計(jì)算機(jī)文化第1章 緒論

1、科學(xué)出版社科學(xué)出版社計(jì)算機(jī)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)導(dǎo)論第第1 1章章 緒論緒論了解計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用了解計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用掌握計(jì)算機(jī)的定義掌握計(jì)算機(jī)的定義了解計(jì)算工具的發(fā)展歷史了解計(jì)算工具的發(fā)展歷史了解計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷史及趨勢了解計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷史及趨勢了解計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展歷史了解計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展歷史理解計(jì)算機(jī)軟件的執(zhí)行過程理解計(jì)算機(jī)軟件的執(zhí)行過程掌握計(jì)算機(jī)的分類和特點(diǎn)掌握計(jì)算機(jī)的分類和特點(diǎn)了解計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的研究范疇了解計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的研究范疇了解計(jì)算機(jī)中的基本問題了解計(jì)算機(jī)中的基本問題學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)主要內(nèi)容主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用1第第1 1章章 緒

2、論緒論計(jì)算的歷史計(jì)算的歷史2計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介3主要內(nèi)容主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用1第第1 1章章 緒論緒論計(jì)算的歷史計(jì)算的歷史2計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介31.1 1.1 計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用坐席預(yù)定系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)坐席預(yù)定系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等就是計(jì)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等就是計(jì)算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的典型應(yīng)用。算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的典型應(yīng)用。1.1 1.1 計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)

3、在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用坐席預(yù)定系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)坐席預(yù)定系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等就是計(jì)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等就是計(jì)算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的典型應(yīng)用。算機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的典型應(yīng)用。1.1 1.1 計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在教育業(yè)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在教育業(yè)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在教育領(lǐng)域中的典型應(yīng)用有校園網(wǎng)、遠(yuǎn)程教育、計(jì)算機(jī)輔助教育計(jì)算機(jī)在教育領(lǐng)域中的典型應(yīng)用有校園網(wǎng)、遠(yuǎn)程教育、計(jì)算機(jī)輔助教育（Computer-Aided Instruction，CAI）等。）等。1.1 1.1 計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在商

4、業(yè)中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在商業(yè)中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在零售業(yè)的應(yīng)用，改變了人們的購物環(huán)境和方式。計(jì)算機(jī)在零售業(yè)的應(yīng)用，改變了人們的購物環(huán)境和方式。隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的電子商務(wù)，更是從根本上改變了企業(yè)的供銷模隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的電子商務(wù)，更是從根本上改變了企業(yè)的供銷模式和人們的消費(fèi)模式。式和人們的消費(fèi)模式。1.1 1.1 計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在銀行和證券業(yè)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在銀行和證券業(yè)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)從根本上改變了銀行和金融機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)處理模式。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)從根本上改變了銀行和金融機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)處理模式。計(jì)算機(jī)在證券市場中的應(yīng)用為投資者進(jìn)行證券交易提供了必不可少的環(huán)境。

5、計(jì)算機(jī)在證券市場中的應(yīng)用為投資者進(jìn)行證券交易提供了必不可少的環(huán)境。圖1.9 計(jì)算機(jī)在證券業(yè)中的應(yīng)用圖1.10 計(jì)算機(jī)在銀行業(yè)中的應(yīng)用 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)可以將著名醫(yī)學(xué)專家或醫(yī)生的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)到知識(shí)庫中，并建立從醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)可以將著名醫(yī)學(xué)專家或醫(yī)生的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)到知識(shí)庫中，并建立從病情表述和檢測指標(biāo)到診斷結(jié)論以及治療方案的推理機(jī)構(gòu)。這樣，根據(jù)患者的病情病情表述和檢測指標(biāo)到診斷結(jié)論以及治療方案的推理機(jī)構(gòu)。這樣，根據(jù)患者的病情和各種檢測數(shù)據(jù)，就可以診斷出所患的疾病以及作出治療方案。對于邊遠(yuǎn)地區(qū)，醫(yī)和各種檢測

6、數(shù)據(jù)，就可以診斷出所患的疾病以及作出治療方案。對于邊遠(yuǎn)地區(qū)，醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)可以為患者提供當(dāng)?shù)蒯t(yī)院無法提供的醫(yī)療服務(wù)。學(xué)專家系統(tǒng)可以為患者提供當(dāng)?shù)蒯t(yī)院無法提供的醫(yī)療服務(wù)。一些現(xiàn)代化的醫(yī)療檢測儀器如超聲波儀、心電圖儀、腦電圖儀、核磁共振儀、一些現(xiàn)代化的醫(yī)療檢測儀器如超聲波儀、心電圖儀、腦電圖儀、核磁共振儀、X光光攝像機(jī)等醫(yī)療檢測設(shè)備中也嵌入了計(jì)算機(jī)，可以采用數(shù)字成像技術(shù)，使得圖像更加攝像機(jī)等醫(yī)療檢測設(shè)備中也嵌入了計(jì)算機(jī)，可以采用數(shù)字成像技術(shù)，使得圖像更加清晰。清晰。圖1.11 計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在科學(xué)研究中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在科學(xué)研究中的應(yīng)

7、用計(jì)算機(jī)用在科學(xué)研究領(lǐng)域，可進(jìn)行科技文獻(xiàn)的存儲(chǔ)與查詢、復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)用在科學(xué)研究領(lǐng)域，可進(jìn)行科技文獻(xiàn)的存儲(chǔ)與查詢、復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算、系統(tǒng)仿真與模擬、復(fù)雜現(xiàn)象的跟蹤與分析以及知識(shí)發(fā)現(xiàn)等。仿真與模擬、復(fù)雜現(xiàn)象的跟蹤與分析以及知識(shí)發(fā)現(xiàn)等。圖1.12 計(jì)算機(jī)在科學(xué)研究中的應(yīng)用 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在文化藝術(shù)業(yè)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在文化藝術(shù)業(yè)的應(yīng)用藝術(shù)家如果能夠以計(jì)算機(jī)為工具進(jìn)行音樂、舞蹈、美術(shù)、攝影、電影與電視等技術(shù)藝術(shù)家如果能夠以計(jì)算機(jī)為工具進(jìn)行音樂、舞蹈、美術(shù)、攝影、電影與電視等技術(shù)創(chuàng)作，則能夠創(chuàng)作出更具特色、效果更佳的作品。很多游戲設(shè)計(jì)人員借助于計(jì)算機(jī)

8、創(chuàng)作，則能夠創(chuàng)作出更具特色、效果更佳的作品。很多游戲設(shè)計(jì)人員借助于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出引人入勝的計(jì)算機(jī)游戲軟件。使用計(jì)算機(jī)控制的電子合成器可以模擬一種或設(shè)計(jì)出引人入勝的計(jì)算機(jī)游戲軟件。使用計(jì)算機(jī)控制的電子合成器可以模擬一種或多種樂器的聲音。藝術(shù)家可以使用專門的軟件作為工具來創(chuàng)作繪畫、雕塑等技術(shù)作多種樂器的聲音。藝術(shù)家可以使用專門的軟件作為工具來創(chuàng)作繪畫、雕塑等技術(shù)作品；在影片制作過程中利用計(jì)算機(jī)可以獲得過去無法獲得的效果。品；在影片制作過程中利用計(jì)算機(jī)可以獲得過去無法獲得的效果。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用1第第1 1章章 緒論緒論計(jì)算的歷史計(jì)算的歷史2計(jì)算機(jī)科學(xué)與技

9、術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介31.2 1.2 計(jì)算的歷史計(jì)算的歷史什么是計(jì)算機(jī)什么是計(jì)算機(jī)能夠按照事先存儲(chǔ)好的指令序列，接收用戶輸入的數(shù)字、文本、圖像、聲音等數(shù)據(jù)，能夠按照事先存儲(chǔ)好的指令序列，接收用戶輸入的數(shù)字、文本、圖像、聲音等數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和結(jié)果輸出的系統(tǒng)。并對其進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和結(jié)果輸出的系統(tǒng)。 圖1.14 計(jì)算機(jī)處理流程1.2 計(jì)算機(jī)的歷史輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)既可以是用戶通過鍵盤輸入的，也可以來自于其他的設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)或其他的計(jì)算機(jī)。輸入設(shè)備如鍵盤或鼠標(biāo)，可收集輸入數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的信號(hào)，以供計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理。輸出指的是計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。

10、常見的計(jì)算機(jī)輸出形式有報(bào)表、文檔、音樂、圖形和圖像。用戶可通過計(jì)算機(jī)的顯示屏查看輸出結(jié)果，也可將其通過打印機(jī)在紙上進(jìn)行打印或者是刻錄到光盤。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算工具的發(fā)展歷史1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算工具的發(fā)展歷史到了19世紀(jì)初，英國數(shù)學(xué)家查爾斯巴比奇（Charles Babbage，1792-1871）取得了突破性進(jìn)展，計(jì)算機(jī)不但能快速地完成加、減、乘、除運(yùn)算，還能夠自動(dòng)完成復(fù)雜的運(yùn)算，從手動(dòng)機(jī)械躍入自動(dòng)機(jī)械的新時(shí)代。同時(shí)巴比奇還提出了分析機(jī)的新設(shè)計(jì)思想。分析機(jī)（如圖1.22所示）的重要貢獻(xiàn)就在于它包括了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)所具有的5個(gè)基本組成部分。（1）輸入裝置：用穿孔卡片輸入數(shù)據(jù)。（2）存儲(chǔ)裝置

11、：既能存儲(chǔ)運(yùn)算數(shù)據(jù)，又能存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果。（3）資料處理裝置：完成加、減、乘、除運(yùn)算。還能根據(jù)運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)改變運(yùn)算的進(jìn)程。也就是能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代的條件轉(zhuǎn)移指令。（4）控制裝置：使用指令進(jìn)行控制，用程序自動(dòng)改變操作次序。（5）輸出裝置：用穿孔卡片或打印方法輸出。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史 巴比奇 巴比奇分析機(jī)1.2 計(jì)算機(jī)的歷史英國著名詩人拜倫的女兒Ada（Ada Augusta Lovelace，1815-1852）在劍橋大學(xué)幫助巴比奇研究分析機(jī)時(shí)，她意識(shí)到巴比奇對新分析機(jī)的設(shè)計(jì)思想完全可行，也非常支持巴比奇的工作。Ada建議用二進(jìn)制存儲(chǔ)取代原設(shè)計(jì)的十進(jìn)制存儲(chǔ)。她指出分析機(jī)可以像雅各織布機(jī)一樣進(jìn)行編程，并發(fā)

12、現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)和編程的基本要素，還為某些計(jì)算開發(fā)了一些指令。由于她在程序設(shè)計(jì)上的開創(chuàng)性工作，被譽(yù)為世界上第一位程序員。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史第一次采用電器元件來制造計(jì)算機(jī)的是德國工程師朱斯（K. Zuse）。1941年，他的Z-3計(jì)算機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，這是世界上真正的第一臺(tái)通用程序控制計(jì)算機(jī)（如圖1.23所示）。Z-3不僅全部采用繼電器，同時(shí)采用了浮點(diǎn)記數(shù)法、二進(jìn)制運(yùn)算、帶數(shù)字存儲(chǔ)地址的指令形式等。1936年美國哈佛大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)教授霍華德艾肯（Howard Aiken，1900-1973）受了巴比奇和愛達(dá)的筆記后，受到啟發(fā)并在IBM公司的大力支持下，研制成功了被稱為Mark-I的計(jì)算機(jī)（如圖1.24所示

13、）。Mark-I是個(gè)龐然大物，長15.5米，高2.4米，由75萬個(gè)零部件組成。它用大量的繼電器作為開關(guān)元件，用十進(jìn)制計(jì)數(shù)齒輪組作為存儲(chǔ)器，用穿孔紙帶進(jìn)行程序控制。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史第二次世界大戰(zhàn)期間，美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院電工系同阿伯丁彈道研究實(shí)驗(yàn)室共同負(fù)責(zé)為陸軍每天提供六張火力表，這一任務(wù)非常困難和緊迫。正是在該背景下，促成了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer，簡稱ENIAC）的產(chǎn)生。ENIAC起初是專門用于彈道計(jì)算，后來經(jīng)過多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)。ENIAC占地面積達(dá)170平方米，

14、差不多相當(dāng)于10間普通房間的大小；使用了大約18000只電子管，1500個(gè)繼電器，70000只電阻，18000只電容。ENIAC的最大特點(diǎn)就是采用了電子線路來執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和儲(chǔ)存信息。由于廣泛采用了電子線路，ENIAC同以往計(jì)算機(jī)相比最突出的優(yōu)點(diǎn)就是高速度。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷史第一代計(jì)算機(jī) 以真空管作為主要元器件，體積龐大，價(jià)格昂貴，采用二進(jìn)制代替十進(jìn)制，程序雖然可以存儲(chǔ)，但存儲(chǔ)設(shè)備還比較落后，輸入輸出裝置主要用穿孔卡、速度很慢。只有專家們方可使用。第二代計(jì)算機(jī) 以晶體管代替電子管，減小計(jì)算機(jī)體積的同時(shí)，也降低了費(fèi)用，使得中小企業(yè)也能負(fù)擔(dān)得起。普

15、遍采用磁心存儲(chǔ)器作為主存，并且采用磁帶和磁盤作為輔存，使存儲(chǔ)容量增大，可靠性提高，為操作系統(tǒng)的發(fā)展奠定了硬件基礎(chǔ)。與此同時(shí)，變址寄存器、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示、間接尋址、中斷、I/O處理機(jī)等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的特性相繼出現(xiàn)。同時(shí)程序設(shè)計(jì)語言也有了很大發(fā)展，先是用匯編代替了機(jī)器語言，接著又出現(xiàn)了高級語言FORTRAN、COBOL。第三代計(jì)算機(jī) 用集成電路取代晶體管，更加減少了計(jì)算機(jī)的成本和大小。用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器淘汰了磁心存儲(chǔ)器，普遍采用了微程序設(shè)計(jì)技術(shù)，系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件都有很大發(fā)展，出現(xiàn)了第一代小型計(jì)算機(jī)（minicomputer），如DEC的PDP-8。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷史第四代計(jì)算

16、機(jī) 用微處理器（microprocessor）或超大規(guī)模集成電路VLSI（Vely Large Scale Integration）取代了普通集成電路。存儲(chǔ)容量進(jìn)一步擴(kuò)大，輸入采用了OCR（字符識(shí)別）與條形碼，輸出采用了激光打印機(jī)，以及引進(jìn)光盤和新的程序設(shè)計(jì)語言Pascal、Ada。微型計(jì)算機(jī)也蓬勃發(fā)展起來，使得計(jì)算技術(shù)由集中化向分散化轉(zhuǎn)變。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理有了很大的發(fā)展。Internet、廣域網(wǎng)（WAN）、城域網(wǎng)（CAN）和局域網(wǎng)（LAN）的發(fā)展將世界各地緊密地聯(lián)系在一起。當(dāng)前的計(jì)算機(jī)依然屬于第四代計(jì)算機(jī)。第五代計(jì)算機(jī) 很多國家的學(xué)術(shù)團(tuán)體都對未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展有所研究

17、和期望。第五代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將會(huì)擁有智能特性，帶有知識(shí)表示與推理能力，可以模擬人的設(shè)計(jì)、分析、決策、計(jì)劃以及其他智能活動(dòng)并具有人機(jī)自然通信能力，可作為各種信息化企業(yè)的智能助手。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢為巨型化、微型化、多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。（1）巨型化 巨型化是指運(yùn)算高速、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)功能的超大型計(jì)算機(jī)。這不僅是尖端科學(xué)（如氣象、宇航、核反應(yīng)等）及新興學(xué)科（生物工程、基因工程）的需要，也為了使得計(jì)算機(jī)具有人腦學(xué)習(xí)、推理的復(fù)雜功能。（2）微型化 大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使得微型機(jī)可以滲透到家用電器、導(dǎo)彈彈頭等中、小型機(jī)無法進(jìn)入的領(lǐng)域。（3）多媒體化 以數(shù)

18、字技術(shù)為核心的圖像、聲音等與計(jì)算機(jī)、通信融為一體的信息環(huán)境。通過這種環(huán)境，無論在什么地方，只需要簡單的設(shè)備，就能自由自在地以接近自然的交互方式收發(fā)所需要的各種媒體信息。（4）網(wǎng)絡(luò)化 不受地理區(qū)域的限制，將分布在不同地點(diǎn)的不同機(jī)型的計(jì)算機(jī)和專門的外部設(shè)備由通信線路互聯(lián)組成一個(gè)規(guī)模大、功能強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以達(dá)到資源和信息共享的目的。（5）智能化 讓計(jì)算機(jī)能夠模擬人的感覺、行為和思維過程，使計(jì)算機(jī)具有一定的邏輯推理、學(xué)習(xí)和證明等能力，形成智能型計(jì)算機(jī)。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第一代軟件（1951-1959）第一代軟件由機(jī)器語言編寫。機(jī)器語言是內(nèi)置在計(jì)算機(jī)電路中的指令。即使求“3+5”的

19、結(jié)果這一簡單計(jì)算就需要三條完全由0、1組成的指令。對程序設(shè)計(jì)人員而言，需要面對一系列的0、1數(shù)字組合，他們不得不記住每個(gè)0、1串代表的含義。由于編寫機(jī)器語言程序非常乏味，就有程序設(shè)計(jì)員開發(fā)出了一種使用助記碼表示的人工程序設(shè)計(jì)語言，這些語言被稱為“匯編”語言。 雖然匯編語言的出現(xiàn)簡化了程序設(shè)計(jì)的工作。但每個(gè)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)采用的最終形式依然是機(jī)器語言。所以，為了讓匯編語言編寫的程序能夠運(yùn)行，還需要翻譯程序或匯編器，將每條用助記碼編寫的程序指令翻譯成等價(jià)的機(jī)器語言。其流程如圖所示。匯編源程序匯編程序翻譯器機(jī)器語言程序輸入輸出1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第二代軟件（1959-1965

20、） 第二代軟件時(shí)期開發(fā)的是高級語言，目前仍在使用有FORTRAN、COBOL和Lisp。高級語言的出現(xiàn)使得可以在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行同一個(gè)程序。因?yàn)槊恐懈呒壵Z言都有配套的翻譯程序，它可將高級語言編寫的語句翻譯成等價(jià)的機(jī)器語言指令。最早時(shí)，高級語言的語句通常被翻譯成匯編語言，然后這些匯編后的語句再被翻譯成機(jī)器指令。其流程如圖所示。匯編源程序匯編程序翻譯器機(jī)器語言程序輸入輸出高級語言程序輸入高級語言翻譯器輸出1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第三代軟件（1965-1971） 隨著計(jì)算機(jī)處理速度的不斷提高，人機(jī)矛盾日益凸顯。當(dāng)人們準(zhǔn)備下一批處理數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算機(jī)無所事事。為了讓計(jì)算機(jī)的所有資源都在計(jì)算

21、機(jī)的控制中，需要編寫一種程序來決定何時(shí)運(yùn)行什么程序，這種程序被稱作操作系統(tǒng)。應(yīng)用程序包系統(tǒng)軟件高級語言匯編語言機(jī)器語言1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第四代軟件（1971-1989） 20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，這是一種有邏輯、有規(guī)則的程序設(shè)計(jì)方法。該階段出現(xiàn)了Pascal、Modula-2、BASIC和C等結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言C+還允許用戶使用低級語句，成為了業(yè)界的選擇。與此同時(shí)，更好、更強(qiáng)大的操作系統(tǒng)也被開發(fā)出來了。AT&T公司開發(fā)了UNIX系統(tǒng)；為IBM PC機(jī)開發(fā)的PC-DOS和為了兼容開發(fā)的MS-DOS系統(tǒng)都成了個(gè)人計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。M

22、acintosh機(jī)的操作系統(tǒng)在引入了鼠標(biāo)和點(diǎn)擊式的圖形界面，徹底改變了人機(jī)交互的方式。很多高品質(zhì)的、價(jià)格合理的應(yīng)用程序軟件包如電子表格軟件、文字處理軟件和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等，也都被系統(tǒng)程序員開發(fā)了出來。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展歷史第五代軟件（1990至今） 這一時(shí)期，操作系統(tǒng)不斷改進(jìn)，Microsoft公司的Windows操作系統(tǒng)在個(gè)人計(jì)算機(jī)市場占有顯著優(yōu)勢。也是微軟公司的Office套件也逐漸取代了以往的辦公自動(dòng)化軟件。 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法成為大型程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目的首選。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)基于任務(wù)的層次劃分，而面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)則基于數(shù)據(jù)對象的層次劃分。Sun公司為面向?qū)ο蟮木幊谭椒ㄔO(shè)計(jì)的Ja

23、va語言成為了C+語言的競爭對手。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)的分類從不同的角度，可以將計(jì)算機(jī)分成不同的種類。但目前被廣泛采用的方法是美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1989年11月提出的標(biāo)準(zhǔn)，即把計(jì)算機(jī)劃分為巨型機(jī)、小巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站和個(gè)人計(jì)算機(jī)6類。 （1）巨型機(jī)（Super Computer）在所有計(jì)算機(jī)類型中功能最強(qiáng)，價(jià)格最貴，浮點(diǎn)運(yùn)算速度最快，常用于戰(zhàn)略武器設(shè)計(jì)、空間技術(shù)、石油勘探的概念領(lǐng)域。往往成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技水平的重要標(biāo)志。 （2）小巨型機(jī)（Mini

24、 Super Computer）功能略低于巨型機(jī)，運(yùn)算速度每秒10億次，價(jià)格只有巨型機(jī)的十分之一，可滿足一些較高應(yīng)用需求的用戶。 （3）大型主機(jī)（Mainframe）也稱大型電腦，整機(jī)運(yùn)算速度高達(dá)每秒30億次，具有很強(qiáng)的處理和管理能力。是規(guī)模較大的銀行、高校和科研院所常用的一種機(jī)型。 （4）小型機(jī)（Mini Computer） 結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本較低，不需要經(jīng)長期培訓(xùn)即可維護(hù)和使用，比較適用于中小客戶。 （5）工作站（Workstation） 介于小型機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)之間的一種高檔微機(jī)，主要用于特殊的專業(yè)領(lǐng)域，如圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等。 （6）個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Comput

25、er，簡稱PC） 日常生活中最常見的一種機(jī)型。因其軟件豐富、處理能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)勢深受普通用戶的青睞。目前，PC機(jī)除了臺(tái)式的，還有膝上型、筆記本型、掌上型、手表型等。1.2 計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)運(yùn)算速度快 目前計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度（也稱處理速度）用MIPS（每秒百萬條指令）來衡量。計(jì)算機(jī)如此高的運(yùn)算速度是其他任何計(jì)算工具無法比擬的，它使得以往需要幾年甚至幾十年才能完成的復(fù)雜運(yùn)算任務(wù)，現(xiàn)在只需要幾天、幾小時(shí)、甚至更短的時(shí)間就可完成計(jì)算精度高 計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)采用二進(jìn)制編碼，數(shù)的精度由該數(shù)所對應(yīng)的二進(jìn)制碼的位數(shù)決定，所以通過增加數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)來提高精度，位數(shù)越多精度就越高。具有記憶能力 計(jì)算機(jī)具有

26、內(nèi)存和外部存儲(chǔ)器，內(nèi)存用來存儲(chǔ)正在運(yùn)行中的程序和有關(guān)數(shù)據(jù)，外存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)需要長期保存的數(shù)據(jù)。這就像人的“大腦”一樣，能夠記憶數(shù)據(jù)。具有邏輯判斷能力 計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中，能夠根據(jù)上一步的結(jié)果判斷下一步該執(zhí)行的指令。這就使得計(jì)算機(jī)不僅能夠完成數(shù)值計(jì)算工作，還可以完成非數(shù)值數(shù)據(jù)的處理工作，如信息檢索、圖像識(shí)別等。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的研究范疇 計(jì)算機(jī)與技術(shù)的研究范疇包括了計(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，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。在這些研究領(lǐng)域中，有的方面前人已經(jīng)研究得比較透徹，取得了很多成果，需要我們在后續(xù)課程中去學(xué)習(xí)、掌握和

27、繼承；有的方面還不夠成熟和完備，需要我們進(jìn)一步去研究、完善和發(fā)展。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)理論的研究內(nèi)容離散數(shù)學(xué)：是計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)，主要研究數(shù)理邏輯、集合論和圖論等。算法分析理論：主要研究算法設(shè)計(jì)與分析中的數(shù)學(xué)方法與理論，如概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等，用于分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。形式語言與自動(dòng)機(jī)理論：研究程序設(shè)計(jì)語言以及自然語言的形式化定義、分類、結(jié)構(gòu)等有關(guān)理論以及識(shí)別各類語言的形式化模型及其相互關(guān)系。程序設(shè)計(jì)語言理論：運(yùn)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論研究程序設(shè)計(jì)語言的基本規(guī)律，包括形式語言文法理論、形式語義學(xué)（如代數(shù)語義、操縱語義等）和計(jì)算語言學(xué)等。程序設(shè)計(jì)方法學(xué)：研究如何從

28、號(hào)結(jié)構(gòu)的程序定義出發(fā)，通過對構(gòu)成程序的基本結(jié)構(gòu)的分析，給出能保證高質(zhì)量程序的各種程序設(shè)計(jì)規(guī)范化方法，并研究程序正確性證明理論、形式化驗(yàn)證技術(shù)等。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)硬件的研究內(nèi)容元器件與存儲(chǔ)介質(zhì)：研究構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件的各類電子的、磁性的、超導(dǎo)的、光學(xué)的元器件和存儲(chǔ)介質(zhì)。微電子技術(shù)：研究各類集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路芯片的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)等。計(jì)算機(jī)組成原理：研究通用計(jì)算機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)以及運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備等各部件得構(gòu)成和工作原理。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)：研究使用廣泛的微型計(jì)算機(jī)的組成原理、結(jié)構(gòu)、芯片、接口及其應(yīng)用技術(shù)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：研究計(jì)算機(jī)軟硬件的

29、總體結(jié)構(gòu)、各種新型體系結(jié)構(gòu)（如并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、陳列計(jì)算機(jī)、集群計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)）以及提高計(jì)算機(jī)性能的各種新技術(shù)。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)軟件的研究內(nèi)容程序設(shè)計(jì)語言的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)新穎的程序設(shè)計(jì)語言，包括定義程序設(shè)計(jì)語言的詞法規(guī)則、語法規(guī)則和語義規(guī)則。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法：對數(shù)據(jù)的邏輯和物理結(jié)構(gòu)定義相應(yīng)的運(yùn)算，設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算的算法，并確保經(jīng)過這些運(yùn)算后所得到的新結(jié)構(gòu)仍然是原來的結(jié)構(gòu)類型。常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：線性表、棧、隊(duì)列、串、樹和圖等。相關(guān)的算法有查找、內(nèi)部排序和外部排序等。程序設(shè)計(jì)語言翻譯系統(tǒng)：研究程序設(shè)計(jì)語言翻譯系統(tǒng)的基本理論、原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，如詞法規(guī)則和語法規(guī)則的形式化定義、程

30、序設(shè)計(jì)語言翻譯系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其各模塊（如詞法分析、語法分析、中間代碼生成、優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成）的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。操作系統(tǒng)：研究如何自動(dòng)地對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件資源進(jìn)行有效的管理，最大限度地方便用戶的使用。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：研究數(shù)據(jù)模型以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。其中包括：數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫語言、數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、查詢處理、查詢優(yōu)化、事務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用以及數(shù)據(jù)倉庫等。算法設(shè)計(jì)與分析：研究計(jì)算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域中常用算法的設(shè)計(jì)方法，分析算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度以評價(jià)算法的優(yōu)劣。有排序算法、串匹配算法、并行算法和模糊算法等。軟件工程學(xué)：指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)的工程學(xué)科，研究如何采用工程

31、的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)和維護(hù)軟件?？梢暬夹g(shù)：可視化技術(shù)研究如何用圖形和圖像來直觀地表征數(shù)據(jù)，即用計(jì)算機(jī)來生成、處理、顯示能在屏幕上逼真運(yùn)動(dòng)的三維形體，并能與人進(jìn)行交互式對話。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：研究局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程網(wǎng)、Internet、Intranet等各種網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和構(gòu)成方法及接入方式。數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：研究實(shí)現(xiàn)連接在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信（如衛(wèi)星、微波、寬帶、光纖、有線、無線）的介質(zhì)、原理、技術(shù)以及通信雙方必須共同遵守的各種規(guī)約。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：研究如何為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用戶提供方便的遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸、電子郵件、信息瀏覽、文檔查詢、網(wǎng)絡(luò)

32、新聞以及全球范圍內(nèi)的超媒體信息瀏覽等服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)安全：研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備安全、軟件安全、信息安全以及病毒防治等技術(shù)，以提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究內(nèi)容軟件開發(fā)工具：研究軟件開發(fā)工具的有關(guān)技術(shù)（如程序調(diào)試技術(shù)、代碼優(yōu)化技術(shù)、軟件重用技術(shù)、軟件自動(dòng)生成技術(shù)等）以及研制各種新型的程序設(shè)計(jì)語言及其翻譯系統(tǒng)、文字和報(bào)表處理工具、數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具、多媒體開發(fā)工具等。完善已有的應(yīng)用系統(tǒng)：根據(jù)最新的技術(shù)平臺(tái)和實(shí)際需求對已有的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行升級和改造，使其功能更加強(qiáng)大，更加易于使用。開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域：研究如何打破計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大計(jì)算機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生

33、活中的應(yīng)用。人機(jī)工程：研究人與計(jì)算機(jī)的交互和協(xié)同技術(shù)，為人們使用計(jì)算機(jī)提供更加友好的環(huán)境和界面。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中的基本問題 漢諾塔問題 證比求易法并行計(jì)算 找零問題 哲學(xué)家進(jìn)餐問題1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介漢諾塔問題 相傳，印度教的天神梵天在創(chuàng)造地球時(shí)建了一座神廟，廟里豎有3根寶石柱子，柱子由一個(gè)銅座支撐。梵天將64個(gè)直徑大小不一的金盤子，按照從大到小的順序依次套放在第一根柱子上，形成一座金塔（梵天塔或漢諾塔）。天神讓廟里的僧侶們將第一根柱子上的64個(gè)盤子借助第二根柱子全部移到第三根柱子上，即將整個(gè)塔遷移，同時(shí)定下3條規(guī)則： 每次只能移動(dòng)一個(gè)盤子；

34、盤子只能在3根柱子上來回移動(dòng)，不能放在他處； 在移動(dòng)過程中，3根柱子上的盤子必須始終保持大盤在下，小盤在上。 當(dāng)時(shí)僧侶們在對該問題分析之后預(yù)言，當(dāng)所有的進(jìn)盤子都移動(dòng)到第三根柱子上時(shí)，世界就將在一聲霹靂中消滅，而梵塔、廟宇和眾生也都將同歸于盡。 如果沒有科學(xué)的分析過程，也許我們會(huì)認(rèn)為以上說法是駭人聽聞的。但當(dāng)使用計(jì)算機(jī)解決這一問題時(shí)，漢諾塔問題就是一個(gè)典型的用遞歸方法求解的問題。遞歸是計(jì)算學(xué)科中的一個(gè)重要概念。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介 所謂遞歸，就是將一個(gè)較大的問題歸約為一個(gè)或多個(gè)子問題的求解方法。按照遞歸的方法，可將64個(gè)盤子的移動(dòng)問題轉(zhuǎn)化為求解63個(gè)盤子的問題。如果63個(gè)盤子的能解決

35、，則可先將63個(gè)盤子移動(dòng)到第二根柱子上，再將一個(gè)盤子直接移動(dòng)到第三根柱子上，最后又一次將63個(gè)盤子借助于第一根柱子，移動(dòng)到第三根柱子上。依此類推，63個(gè)盤子的移動(dòng)問題又可轉(zhuǎn)化為62個(gè)盤子的移動(dòng)問題，62個(gè)盤子的移動(dòng)問題又可轉(zhuǎn)化為61個(gè)盤子的移動(dòng)問題，直到1個(gè)盤子的求解問題。再由1個(gè)盤子的漢諾塔問題的求解求出2個(gè)盤子的移動(dòng)方法，直到求出64個(gè)盤子的移動(dòng)方法。由此，可用C語言對該問題的求解進(jìn)行描述。 Hanoi(i,char left,char middle,char right) If i=1 Move(1,left,_,right); Else Hanoi(n-1,left,middle,ri

36、ght); Move(1,left,_,right); Hanoi(n-1,middle,left,right);1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介證比求易法并行計(jì)算 從前，有一個(gè)酷愛數(shù)學(xué)的年輕國王艾述向鄰國一位聰明美麗的公主秋碧貞楠求婚。公主出了這樣一道題：求出48 770 428 433 377 171的一個(gè)真因子。若國王能在一天之內(nèi)求出答案，公主便接受他的求婚。國王回去后立即開始逐個(gè)數(shù)地進(jìn)行計(jì)算，他從早到晚，共算了3萬多個(gè)數(shù)，最終還是沒有結(jié)果。于是國王向時(shí)任宰相的大數(shù)學(xué)家孔煥石求教，大數(shù)學(xué)家在仔細(xì)思考后認(rèn)為這個(gè)數(shù)為17位，則最小的一個(gè)真因子不會(huì)超過9位，于是他給國王出了一個(gè)主意：按自然數(shù)的

37、順序給全國老百姓每人編一個(gè)號(hào)發(fā)下去，讓每個(gè)老百姓用自己的編號(hào)去除這個(gè)數(shù)，除盡了立即上報(bào)。最后，國王用這個(gè)方法求婚成功。 這位數(shù)學(xué)家所用的方法就是并行算法，在某些場合，用順序算法難以求解的問題，可用并行算法解決。但大家也會(huì)意識(shí)到一個(gè)問題，使用并行算法時(shí)，空間方面的復(fù)雜度較高，如果空間受到了限制，那么需要用計(jì)算機(jī)解決的難解性問題，還需要從降低時(shí)間復(fù)雜度入手。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科簡介找零問題 有一顧客拿一面值100元的鈔票在超市買了4元錢的商品，收銀員需要找96元的零錢，該如何選擇呢？ 一般情況下，雖然可有多種找法，但是收銀員會(huì)憑直覺選擇1張50元的，兩張20元的，1張5元的和1張1元的，這可使得找的零錢數(shù)目最少。 收銀員采用的方法，就是一種典型的貪婪算法。可以證明，按照這種方法找到的零錢數(shù)目的確最少。 貪婪算法也被用在在計(jì)算機(jī)求解問題的很多場合。它是一種典型的啟發(fā)式算法，它采用逐步構(gòu)造最優(yōu)解的方法，即在算法的每個(gè)階段都做出在當(dāng)時(shí)看上去最好的決策，以獲得最大的“好處”。換言之，就是在每一個(gè)決策過程中都要盡可能的“貪”，直到算法中的某一步不能繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，算法才停止。1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)