計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論(第2版)第1章 計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論概述

2015/12/15 1 計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的第一門基礎(chǔ)課程 2015/12/15 2 第一章 概 述 本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 初步了解計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展階段 掌握計(jì)算機(jī)的基本概念、分類、特點(diǎn) 了解計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì) 了解計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科概述 了解計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系 了解計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教育 2015/12/15 3 計(jì)算機(jī)是什么？ 2015/12/15 4 計(jì)算機(jī)成了社會(huì)的必需品 計(jì)算機(jī)是一種相對(duì)其能力而言比較便宜的工具 ，同一臺(tái)機(jī)器能夠做許多種不同的事： 算題 （ 科學(xué)計(jì)算 ） 制作圖案 處理文字 記錄事實(shí) 控制其他機(jī)器 游戲 發(fā)送消息 識(shí)別語(yǔ)音 問(wèn)題：大多數(shù)機(jī)器只能做一類事，為什么計(jì)算機(jī)能夠做許多種不同的事？是不是計(jì)算機(jī)什么事都能做？ 2015/12/15 5 計(jì)算機(jī)是一臺(tái)快速，笨拙的機(jī)器 只有有限的能力。 只能進(jìn)行基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算與邏輯比較。 必須由程序來(lái)指示它做什么事。 計(jì)算機(jī)是一臺(tái)笨拙的機(jī)器，具有從事令人難以置信的聰明工作的能力， . 計(jì)算機(jī)程序員則是一些聰明的人，具有從事令人難以置信的笨拙工作的能力。 簡(jiǎn)而言之，計(jì)算機(jī)與程序員實(shí)現(xiàn)了完美的配合。 015/12/15 6 電子數(shù)字計(jì)算機(jī) 電子數(shù)字計(jì)算機(jī) (稱為電子計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)，也是人們常說(shuō)的電腦，是二十世紀(jì)最輝煌的成就之一。 計(jì)算機(jī)給人類帶來(lái)了巨大的變化。 計(jì)算機(jī)的定義： 計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)地、高速地、精確地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算，并且具有記憶 (存儲(chǔ) )能力、邏輯判斷能力、可靠性能的數(shù)字化信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。 2015/12/15 7 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展階段 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展不是一蹴而就的，而是經(jīng)歷了漫長(zhǎng)歷史的過(guò)程。 在這過(guò)程中，科學(xué)家們經(jīng)過(guò)艱難的探索，發(fā)明了各種各樣的“計(jì)算機(jī)”，這些“計(jì)算機(jī)”順應(yīng)了當(dāng)時(shí)歷史的發(fā)展，發(fā)揮了巨大的作用，推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，也推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。 2015/12/15 8 計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的史前史 算籌又稱為籌、策、算子等 算籌在中國(guó)的起源很早 中國(guó)著名科學(xué)家祖沖之 (429500年 )借助算籌作為計(jì)算工具計(jì)算出圓周率 祖沖之 (429 500年 ) 2015/12/15 9 2. 算盤 算盤也稱珠算，是中國(guó)勞動(dòng)人民創(chuàng)造的一種工具 由古代“算籌”演變而來(lái) 素有“中國(guó)計(jì)算機(jī)”之稱 最早見(jiàn)于漢末三國(guó)時(shí)代徐岳撰寫的 數(shù)術(shù)記遺 南宋時(shí)期的數(shù)學(xué)家楊輝發(fā)明了 乘除通變算寶 2015/12/15 10 3. 機(jī)械計(jì)算機(jī) 1623年，德國(guó)科學(xué)家契克卡德 (W. 天文學(xué)家開(kāi)普勒 (作了一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī) 2015/12/15 11 3. 機(jī)械計(jì)算機(jī) 法國(guó)科學(xué)家布萊斯 帕斯卡(16231662年 )是被公認(rèn)為是制造出機(jī)械計(jì)算機(jī)的第一人。 2015/12/15 12 3. 機(jī)械計(jì)算機(jī) 德國(guó)著名數(shù)學(xué)家戈特弗里德威廉 萊布尼茨 (1646阿 1716年 )將帕斯卡的“加法器”擴(kuò)大為乘除運(yùn)算 1700年左右，萊布尼茨從中國(guó)“易圖” (八卦 )里受到啟發(fā)，悟出了二進(jìn)制數(shù)之真諦。 2015/12/15 13 4. 提花機(jī) 西漢年間中國(guó)的紡織工匠已能熟練掌握提花機(jī)技術(shù) 。 2015/12/15 14 4. 提花機(jī) 法國(guó)機(jī)械師約瑟夫 杰卡德 (大約在1801年完成了“自動(dòng)提花編織機(jī)”的設(shè)計(jì)制作，真正成功地改進(jìn)了提花機(jī)。 2015/12/15 15 5. 差分機(jī)和分析機(jī) 英國(guó)劍橋大學(xué)著名科學(xué)家查理斯 巴貝奇 (7921871年 )在 1822年研制出第一臺(tái)差分機(jī)。 792 1871年 ) 2015/12/15 16 5. 差分機(jī)和分析機(jī) 阿達(dá) 奧古斯塔(8151852年 )是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域著名的女程序員。 815 1852年) 2015/12/15 17 6. 模擬計(jì)算機(jī) 19世紀(jì)末，赫爾曼 霍列瑞斯(8601929)首先用穿孔卡完成了第一次大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。 2015/12/15 18 6. 模擬計(jì)算機(jī) 托馬斯 沃森( 2015/12/15 19 6. 模擬計(jì)算機(jī) 布什 (了求解與電路有關(guān)的微分方程，制作了一臺(tái)模擬計(jì)算裝置助其求解 1873年，美國(guó)人鮑德溫 (F. 利用齒數(shù)可變齒輪，設(shè)法制造出一種小型計(jì)算機(jī)樣機(jī) 2015/12/15 20 6. 模擬計(jì)算機(jī) 英國(guó)數(shù)學(xué)家布爾 (18151864年 ) 第一部著作 邏輯的數(shù)學(xué)分析 1854年，已經(jīng)擔(dān)任柯克大學(xué)教授的布爾再次出版 思維規(guī)律的研究 邏輯與概率的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ) 憑借這兩部著作，布爾建立了一門新的數(shù)學(xué)學(xué)科 布爾代數(shù) 2015/12/15 21 6. 模擬計(jì)算機(jī) 1938年，美國(guó)數(shù)學(xué)家香農(nóng) (C. 一次在布爾代數(shù)和繼電器開(kāi)關(guān)電路之間架起了橋梁，以脈沖方式處理信息的繼電器開(kāi)關(guān)，從理論到技術(shù)徹底改變了數(shù)字電路的設(shè)計(jì)。 1948年，香農(nóng)憑借 通信的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 一書，被譽(yù)為“信息論之父”。 1956年，香農(nóng)參與發(fā)起了達(dá)特默斯人工智能會(huì)議，率先把人工智能運(yùn)用于計(jì)算機(jī)下棋方面，還發(fā)明了一個(gè)能自動(dòng)穿越迷宮的電子老鼠，以此驗(yàn)證了計(jì)算機(jī)可以通過(guò)學(xué)習(xí)提高智能。 2015/12/15 22 6. 模擬計(jì)算機(jī) 1937年 11月，在 貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的斯蒂比茲 (G. 運(yùn)用繼電器作為計(jì)算機(jī)的開(kāi)關(guān)元件。 2015/12/15 23 6. 模擬計(jì)算機(jī) 1939年，楚澤繼電器組裝了 1941年，楚澤的電磁式計(jì)算機(jī) 希特勒戰(zhàn)敗后，楚澤輾轉(zhuǎn)流落到瑞士一個(gè)荒涼的村莊，一度轉(zhuǎn)向研究計(jì)算機(jī)軟件理論。 1938年， 28歲的楚澤 (成了一臺(tái)可編程數(shù)字計(jì)算機(jī) 1945年建造了 1949年，他建立了“ 繼續(xù)開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的機(jī)電式程序控制計(jì)算機(jī)。 2015/12/15 24 Z 3 重建 Z 1 Z 4 老年楚澤（中） 數(shù)字計(jì)算機(jī)之父 2015/12/15 25 6. 模擬計(jì)算機(jī) 電磁式計(jì)算機(jī)叫 ，也叫“自動(dòng)序列受控計(jì)算機(jī)”，在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上占據(jù)重要地位，是計(jì)算機(jī)“史前史”里最后一臺(tái)著名的計(jì)算機(jī)，發(fā)明者是美國(guó)哈佛大學(xué)艾肯 (士。 2015/12/15 26 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 1. 圖靈 1936年，阿倫 圖靈 (1912 1954年 )在他的一篇具有劃時(shí)代意義的論文 論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用 (to ，論述了一種假想的通用計(jì)算器，也就是理想計(jì)算機(jī)，被后人稱為“圖靈機(jī)” ( 2015/12/15 27 1. 圖靈 1939年， “圖靈炸彈” (圖靈稱它是“羅賓遜”。 1945年，圖靈領(lǐng)導(dǎo)一批優(yōu)秀的電子工程師，著手制造自動(dòng)計(jì)算引擎 ( 1950年， 稱為世界上最快最強(qiáng)有力的電子計(jì)算機(jī)。 2015/12/15 28 1. 圖靈 1950年 靈發(fā)表了論文“計(jì)算機(jī)和智能” ( “圖靈測(cè)試” ( 圖靈榮膺“人工智能之父”稱號(hào)。 1954年， 42歲的圖靈英年早逝。從 1966年開(kāi)始，每年由美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(發(fā)“圖靈獎(jiǎng)” (世界上最優(yōu)秀的電腦科學(xué)家。 2015/12/15 29 圖靈紀(jì)念館 2015/12/15 30 2. 諾依曼 1946年 2月，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)成功研制出了 是世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。 莫爾學(xué)院的兩位青年學(xué)者 36歲物理學(xué)家約翰 莫齊利 (他的學(xué)生，24歲的電氣工程師布雷斯帕 ?？颂?向戈德斯坦提交了一份研制電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案 “高速電子管計(jì)算裝置的使用” 。 2015/12/15 31 2. 諾依曼 1944年夏的一天，在阿貝丁火車站，戈德斯坦邂逅了數(shù)學(xué)家約翰 馮 諾依曼 (9031957年 )，于是戈德斯坦向馮 諾依曼介紹了正在研制電子計(jì)算機(jī)，馮 諾依曼非常感興趣。幾天之后，馮 諾依曼就專程到莫爾學(xué)院參觀還未完成的 參加了為改進(jìn) 2015/12/15 32 2. 諾依曼 這臺(tái)名為 電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)的縮寫）的機(jī)器，使用 18800個(gè)電子管， 1500多個(gè)繼電器，耗電 150千瓦，占地 170平方米，重達(dá) 30噸，可謂“龐然大物”也。 2015/12/15 33 2. 諾依曼 馮 諾依曼決定重新設(shè)計(jì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)，命名為“離散變量自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)” ( 1946年 6月，馮 諾依曼和戈德斯坦、勃克斯回到普林斯頓大學(xué)高級(jí)研究院，完成了另一臺(tái) 級(jí)研究院的英文縮寫 )電子計(jì)算機(jī)，他們聯(lián)名發(fā)表了計(jì)算機(jī)史上著名的“ 101頁(yè)報(bào)告”。 2015/12/15 34 2. 諾依曼 1946年，英國(guó)劍橋大學(xué)威爾克斯(授，到賓夕法尼亞大學(xué)參加馮 諾依曼主持的培訓(xùn)班，完全接受了馮 諾依曼存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)思想。 1949年 5月，威爾克斯研制成了一臺(tái)由3000只電子管為主要元件的計(jì)算機(jī)，命名為電子儲(chǔ)存程序計(jì)算機(jī) (由此，他獲得了 1967年度“圖靈獎(jiǎng)”。 2015/12/15 35 計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段 計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是二十世紀(jì)最輝煌的成就之一，按照采用的電子器件劃分，計(jì)算機(jī)大致已經(jīng)歷了四個(gè)階段： 1. 第一代計(jì)算機(jī) (1946年 1957年 ) 其主要特征是邏輯器件使用電子管，用穿孔卡片機(jī)作為數(shù)據(jù)和指令的輸入設(shè)備，用磁鼓或磁帶作為外存儲(chǔ)器，使用機(jī)器語(yǔ)言編程。 第一代計(jì)算機(jī)體積大、運(yùn)算速度低、存儲(chǔ)容量小、可靠性低。幾乎沒(méi)有什么軟件配置，主要用于科學(xué)計(jì)算。 其代表機(jī)型有： 型機(jī) )、 型機(jī) )等。 2015/12/15 36 2015/12/15 37 2. 第二代計(jì)算機(jī) (1958年 1964年 ) 其主要特征是使用晶體管代替了電子管，內(nèi)存儲(chǔ)器采用了磁芯體，引入了變址寄存器和浮點(diǎn)運(yùn)算硬件，利用 I/ 在軟件方面配置了子程序庫(kù)和批處理管理程序，并且推出了 低了程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 其代表機(jī)型有： 2015/12/15 38 2015/12/15 39 3. 第三代計(jì)算機(jī) (1965年 1972年 ) 其主要特征是用半導(dǎo)體、小規(guī)模集成電路(為元器件代替晶體管等分立元件，用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器代替磁芯存儲(chǔ)器，使用微程序設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)化處理機(jī)的結(jié)構(gòu)，這使得計(jì)算機(jī)的體積和耗電量顯著減小，而計(jì)算速度和存儲(chǔ)存量卻有較大提高，可靠性也大大加強(qiáng)。 在軟件方面則廣泛地引入多道程序、并行處理、虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)和功能完備的操作系統(tǒng)，同時(shí)還提供了大量的面向用戶的應(yīng)用程序。計(jì)算機(jī)開(kāi)始定向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化，此時(shí)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入到許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。 其代表機(jī)器有： 士通 2015/12/15 40 2015/12/15 41 4. 第四代計(jì)算機(jī) (1972年 ) 其主要特征是使用了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，大規(guī)模、超大規(guī)模塊集成電路的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)沿著兩個(gè)方向飛速向前發(fā)展。 一方面，利用大規(guī)模集成電路制造多種邏輯芯片，組裝出大型、巨型計(jì)算機(jī)。 另一方面，利用大規(guī)模集成電路技術(shù)，將運(yùn)算器、控制器等部件集成在一個(gè)很小的集成電路芯片上，從而出現(xiàn)了微處理器。 完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具和商品化的應(yīng)用程序的大量涌現(xiàn)，以及通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)進(jìn)入了一個(gè)大發(fā)展的階段。 2015/12/15 42 2015/12/15 43 現(xiàn)在很多國(guó)家正在研制新一代的計(jì)算機(jī)，新 代計(jì)算機(jī)將是微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、電子仿生技術(shù)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。它能進(jìn)行知識(shí)處理、自動(dòng)編程、測(cè)試和排錯(cuò)，以及用自然語(yǔ)言、圖形、聲音和各種文字進(jìn)行輸入和輸出。新 代計(jì)算機(jī)的研究目標(biāo)是試圖打破計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，使得計(jì)算機(jī)能夠具有像人那樣的思維、推理和判斷能力。 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的非傳統(tǒng)計(jì)算技術(shù)有：超導(dǎo)計(jì)算、量子計(jì)算、生物計(jì)算、光計(jì)算等。未來(lái)的計(jì)算機(jī)可能是超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)或納米計(jì)算機(jī)、 2015/12/15 44 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ)的系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由一系列電子元器件按照一定邏輯關(guān)系連接而成，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)以及各種軟件工具和應(yīng)用軟件等軟件程序組成，計(jì)算機(jī)軟件指揮和控制計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)按照預(yù)定的程序運(yùn)行和工作，從而達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。 2015/12/15 45 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)的基本工作原理是存儲(chǔ)程序和程序控制，該原理最初是由馮 諾依曼于 1946年提出來(lái)的，故稱為馮 諾依曼原理。 按照馮 諾依曼原理構(gòu)造的計(jì)算機(jī)又稱馮 諾依曼計(jì)算機(jī)，其體系結(jié)構(gòu)稱為馮 諾依曼結(jié)構(gòu)。 2015/12/15 46 馮 諾依曼思想： (1)由二進(jìn)制替代十進(jìn)制。 (2)采用存儲(chǔ)程序的思想。 (3)把計(jì)算機(jī)從邏輯上劃分為 5大部分，即運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出設(shè)備。 2015/12/15 47 馮 諾依曼計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn) (1)采用存儲(chǔ)程序方式。 (2)存儲(chǔ)器是按地址訪問(wèn)的線性編址的惟一結(jié)構(gòu)。 (3)指令由操作碼和地址碼組成。 (4)通過(guò)執(zhí)行指令直接發(fā)出控制信號(hào)控制計(jì)算機(jī)的操作。 (5)機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過(guò)運(yùn)算器。 (6)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示。 2015/12/15 48 計(jì)算機(jī)的五大部件 C 運(yùn)算器 控制器 運(yùn)行結(jié)果 程序、數(shù)據(jù) 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 內(nèi)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 指令 注： 數(shù)據(jù)信號(hào) 控制信號(hào) 2015/12/15 49 1. 運(yùn)算器 運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元 (是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它的主要功能是對(duì)二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算和與、或、非等基本邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷。 運(yùn)算器是在控制器的控制之下實(shí)現(xiàn)其功能的，運(yùn)算結(jié)果由控制器發(fā)出的指令送到內(nèi)存儲(chǔ)器中。 2015/12/15 50 2. 控制器 控制器主要由指令寄存器、譯碼器、程序計(jì)數(shù)器和操作控制器等組成，控制器是用來(lái)控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，并使整個(gè)處理過(guò)程有條不紊地進(jìn)行。 基本功能就是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令，即控制器按程序計(jì)數(shù)器指出的指令地址從內(nèi)存中取出該指令進(jìn)行譯碼，然后根據(jù)該指令功能向有關(guān)部件發(fā)出控制命令，執(zhí)行該指令。另外，控制器在工作過(guò)程中，還要接受各部件反饋回來(lái)的信息。 通常把運(yùn)算器、控制器做在一個(gè)大規(guī)模集成電路塊上稱為中央處理器，又稱 2015/12/15 51 3. 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶裝置，用于存放原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、最終結(jié)果和處理程序。 向存儲(chǔ)器里存入信息也稱為“寫入”，寫入新的內(nèi)容則覆蓋了原來(lái)的舊內(nèi)容。從存儲(chǔ)器里取出信息，也稱為“讀出”，信息讀出后并不破壞原來(lái)存儲(chǔ)的內(nèi)容，因此信息可以重復(fù)取出，多次利用。存儲(chǔ)器可分為兩種：內(nèi)存儲(chǔ)器與外存儲(chǔ)器。 通常把內(nèi)存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器合稱為計(jì)算機(jī)主機(jī)，也可以說(shuō)主機(jī)是由 主機(jī)以外的裝置稱為外部設(shè)備，外部設(shè)備包括輸入 /輸出設(shè)備，外存儲(chǔ)器等。 2015/12/15 52 輸出設(shè)備 輸入 /輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱 I/O(備。用戶通過(guò)輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果 (如數(shù)字、字母、符號(hào)和圖形 )顯示或打印出來(lái)。 常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)字化儀等； 常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。 2015/12/15 53 計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng) 軟件是指用來(lái)指揮計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種程序的總和以及開(kāi)發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需的技術(shù)文檔。 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 沒(méi)有配備任何軟件的硬件計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)，裸機(jī)向外部世界提供的界面只是機(jī)器指令。用戶及其他程序都通過(guò)系統(tǒng)軟件來(lái)使用計(jì)算機(jī)。 2015/12/15 54 1系統(tǒng)軟件 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件由操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)、以及各種軟件工具等各種軟件程序組成，指揮、控制計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)按照預(yù)定的程序運(yùn)行、工作，從而達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，系統(tǒng)軟件的功能主要是簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)操作，擴(kuò)展計(jì)算機(jī)處理能力和提高計(jì)算機(jī)的效益。 2015/12/15 55 2應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是用戶利用計(jì)算機(jī)軟、硬件資源為解決各類應(yīng)用問(wèn)題而編寫的軟件，包括用戶程序及其說(shuō)明性文件資料。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的推廣與普及，應(yīng)用軟件將會(huì)逐步地標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并逐步地按功能組合成各種軟件包以方便用戶的使用。應(yīng)用軟件的存在與否并不影響整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)作，但它必須在系統(tǒng)軟件的支持下才能工作。 2015/12/15 56 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 1運(yùn)算速度快、精度高 2具有邏輯判斷和記憶能力 3高度的自動(dòng)化和靈活性 2015/12/15 57 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 1字長(zhǎng) 2時(shí)鐘周期和主頻 3運(yùn)算速度 4內(nèi)存容量 5數(shù)據(jù)輸入輸出最高速率 2015/12/15 58 計(jì)算機(jī)的分類 根據(jù)計(jì)算機(jī)工作原理和運(yùn)算方式的不同，以及計(jì)算機(jī)中信息表示形式和處理方式的不同，計(jì)算機(jī)可分為數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(模擬式電子計(jì)算機(jī)(數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī) ( 按計(jì)算機(jī)的用途可分為通用計(jì)算機(jī)(專用計(jì)算機(jī) (兩大類。 2015/12/15 59 根據(jù)計(jì)算機(jī)的總體規(guī)模 (按照計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)量大小、功能強(qiáng)弱、配套設(shè)備多少、軟件系統(tǒng)的豐富程度 )對(duì)計(jì)算機(jī)分類，可分為巨型機(jī) (大 /中型計(jì)算機(jī) (小型計(jì)算機(jī) (微型計(jì)算機(jī) (網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)(大類。 常見(jiàn)的微型機(jī)還可以分為臺(tái)式機(jī)、便攜機(jī)、筆記本電腦、掌上型電腦等多種類型。 2015/12/15 60 計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)作方式 計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)作方式可概括為“ 處理(輸出 (存儲(chǔ)(它反映了計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本步驟。 1輸入 2處理 3輸出 4存儲(chǔ) 2015/12/15 61 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì) 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 1科學(xué)研究和科學(xué)計(jì)算 2信息傳輸和信息處理 3生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制和管理自動(dòng)化 4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) /輔助制造 /輔助教學(xué) 5娛樂(lè) 2015/12/15 62 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1. 微型化（ 2. 巨型化（ 3. 網(wǎng)絡(luò)化（ 4. 智能化 5. 新型計(jì)算機(jī) 2015/12/15 63 擁有最強(qiáng)的并行計(jì)算能力 ， 主要用于科學(xué)計(jì)算 。 在氣象 、 軍事 、 能源等領(lǐng)域承擔(dān)大規(guī)模 、 高速度的計(jì)算任務(wù) 。 趨勢(shì)是用許多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī) 。 巨型計(jì)算機(jī) 83年銀河 次機(jī) 92年銀河 0億次機(jī) 97年銀河 億次機(jī) 2015/12/15 64 大中型計(jì)算機(jī) 具有比小型機(jī)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力 。 價(jià)格比小型機(jī)高 。 在銀行等最早使用計(jì)算機(jī)的行業(yè)中廣泛使用 。 中科院計(jì)算技術(shù)研究所國(guó)家智能機(jī)中心研制的每秒200億次的曙光 2000型超級(jí)服務(wù)器 2015/12/15 65 小型計(jì)算機(jī) 具有比微機(jī)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力 。 多個(gè)用戶可以同時(shí)使用 （ 多用戶 ，。 目前主要用作服務(wù)器 。 2015/12/15 66 微型計(jì)算機(jī) （ 微機(jī)， 臺(tái)式計(jì)算機(jī) （ 是通用計(jì)算機(jī) 。 通常是由一個(gè)用戶來(lái)使用 （ 單用戶 ， 。 配有文字 、 聲音 、 圖像等輸入輸出設(shè)備 。 可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其他計(jì)算機(jī)相連 。 高檔臺(tái)式機(jī)可充當(dāng)服務(wù)器 。 2015/12/15 67 微型計(jì)算機(jī) （ 微機(jī)， 膝上型電腦 （ （ 功能與臺(tái)式機(jī)類似 。 一體化結(jié)構(gòu) 。 耗電更少 ， 并配有電池 ， 可在沒(méi)有交流電源的場(chǎng)合使用 。 可裝在文件包中 。 2015/12/15 68 微型計(jì)算機(jī) （ 微機(jī)， 掌上型電腦 （ 、個(gè)人數(shù)字助理 （ 向用戶提供專門的功能 。 靠電池供電 。 可裝在衣袋中 。 有些已具有無(wú)線通信能力 。 是嵌入式計(jì)算機(jī)的一類 。 2015/12/15 69 工作站 （ 以聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志 。 計(jì)算能力比臺(tái)式機(jī)更強(qiáng) ， 特別是在圖形處理方面 。 價(jià)格比臺(tái)式機(jī)高得多 。 隨著臺(tái)式機(jī)能力的不斷提高 ，有可能被臺(tái)式機(jī)所替代 。 2015/12/15 70 服務(wù)器 （ 一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多個(gè)用戶提供服務(wù)的共享設(shè)備。 可分為文件服務(wù)器、通信服務(wù)器、打印服務(wù)器等。 z 系列 務(wù)器 2015/12/15 71 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī) （ 一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用的終端設(shè)備，其特點(diǎn)是內(nèi)容量大、 顯示器的性能高、通信功能強(qiáng)，但本機(jī)中不一定配置外 存，所需要的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器中。 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī) 2015/12/15 72 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科概述 計(jì)算學(xué)科的定義 計(jì)算學(xué)科是對(duì)描述和變換信息的算法過(guò)程，包括對(duì)理論分析、設(shè)計(jì)、效率、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等進(jìn)行的系統(tǒng)研究。它來(lái)源于對(duì)算法理論、數(shù)理邏輯、計(jì)算模型、自動(dòng)計(jì)算機(jī)器的研究，并與存儲(chǔ)式電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明一起形成于 20世紀(jì) 40年代初期。 計(jì)算學(xué)科的研究包括了從算法與可計(jì)算性的研究到根據(jù)可計(jì)算硬件和軟件的實(shí)際實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的研究。這樣，計(jì)算學(xué)科不但包括從總體上對(duì)算法和信息處理過(guò)程進(jìn)行研究的內(nèi)容，也包括滿足給定規(guī)格要求的有效而可靠的軟硬件設(shè)計(jì) 它包括所有科目的理論研究實(shí)驗(yàn)方法和工程設(shè)計(jì)。 2015/12/15 73 計(jì)算學(xué)科的本質(zhì) 計(jì)算學(xué)科的根本問(wèn)題是“什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行？”。 計(jì)算學(xué)科的根本問(wèn)題討論的是能行性的有關(guān)內(nèi)容，而凡是與能行性有關(guān)的討論都是處理離散對(duì)象的。因?yàn)榉请x散對(duì)象 (連續(xù)對(duì)象 )是很難進(jìn)行能行處理的，因此能行性這個(gè)計(jì)算學(xué)科的根本問(wèn)題決定了計(jì)算機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和它處理的對(duì)象都是離散型的，許多連續(xù)型的問(wèn)題也必須在轉(zhuǎn)化為離散型問(wèn)題以后，才能被計(jì)算機(jī)處理。例如計(jì)算定積分就是把它變成離散量，再用分段求和的方法來(lái)處理的。 2015/12/15 74 美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì) (美國(guó)電氣和電子工程學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)分會(huì)(布了“計(jì)算學(xué)科 2001教程 (001： ，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)和阿全國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)在學(xué)習(xí)和研究了 布了 中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程 2002 (002：提取了計(jì)算學(xué)科中具有方法論性質(zhì)的 12個(gè)核心概念， 即綁定 (大問(wèn)題的復(fù)雜性 (概念和形式模型 (一致性 (完備性 (效率 (演化 (抽象層次 (按空間排序(按時(shí)間排序 (重用(安全性 (折衷 (結(jié)論( 2015/12/15 75 計(jì)算學(xué)科的三個(gè)過(guò)程 計(jì)算學(xué)科的實(shí)質(zhì)是學(xué)科方法論的思想，其關(guān)鍵問(wèn)題是抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)過(guò)程相互作用的問(wèn)題。 1理論 2抽象 3設(shè)計(jì) 2015/12/15 76 計(jì)算學(xué)科新的應(yīng)用領(lǐng)域及未來(lái)的發(fā)展 1 2多媒體技術(shù)帶來(lái)的新的應(yīng)用領(lǐng)域 3嵌入式系統(tǒng) 4人工智能 2015/12/15 77 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的形成與發(fā)展 計(jì)算機(jī)科學(xué)是從電子學(xué)、科學(xué)、數(shù)理邏輯和計(jì)算數(shù)學(xué)的交界處發(fā)展起來(lái)的。 要求有公共內(nèi)核，該內(nèi)核定義成一系列知識(shí)單元，可用這些知識(shí)單元組合課程。 2015/12/15 78 4個(gè)知識(shí)體，提煉出了更精簡(jiǎn)的核心知識(shí)單元。 為了適應(yīng)目前技術(shù)和應(yīng)用的需要， 算機(jī)工程、軟件工程、信息系統(tǒng)等四個(gè)方向，并準(zhǔn)備分別制訂各自的教學(xué)計(jì)劃綱要。 2015/12/15 79 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科定義 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)借鑒數(shù)學(xué)的公理化思想來(lái)全面闡述了計(jì)算學(xué)科的科學(xué)問(wèn)題，抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)學(xué)科形態(tài)，計(jì)算學(xué)科的核心概念、科學(xué)方法等，闡明了計(jì)算學(xué)科各主領(lǐng)域發(fā)展的基本規(guī)律及各領(lǐng)域的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)化、邏輯化的認(rèn)知模型，讓人們清晰透徹地了解了學(xué)科脈絡(luò)，從整體上把握學(xué)科的學(xué)習(xí)研究方法。 計(jì)算機(jī)科學(xué)方法論有助于人們正確理解計(jì)算學(xué)科中所蘊(yùn)涵的科學(xué)思維方法，總結(jié)和提升計(jì)算學(xué)科所積累的各種方法和經(jīng)驗(yàn)，樹(shù)立正確的思想原則，把握正確的研究方向。 2015/12/15 80 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)是研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造和利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲(chǔ)、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科，包括科學(xué)與技術(shù)兩方面。 科學(xué)側(cè)重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律。 技術(shù)則側(cè)重于研制計(jì)算機(jī)和研究使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的方法與技術(shù)手段。 2015/12/15 81 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問(wèn)題及研究范疇 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問(wèn)題是什么能被有效地自動(dòng)化。 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究范疇包括計(jì)算機(jī)理論、硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用等，按照研究的內(nèi)容，也可以劃分為基礎(chǔ)理論、專業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用三個(gè)層面。 2015/12/15 82 計(jì)算機(jī)理論的研究包括離散數(shù)學(xué)、算法分析理論、形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)理論、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言理論、程序設(shè)計(jì)方法學(xué)； 計(jì)算機(jī)硬件的研究包括元器件與存儲(chǔ)介質(zhì)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)； 計(jì)算機(jī)軟件的研究包括程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言翻譯系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、算法設(shè)計(jì)與分析、軟件工程學(xué)、可視化技術(shù)； 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全； 計(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究及人 機(jī)工程包括計(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究、軟件開(kāi)發(fā)工具、完善既有的應(yīng)用系統(tǒng)、開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域、人機(jī)工程、研究人與計(jì)算機(jī)的交互和協(xié)同技術(shù)。 2015/