計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)匯報(bào)人：XX2024-01-22計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用編程語(yǔ)言與編譯原理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)安全contents目錄01計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)概述計(jì)算機(jī)科學(xué)是一門研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)硬件、軟件、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言等多個(gè)方面。計(jì)算機(jī)科學(xué)的定義計(jì)算機(jī)科學(xué)經(jīng)歷了從機(jī)械計(jì)算、電子計(jì)算到量子計(jì)算的多個(gè)發(fā)展階段，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，計(jì)算機(jī)科學(xué)逐漸成為一個(gè)獨(dú)立且日益重要的學(xué)科領(lǐng)域。發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)科學(xué)定義與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)科學(xué)涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等。計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究方向包括算法設(shè)計(jì)與分析、計(jì)算理論、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)安全、軟件工程、人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算等。技術(shù)領(lǐng)域及研究方向研究方向技術(shù)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)科體系包括計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等核心課程，以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟件工程、人工智能等選修課程。學(xué)科體系計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)知識(shí)（如數(shù)學(xué)、物理等）、核心知識(shí)（如算法設(shè)計(jì)與分析、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等）和應(yīng)用知識(shí)（如軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等）。此外，還需要掌握一定的編程語(yǔ)言和工具，如C/C、Java、Python等。知識(shí)結(jié)構(gòu)學(xué)科體系與知識(shí)結(jié)構(gòu)02計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，包括加法、減法、乘法、除法等。運(yùn)算器負(fù)責(zé)指令的取指、譯碼和執(zhí)行，控制整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行?？刂破鞲咚贂捍鏀?shù)據(jù)的部件，用于存儲(chǔ)指令、地址和數(shù)據(jù)等。寄存器位于CPU和主存之間的快速存儲(chǔ)器，用于提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度。高速緩存（Cache）中央處理器（CPU）主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器Cache存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)01020304計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主要存儲(chǔ)部件，用于存儲(chǔ)和訪問(wèn)程序和數(shù)據(jù)。如硬盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)（SSD）等，用于長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)。位于CPU和主存之間，用于緩存常用的數(shù)據(jù)和指令，提高訪問(wèn)速度。將主存和輔存結(jié)合起來(lái)，為用戶提供一個(gè)容量大且訪問(wèn)速度快的虛擬存儲(chǔ)空間。連接CPU和I/O設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。I/O接口I/O控制方式I/O設(shè)備包括程序控制I/O、中斷控制I/O、DMA控制I/O等。如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和數(shù)據(jù)輸出。030201輸入輸出系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)各部件的一組傳輸線，用于實(shí)現(xiàn)部件間的數(shù)據(jù)傳輸和通信?？偩€如PCI、USB、SATA等，規(guī)定了總線的電氣特性、傳輸協(xié)議和接口規(guī)范等。總線標(biāo)準(zhǔn)包括并行接口和串行接口等，用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的連接和通信。接口技術(shù)總線與接口技術(shù)03操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用提供用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口，作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象，隱藏對(duì)硬件操作的細(xì)節(jié)對(duì)計(jì)算機(jī)資源實(shí)施有效的管理，提高系統(tǒng)資源的利用率和方便用戶使用擴(kuò)充機(jī)器，為用戶提供良好運(yùn)行環(huán)境01020304操作系統(tǒng)基本概念及功能創(chuàng)建進(jìn)程、撤銷進(jìn)程、阻塞進(jìn)程、喚醒進(jìn)程進(jìn)程控制協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行順序進(jìn)程同步實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的信息交換進(jìn)程通信先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級(jí)調(diào)度（PriorityScheduling）、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）等調(diào)度算法進(jìn)程管理與調(diào)度算法內(nèi)存管理與虛擬內(nèi)存技術(shù)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存空間、回收不再使用的內(nèi)存空間將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址確保每個(gè)進(jìn)程在各自的內(nèi)存空間內(nèi)運(yùn)行，互不干擾通過(guò)請(qǐng)求調(diào)頁(yè)或請(qǐng)求分段實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)大內(nèi)存容量并提高內(nèi)存利用率內(nèi)存分配與回收地址轉(zhuǎn)換內(nèi)存保護(hù)虛擬內(nèi)存技術(shù)文件系統(tǒng)概念文件操作設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備獨(dú)立性文件系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序文件、目錄、路徑等基本概念，以及文件的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和存取方法等連接操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備的軟件模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備初始化、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制等功能創(chuàng)建、打開(kāi)、讀寫(xiě)、關(guān)閉、刪除等操作使得應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備，提高系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性04編程語(yǔ)言與編譯原理編程語(yǔ)言分類及特點(diǎn)低級(jí)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，與計(jì)算機(jī)硬件直接交互，執(zhí)行效率高但編程復(fù)雜。高級(jí)語(yǔ)言如C、C、Java等，更接近人類自然語(yǔ)言，易于理解和編寫(xiě)，需要通過(guò)編譯器或解釋器轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言執(zhí)行。面向?qū)ο笳Z(yǔ)言如Java、C#、Python等，以對(duì)象為基礎(chǔ)，支持封裝、繼承和多態(tài)等特性，提高代碼重用性和可維護(hù)性。函數(shù)式語(yǔ)言如Haskell、Lisp等，以函數(shù)為基本計(jì)算單元，避免狀態(tài)改變和變量賦值，簡(jiǎn)化并發(fā)和并行編程。目標(biāo)代碼生成將優(yōu)化后的語(yǔ)法樹(shù)或中間代碼轉(zhuǎn)換為目標(biāo)機(jī)器語(yǔ)言代碼。優(yōu)化對(duì)語(yǔ)法樹(shù)或中間代碼進(jìn)行等價(jià)變換，提高目標(biāo)代碼的執(zhí)行效率。語(yǔ)義分析檢查語(yǔ)法樹(shù)或中間代碼是否符合語(yǔ)言的語(yǔ)義規(guī)則，進(jìn)行類型檢查、控制流分析等。詞法分析將源代碼轉(zhuǎn)換為單詞或符號(hào)組成的詞素序列。語(yǔ)法分析根據(jù)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，將詞素序列組合成語(yǔ)法樹(shù)或中間代碼。編譯過(guò)程概述

詞法分析、語(yǔ)法分析和語(yǔ)義分析詞法分析器（掃描器）讀取源代碼，識(shí)別單詞或符號(hào)，生成詞素序列。語(yǔ)法分析器（解析器）根據(jù)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，將詞素序列組合成語(yǔ)法樹(shù)或中間代碼，檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤。語(yǔ)義分析器對(duì)語(yǔ)法樹(shù)或中間代碼進(jìn)行語(yǔ)義檢查，包括類型檢查、控制流分析、符號(hào)表管理等，確保程序語(yǔ)義正確。包括常量折疊、公共子表達(dá)式消除、死代碼刪除、循環(huán)展開(kāi)等，旨在提高目標(biāo)代碼的執(zhí)行效率。優(yōu)化技術(shù)將優(yōu)化后的語(yǔ)法樹(shù)或中間代碼轉(zhuǎn)換為目標(biāo)機(jī)器語(yǔ)言代碼，考慮寄存器分配、指令選擇、內(nèi)存訪問(wèn)優(yōu)化等問(wèn)題。目標(biāo)代碼生成器提供程序執(zhí)行所需的支持，如內(nèi)存管理、異常處理、系統(tǒng)調(diào)用接口等。運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)和目標(biāo)代碼生成05數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理及應(yīng)用03數(shù)據(jù)模型對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分。01數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。02數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）位于用戶和操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，用于科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念及數(shù)據(jù)模型關(guān)系代數(shù)一種抽象的查詢語(yǔ)言，用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來(lái)表達(dá)查詢。關(guān)系模型用二維表格結(jié)構(gòu)表示實(shí)體集，外鍵表示實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系演算以謂詞邏輯為基礎(chǔ)，包括元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RDBMS）包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)控制等語(yǔ)言。SQL基礎(chǔ)包括視圖、索引、存儲(chǔ)過(guò)程和觸發(fā)器等高級(jí)功能。SQL高級(jí)應(yīng)用通過(guò)優(yōu)化查詢語(yǔ)句、使用索引和分區(qū)等技術(shù)，提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能。SQL優(yōu)化SQL語(yǔ)言基礎(chǔ)與高級(jí)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)等步驟。數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化通過(guò)調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)、優(yōu)化SQL語(yǔ)句和建立索引等手段，提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能。數(shù)據(jù)庫(kù)安全性包括用戶認(rèn)證、訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)加密和防止SQL注入等安全措施。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和安全性考慮06網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議定義計(jì)算機(jī)之間通信的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)在不同設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間的可靠傳輸。TCP/IP模型傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP）是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層四個(gè)層次。常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、POP3等。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及TCP/IP模型廣域網(wǎng)（WAN）覆蓋較大地理范圍的網(wǎng)絡(luò)，通常通過(guò)公共通信網(wǎng)絡(luò)（如電話線或光纖）連接。互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)包括DSL、電纜調(diào)制解調(diào)器、光纖、衛(wèi)星等，用于將計(jì)算機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)。局域網(wǎng)（LAN）局限于較小地理范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如家庭、辦公室或校園網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)包括病毒、蠕蟲(chóng)、木馬、勒索軟件、釣魚(yú)攻擊等，可導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露、系統(tǒng)癱瘓等嚴(yán)重后果。網(wǎng)絡(luò)安全威脅采用強(qiáng)密碼策略、定期更新軟件和操作系統(tǒng)、限制不必要的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)、使用安全軟件等。防范策略提高用戶的安全意識(shí)，定期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全培訓(xùn)，以減少人為因素造成的安全漏洞。安全意識(shí)和培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)安全威脅與防范策略加密解密算法