計算機導論(黃國興).ppt

1、第1章 緒 論,內容提要 本章在介紹計算機的定義、分類、特點、用途和發(fā)展等基本概念的基礎上，介紹了計算機科學與技術學科的教育和對計算機科學與技術學科畢業(yè)生的基本要求。本章還分析了信息化社會的基本特征、Internet對信息化社會的影響以及信息化社會對計算機人才及其知識結構的基本要求，概要地介紹了計算機科學與技術學科的內涵、知識體系和研究范疇。通過本章的學習，應理解計算機的基本概念、信息化社會的特征以及信息化社會對計算機人才的需求，并初步了解計算機科學技術的研究范疇和作為一名計算機科學技術專業(yè)畢業(yè)的學生應具有的知識和能力，明確今后學習的目標和內容，樹立作為一個未來計算機科學技術工作者的自豪感和責

2、任感。,計算機的基本概念,什么是計算機 計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對數據進行輸入、處理、輸出和存儲的系統。 計算機能夠完成的基本操作及其主要功能： 輸入：接受由輸入設備（如鍵盤、鼠標器、掃描儀等）提供的數據。 處理：對數值、邏輯、字符等各種類型的數據進行操作，按指定的方式進行轉換。 輸出：將處理所產生的的結果等數據送到相關輸出設備。 存儲：存儲程序和數據。,計算機的分類,按處理對象分類 數字計算機 模擬計算機 數字模擬混合計算機 按用途分類 通用計算機 專用計算機,計算機的分類,按規(guī)模分類 巨型計算機 大/中型計算機 小型計算機 微型計算機 工作站 服務器 網絡計算機,計

3、算機的特點,運算速度快 運算精度高 具有記憶能力 具有邏輯判斷能力 存儲程序,計算機的用途,科學計算 數據處理 實時控制 人工智能 娛樂與游戲 計算機輔助工程和輔助教育,計算機的發(fā)展,第一代計算機（1946年1957年） 第二代計算機（1958年1964年） 第三代計算機（1965年1971年） 第四代計算機（1972年今） 第五代計算機,圖靈獎,世界上第一臺電子計算機ENIAC是1946年誕生于美國賓夕法尼亞大學,但學術界公認電子計算機的理論和模型是由英國數學家圖靈在此10年前發(fā)表的一篇論文“論可計算數及其在判定問題中的應用”中奠定了基礎的。因此，當美國計算機協會ACM在1966年紀念電子計

4、算機誕生20周年時，決定設立計算機界的第一個獎項，并很自然地將其命名為“圖靈獎”，以紀念這位計算機科學理論的奠基人。被稱為“計算機界的諾貝爾獎”的這個獎項設立至今，已經頒發(fā)了34屆，共計有40位計算機科學家獲此殊榮，以表彰他們在計算機科學技術領域所作出的杰出貢獻。,計算機科學與技術學科,計算機科學技術是研究計算機的設計與制造和利用計算機進行信息獲取、表示、存儲、處理、控制等的理論、原則、方法和技術的學科。它包括科學與技術兩方面。科學側重于研究現象、揭示規(guī)律；技術則側重于研制計算機和研究使用計算機進行信息處理的方法與技術手段?？茖W是技術的依據,技術是科學的體現；技術得益于科學,它又向科學提出新的

5、課題?？茖W與技術相輔相成、互為作用,二者高度融合是計算機科學技術學科的突出特點。計算機科學技術除了具有較強的科學性外,還具有較強的工程性，因此，它是一門科學性與工程性并重的學科。表現為理論性和實踐性緊密結合的特征。,計算機科學與技術學科的根本問題及研究范疇,計算機科學與技術學科包含計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息工程等領域，計算機科學技術的迅猛發(fā)展，除了源于微電子學等相關學科的發(fā)展外,主要源于其應用的廣泛性與強烈需求。計算機科學與技術學科的根本問題是：什么能被有效地自動化。問題的符號表示及其處理過程的機械化、嚴格化的固有特性，決定了數學是計算機科學與技術學科的重要基礎之一，數學及其形式化

6、描述、嚴密的表達和計算是計算機科學與技術學科所用的重要工具，建立物理符號系統并對其實施變換是計算機科學與技術學科進行問題描述和求解的重要手段。 計算機科學技術的研究范疇包括計算機理論、硬件、軟件、網絡及應用等，按照研究的內容，也可以劃分為基礎理論、專業(yè)基礎和應用三個層面。,計算機理論的研究,離散數學 算法分析理論 形式語言與自動機理論 程序設計語言理論 程序設計方法學,計算機硬件的研究,元器件與存儲介質 微電子技術 計算機組成原理 微型計算機技術 計算機體系結構,計算機軟件的研究,程序設計語言的設計 數據結構與算法 程序設計語言翻譯系統 操作系統 數據庫系統 算法設計與分析 軟件工程學 可視化

7、技術,計算機網絡的研究,網絡結構 數據通信與網絡協議 網絡服務 網絡安全,計算機應用的研究及人機工程,計算機應用的研究 軟件開發(fā)工具 完善既有的應用系統 開拓新的應用領域 人機工程 研究人與計算機的交互和協同技術,計算機科學與技術學科的教育,計算機科學與技術學科的發(fā)展速度是非?？斓?計算機軟、硬件系統的不斷更新，使得學科的教育已經完全不能通過跟蹤流行系統的變化來跟蹤學科的發(fā)展，更不能以流行的系統來確定我們的教學內容。對計算機科學和技術學科而言，“有限的在校時間與不斷增長的知識的矛盾”更為突出。另一方面，經過幾十年的發(fā)展，本學科目前正在逐步走向深入，這給計算機科學與技術學科的教育既提出了新的要求

8、，也提供了新的思路。,技術的變化,影響計算機科學與技術學科變化的因素來自技術的進步。Intel公司創(chuàng)始人戈登摩爾在1965年預測：微處理器芯片的密度將每十八個月翻一番，稱之為摩爾定律。網絡技術迅速發(fā)展給人們的工作和生活提供了新的方式。近期在技術方面變化比較大的主要有如下一些方面： 網絡技術，包括基于TCP/IP的技術、萬維網及其應用 圖形學和多媒體技術 嵌入式系統 數據庫技術 面向對象程序設計 復雜的應用程序接口的使用 人機交互 軟件安全 保密與密碼學,文化的變化及教育觀念的變化,計算機科學與技術的教育除了受到計算機技術發(fā)展的影響外，同時還受到文化與社會發(fā)展的影響。 新技術帶來的教學法的改變

9、全世界計算機數量和用戶直接可用的計算功能大幅增加,使得人們對計算機技術有了更多更新的認識。 計算機技術增長的經濟影響。 學科的拓寬 教育觀念的變化,計算機科學與技術學科畢業(yè)生的基本要求,知識、能力和素質 “知識”是基礎、是載體、是表現形式。知識還具有“載體”的屬性，能力和素質的培養(yǎng)與教育必須部分地通過具體知識的傳授來實施。在許多場合下，能力與素質，是通過知識表現出來的。 “能力”是技能化的知識，是知識的綜合體現。應強調運用知識發(fā)現問題、分析問題、解決問題的能力。要保證知識運用的綜合性、靈活性與探索性，就需要有豐富的知識為支撐。 “素質”是知識和能力的升華。高素質可使知識和能力更好地發(fā)揮作用，同

10、時還可促使知識和能力得到不斷的擴展和增強。 知識、能力、素質是進行高科技創(chuàng)新的基礎。只有將三者融會貫通于教育的全過程，才可能培養(yǎng)出高水平人才。愛因斯坦說過，想象力比知識更重要。,檢驗標準,為畢業(yè)生建立一個統一的標準是困難的，但給出一個基本標準是有意義的： 掌握計算機科學與技術的理論和本學科的主要知識體系。 在確定的環(huán)境中能夠理解并且能夠應用基本的概念、原理、準則，具備對工具及技巧進行選擇與應用的能力。 完成一個項目的設計與實現，該項目應該涉及到問題的標識、描述與定義、分析、設計和開發(fā)等，為完成的項目撰寫適當的文檔。該項目的工作應該能夠表明自己具備一定的解決問題和評價問題的能力，并能表現出對質量

11、問題的適當的理解和認識。 具備在適當的指導下進行單獨工作的能力，以及作為團隊成員和其他成員進行合作的能力。 能夠綜合應用所學的知識。 能夠保證所進行的開發(fā)活動是合法的和合乎道德的。,優(yōu)秀學生,學校應該為有才華的學生提供發(fā)揮全部潛能的機會，使這些有才華的學生能應用課程中學到的原理進行有創(chuàng)造性的工作，能在分析、設計、開發(fā)適應需求的復雜系統過程中做出有創(chuàng)意的貢獻；他們能夠對自己和他人的工作進行確切的評價與檢驗。這些優(yōu)秀的人未來將有可能領導這門學科的發(fā)展。這需要在對學生的教育過程中有意識地為他們的成長提供幫助和鍛煉的機會，更要鼓勵他們樹立起強烈的創(chuàng)新的意識和信心，鼓勵他們去探索。,信息化社會的挑戰(zhàn),信

12、息化社會的特征： 建立完善的信息基礎設施 采用先進的信息技術 建立廣泛的信息產業(yè) 擁有高素質的信息人才 構建良好的信息環(huán)境 信息化社會不僅是科學技術進步的產物，而且也是社會管理體制和政策激勵的結果。如果沒有現代化的市場體制和相關的政策、法規(guī)，信息化社會將無法正常運作。,Internet與信息化社會,Internet的誕生與發(fā)展對信息化社會產生了深刻的影響, 是當今人類社會進入信息化社會的重要標志之一。 Internet的發(fā)展 Internet的特點 系統的廣域性和開放性 信息的共享性和時效性 入網方式的靈活性和多樣性 強大的服務功能 網絡安全的脆弱性和復雜性,我國的互聯網絡,中國教育科研網 中

13、國公用信息網 中國科學技術網 中國金橋信息網 “金關工程” “金卡工程” 其他“金字”工程,CERNET簡介,中國教育和科研計算機網絡CERNET是由國家投資建設、教育部負責管理、清華大學等高等院校承擔建設和運行管理的全國性學術計算機互聯網絡。CERNET分為四級管理:全國網絡中心、地區(qū)網絡中心和地區(qū)主結點、省教育科研網、校園網。全國網絡中心設在清華大學,負責全國主干網的運行管理。地區(qū)網絡中心和地區(qū)主結點分別設在清華大學、北京大學、北京郵電大學、上海交通大學、西安交通大學、華中科技大學、華南理工大學、電子科技大學、東南大學等十所高校,負責地區(qū)網的規(guī)劃建設和運行管理。現在,CERNET的省級結點

14、設在36各城市的 38所大學, 分布在全國除臺灣省外的所有省、市、自治區(qū)，已經成為我國最重要的計算機互聯網之一。,信息化社會對計算機人才的需求,信息產業(yè)發(fā)展的關鍵是相應人才的擁有量。擁有足夠數量的、高素質的信息人才是實現信息化社會的保證和原動力，是信息化社會的基本特征之一。在信息化社會中所需要的計算機人才是多方位的,不僅需要研究型、設計型的人才,而且需要應用型的人才:不僅需要開發(fā)型的人才，而且需要維護型、服務型、操作型的人才。由于信息技術發(fā)展日新月異，信息產業(yè)是國民經濟中變化最快的產業(yè)，因此要求計算機人才具有較高的綜合素質和創(chuàng)新能力，并對于新技術的發(fā)展具有良好的適應性。,計算機科學與技術學科知

15、識體系,知識體系的結構 知識領域（area）、知識單元(unit)、知識點(topic) 學科知識體系一覽（14個知識領域） 離散結構（DS） 程序設計基礎（PF） 算法與復雜性（AL） 計算機組織與體系結構（AR） 操作系統（OS） 網絡及其計算（NC） 程序設計語言(PL) 人機交互（HC） 圖形學和可視化計算(GV) 智能系統（IS） 信息管理(IM) 社會和職業(yè)問題(SP) 軟件工程 (SE) 數值計算科學 (CN),課程體系結構,基礎課程、主干課程、特色課程 中國計算機科學與技術學科教程2002提出的核心課程（表1-2），（表1-2見“表1-2”文件）,本章小結,本章在介紹計算機的定義、分類、特點、用途和發(fā)展等基本概念的基礎上，分析了信息化社會的特征、Internet對信息