第六章 計算機(jī)的研究方向和內(nèi)容

第六章

計算機(jī)學(xué)科以及主要研究方向

科學(xué)領(lǐng)域的三個層次：

基礎(chǔ)理論、技術(shù)科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)

一級學(xué)科:計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)0812二級學(xué)科:計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)081201計算機(jī)軟件與理論081202計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)081203信息安全081220軟件工程081221數(shù)字影視技術(shù)081224計算機(jī)科學(xué)技術(shù)是研究計算機(jī)的設(shè)計與制造,利用計算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲、處理、控制和傳輸?shù)鹊睦碚?、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)重于研制計算機(jī),和研究使用計算機(jī)進(jìn)行信息處理的方法與技術(shù)手段?？茖W(xué)是技術(shù)的依據(jù)，技術(shù)是科學(xué)的體現(xiàn)?？茖W(xué)與技術(shù)相輔相成、互為作用，二者高度融合是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的突出特點。

★計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)科還具有較強(qiáng)的工程性，因此，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。計算機(jī)學(xué)科概述

包含了計算機(jī)科學(xué)、計算機(jī)工程、軟件工程、信息工程等領(lǐng)域，計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，除了源于微電子學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展外，主要源于其應(yīng)用的廣泛性與巨大的需求。它已逐漸滲透到人類社會的各個領(lǐng)域，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的倍增器，科學(xué)文化與社會的催化劑。應(yīng)用是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動力、源泉和歸宿，而計算機(jī)科學(xué)技術(shù)又不斷為應(yīng)用提供日益先進(jìn)的方法、設(shè)備與環(huán)境。

計算機(jī)學(xué)科與電子科學(xué)、工程以及數(shù)學(xué)有很深地淵源。計算機(jī)科學(xué)家一向被認(rèn)為是獨立思考、富有創(chuàng)造性和想象力的。

數(shù)學(xué)是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的重要基礎(chǔ)之一，數(shù)學(xué)及其形式化描述、嚴(yán)密的表達(dá)和計算是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科所用的重要工具.

建立物理符號系統(tǒng)并對其實施變換是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科進(jìn)行問題描述和求解的重要手段。計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究范疇

計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究范疇包括計算機(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3個層面。在這些研究領(lǐng)域中，有些方面已經(jīng)研究得比較透徹，取得了許多成果；有些方面則還不夠成熟和完備，需要進(jìn)一步去研究、完善和發(fā)展。

計算機(jī)理論的研究內(nèi)容

（1）離散數(shù)學(xué)由于計算機(jī)所處理得對象是離散型的，所以離散數(shù)學(xué)是計算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)，主要研究數(shù)理邏輯、集合論、近世代數(shù)和圖論等。（2）算法設(shè)計與分析

主要研究算法設(shè)計與分析中的數(shù)學(xué)方法與理論，如組合數(shù)學(xué)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計等，用于分析算法的時間復(fù)雜性和空間復(fù)雜性。（3）形式語言與自動機(jī)

研究程序設(shè)計語言以及自然語言的形式化定義、分類、結(jié)構(gòu)等有關(guān)理論以及識別各類語言的形式化模型（自動機(jī)模型）及其相互關(guān)系。（4）程序設(shè)計語言理論運用數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)的理論研究程序設(shè)計語言的基本規(guī)律，包括形式語言文法理論、形式語義學(xué)（如代數(shù)語義、公理語義、操縱語義、指稱語義等）和計算機(jī)語言學(xué)等。（5）程序設(shè)計方法學(xué)研究如何從好結(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)計規(guī)范化方法等。計算機(jī)硬件的研究內(nèi)容（1）元器件與存儲介質(zhì)研究構(gòu)成計算機(jī)硬件的各類電子的、磁性的、機(jī)械的、超導(dǎo)的元器件和存儲介質(zhì)。（2）微電子技術(shù)研究構(gòu)成計算機(jī)硬件的各類集成電路、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。（3）計算機(jī)組成原理研究通用計算機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)以及運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備等各部件的構(gòu)成和工作原理。（4）微型計算機(jī)技術(shù)

研究目前使用最為廣泛的微型計算機(jī)的組成原理、結(jié)構(gòu)、芯片、接口及其應(yīng)用技術(shù)。（5）計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

研究計算機(jī)硬件的總體結(jié)構(gòu)、計算機(jī)的各種新型體系結(jié)構(gòu)（如并行處理機(jī)系統(tǒng)、精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)、共享存儲結(jié)構(gòu)計算機(jī)、陣列計算機(jī)、集群計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)、容錯計算機(jī)等）以及進(jìn)一步提高計算機(jī)性能的各種新技術(shù)。計算機(jī)軟件的研究內(nèi)容

（1）程序設(shè)計語言的設(shè)計

根據(jù)實際需要設(shè)計新穎的程序設(shè)計語言，即定義程序設(shè)計語言的詞法規(guī)則、語法規(guī)則和語義規(guī)則。（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與運算研究數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，以及它們之間的關(guān)系，并對這些結(jié)構(gòu)定義相應(yīng)的運算，設(shè)計出實現(xiàn)這些運算的算法，而且確保經(jīng)過這些運算后所得到的新結(jié)構(gòu)仍然是原來的結(jié)構(gòu)類型。（3）程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)研究程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)（如編譯程序）的基本理論、原理和實現(xiàn)技術(shù)。包括：詞法規(guī)則和語法規(guī)則的形式化定義、程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其各模塊（如詞法分析、語法分析、中間代碼生產(chǎn)、優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成）的實現(xiàn)技術(shù)。（4）操作系統(tǒng)

研究如何自動地對計算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件資源進(jìn)行有效的管理，并最大限度地方便用戶。研究內(nèi)容包括進(jìn)程管理、處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理、以及現(xiàn)代化操作系統(tǒng)中地一些新技術(shù)（如多任務(wù)、多線程、多處理機(jī)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等）。（5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

主要研究數(shù)據(jù)模型以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地實現(xiàn)技術(shù)。包括層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)模型、E－R數(shù)據(jù)模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型、基于邏輯的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫語言、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)、查詢處理、查詢優(yōu)化、事務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫安全性和完整性約束、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、多媒體數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)倉庫等。（7）軟件工程學(xué)是指導(dǎo)計算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)的學(xué)科，研究如何采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)和維護(hù)軟件。包括軟件開發(fā)和維護(hù)中所使用的技術(shù)和描述工具。（8）可視化技術(shù)是研究如何用圖形和圖像來直觀地表征數(shù)據(jù)，即用計算機(jī)來生成、處理、顯示能在屏幕上逼真運動地三維形體，并能與人進(jìn)行交互式對話。它不僅要求計算結(jié)果的可視化，而且要求計算過程地的可視化。使人們可以更加直觀、全面地觀察和分析數(shù)據(jù)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要研究內(nèi)容

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程網(wǎng)、Internet、Intranet等各種類型網(wǎng)絡(luò)地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和構(gòu)成方法及接入方式。（2）數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究實現(xiàn)連接在網(wǎng)絡(luò)上的計算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信（如有線、無線、光纖、寬帶、微波、衛(wèi)星通信等）的介質(zhì)、原理、技術(shù)以及通信雙方必須共同遵守的各種協(xié)議。（3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)研究如何為網(wǎng)絡(luò)用戶提供方便地遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸、電子郵件、信息瀏覽、文檔查詢、網(wǎng)絡(luò)新聞以及全球范圍內(nèi)地超媒體信息瀏覽等服務(wù)。（4）網(wǎng)絡(luò)安全研究網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備安全、軟件安全、信息安全以及病毒防治等技術(shù)，以提供計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。計算機(jī)應(yīng)用的主要研究內(nèi)容

（1）軟件開發(fā)工具研究軟件開發(fā)工具的有關(guān)技術(shù)（如軟件描述技術(shù)、程序驗證與測試技術(shù)、程序調(diào)試技術(shù)、代碼優(yōu)化技術(shù)、軟件重用技術(shù)等）以及研制各種新型程序設(shè)計語言及其翻譯程序、文字和處理工具、數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具、多媒體開發(fā)工具，以及如CAD等計算機(jī)輔助工程使用的工具軟件等。（2）完善既有應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)新的技術(shù)平臺和實際需求，對既有的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行升級、改造，使其功能更加強(qiáng)大、更加便于使用。（3）開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域研究如何打破計算機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大計算機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)以及社會生活中的應(yīng)用范疇。人－機(jī)工程

研究人與計算機(jī)的交互和協(xié)同技術(shù)，為人使用計算機(jī)提供一個更加友好的環(huán)境和界面，人與計算機(jī)更好地共同完成預(yù)定地任務(wù)。計算機(jī)學(xué)科的教育

計算機(jī)學(xué)科的發(fā)展非常迅速，計算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的不斷更新，使得本學(xué)科的教育已經(jīng)完全不能通過跟蹤流行系統(tǒng)的變化來跟蹤學(xué)科的發(fā)展，更不能以流行的系統(tǒng)來確定教學(xué)內(nèi)容。對計算機(jī)學(xué)科而言，“有限的在校學(xué)習(xí)時間與不斷增長的知識的矛盾”更為突出。另一方面，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，本學(xué)科目前正在逐步走向深入，這給計算機(jī)學(xué)科的教育既提出了新的要求，也提供了新的機(jī)遇。技術(shù)的變化影響計算機(jī)學(xué)科變化的大部分因素來自于技術(shù)的進(jìn)步。Inter公司創(chuàng)造人戈登·摩爾在1965年預(yù)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”。該定律目前繼續(xù)成立?？梢钥吹?，計算機(jī)系統(tǒng)的計算能力是以指數(shù)速度增加的，這使得幾年前還無法解決的問題在近期得到解決成為可能，而且使用起來更加方便。計算機(jī)學(xué)科其他方面的變化更大，例如WWW(萬維網(wǎng))出現(xiàn)后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，給人們的工作和生活提供了新的方式。所有這些都要求計算機(jī)學(xué)科教育所需的知識體系能夠緊跟技術(shù)的進(jìn)步。

在技術(shù)方面變化比較大的主要有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括基于TCP/IP的技術(shù)，萬維網(wǎng)及其應(yīng)用圖形學(xué)和多媒體技術(shù)嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)互操作性面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計應(yīng)用程序接口（API）的使用人－機(jī)交互技術(shù)軟件安全和信息安全不斷擴(kuò)大的應(yīng)用領(lǐng)域文化的變化

計算機(jī)的教育除了受到計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的影響外，還受到文化與社會發(fā)展的影響。例如（1）新技術(shù)帶來的教學(xué)法的改變

例如，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使遠(yuǎn)程教育在廣播、電視之后，又有了更方便的手段，它使得遠(yuǎn)程的在線交互成為現(xiàn)實，從而導(dǎo)致這一領(lǐng)域的更快發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)還使得地理位置相隔甚遠(yuǎn)的教學(xué)單位之間能方便地共享課程資源。新技術(shù)還影響到教學(xué)法的變革。演示軟件、計算機(jī)投影、實驗室工作站都顯著地改變了傳統(tǒng)地教學(xué)方法。（2）全世界計算機(jī)數(shù)量和用戶直接可用的計算功能大幅增加

計算機(jī)在近十年迅速普及。美國商務(wù)部的一項研究顯示，已有超過三分之二的美國人能訪問Internet。在其他大多數(shù)發(fā)達(dá)國家也有類似的情況。在我國，這一方面的發(fā)展更是令人矚目。隨著使用計算機(jī)獲取信息和處理事務(wù)的機(jī)會增多，使得人們對計算機(jī)技術(shù)有了更多更新的認(rèn)識。

（3）計算機(jī)技術(shù)增長的經(jīng)濟(jì)影響高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展勢頭，社會的極大需求所導(dǎo)致的極具吸引力的高待遇的良好就業(yè)前景，吸引了一大批人希望走入計算機(jī)領(lǐng)域。在我國，相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀影響著人才市場對畢業(yè)生的要求，也使得更多的學(xué)生選擇計算機(jī)學(xué)科作為所學(xué)專業(yè)，這些因素都或多或少地影響著計算機(jī)學(xué)科地教育。（4）學(xué)科的拓寬當(dāng)計算機(jī)學(xué)科不斷發(fā)展并逐漸成為基礎(chǔ)技術(shù)學(xué)科時，其應(yīng)用范圍更加廣泛。近年來，計算機(jī)學(xué)科已變得更寬廣、內(nèi)容更豐富，計算機(jī)學(xué)科地教育必須對此有所體現(xiàn)。例如，社會對各類復(fù)合人才地需求要求必須對學(xué)科交叉、應(yīng)用需求等進(jìn)行考慮。對計算機(jī)學(xué)科畢業(yè)生

的基本要求計算機(jī)學(xué)科最初源于數(shù)學(xué)學(xué)科和電子學(xué)科。所以，該學(xué)科的畢業(yè)生除了要掌握計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的各個知識領(lǐng)域的基本知識和技術(shù)之外，還必須具有扎實的數(shù)學(xué)功底、掌握科學(xué)地研究方法、熟悉計算機(jī)的實際應(yīng)用，并且具有良好的溝通技能及和諧的團(tuán)隊工作能力。知識、能力和素質(zhì)

“知識”是基礎(chǔ)、是載體、是表現(xiàn)形式。一個具有較強(qiáng)能力和良好素質(zhì)的人必須掌握豐富的知識，而一個掌握豐富的知識的人并不一定具有較強(qiáng)的能力和良好的素質(zhì)。知識還具有“載體”的屬性，能力和素質(zhì)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(zhì)，尤其是專業(yè)能力和專業(yè)素質(zhì)，是通過知識表現(xiàn)出來的。

“能力”是技能化的知識，是知識的綜合體現(xiàn)。在教學(xué)中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)運用知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，反對只讀書、讀死書。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。一般說來，知識越豐富，就越容易具有更強(qiáng)的能力。反過來，能力增強(qiáng)后，又有利于學(xué)習(xí)更多的知識。“素質(zhì)”是知識和能力的升華。高素質(zhì)可使知識和能力更好地發(fā)揮作用，同時還可促使知識和能力得到不斷的擴(kuò)展和增強(qiáng)。因此，教育絕對不能只停留在書本的表面知識上，一定要去挖掘深層的內(nèi)容，重視科學(xué)的世界觀和方法論的啟迪。

知識、能力、素質(zhì)是進(jìn)行高科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)。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。應(yīng)當(dāng)說，豐富的想象力加上扎實的基本功構(gòu)成創(chuàng)新的源泉。對飛速發(fā)展和不斷變化的計算機(jī)學(xué)科更是如此。在大學(xué)里，除了通常意義下的素質(zhì)外，重點是依據(jù)學(xué)科進(jìn)行學(xué)科綜合能力的提高和學(xué)科綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，突出工科兼理科這個特征。檢驗標(biāo)準(zhǔn)

為畢業(yè)生建立一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是非常困難的，但是可以給出一個基本標(biāo)準(zhǔn)。這個基本標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾個方面。（1）掌握計算機(jī)的基本理論和本學(xué)科的主要知識體系。（2）在確定的環(huán)境中能夠理解并應(yīng)用基本的概念、原理、準(zhǔn)則，具備對工具及技術(shù)進(jìn)行選擇與應(yīng)用的能力。（3）完成一個項目的設(shè)計與實現(xiàn)，該項目應(yīng)該涉及到問題的描述與定義、分析、設(shè)計和開發(fā)，為完成的項目撰寫適當(dāng)?shù)奈臋n等。該項目的工作應(yīng)該能夠表明自己具備有一定的解決問題和評價問題的能力，并能表現(xiàn)出對質(zhì)量問題的適當(dāng)理解和認(rèn)識。

（4）具備在適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)下進(jìn)行獨立工作的能力，以及作為團(tuán)隊成員和其他成員進(jìn)行合作的能力。（5）能夠綜合應(yīng)用所學(xué)的知識。（6）能夠保證所進(jìn)行的開發(fā)活動是合法的和合乎道德的。優(yōu)秀學(xué)生

應(yīng)該為有才華的學(xué)生提供發(fā)揮潛能的機(jī)會，使這些有才華的學(xué)生能應(yīng)用課程中學(xué)到的原理進(jìn)行有創(chuàng)新性的工作，能在分析、設(shè)計、開發(fā)適應(yīng)需求的復(fù)雜系統(tǒng)過程中作出有創(chuàng)意的貢獻(xiàn)；他們能夠?qū)ψ约汉退说墓ぷ鬟M(jìn)行確切的評價與檢驗。這需要在對學(xué)生的教育過程中，鼓勵他們樹立起強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識和信心，鼓勵他們?nèi)ヌ剿?。在鼓勵教師思考“教是為了不教”的同時，鼓勵學(xué)生思考“學(xué)是為了探索”。信息化社會的挑戰(zhàn)

當(dāng)今世界正處于信息時代，信息技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為推動社會進(jìn)步和社會發(fā)展的主要動力。信息化社會的發(fā)展對計算機(jī)科學(xué)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。為了收集、存儲、傳輸、處理和利用日益劇增的信息資源，以通信、網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合為特征的新一代信息革命正在興起，深刻地影響著社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個領(lǐng)域。信息化社會的特征所謂“信息化社會”的內(nèi)涵是十分廣泛的，可以理解為：在國民經(jīng)濟(jì)和社會活動中，通過普遍地采用電子信息設(shè)備和信息技術(shù)，更有效地利用和開發(fā)信息資源，推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步，使信息產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的比重占主導(dǎo)地位。信息化社會一般應(yīng)具有以下主要特征。1．建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施

信息基礎(chǔ)設(shè)施

是由信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、信息存儲設(shè)備和信息處理設(shè)備集成的統(tǒng)一整體，建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施是信息化社會的重要標(biāo)志。信息基礎(chǔ)設(shè)施需要在全國乃至全球范圍內(nèi)收集、存儲、處理和傳輸數(shù)量巨大的文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像以及聲音等多媒體信息，具有空前的廣泛性、綜合性和復(fù)雜性，它的建立過程是一項龐大的系統(tǒng)工程。信息基礎(chǔ)設(shè)施包括了遍布全球的各種類型的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和高性能的計算機(jī)系統(tǒng)，它是一個“網(wǎng)中網(wǎng)”，即由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。所有的計算機(jī)信息中心乃至個人計算機(jī)都應(yīng)該接入這個一體化的網(wǎng)絡(luò)。2．采用先進(jìn)的信息技術(shù)

先進(jìn)的信息技術(shù)

是信息化社會的根基。其中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：半導(dǎo)體和微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化的計算機(jī)系統(tǒng)和并行處理技術(shù)、數(shù)字化通信技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、海量信息存儲技術(shù)、高速信息傳輸技術(shù)、可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)等。

3．建立廣泛的信息產(chǎn)業(yè)

信息產(chǎn)業(yè)

是信息化社會的支柱，主要包括：計算機(jī)硬件制造業(yè)、計算機(jī)軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國民經(jīng)濟(jì)中各行業(yè)的信息化工作（如，電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子金融等）。信息產(chǎn)業(yè)不僅包括了計算機(jī)硬件和軟件的研究、開發(fā)與生產(chǎn)能力以及信息服務(wù)業(yè)，而且還包括了使用信息技術(shù)對傳統(tǒng)行業(yè)的改造，這體現(xiàn)了利用信息資源而創(chuàng)造的勞動價值。4．擁有高素質(zhì)的信息人才

在信息化社會中，無論是信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、信息技術(shù)的提供和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都離不開信息人才，沒有或缺乏高素質(zhì)的信息人才將一事無成。信息產(chǎn)業(yè)是資本密集型、知識密集型的產(chǎn)業(yè)，它的高新技術(shù)含量高，對人才素質(zhì)的要求高。信息化社會不僅需要維護(hù)型、服務(wù)型、操作型的人才，還特別要求信息人才具有高度的創(chuàng)新性和良好的適應(yīng)性。足夠數(shù)量的高素質(zhì)信息人才是實現(xiàn)信息化社會的保證和原動力。

5．構(gòu)建良好的信息環(huán)境

信息化社會不僅是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，而且也是社會管理體制和政策激勵的結(jié)果。良好的信息環(huán)境包括為了保障信息化社會有序運作的各項政策、法律、法規(guī)和道德規(guī)范，如知識產(chǎn)權(quán)、信息安全、信息保密、信息標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)政策、人才政策、職業(yè)道德規(guī)范等。構(gòu)建良好的信息環(huán)境是實現(xiàn)信息化社會的重要組成部分。Internet與信息化社會Internet的誕生與發(fā)展對信息化社會產(chǎn)生了深刻的影響，是當(dāng)今人類社會進(jìn)入信息化社會的重要標(biāo)志之一。Internet是當(dāng)今世界上最大的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。更確切的說，Internet并不是一個單一的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而是由世界上許多計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而構(gòu)成的，它是全球最大的、開放的、由眾多計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的“網(wǎng)中網(wǎng)”。因此，又把Internet成為國際互聯(lián)網(wǎng)，中文譯名為“因特網(wǎng)”或“互連網(wǎng)”。

1．Internet的發(fā)展

Internet的起源可以追溯到其前身ARPA網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)是美國國防部高級研究計劃局為進(jìn)行國防研究項目而開發(fā)的一個實驗型網(wǎng)絡(luò)，它把美國許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)連接起來，構(gòu)成一個廣域網(wǎng)。隨著小型機(jī)、微型機(jī)和局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，ARPA啟動了一個稱為Internet的研究計劃，主要研究局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)。作為該計劃的重要成果就是研制出傳輸控制協(xié)議TCP和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP，從而使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信有了統(tǒng)一的規(guī)范。以ARPA網(wǎng)為主干網(wǎng)、以TCP/IP協(xié)議為核心，將眾多計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來，從而形成了Internet的雛形，并于20世紀(jì)80年代初成為了一個實用性的網(wǎng)絡(luò)。在Internet的發(fā)展歷程中NSF網(wǎng)也曾起到重要作用。NSF網(wǎng)是美國國家科學(xué)基金會資助建立的一個廣域網(wǎng)，最初連接了美國的五個超級計算機(jī)中心，并與Internet互聯(lián)。從而使美國的100多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)共享超級計算機(jī)中心的資源。20世紀(jì)80年代后期，由于NSF網(wǎng)的能力不斷強(qiáng)化，已經(jīng)逐步取代了ARPA網(wǎng)演變成為Internet的主干網(wǎng)。

Internet的不斷完善使其成為美國信息高速公路最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。覆蓋全美的數(shù)字化、大容量、高速的光纖通信網(wǎng)使Internet延伸到了許多國家，大大促進(jìn)了現(xiàn)代社會信息化、全球化的進(jìn)程，對社會政治、經(jīng)濟(jì)、生活帶來了深刻的影響。

2．Internet的特點

（1）系統(tǒng)的廣域性和開放性

Internet是在全球范圍內(nèi)開放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，具有信息傳輸?shù)膹V域性和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開放性。目前已有150多個國家或地區(qū)、100多萬個網(wǎng)絡(luò)、數(shù)億臺計算機(jī)與Internet相連接，用戶數(shù)10億多個。（2）信息的共享性和時效性

Internet將通信系統(tǒng)、計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫等連接成為一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，使分布在世界各地的、豐富的信息可以為廣大用戶所共享。此外，信息一旦進(jìn)入Internet的發(fā)布平臺，便可以長期儲存、長效發(fā)布、隨時更新。

（3）入網(wǎng)方式的靈活性和多樣性

Internet入網(wǎng)方式的靈活性和多樣性是其獲得飛速發(fā)展的重要原因。Internet所采用的TCP/IP協(xié)議成功地解決了不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、不同硬件平臺、不同操作系統(tǒng)之間的兼容性問題，無論是大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)或工作站都可以采用多種方式靈活地接入Internet，并通過TCP/IP協(xié)議與Internet進(jìn)行通信。凡使用TCP/IP協(xié)議的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可用相同的連接方式加入Internet；其他一些異構(gòu)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則可以通過網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)接入。（4）強(qiáng)大的服務(wù)功能

Internet提供了多樣化的、強(qiáng)大的服務(wù)功能，其中包括：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)新聞以及全球范圍內(nèi)的超媒體信息瀏覽和查詢服務(wù)等。用戶可以運用這些服務(wù)功能輕松地在網(wǎng)上遨游。

（5）網(wǎng)絡(luò)安全的脆弱性和復(fù)雜性

由于Internet上有大量的、多種類型的計算機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)等在運行，其信息流具有多渠道交叉和路徑的不確定性，而且Internet的開放性、管理的松散性以及TCP/IP協(xié)議在安全方面的薄弱性，都造成了Internet在安全上的脆弱性和復(fù)雜性。

3．我國的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

我國政府也不失時機(jī)地采取了一系列有效的措施，開展了信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，建成了多個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和以“金字”工程為代表的應(yīng)用系統(tǒng)，大大促進(jìn)了信息化的進(jìn)程。1993年12月，我國成立了“國際經(jīng)濟(jì)信息化聯(lián)席會議”，領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)我國的經(jīng)濟(jì)信息化工作；1995年9月，中共中央十四屆五中全會將“加速國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程”寫入了有關(guān)文件中；1996年初，成立了“國務(wù)院經(jīng)濟(jì)信息化領(lǐng)導(dǎo)小組”，統(tǒng)籌規(guī)劃實現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)信息化的戰(zhàn)略目標(biāo)。我國以Internet技術(shù)為依托建成的全國性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和“金字”工程簡要介紹如下。

（1）中國教育科研網(wǎng)

中國教育科研網(wǎng)（簡稱CERNET）是國家教育部管理的覆蓋全國的學(xué)術(shù)性計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。CERNET將全國的主要大學(xué)的校園網(wǎng)、研究機(jī)構(gòu)以及大型圖書館連接起來，實現(xiàn)信息交換和資源共享。同時，該網(wǎng)絡(luò)也提供了連接Internet的國際出口，可以向用戶提供Internet的所有服務(wù)功能。利用CERNET國內(nèi)外的學(xué)者可以進(jìn)行信息傳送、學(xué)術(shù)交流、文獻(xiàn)查閱、從中獲取大量的知識信息。（2）中國公用信息網(wǎng)

中國公用信息網(wǎng)（簡稱ChinaNET）是國家郵電部經(jīng)營和管理的全國性的公用信息網(wǎng)，是Internet在我國的延伸。目前已有30多個省會城市的骨干網(wǎng)進(jìn)入ChinaNET，并在北京和上海建立了連接Internet的國際出口，可以向用戶提供Internet的所有服務(wù)功能，并廣泛應(yīng)用于政法部門、科學(xué)研究、遠(yuǎn)程教育、電子商務(wù)和信息查詢等各個領(lǐng)域。

（3）中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)

中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)（簡稱CSTNET）是以中國科學(xué)院的NCF網(wǎng)和CCASNET網(wǎng)為基礎(chǔ)，連接了中國科學(xué)院以外的一些科研單位而構(gòu)成的全國性計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。為全國的科研單位、科技工作者、科技管理部門等提供信息服務(wù)、Internet服務(wù)和超級計算機(jī)的資源共享。（4）中國金橋信息網(wǎng)

中國金橋信息網(wǎng)（簡稱ChinaGBN）是在國務(wù)院直接倡導(dǎo)下實施的國際公用經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)工程“金橋工程”的產(chǎn)物，是我國經(jīng)濟(jì)信息化的基礎(chǔ)設(shè)施之一。目前已有20余個省會參與“金橋工程”，完成了建網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)工作，并在北京建立了全國網(wǎng)絡(luò)管理與控制中心，其主要功能和目標(biāo)是：為國家宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控與決策提供服務(wù)；為經(jīng)濟(jì)和社會信息資源共享提供服務(wù)；為企業(yè)應(yīng)用信息系統(tǒng)提供服務(wù)；為推動國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程，提高社會生產(chǎn)力提供服務(wù)。

（5）金關(guān)工程

“金關(guān)工程”的目標(biāo)是將海關(guān)、外貿(mào)、外匯管理以及稅務(wù)等部門和企業(yè)的業(yè)務(wù)處理聯(lián)網(wǎng)，建立出口退稅管理、配額許可證管理、進(jìn)出口收匯結(jié)匯管理和進(jìn)出口貿(mào)易統(tǒng)計等信息應(yīng)用系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用電子數(shù)據(jù)交換（EDI）技術(shù)，提供外貿(mào)、海關(guān)等部門的現(xiàn)代化管理水平。以上4個應(yīng)用系統(tǒng)分別由外貿(mào)部、國家稅務(wù)總局、外匯管理局以及海關(guān)等主持開發(fā)，現(xiàn)已取得了卓有成效的進(jìn)展。（6）金卡工程

“金卡工程”的目標(biāo)是建立一個安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和良好的電子貨幣服務(wù)體系，加快我國金融電子化和商業(yè)電子化的進(jìn)程。目前，諸如銀行卡以及其他各種IC卡已經(jīng)被廣泛使用，使人們的購物方式和支付方式產(chǎn)生了新的變革，生活更加方便，也大大減少了現(xiàn)金的發(fā)行與流通；現(xiàn)代化電子支付系統(tǒng)也已經(jīng)在國家金融網(wǎng)絡(luò)上運行，實現(xiàn)了異地或跨行業(yè)的資金清算、大額資金實時支付、小額資金批量支付、銀行卡授權(quán)以及債券管理等功能。

（7）其他“金字”工程

除了以上一些互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和“三金”工程之外，還啟動了其他一系列的“金字”工程，如“金稅工程”、“金企工程”等。其中“金稅工程”將全國各主要中心城市、縣區(qū)的稅務(wù)部門聯(lián)網(wǎng)，并開發(fā)全國增值稅專業(yè)發(fā)票稽核網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、防偽識偽稅控制系統(tǒng)、電子發(fā)票申報系統(tǒng)、計稅收款機(jī)等，對強(qiáng)化國家的稅收征管工作發(fā)揮了重要的作用。“金企工程”則是通過建立大量的企業(yè)數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、行業(yè)數(shù)據(jù)庫等，形成全國性的經(jīng)濟(jì)信息資源網(wǎng)，建立國家宏觀調(diào)控支持系統(tǒng)，從而有利于企業(yè)轉(zhuǎn)制、進(jìn)入市場和開拓新的商機(jī)，同時也可以為國家宏觀經(jīng)濟(jì)決策提供科學(xué)依據(jù)和信息服務(wù)。我國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和一系列“金字工程”的實施，為我國國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化建設(shè)拉開了序幕，也為電子信息產(chǎn)業(yè)開辟了廣闊的市場，對加快我國現(xiàn)代化建設(shè)具有重大而深遠(yuǎn)的意義。信息化社會對計算機(jī)

人才的需求擁有足夠數(shù)量的、高素質(zhì)的信息技術(shù)人才是實現(xiàn)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(jī)人才是多方位的，不僅需要研究型、設(shè)計型的人才，而且需要應(yīng)用型、工程型的人才；不僅需要開發(fā)型的人才，而且需要維護(hù)型、服務(wù)型、操作型的人才。由于信息技術(shù)發(fā)展日新月異，信息產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中變化最快的產(chǎn)業(yè)，因此要求計算機(jī)人才具有較高的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，并對新技術(shù)的發(fā)展具有良好的適應(yīng)性。計算機(jī)學(xué)科知識體系為了做好計算機(jī)學(xué)科本科生的教育工作，由中國計算機(jī)學(xué)會、全國高校計算機(jī)教育研究會、清華大學(xué)出版社聯(lián)合組織了研究小組，研究小組在參考國外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，就計算機(jī)學(xué)科的教育思想、觀念、教學(xué)計劃等進(jìn)行了探討，提出了學(xué)科教育的指導(dǎo)思想和基本要求，提出了計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識體系，形成了《中國計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程》（簡稱CCC）。本節(jié)將參照CCC的有關(guān)章節(jié)介紹計算機(jī)學(xué)科的知識體系的結(jié)構(gòu)、知識領(lǐng)域（area）、知識單元（unit）和知識點（topic）的概念及課程體系，并對其中的有關(guān)問題作簡要說明。1

知識體系結(jié)構(gòu)

計算機(jī)學(xué)科的知識體系結(jié)構(gòu)組織成如下3個層次：知識領(lǐng)域、知識單元和知識點。一個知識領(lǐng)域可以分解成若干個知識單元，一個知識單元又包含若干個知識點。知識體系結(jié)構(gòu)的最高層是知識領(lǐng)域，表示特定的學(xué)科子領(lǐng)域。每個知識領(lǐng)域用兩個英文字母的縮寫表示，例如OS表示操作系統(tǒng)（operatingsystem），PL表示程序設(shè)計語言（programminglanguage）等。知識體系結(jié)構(gòu)的中間層是知識單元，表示知識領(lǐng)域中獨立的主題（thematic）模塊。每一知識單元用知識領(lǐng)域名后加一個數(shù)字表示，例如OS3是操作系統(tǒng)中有關(guān)并發(fā)性的知識單元。知識體系結(jié)構(gòu)的最底層是知識點。2

學(xué)科知識體系一覽對計算機(jī)學(xué)科知識體系的概要總結(jié)參見下表，它展示了知識領(lǐng)域、知識單元、核心知識單元及各自所需的最少時間。1.DS.離散結(jié)構(gòu)（72核心學(xué)時）

DS1.函數(shù)、關(guān)系和集合（12）

DS2.基本邏輯（18）

DS3.證明技巧（24）

DS4.計數(shù)基礎(chǔ)（12）

DS5.圖與樹（6）2.PF.程序設(shè)計基礎(chǔ)（69核心學(xué)時）

PF1.程序設(shè)計基本結(jié)構(gòu)（15）

PF2.算法與問題求解（8）

PF3.基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（30）

PF4.遞歸（10）

PF5.事件驅(qū)動程序設(shè)計（6）3.AL.算法與復(fù)雜性（54核心學(xué)時）

AL1.算法分析基礎(chǔ)（6）

AL2.算法策略（12）

AL3.基本算法（24）

AL4分布式算法（4）

AL5可計算性理論基礎(chǔ)（8）

AL6復(fù)雜性類：P類和NP類

AL7自動機(jī)理論

AL8高級算法分析

AL9加密算法

AL10幾何算法

AL11并行算法4.AR.計算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)（82核心學(xué)時）

AR1.數(shù)字邏輯與數(shù)學(xué)系統(tǒng)（16）

AR2.數(shù)據(jù)的機(jī)器級表示（6）

AR3.匯編級機(jī)器組織（6）

AR4.存儲系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)（10）

AR5.接口和通信（12）

AR6.功能組織（14）

AR7.多處理和其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（6）

AR8.性能提高

AR9.網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.OS.操作系統(tǒng)（40核心學(xué)時）

OS1.操作系統(tǒng)概述（2）

OS2.操作系統(tǒng)原理（4）

OS3.并發(fā)性（12）

OS4.調(diào)度與分派（6）

OS5.內(nèi)存管理（10）

OS6.設(shè)備管理（2）

OS7.安全與保護(hù)（2）

OS8.文件系統(tǒng)（2）

OS9.實時和嵌入式系統(tǒng)

OS10.容錯

OS11.系統(tǒng)性能評價

OS12.腳本6.NC.網(wǎng)絡(luò)及其計算（48核心學(xué)時）

NC1.網(wǎng)絡(luò)及其計算介紹（4）

NC2.通信與網(wǎng)絡(luò)（20）

NC3.網(wǎng)絡(luò)安全（8）

NC4.客戶/服務(wù)器計算舉例（8）

NC5.構(gòu)建管理（4）

NC6.網(wǎng)絡(luò)管理（4）

NC7.壓縮與解壓縮

NC8.多媒體數(shù)據(jù)技術(shù)

NC9.無線和移動計算7.PL.程序設(shè)計語言（54核心學(xué)時）

PL1.