計算機科學與技術

計算機科學與技術第一頁，共四十九頁，2022年，8月28日計算機科學與技術一二三四五提綱一、概述二、計算機的硬件系統(tǒng)三、計算機的軟件系統(tǒng)第二頁，共四十九頁，2022年，8月28日一、概述什么是信息技術？簡單說，信息技術是關于語言、文字和圖像的技術1）信息感知、獲取2）信息存貯、傳輸3）信息的處理4）信息的利用第三頁，共四十九頁，2022年，8月28日一、概述（二）發(fā)展歷史（三）研究領域（一）計算機？組成結構功能分類特點初步認識第四頁，共四十九頁，2022年，8月28日功能1、計算2、模擬、思維、自適應反饋處理等對各種數(shù)字化信息進行高速運算和處理數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理、自動控制、輔助工程、輔助教學、人工智能、計算機通信、娛樂活動用途通用機專用機組成結構分類特點巨型機：國防、科學計算大/中：科學計算、數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡服務器小型：工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集微型：商業(yè)、服務業(yè)、辦公自動化、信息處理單片機：控制結構復雜性、性能、價格、依次遞減軟件硬件軟件：程序和有關文檔的總稱巨型機微機處理速度快計算精度高記憶能力強可靠的邏輯判斷能力可靠性高，通用性強……（一）計算機第五頁，共四十九頁，2022年，8月28日一、概述發(fā)展歷史研究領域計算機？組成結構功能分類特點初步認識本機初步認識（一）計算機第六頁，共四十九頁，2022年，8月28日二、發(fā)展歷史１．計算機的發(fā)展歷史世界上第一臺電子計算機————誕生于1946年2月14日ENIAC

1943年，戰(zhàn)火紛飛的二次大戰(zhàn)計算火炮和高射炮射擊時的彈道23歲?？颂佚嬋淮笪?．計算機科學的發(fā)展歷史第七頁，共四十九頁，2022年，8月28日（二）發(fā)展歷史世界上第一臺電子計算機————誕生于1946年2月14日ENIAC

數(shù)學家：馮·諾依曼引入存儲器——

馮·諾依曼機科學家：阿蘭·圖靈現(xiàn)代計算機

基本結構理論模型——人工智能第八頁，共四十九頁，2022年，8月28日（二）發(fā)展歷史世界上第一臺電子計算機————誕生于1946年2月14日ENIAC

第一代計算機（1951—1958）：第二代計算機（1959—1964）：第三代計算機（1965—1970）：第四代計算機（1971—現(xiàn)在）：機器或匯編語言操作系統(tǒng)和高級語言網(wǎng)絡軟件工程目前，正在研究超導計算機、光學計算機、生物、量子計算機等2．計算機科學的發(fā)展歷史“計算機科學”這個術語

——1963年Forsythe教授引入創(chuàng)始人——阿蘭·圖靈

是計算機、計算機技術的升華植根于電子工程、數(shù)學、語言學，是科學、工程和藝術的結晶世界上第一個計算機科學系是由普渡大學在1962年設立世界上第一個計算機學院于1980年由美國的東北大學設立

最高榮譽是圖靈獎，被譽計算機科學的諾貝爾獎。第九頁，共四十九頁，2022年，8月28日（三）研究領域計算機系統(tǒng)結構計算機軟件與理論計算機應用技術第十頁，共四十九頁，2022年，8月28日什么是計算機學科？Wikipedia(維基百科)[1]Computerscience(orcomputingscience)isthestudyofthetheoreticalfoundationsofinformationandcomputation,andofpracticaltechniquesfortheirimplementationandapplicationincomputersystems.計算機科學（或計算科學）是研究信息和計算的理論基礎，以及它們在計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)和應用的實踐技術[1]

第十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日主要是采用計算機科學的方法與手段來研究信息科學與技術，具體一點，就是用計算機系統(tǒng)研究信息感知、獲取、存貯、傳輸、處理和利用第十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日我國計算機專業(yè)人才的培養(yǎng)體系四個專業(yè)方向第十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日計算機科學技術是研究計算機的設計與制造利用計算機進行信息獲取、表示、儲存、處理、控制等的理論、原則、方法和技術的學科。它是一門科學性與工程性并重的學科，表現(xiàn)為理論性和實踐性緊密結合的特征。小結第十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日二、計算機中數(shù)據(jù)的表示運算“0”“1”數(shù)據(jù)編碼邏輯運算算術運算數(shù)制功能字符數(shù)值有值無值第二章算術運算第十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日數(shù)值碼制定點浮點表示小數(shù)點表示＋－號“0”“1”運算真值八進制十進制…編碼數(shù)制轉換(71)10BCD碼十～二進制轉換(01000111)2(01110001)BCD機器碼小數(shù)點、正負號算術運算的表示第十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日補碼反碼原碼三種類型碼制：表示帶有正、負號數(shù)的方法機器碼：[x]原＝01101機器碼：[x]反＝01101機器碼：[x]補＝01101y＝－1101真值：x

＝＋1101

[y]原＝11101[y]反＝10010[y]補＝10011第十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日表示帶有小數(shù)點的方法2.浮點表示法：小數(shù)點的位置不固定，是浮動的。1.定點表示法：小數(shù)點的位置是固定不變的。例：N＝11.0101＝0.110101×210＝0.00110101×2100

Jf10Sf110101Jf100Sf00110101規(guī)格化第十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日二、計算機的硬件系統(tǒng)（二）性能指標（三）工作原理（一）體系結構基本結構馮·諾依曼微機結構進一步認識通過第十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日1二進制√

十進制3程序控制1、馮·諾依曼體系結構馮·諾依曼理論現(xiàn)代計算機馮·諾依曼——“計算機之父”

2預先編制程序存放存儲器中第二十頁，共四十九頁，2022年，8月28日1二進制√十進制3程序控制2預先編制程序存放存儲器中2、計算機的硬件組成框圖1、馮·諾依曼體系結構第二十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日3、微型計算機的硬件結構主板第二十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日3、微型計算機的硬件結構內存儲器運算器輸入設備控制器輸出設備ROMRAM系統(tǒng)總線CPU適配器CPU的基本功能：程序控制操作控制時間控制數(shù)據(jù)處理第二十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日主頻字長內存容量存取周期運算速度（二）性能指標運算器能同時處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。決定計算機的精度內存中能存儲信息的總字節(jié)數(shù)。8個二進制位稱為一個字節(jié)。存儲器連續(xù)兩次獨立的“讀”或“寫”操作所需的最短時間。單位是納秒。綜合性指標。單位為MIPS（百萬條指令/秒）CPU在單位時間內輸出的脈沖數(shù)。很大程度上決定了計算機的運行速度。單位是MHz。第二十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日（三）工作原理數(shù)據(jù)信息控制信息存儲器控制器ROMRAM運算器輸入設備輸出設備就是存儲程序和程序控制的原理第二十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日三、計算機的軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)算法程序設計操作系統(tǒng)較深入認識!@#%*&^%tR:”*&%!@”:&%$#&:!@#%*&^%tR:”&%!@”:&程序基本知識第二十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日（一）計算機軟件的基本知識

為各種應用領域解決某些具體問題而編制的軟件。如文字處理軟件Word、財務管理軟件、輔助教學軟件等。程序方法規(guī)則文檔數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)、各種程序語言的翻譯系統(tǒng)、診斷程序和故障處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡軟件等。系統(tǒng)軟件應用軟件第二十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日如何用計算機？使用計算機來解決一個具體問題：

1）從具體問題抽象出一個適當?shù)?/p>

數(shù)學模型

2）設計一個解該數(shù)學模型的算法

3)編寫程序進行測試、調試，得到最終的解答第二十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日幾個實際例子。。。。人事信息檢索問題計算機與人對弈問題多叉路口交通燈的管理問題第二十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日1數(shù)學模型

離散數(shù)學高等數(shù)學線性代數(shù)數(shù)理邏輯數(shù)學模型概率統(tǒng)計第三十頁，共四十九頁，2022年，8月28日2算法數(shù)據(jù)算法指完成一個任務所需要的具體步驟和方法。算法+數(shù)據(jù)結構=程序有零或多個輸入有一或多個輸出描述必須無歧義以保結果的確定有限的步驟操作的有效性自然語言偽代碼等圖形工具傳統(tǒng)流程圖N-S流程圖討論比較邏輯判斷重復程序就是用計算機語言描述的算法。遞歸枚舉法查找算法時間復雜度空間復雜度是否易理解和易維護算法的特性算法的描述常用算法算法評價第三十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日開始輸出m真結束假輸入m,n輸入m,n輸出m直到為真為止N-S流程圖傳統(tǒng)流程圖第三十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構是指數(shù)據(jù)之間的相互關系，即數(shù)據(jù)的組織形式。

研究即數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關系即數(shù)據(jù)元素及其關系在計算機存儲器內的表示即對數(shù)據(jù)施加的操作數(shù)據(jù)邏輯結構存儲結構數(shù)據(jù)運算第三十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日幾種典型的數(shù)據(jù)結構(c)棧的示意圖（d）隊列的示意圖（e）圖的示意圖（f）樹的示意圖第三十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)結構與算法的關系算法實現(xiàn)算法設計數(shù)據(jù)的邏輯結構數(shù)據(jù)的物理存儲結構第三十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日程序設計風格程序設計步驟結構化程序設計

程序設計語言3程序設計

機器語言、匯編語言、高級語言程序設計語言即計算機語言，用來產(chǎn)生由計算機處理和執(zhí)行的指令。機器語言：用“0”、“1”代碼組成，計算機能直接識別的低級語言。

匯編語言：用能幫助記憶的英文縮寫符號表示，計算機不能直接識別。高級語言：類似于人類語言，其源程序也不能直接被識別。第三十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日程序設計風格程序設計步驟

結構化程序設計

程序設計語言3程序設計

機器語言、匯編語言、高級語言結構化程序設計即模塊化設計，將待開發(fā)的軟件系統(tǒng)分為若干相互獨立的模塊，這樣使完成每一個模塊的工作變的單純而明確，為設計一些較大的軟件打下了良好的基礎。順序結構、選擇結構、循環(huán)結構

第三十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日程序設計風格程序設計步驟結構化程序設計

程序設計語言3程序設計

機器語言、匯編語言、高級語言順序結構、選擇結構、循環(huán)結構

一般有12個步驟程序設計就是用計算機語言編寫程序的過程。一般有以下幾個步驟：(1)問題定義(2)劃分模塊(3)確定數(shù)據(jù)結構(4)確定算法(5)畫出框圖或流程圖(6)完成設計計劃文檔(7)編寫代碼(8)語法檢查(9)運行調試(10)反復修改調試(11)系統(tǒng)測試(12)完成其它文檔第三十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日程序設計風格程序設計步驟結構化程序設計

程序設計語言3程序設計

機器語言、匯編語言、高級語言順序結構、選擇結構、循環(huán)結構

一般有12個步驟程序設計風格是指一個人編制程序時所表現(xiàn)出來的特點，習慣，邏輯思路等。源程序文檔化：標識符應按意取名；程序應加注釋。數(shù)據(jù)說明：順序應規(guī)范，使數(shù)據(jù)的屬性更易于查找。語句構造的原則是：簡單直接。輸入和輸出效率

第三十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日（二）操作系統(tǒng)

裸機操作系統(tǒng)BIOS應用程序用戶硬件的組合不能獨立工作basicinput/outputsystem是一個基本軟件系統(tǒng)

提供最基本的計算機操作功能，如接收鍵盤字符的輸入等＋操作系統(tǒng)是基于BIOS之上，用于運行應用軟件的一套軟件。負責管理計算機的各種資源，提供操作計算機所需的工作界面。第四十頁，共四十九頁，2022年，8月28日分類特點功能網(wǎng)絡操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)型態(tài)多樣化：簡單操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)智能操作系統(tǒng)Windows類NetWare類Unix

Linux

資源管理程序控制人機交互等操作系統(tǒng)均具有：并發(fā)性、共享性、虛擬性、不確定性四個基本特征。第四十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展特點應用管理系統(tǒng)語言較全面認識數(shù)據(jù)庫基本概念第四十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日一）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指具有管理數(shù)據(jù)庫功能的計算機系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)理數(shù)據(jù)管01100010文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)組織成文件，脫離程序而獨立存在。無法支持大規(guī)模的數(shù)據(jù)管理任務安全、有效第四十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本組成結構系統(tǒng)核心是對數(shù)據(jù)進行管理的大型系統(tǒng)軟件，用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一些操作都是由它來實現(xiàn)第四十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日二）數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展及特點3.多元化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2.關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.層次與網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)扁平狀二維狀姓氏,名字,年齡,薪水|史密斯,約翰,35,280美元|多伊,簡,28,325美元|布朗,斯科特,41,265美元|霍華德,謝姆普,48,359美元|泰勒,湯姆,22,250美元第一代樹狀模型網(wǎng)狀模型優(yōu)點結構簡單，容易實現(xiàn)，對于某些特定的應用系統(tǒng)效率很高。更靈活性，更直接地描述現(xiàn)實世界，性能和效率較好。缺點進行增加或修改記錄類型等操作時，效率不高。遇非層次性結構，層次模型表達起來比較繁瑣和不直觀。結構復雜，用戶不易掌握，擴充和維護都比較煩瑣。姓氏名字城市年齡薪水/美元史密斯約翰33