計算機科學(xué)與技術(shù)

計算機科學(xué)與技術(shù)第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二計算機科學(xué)與技術(shù)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，編輯于2023年，星期二一、概述什么是信息技術(shù)？簡單說，信息技術(shù)是關(guān)于語言、文字和圖像的技術(shù)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，編輯于2023年，星期二一、概述（二）發(fā)展歷史（三）研究領(lǐng)域（一）計算機？組成結(jié)構(gòu)功能分類特點初步認識第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二功能1、計算2、模擬、思維、自適應(yīng)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(xué)、人工智能、計算機通信、娛樂活動用途通用機專用機組成結(jié)構(gòu)分類特點巨型機：國防、科學(xué)計算大/中：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器小型：工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集微型：商業(yè)、服務(wù)業(yè)、辦公自動化、信息處理單片機：控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、性能、價格、依次遞減軟件硬件軟件：程序和有關(guān)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，編輯于2023年，星期二一、概述發(fā)展歷史研究領(lǐng)域計算機？組成結(jié)構(gòu)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，編輯于2023年，星期二二、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(xué)的發(fā)展歷史第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二（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(xué)家：馮·諾依曼引入存儲器——

馮·諾依曼機科學(xué)家：阿蘭·圖靈現(xiàn)代計算機

基本結(jié)構(gòu)理論模型——人工智能第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二（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(luò)軟件工程目前，正在研究超導(dǎo)計算機、光學(xué)計算機、生物、量子計算機等2．計算機科學(xué)的發(fā)展歷史“計算機科學(xué)”這個術(shù)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(shù)的升華植根于電子工程、數(shù)學(xué)、語言學(xué)，是科學(xué)、工程和藝術(shù)的結(jié)晶世界上第一個計算機科學(xué)系是由普渡大學(xué)在1962年設(shè)立世界上第一個計算機學(xué)院于1980年由美國的東北大學(xué)設(shè)立

最高榮譽是圖靈獎，被譽計算機科學(xué)的諾貝爾獎。第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二（三）研究領(lǐng)域計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機軟件與理論計算機應(yīng)用技術(shù)第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二什么是計算機學(xué)科？Wikipedia(維基百科)[1]Computerscience(orcomputingscience)isthestudyofthetheoreticalfoundationsofinformationandcomputation,andofpracticaltechniquesfortheirimplementationandapplicationincomputersystems.計算機科學(xué)（或計算科學(xué)）是研究信息和計算的理論基礎(chǔ)，以及它們在計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)和應(yīng)用的實踐技術(shù)[1]

/wiki/Computer_science第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二主要是采用計算機科學(xué)的方法與手段來研究信息科學(xué)與技術(shù)，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，編輯于2023年，星期二我國計算機專業(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，編輯于2023年，星期二計算機科學(xué)技術(shù)是研究計算機的設(shè)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(shù)的學(xué)科。它是一門科學(xué)性與工程性并重的學(xué)科，表現(xiàn)為理論性和實踐性緊密結(jié)合的特征。小結(jié)第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二二、計算機中數(shù)據(jù)的表示運算1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001“0”“1”數(shù)據(jù)編碼邏輯運算算術(shù)運算數(shù)制功能字符數(shù)值有值無值第二章算術(shù)運算第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二數(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(zhuǎn)換(71)10BCD碼十～二進制轉(zhuǎn)換(01000111)2(01110001)BCD機器碼小數(shù)點、正負號算術(shù)運算的表示第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二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，編輯于2023年，星期二表示帶有小數(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，編輯于2023年，星期二二、計算機的硬件系統(tǒng)（二）性能指標(biāo)（三）工作原理（一）體系結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)馮·諾依曼微機結(jié)構(gòu)進一步認識通過第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二1二進制√

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

2預(yù)先編制程序存放存儲器中第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二1二進制√十進制3程序控制2預(yù)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(jié)構(gòu)第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二3、微型計算機的硬件結(jié)構(gòu)主板第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二3、微型計算機的硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)存儲器運算器輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)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，編輯于2023年，星期二主頻字長內(nèi)存容量存取周期運算速度（二）性能指標(biāo)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(nèi)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(biāo)。單位為MIPS（百萬條指令/秒）CPU在單位時間內(nèi)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，編輯于2023年，星期二（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(shè)備輸出設(shè)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，編輯于2023年，星期二三、計算機的軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)算法程序設(shè)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，編輯于2023年，星期二（一）計算機軟件的基本知識

為各種應(yīng)用領(lǐng)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(wù)管理軟件、輔助教學(xué)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(luò)軟件等。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二如何用計算機？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(dāng)?shù)?/p>

數(shù)學(xué)模型

2）設(shè)計一個解該數(shù)學(xué)模型的算法

3)編寫程序進行測試、調(diào)試，得到最終的解答第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二幾個實際例子。。。。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，編輯于2023年，星期二1數(shù)學(xué)模型

離散數(shù)學(xué)高等數(shù)學(xué)線性代數(shù)數(shù)理邏輯數(shù)學(xué)模型概率統(tǒng)計第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2算法數(shù)據(jù)算法指完成一個任務(wù)所需要的具體步驟和方法。算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=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(jié)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(fù)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(fù)雜度空間復(fù)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，編輯于2023年，星期二開始輸出m真結(jié)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，編輯于2023年，星期二數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)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(guān)系即數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系在計算機存儲器內(nèi)的表示即對數(shù)據(jù)施加的操作數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)存儲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)運算第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二幾種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(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，編輯于2023年，星期二數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的關(guān)系算法實現(xiàn)算法設(shè)計數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu)第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言3程序設(shè)計

機器語言、匯編語言、高級語言程序設(shè)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，編輯于2023年，星期二程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言3程序設(shè)計

機器語言、匯編語言、高級語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計即模塊化設(shè)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(shè)計一些較大的軟件打下了良好的基礎(chǔ)。順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言3程序設(shè)計

機器語言、匯編語言、高級語言順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

一般有12個步驟程序設(shè)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(jié)構(gòu)(4)確定算法(5)畫出框圖或流程圖(6)完成設(shè)計計劃文檔(7)編寫代碼(8)語法檢查(9)運行調(diào)試(10)反復(fù)修改調(diào)試(11)系統(tǒng)測試(12)完成其它文檔第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言3程序設(shè)計

機器語言、匯編語言、高級語言順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

一般有12個步驟程序設(shè)計風(fēng)格是指一個人編制程序時所表現(xiàn)出來的特點，習(xí)慣，邏輯思路等。源程序文檔化：標(biāo)識符應(yīng)按意取名；程序應(yīng)加注釋。數(shù)據(jù)說明：順序應(yīng)規(guī)范，使數(shù)據(jù)的屬性更易于查找。語句構(gòu)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，編輯于2023年，星期二（二）操作系統(tǒng)

裸機操作系統(tǒng)BIOS應(yīng)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(yīng)用軟件的一套軟件。負責(zé)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，編輯于2023年，星期二分類特點功能網(wǎng)絡(luò)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(luò)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，編輯于2023年，星期二（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展特點應(yīng)用管理系統(tǒng)語言較全面認識1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001數(shù)據(jù)庫基本概念第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二一）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(wù)安全、有效第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)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，編輯于2023年，星期二二）數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展及特點3.多元化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2.關(guān)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(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，對于某些特定的應(yīng)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(jié)構(gòu)，層次模型表達起來比較繁瑣和不直觀。結(jié)構(gòu)復(fù)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