不得而知了。 艾伦图灵传：湖南科技出版社 希望大家在享受科技的同时不要忘记那些奠基者，铭记何尝不是一种纪念呢？,计算机科学与技术的奠基人,计算机机器之父冯诺依

10、曼（John von Neumann，19031957），美藉匈牙利人 ，杰出的数学家。二进制思想与存储程序思想 冯诺依曼结构（存储程序式计算机）： 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 在计算机的理论和设计方面发挥了重要作用。 注：他也曾经阻止开发高级程序设计语言FORTRAN，认为那不可能。而事实证明他错了。,左手是电线，右手是开关，这就是最早的机器语言（1946年的ENIAC计算机）。程序员先在纸上把程序设计好，然后进行持续数周的扳开关和接电线的工作，万一哪根电线断了，排查起来那就是恶梦的样板。 后来，程序员们有了新方法，把程序设计成打孔卡片（有孔没孔就是二进制），于是编程的主要工

11、作变成了打孔，大家要是有兴趣，把自己身份证号码转成二进制，打在纸条上，看看是什么滋味。打 一个数尚属不易，打一个程序就不难想象了。,Part2: 编程语言发展历程,Part2: 编程发展历程,再后来，冯.诺伊曼提出存储程序，人们把程序像数据一样保存在机器里，随时调用，编程从这时起才正式变成脑力劳动。但别高兴得太早，虽然不用接电线和打孔，但编程还是要用0101001111，就像麦兜的故事里面麦太太说的，鸡包纸包纸包鸡包鸡包纸包再包鸡（ 随后，人们把一些常用的指令用一些“助记符”来代替，有了 ADD、MOV等这样的写法，形成了汇编语言，但本质上跟鸡包纸包鸡还是同一码事。,高级语言的诞生：FORTR

12、AN,1953年，IBM公司的巴科斯（John Backus）再也忍不下去了，这哪里是编程，这不跟受刑一样么。他上书董事长，要为IBM704系列计算机开发一种新型编程语言。号称计算机之父的冯.诺伊曼当时是IBM的顾问，他坚决认为这个提议十分不靠谱，但也许是应了有心人天不负，董事长Hurd同意了这个计划。 巴科斯开发新语言的提议得到了批准后，立即组建了一个开发小组，并担任组长，主持开发工作。1957年，第一套Fortran语言诞生了，尽管呱呱坠地时哭声不响，第一次演示就出了编译错误，但还是坚强地活了下来。Fortran是世界上第一个被正式应用的高级语言，所谓高级语言，是说它的语法更接近人类语言，

13、而不是鸡包纸包鸡。从此以 后，程序员不必再背那些枯燥的机器码，只需用“IF (x 0) THEN x = 0”这样的简单易懂的方式编程，可想而之它的推出让人多么兴奋！ 直到如今，经过多年改进的Fortran仍然在计算机界占有一席之地，不知道知天命之年的 Fortran是否会记恨，当年冯.诺伊曼差点把它掐死在摇篮里，戏剧的是，就在第一套Fortran诞生之前两个月，冯.诺伊曼因癌症去世了。,ALGOL58,在上世纪 50年代末，编程语言的矛盾已经白热化，并非Fortran一己能够力挽狂澜。况且Fortran本身还有一个严重缺陷，它为IBM704而生，依赖特定 的机器型号，很难移植到别的机器上。

14、革命尚未成功，同志仍需努力，在这个时候，ACM和GAMM（德国应用数学和力学学会）都对编程语言有一些想法，于是他们决定坐在一起讨论讨论， 规划一种更好的语言。苏黎世讨论会就是在这样的背景下召开的。 Fortran语言之父巴科斯这回又没闲着，作为ACM的代表之一，他也来到了苏黎世，想再次参与锻造新刀。这次制定语言，主要有两个原则，第一点毫无疑问，要使它更容易被人类理解，这是一直以来的革命方针；第二点，是要弥补Fortran的一些不足，主要是要具有通用性，兼容不同型号的机器。 争争吵吵的会议结束后，他们立即投入到实现新语言的工作中，他们成立了一个ZMMD小组，旨在开发一种ALGOL语言的编译器，在

15、ZMMD小组的努力下，第一套ALGOL语言及其编译器成功地开发出来了，按照年份，命名为ALGOL58 。,ALGOL58的升级,由于巴科斯的参与，ALGOL58既继承了 Fortran的许多优点，又弥补了Fortran的许多不足，一度使Fortran的地位面临着严竣的挑战。 但它的生命实在太短暂，很快就退出了历史舞台。因为，就在一年多以后，ALGOL58的创造者，包括巴科斯和佩利等，对这种新语言有了许多新的体会和感受。 1960年1 月，他们召集了其他几位参与ALGOL工作的计算机科学家，来到了浪漫之都巴黎，再次召开了一场关于ALGOL语言的研讨会。,ALGOL60,到1960年，ALGOL5

16、8已经诞生一年多了（58年末至60年初），佩利、巴科斯等主要参与者们，都在实践当中对新语言有了新的体会。革命的脚步不会停下，很快，他们集合了紧密团结在ALGOL58周围的13名计算机科学家，来到巴黎，再次对语言设计进行讨论 。 13个人马不停蹄地论战半个月，平均下来，每个人要叭啦叭啦说上一整天还多。然而，他们的努力却没有白费，这次会议终于终一了意见，完整地规划出了新一代ALGOL语言，按照年份，命名为ALGOL60。,ALGOL60,会议结束由诺尔完成了一份报告（ ALGOL60 语言文本），这份报告成为了计算机科学史上的名作，它完整地描述了ALGOL60语言的所有特性，却不依赖任何机器细节，

17、便于在人类之间交流编程语言第一次拥有了“使用说明”而不是“电路全图”。诺尔的这项工作，改变了此后描述编程语言的方式，直到现在仍在使用。 佩利将它引入了大学的课堂，在那个计算机科学的初始混沌期，此举一下子让无数的人们看到了计算机科学到底应该是什么样子（“哇塞，原来不是电路全图耶”）。狄克斯特拉说，这是一个伟大的标志，这标志着计算机科学真正地诞生了，ALGOL60是个绝对的奇迹。在接下来的30年里，ALGOL一直是教课书和学术界用来描述算法的不二之选。,ALGOL60的影响无处不在,半个世纪荏苒而逝，时代的浪潮不饶人，想让ALGOL复活，已经不太可能了。然而，ALGOL的灵魂却从未离开，它简洁而优

18、雅的定义（这主要归功于诺尔），影响了后面一系列编程语言的设计。ALGOL提出的许多概念都被后来的编程语言沿用，例如“代码块结构”这些我们习以为常的编程方式，都是由ALGOL率先使用的。 包括C和C+在内的大部分五星级语言，都因为师出 ALGOL而被称为“类ALGOL语言”。可以说，ALGOL直接影响了整个计算机科学界和工业界的发展，影响之程度深入骨髓，而且至今经久不衰。,高级语言的现状,经过五十多年的发展，产生过成百上千种高级语言。如 Fortran、Pascal、Cobol、C、C+、VB、Java、C#，MATLAB ， Python等等，各种语言各有其特点。 Fortran 对于数值计算

19、，效率很高，但对于字符处理能力不强。 MATLAB最擅长处理向量和矩阵。 面向对象最常用的：C+，C#，Delphi，Java 对于硬件编程，C和C+最擅长 .Net平台，C#支持跨平台 网络编程Java最优秀 还有些脚本语言，如Python 手机编程：Android 操作系统，基于Android编程（以Java为基础) .,编译器,因为计算机没法理解人类语言，我们需要用机器指令来编写程序，我们现在有了高级编程语言，不必使用麻烦的机器指令，这并不是因为计算机学会了人类语言，而是因为我们请了一位翻译。简单地说，它能够把高级语言翻译成机器指令，即使我们不用再做那些机械劳动，也能满足机器们的冰冷胃口

20、，这个翻译就是编译器，它本身也是一套程序。 PS：在大三会开一门课：编译原理，只是因为我们不设计计算机语言，所以很多同学不好好学习这门课。,图灵奖史上最年轻获奖者高德纳：计算机算法与编程艺术,1938年-Donald Ervin Knuth（高德纳（1977年他到访中国时，姚期智的夫人储枫给他取的中文名，他还给自己的儿子取名高小强，女儿取名高小珍）。1974年给予他的图灵奖授词：授予高德纳图灵奖，以表彰其在算法分析、程序设计语言的设计和程序设计领域的杰出贡献，特别是其著名的The Art of Computer Programming系列丛书。,天才高德纳,1963年，25岁的高德纳顺利拿到了

21、博士学位，并留在伯克利任教。在毕业前一年，虽然还是研究生，但高德纳已经因为设计编译器而响誉计算机行业。 于是著名的Addison-Wesley出版社与他约稿，请他写一本关于编译器和程序设计方面的书。 1962年约的稿，高德纳一直写到1966年还没交，在此期间他又是毕业，又是教书，终于人家出版社急了。编辑找到高德纳，说这都四年了你写了多少啊，高德纳说，才写3000页手稿。编辑忙问都3000页了你怎么还不交？高德纳答曰，急啥， 我还没写到正题呢。编辑彻底雷住了，说那你出个多卷本吧,天才：高德纳,他一开始计划了六卷，后来觉得这个数字不怎么好，又改成了七卷。1968年，计算机程序设计艺术（The Ar

22、t Of Computer Programming，江湖人称TAOCP）的第一卷正式出版了。这一卷的标题叫基本算法，但难度却并不低。 就在这同一年，高德纳跳槽到斯坦福大学，并当上了教授，一边带博士，一边继续写书。一年后，TAOCP第二卷半数值算法正式出版，又过了三年， 也就是1973年，第三卷排序与查找也相继出版。这三卷书立即被计算机界惊为神作，在那几年之内就卖出去了100多万套，至今仍然是编程书籍中的最高经典。,天才：高德纳,按照高德纳的计划，这套书一共 是七卷，但是现在刚刚写完三卷，就已是震古烁今。震到什么程度呢，连图灵奖颁奖委员都坐不住了，他们做了一件前所未有的事。按照惯例，图灵奖的获奖

23、者都是成就等身，要经过时代的检验，然而，高德纳却是例外，在他的七卷本刚刚写完三卷时，ACM便决定立即为其颁发图灵奖(1975年）。 高德纳捧走了历史上第9个图灵碗。这对高德纳来说，无疑是个殊荣，因为这一年他才只有36岁！直到现在，他仍然保持着获奖年龄最小的纪录。 高德纳计划要写一套七卷本的计算机程序设计艺术，没想到刚刚写完第三卷，就被ACM授予了图灵奖。但是，高德纳在获此殊荣之后，再一次令世界大跌眼镜：他宣布从此歇笔了，他的理由是：排版工具太差了，破坏了这套书的美。,排版系统TEX,高德纳这一歇就是十年。在这不务正业的十年当中，对极致的追求像只看不见的手，推动他创造了三个响当当的成果，其中影响

24、最大的，就是排版系统TEX。 TEX是一场出版界的革命，直到现在仍是全球学术排版的不二规范，它所排出的文字之美，特别是数学式子的美，让人们由衷感叹：啊，一毫米都不能再挪动了。 除了功能上的美之外，TEX作为一个软件产品，也令人叹为观止。它的版本号不是自然数列，也不是年份，而是从3开始，不断地逼近圆周率（3.14，3.141目前最新版本是3.1415926）。高德纳再一次用行动宣告，我这个东西，不可能再有什么大的改进了，最多只能小修小补，使其趋近完美。,天才：高德纳,高德纳还专门设立了奖金：谁发现TEX的一个错误，就付他2.56美元，第二个错误5.12美元，第三个10.24美元以此类推。我们都知

25、道，传说某个国王就因为这种指数游戏失去了江山，高德纳作为算法大师，更清楚指数增长的可怕性。然而他却敢立此重赏，结果直到今天，他也没有为此付出多少钱，可见TEX经过了怎样的千锤百炼。 2008年，在前三卷面市30年之后，第四卷终于千呼万唤始出来，而高德纳，却已是白发苍苍的古稀老人了！,延伸阅读-ACM图灵奖，IEEE计算机先驱奖,45:9001/jisuanjifazhanshi/tuling/tulingjiang.htm（图灵奖获奖科学家及其成果的介绍） 通过对20世纪下半叶及21世纪初有代表性计算机科学家的介绍，多方位、多视角地反映计算机科学技术半个多世纪

26、来的发展历程。 一定程度上反映了计算机体系结构、程序设计语言、算法设计与分析、操作系统和编译程序、数据库技术、计算复杂性理论、软件工程、人工智能等计算机科学技术主要分支的形成过程和发展概况。 通过追寻成功者的足迹，给人以必要的启迪，并从中吸取成长和成功所必需的养分，培养自身的科学素养。,计算机科学与技术学科,计算机使用者与计算机专业人员的区别,目前，会使用计算机已经成为青年人的一项基本技能，就像会开车，会说外语一样。这个基本技能主要是要求年轻人会使用(应用）计算机，也就是拿现成的软件进行一些应用。,而计算机专业的学生所要学习的目标不仅仅是会使用计算机，而是要学习计算机的基本原理、基本结构、基本

27、算法、基本设计等。要研究如何更好地设计、制造计算机，如何更好地开发计算机的新功能（开发新的软件），以提高人类生产效率、提高生活水平。这与一般的计算机使用者有本质区别。,计算机科学与技术的含义,计算机科学与技术是研究计算机的设计与制造、利用计算机进行信息获取、表示、储存、处理和传输的理论、原则、方法和技术的学科。 计算机科学与技术学科的基本问题是：什么能（有效地）自动进行! 计算机科学与技术学科在过去的半个多世纪中有了很大的发展，以至于人们开始将其称为计算学科。该学科的主要应用面向已经发生了多次变化，从较单一的科学计算、实时控制到以数据库技术为主的数据处理，进而又发展到以信息服务为主的广义的计算

28、服务。,计算机科学与技术的基本内容 计算机软件与理论 计算机系统结构 计算机应用技术,计算机软件与理论,主要研究软件开发、维护以及使用过程中所涉及的理论、方法和技术，并探讨计算机科学与技术学科发展的理论基础。 计算机科学理论包括：软件理论、计算机系统理论、计算机应用技术理论、计算复杂性理论、算法设计与分析等。 计算机软件包括：系统软件、软件自动化、程序设计语言、分布式系统、软件工程与软件工程环境，软件复用与软件构件技术、并行处理与高性能计算、智能软件、网络计算、信息安全、多媒体软件技术等。,清华大学 姚期智：世界著名计算机学家，美国科学院院士 ，中国科学院外籍院士 ，由于在计算理论方面的贡献，

29、包括伪随机数的生成算法、加密算法和通讯复杂性而获2000年图灵奖，是图灵奖创立以来唯一获此殊荣的华裔计算机科学家。2004年姚期智离开普林斯顿大学到清华大学任全职教授，2007领导成立了清华大学理论计算机科学研究中心。,中科院软件所的计算机科学国家重点实验室,唐雅松院士,董韫美院士,周巢尘院士,林惠民院士,计算机系统结构,研究软件与硬件的功能匹配，确定软件与硬件间的界面；研究计算机系统的物理或硬件结构、各组成部分的属性以及各部分的相互联系，包括计算机网络的系统结构。 主要研究方向包括：高性能先进处理机系统结构、分布式和并行计算机系统、VLSI系统设计、计算机网络与通信、RISC技术、多机系统、

30、计算机仿真和性能评价、智能计算机系统、神经网络计算技术、容错计算技术、计算机器件与设备制造、测试技术、存储技术、计算机接口技术、多媒体系统技术等。,国防科大、清华大学、中科院计算所、北京大学、中国科学技术大学等,国防科大 :天河二号 在2013年6月公布的全球超级计算机500强排行榜中，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以每秒33.86千万亿次的运算速度，成为全球最快的超级计算机。比美国能源部下属橡树岭国家实验室的“泰坦”的速度比近一倍。这是继2010年“天河一号”首次夺冠后，中国超级计算机再次夺冠。,中科院计算所 国家智能计算机研发中心：曙光系列计算机 微处理器技术研究中心：龙芯系列微处

31、理器,李国杰（1943.5-）中国工程院院士，著名计算机专家,兼任中国科学技术大学计算机科学与技术学院院长 主要从事计算机体系结构、并行算法、人工智能等方面的研究，主持研制成功了曙光1号并行计算机，曙光1000大规模并行机和曙光2000、曙光3000超级服务器，领导计算所研制成功龙芯高性能通用CPU、曙光4000超级服务器，并主持科学院重大项目IPv6网络研究。,韩承德：1940年4月出生，中科院计算所首席科学家、 博士生导师、所学位委员会主席 主要研究方向： 计算机系统设计、并行处理和嵌入式 系统，长期从事分布式处理系统和并行处理系统方面 的研究。,陈国良：中科院院士，中国科学技术大学教授

32、，中国计算机学会高性能计算专业委员会主任，国际高性能计算（亚洲）常务理事。主要研究方向：并行算法，计算机体系结构，计算机网络和神经计算等。,胡伟武，中国科学院计算技术研究所副总工程师、研究员，“龙芯1号”研制组组长,全国青联委员、计算机系统工程专家。主要研究方向微处理器设计、计算机系统结构、集成电路设计,清华大学 高性能计算研究所:所长：杨广文教授 郑纬民，李三立（工程院院士），计算机系统结构专家 北京大学微处理器研究开发中心主任以及计算机系统结构研究所所长：程旭 北京大学微处理器研发中心 :从事自主微处理器和系统芯片设计及软硬件协同设计研究开发 。在自主创新的指令系统标准和32位定点微处理器

33、Unicore32及64位浮点协处理器Unicore-F64基础上，成功研制出北大众志CPU系统芯片及A25计算机。,中科院院士徐冠华(原科技部部长)曾说过，“中国信息产业缺芯少魂”。其中的芯是指芯片，魂则是指操作系统。 银河麒麟系统 KylinOS是由国防科技大学、中软公司、联想公司、浪潮集团和民族恒星公司合作研制的服务器操作系统 清华同方自主研发的LimeOS操作系统 电子科技大学:承担了国家863、国防预研等多项国家级嵌入式基础软件项目，主要包括嵌入式实时操作系统、嵌入式开发平台、嵌入式中间件、面向行业的应用平台方面的研究开发和产业化工作。科银(CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台D

34、eltaSystem 中科院:Hopen嵌入式操作系统,计算机应用技术,着重研究计算机用于各个领域所涉及的原理、方法与技术，它是计算机产业和本学科发展的动力和源泉。 主要研究方向包括： 数据库与信息管理，人工智能、计算机图形学、计算机辅助设计、模式识别、图象处理及计算机视觉、多媒体技术、人机交互技术、计算机模拟与可视化技术、虚拟现实、计算机辅助教学、语言信息处理、基于网络的计算机应用技术、智能控制、智能机器人学、复杂计算机系统、基于网络的多媒体应用技术、多媒体信息处理等。,数据库： 中国人民大学王珊:中国计算机学会副理事长，中国计算机学会数据库专委会主任出版数据库方面的著作20多部。,施伯乐：

35、复旦大学计算机研究所所长，中国计算机学会常务理事，数据库专业委员会副主任，,人工智能 ：清华大学（智能技术与系统国家重点实验室 ） 、中科院自动化（模式识别国家重点实验室 ）、南京大学，中南大学（蔡自兴） 软件工程 ：北大软件工程研究所（杨芙清院士）、北航的软件开发环境国家重点实验室 、武汉大学软件工程国家重点实验室 图形图像及计算机视觉：图形图像浙大的金字招牌（CAD/CG国家重点实验室）、清华大学（章毓晋:图像工程 ） 西安交通大学（郑南宁 ：模式识别、计算机视觉。中国工程院院士、西安交通大学校长、陕西省科学技术协会主席、美国电子与电气工程师协会会士 ）、华中科技大学,信息安全 中科院信息

36、安全国家重点实验室 西电（肖国镇、王育民） 北邮（杨义先教授创建了北京邮电大学信息安全中心，在编码密码学、信息与网络安全、信号与信息处理等领域有深厚的造诣。方滨兴，工程院院士，北京邮电大学校长，国家973计划信息安全理论及若干关键技术首席科学家，中国互联网协会副理事长兼网络与信息安全工作委员会主任，中国计算机学会副理事长兼计算机安全专业委员会主任 ）、 哈工大有计算机信息内容安全国家重点实验室 中科院高能物理研究所的计算中心（许榕生号称“中国反黑客第一人”）。 武汉大学、上海交大、北大等 。,山东大学密码学专家王小云教授： 十年内破译 五部顶级密码，其中MD5和SHA-1密码算法是目前国际电子

37、签名及许多其他密码应用领域的关键技术，广泛应用于金融、证券等电子商务领域。SHA-1更是被认为是现代网络安全不可动摇的基石。 崩溃！密码学的危机，美国新科学家杂志用这样富有惊耸的标题概括王小云里程碑式的成就。,当前计算机与信息技术研究与技术热点,物联网* 透明计算 云计算 大数据 ,云计算,什么是云计算？云计算是一种基于因特网的超级计算模式，在远程的数据中心，几万甚至几千万台电脑和服务器连接成一片。因此，云计算甚至可以让你体验每秒超过10万亿次的运算能力，如此强大的运算能力几乎无所不能。用户通过电脑、笔记本、手机等方式接入数据中心，按各自的需求进行存储和运算。 云计算的基本原理是: 通过使计算

38、分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业根据需求访问计算机和存储系统。在未来，只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。 云计算的应用包含这样的一种思想，把力量联合起来，给其中的每一个成员使用。,云计算有哪些好处？,- 65 -,1、安全，云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。 2、方便，它对用户端的设备要求最低，使用起来很方便。 3、数据共享，它可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。 4、无限可能，它为我们使用网络提供了几乎无限多的可能。,几款主流的云计算应用,1、微软

39、云计算 目前来看微软的云计算发展最为迅速。微软推出的首批软件即服务产品包括DynamicsCRMOnline、ExchangeOnline、OfficeCommunicationsOnline以及SharePointOnline。每种产品都具有多客户共享版本，其主要服务对象是中小型企业。单客户版本的授权费用在5,000美元以上。针对普通用户，微软的在线服务还包括WindowsLive、OfficeLive和XboxLive等。 2、IBM云计算 IBM是最早进入中国的云计算服务提供商。中文服务方面做得比较理想，对于中国的用户应是一个不错的选择。07年，IBM公司发布了蓝云(BlueCloud)

40、计划，这套产品将“通过分布式的全球化资源让企业的数据中心能像互联网一样运行”。以后IBM的云计算将可能包括它所有的业务和产品线。,3、亚马逊云计算 亚马逊作为首批进军云计算新兴市场的厂商之一，为尝试进入该领域的企业开创了良好的开端。亚马逊的云名为亚马逊网络服务（AmazonWebServices，下称AWS），目前主要由4块核心服务组成：简单存储服务（SimpleStorageService，S3）；弹性计算云（ElasticComputeCloud，EC2）；简单排列服务（SimpleQueuingService）以及SimpleDB。换句话说，亚马逊现在提供的是可以通过网络访问的存储、计算

41、机处理、信息排队和数据库管理系统接入式服务。,4、谷歌云计算 围绕因特网搜索创建了一种超动力商业模式。如今，他们又以应用托管、企业搜索以及其他更多形式向企业开放了他们的“云”。谷歌推出了谷歌应用软件引擎（GoogleAppEngine，下称GAE），这种服务让开发人员可以编译基于Python的应用程序，并可免费使用谷歌的基础设施来进行托管（最高存储空间达500MB）。对于超过此上限的存储空间，谷歌按“每CPU内核每小时”10至12美分及1GB空间15至18美分的标准进行收费。谷歌还公布了提供可由企业自定义的托管企业搜索服务计划。,5、红帽云计算服务红帽是云计算领域的后起之秀。红帽提供的是类似于

42、亚马逊弹性云技术的纯软件云计算平台。它的云计算基础架构平台选用的是自己的操作系统和虚拟化技术，可以搭建在各种硬件工业标准服务器(HP、IBM、DELL等等)和各种存储(EMC、DELL、IBM、NetAPP等)与网络环境之中。表现为与硬件平台完全无关的特性，给客户带来灵活和可变的综合硬件价格优势。红帽的云计算平台可以实现各种功能服务器实例。 6.其它（国内） 新浪 SEA、腾讯云、百度 BAE、盛大云以及阿里云,透明计算,1998年，中南大学校长 张尧学院士提出以“用户为中心”的网络化计算模式“透明计算”。此模式一提出，便受到英特尔、卡内基梅隆大学、清华大学等全球知名企业和高校纷纷跟进研究。

43、透明计算是一种用户无需感知计算机操作系统、中间件、应用程序和通信网络的具体所在，只需根据自己的需求，通过网络从所使用的各种终端设备(包括固定、移动、以及家庭中的各类终端设备)中选择并使用相应服务(例如计算、电话、电视、上网和娱乐等)的计算模式。 应用场景例： 打开一台电脑，建立一个新文档，把输入的信息保存到远端的“透明计算服务器”后关机。然后，打开另外一台电脑，输入之前注册的个人账号登录到“透明计算服务器”，轻而易举找到了之前的信息文档，在此基础上还可以继续进行其他操作。,什么是透明计算？ （1）存储和运算分离，把冯诺依曼结构由单机扩展到网络,（1）存储和运算分离，把冯诺依曼结构由单机扩展到网

44、络,网络,单机扩展到网络,存储和运算分离,I/O,CPU,总线,外存,内存,Client,什么是透明计算？ （1）存储和运算分离，把冯诺依曼结构由单机扩展到网络 （2）开放主板和操作系统的接口，使各种不同的操作系统都能被调度到不同的主板上运行,标准接口：EFI（新一代BIOS）,X86,MIPS,数字 电视板,（2）开放主板和操作系统的接口，使各种不同的操作系统都能被调度到不同的主板上运行,透明计算特点,存储和运算分离 数据存储在服务器或Web上 运算在前端或者指定地点 软件和硬件分离 同一个硬件平台，支持不同软件 同一个软件平台，支持不同硬件 执行以流的模式进行,相同之处： 1、存储和计算分

45、离 2、中央管理 3、面向服务 不同之处： 1、云计算: 服务器终端 透明计算: 终端(可管理的虚拟客户端)服务器 2、云计算: 广域网存储及搜索 透明计算:可管理/虚拟/轻载前端,透明计算与云计算的比较,77,从各种各样类型的巨大数据中，快速获得有价值的信息的能力，就是大数据技术,什么是大数据,Variety多样性: 管理复杂的多角度关系和非关系类型的数据 （你是否忽略利用的非结构化数据进行决策吗） Velocity速度: 流数据或者大量数据的移动 （你是否希望通过实时操作提供更好的结果） Volume数量: 数据量从TB级到ZB级 （你是否收集了所有数据，并在使用它吗） Veracity准

46、确：数据真实可信,IBM 提供了全面、整合化的大数据和分析方法,智慧分析,大数据平台,加速器,信息整合与治理,内容管理,数据仓库,流计算,Hadoop 系统,信息整合与治理,大数据平台,系统、存储和云,业务分析,内容分析,决策管理,风险分析,绩效管理,商业智能与预测分析,78,大数据技术应用场景举例,1. 大数据探索:需求,需求 对新数据源进行探索，以便在无假设的前提下发现现有企业数据和内容以外的潜在价值 提供假设，挖掘与企业的某项当务之急相关的内容 在上下文中关联并不相似的信息源，并且评估非结构化内容的业务价值 利用可视化、算法和处理，发现关注的模式 在探索时避免泄漏敏感信息,行业示例 客户

47、服务知识门户 保险灾难建模 汽车功能与定价优化 化学品和石油基于条件的维护 生命科学药品有效性 ,?2013 IBM Corporation,80,2. 增强的 360 度全方位客户视图：需求,需求 尝试整合内部信息和外部信息，从而建立互联互通的客户视图 关联和挖掘企业数据、主数据、呼叫记录、企业内容和新信息源，从而获得可采取行动的洞察 分析社交媒体和外部数据源，以发现客户对于您的产品和企业的观点 通过优化每一次客户交互来增添价值,行业示例 智能仪表分析 电信数据位置货币化 零售营销优化 旅行和运输客户分析和忠诚度营销 金融服务的后续最佳举措和客户保留 汽车质保索赔 ,?2013 IBM Co

48、rporation,81,3. 运营分析：需求,需求 在保证亚秒级延迟的前提下分析海量机器数据，以便在发生关注的事件时及时识别 应用预测模型和规则，在发生潜在的反常现象或出现机遇时及时识别 整合运营和企业数据，从而实时了解服务水平 监控系统，以主动提高运营效率，避免服务降级或中断,行业示例 汽车高级条件监控 化学品和石油基于条件的维护 能源和公用事业基于条件的维护 电信市场活动管理 旅行和运输实时预测维护 ,?2013 IBM Corporation,82,4. 数据仓库增强: 需求,需求 将流式传输和非结构化的数据源添加到现有的数据仓库投资 优化数据仓库存储，并提供可查询的归档 合理化数据仓

49、库，实现更好的简单性及更低的成本 提供更好的查询性能，支持复杂的分析应用程序 为业务经营提供洞察，实现实时决策 利用预测分析和商业智能实现性能和扩展,示例 预处理中心 可查询的归档 探索性分析 运营报告 实时评分 细分和建模,2013 IBM Corporation,83,5. 安全和智能扩展： 需求,需求,行业示例 政府威胁和罪案的预测及防范 保险索赔欺诈 ,2013 IBM Corporation,84,2013 IBM Corporation,增强的智能和监视洞察,实时网络攻击的预测和缓解,分析网络流量: 更快发现新的威胁 检测已知的复杂威胁 实时采取行动,分析电信和社交数据: 收集犯罪

50、证据 预防犯罪活动 主动地逮捕罪犯,罪案预测和保护,分析动态数据和静止数据： 找出关联 发现模式和事实 保持信息的现行有效性,计算机学科与计算机人才类型,计算机科学学科的基本工作流程,对现实世界中被研究的对象进行抽象，建立必要的基本概念，运用数学工具和方法对其进行基础和应用基础研究，研究（对象）概念的基本性质、概念与概念之间的关系，由此揭示对象发展变化的内在规律，为实验设计和工程设计实现提供方法和技术，并开展实验和工程设计与实现工作。 其中，抽象（主要指抽象化过程）是理论、抽象和设计三个基本学科形态中最重要的一个形态，它是连接学科科学研究与工程应用开发研究的重要环节。,计算领域中的科学思维方法

51、：从感性认识（抽象）到理性认识（理论），再由理性认识（理论）回到实践（设计）中来的。,计算机人才类型,学术型人才：主要从事理论研究。即涉及抽象和理论两种形态，他们具有较多理科特征，适宜从事研究成分较多的工作。 工程型人才：从事的工作主要涉及理论和设计两种形态，他们具有较多的工科特征，适宜承担工程设计与实现的任务。 综合型人才：从事的工作全面地涉及抽象、理论和设计三种形态，他们同时具有理科和工科特征。这种人才的能力平均、较全面，适应承担综合性的研究开发工作。,计算机科学 主要从事： 1.寻找求解计算问题的有效方法 例如，在数据库中存放信息、在网络上传送数据、显示复杂图像等的最佳可能途径。 .构建

52、使用计算机的新方法，使计算机承担更多、更复杂的工作。 例如：网络、数据库和人机交互技术结合的发展，形成了技术。 .设计与实现软件。 与其他专业方向的学生精于特殊的工作相比,计算机科学专业方向的学生更擅长于新的技术和新的概念，强在计算的理论和算法。,计算机工程 计算机工程致力于设计和构建计算机系统和基于计算机的系统，包括研究硬件、软件、通信以及它们之间的交互。 计算机工程专业方向的学生要学习包括计算机、通信系统、含有计算机设备的数字硬件系统的设计，并且要学习这些设备中软件的开发。嵌入式系统是其目前关注的重点。计算机工程专业的学生强在应用和理论兼有，计算机工程师。,软件工程 软件工程致力于开发高效

53、的软件系统。软件工程的主要目标是：开发系统模型，按时并在有限预算下生产高质量软件的可靠技术。 软件工程专业的学生强在理论指导下的大型复杂软件系统的生产、开发与维护。,信息技术 信息技术致力于计算机应用系统的实际搭建，旨在满足各种组织和社会从选择、创建、应用、集成到计算管理等方面的需求。 注： 很多计算机专业毕业生从事这一类工作，如银行，保险，电信等具体企业。,计算机原理,计算机体系结构,计算机组织与实现,计算机软件,人工智能,计算机安全,计算机组成,计算机网络,分布式系统,系统软件,应用软件,软件工程,模式识别,专家系统,机器人学,指令系统,存储系统,外围设备,密码学,网络安全,病毒防治,各种

54、计算机人才都需学习基本的计算机原理与应用技术,计算机应用,科学计算,数据管理,数字媒体计算,计算机控制,领域应用,决策支持系统,管理信息系统,信息检索,图像处理,图形学,数字视频,嵌入式系统,过程控制,机器视觉,数字计算,模拟仿真,计算可视化,地理信息系统,计算机音乐,生物计算,计算机科学与技术专业能力,计算思维能力 算法设计和分析能力 程序设计能力 计算机系统的认知、分析、设计和应用能力 对计算机科学的误解这门学科的主要工作就是编程和游览网络（WRONG!),培养目标,（1）计算思维能力 计算思维是运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统以及理解人的行为。简单说来，就是每当遇到技术问题时

55、，第一反应是：“我要写出什么代码，才能解决这个问题”。（绝大多数对计算机科学与技术的发展做出过巨大贡献的图灵奖获得者都说：“我是个程序员”） 计算思维即构建于计算机理论和技术之上的思维活动，其要点是基于严谨的数学基础和逻辑思维，对问题进行分析和抽象建模，通过算法的设计与实现，以解决实际问题。,培养目标,（2）专业实践能力 程序设计与实现能力 软件系统设计与实现能力 硬件系统设计与实现能力 网络与安全设计能力 应用系统设计能力 为了达到这个目标，我们不能闭门造车，而要学习世界上50多年来那些最聪明的人的研究成果，即先学习别人的技能，才可能创造自己的东西。,（3）创新能力和综合素质 专业综合素质包

56、括计算思维能力、专业实践能力和创新能力，人文综合素质包括公民意识、社会责任感、计算机职业道德以及基本文化素质、表达和沟通能力和团队协作能力和项目组织与协调能力 。,培养目标,主要包括： 电子技术、离散数学、程序设计、数据结构、操作系统、计算机组成原理、计算机系统结构、编译原理、计算机网络、数据库系统、软件工程、人工智能、计算机图形学、数字图像处理、计算机通讯原理、多媒体信息处理技术、数字信号处理、计算机控制、算法设计与分析、信息安全、应用密码学基础、移动计算、人机交互、面向对象程序设计等。,计算机科学与技术专业的基础理论,主干课程：电路与电子技术、数字电路与逻辑设计、离 散数学、数据结构、算法

57、分析与设计、计算机组成原理与汇编、操作系统、数据库原理、计算机网络原理、编译原理。 特色课程：软件工程、嵌入式系统与单片机、可视化技术、嵌入式微处理器结构与应用、计算机视觉、人工智能、软件体系结构、软件测试、计算机体系结构、移动应用开发，计算机游戏程序设计。,计算机科学与技术专业的课程设置（12版）,课程设置与教学计划,计算机科学与技术：卓越工程师计划（3+1）,本着“面向工业界、面向世界、面向未来”的工程教育理念，本计划以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力培养具有良好的思想品质与职业道德、掌握坚实的基础理论、系统的专门知识，必要的生产实践及试验方面的知识和技能，熟练掌握

58、一门外语，了解本学科前沿发展动态和方向，并具备较强的工程意识、工程素质、工程实践能力、自我获取知识的能力、创新素质、创业精神、社会交往能力、组织管理能力和国际视野的新世纪卓越工程技术人才和工程技术管理人才。 本专业毕业的学生，主要就业于大中型企业、行业中与计算机相关的技术与管理岗位，从事计算机软硬件设计、开发与实施，嵌入式系统开发，项目管理，信息系统集成，系统测试，网络开发、设计与维护，IT咨询顾问、营销与管理等工作。,计算机专业课程结构关系,离散数学 数据结构 计算机组成原理与汇编 操作系统 编译原理 数据库原理 计算机网络 软件工程 校外实习/实训 .,计算机科学与技术专业主干课程及概要介

59、绍（半个多世纪以来，天才们的研究成果）,随着信息时代的到来，工业革命时代以微积分为代表的连续数学占主流的地位已经发生了变化，离散数学的重要性逐渐被人们认识。 由于数字电子计算机是一个离散结构，它只能处理离散的或离散化了的数量关系， 因此，无论计算机科学本身，还是与计算机科学及其应用密切相关的现代科学研究领域，都面临着如何对离散结构建立相应的数学模型；又如何将已用连续数量关系建立起来的数学模型离散化，从而可由计算机加以处理。,离散数学简介,离散数学的各个分支的基本概念、基本理论和基本方法都大量地应用在数字电路、编译原理、数据结构、操作系统、数据库系统、算法的分析与设计、人工智能、计算机网络等专业课程中；例如，在形式证明、验证、密码学的研究与学习中要有理解形式证明的能力，对处理对象的描述要用到抽象表示；图论中的概念被用于计