信息學(xué)科導(dǎo)論-5.7

1、信息科學(xué)導(dǎo)論,Introduction of Information Subject,第 5 章 : 計算機科學(xué)與技術(shù),5.1 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容,5.3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史,5.4 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢,5.5 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè),Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.2,Fall in 2010,5.1 計算機科學(xué)與

2、技術(shù)學(xué)科的概念,1. 什么是學(xué)科,學(xué)科是用于對學(xué)術(shù)進行分類的概念，指一定的科,學(xué)領(lǐng)域或一門科學(xué)的分支（分支學(xué)科），如自然科學(xué),中的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)，人文社會科學(xué)中的文學(xué)、,語言學(xué)、法學(xué)、社會學(xué)等。,學(xué)科的出現(xiàn)反映了自然與社會運動的復(fù)雜多樣性,，也反映人類認識世界的規(guī)律與方法。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.3,Fall in 2010,5.1 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念

3、,2 、什么是計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科,計算機科學(xué)與技術(shù)是一個一級學(xué)科的名稱，是指,研究計算機的設(shè)計、制造以及利用計算機進行信息獲,取、表示、存儲、處理、控制和應(yīng)用等的理論、原則,、方法和技術(shù)的學(xué)科。,計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是一門朝氣蓬勃、發(fā)展,迅速、博大精神、影響深遠的學(xué)科。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.4,Fall in 2010,,,,,,,,5.1 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)

4、科的概念,3 、主要內(nèi)容,通常認為，計算機科學(xué)與技術(shù)包括六個分支學(xué)科,，即理論計算機科學(xué)、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組織,與實現(xiàn)、計算機軟件、計算機應(yīng)用技術(shù)和人工智能。,計算機 科學(xué)與技術(shù),理論計算機科學(xué),計算機體系結(jié)構(gòu) 計算機組織與 實現(xiàn),計算機軟件,人工智能,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.5,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容,1. 理論計算機科

5、學(xué),理論計算機科學(xué)是研究計算機基本理論的學(xué)科。,理論計算機科學(xué)包括自動機理論、形式語言理論、程,序理論、算法分析，以及計算復(fù)雜性理論等。,位于英國曼徹斯特街頭的圖靈塑像。,圖靈機模型的藝術(shù)展現(xiàn),圖靈是理論計算機科學(xué)的創(chuàng)立人。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.6,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,2. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是研究機器

6、語言程序員或編譯程,序編寫者所看到的計算機外特性的學(xué)科。,程序設(shè)計者所見的計算機屬性，著重于計算機的,概念結(jié)構(gòu)和功能特性，硬件、軟件和固件子系統(tǒng)的功,能分配及其界面的確定。使用高級語言的程序設(shè)計者,所見到的計算機屬性，主要是軟件子系統(tǒng)的屬性。使,用機器語言的程序設(shè)計者所見到的計算機屬性，則是,硬件子系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)（硬件子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）及其功能,特性，包括指令系統(tǒng)（機器語言），以及寄存器定義,、中斷機構(gòu)、輸入輸出方式、機器工作狀態(tài)等。,Int

7、roduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.7,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,3. 計算機組織與實現(xiàn),計算機組織與實現(xiàn)是研究組成計算機的功能、部,件間的相互連接和相互作用，以及有關(guān)計算機實現(xiàn)的,技術(shù)。在計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定分配給硬子系統(tǒng)的功能,及其概念結(jié)構(gòu)之后，計算機組織的任務(wù)就是研究各組,成部分的內(nèi)部構(gòu)造和相互聯(lián)系，以實現(xiàn)機器指令級的,各種功能和特性。,

8、微控制器集成電路,Intel 雙核處理器,Intel CPU 內(nèi)部連接,E6750,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.8,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,隨著計算機功能的擴展和性能的提高，計算機包,含的功能部件也日益增多，其間的互連結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,?，F(xiàn)代已有三類互連方式，分別以中央處理器、存儲,器或通信子系統(tǒng)為中心，與其他部件互連。,“ 天河

9、一號 ” 采用了全新的,多陣列可配置協(xié)同并行的,組織結(jié)構(gòu) , 從而實現(xiàn)了系,統(tǒng)性能的提升。這種系統(tǒng),結(jié)構(gòu)具備構(gòu)建下一個量級,即萬萬億次計算機的能力 ,,將會成為下一代高新計算,機的主流結(jié)構(gòu)。,我國 2009 年 11 月發(fā)布的超級計算機 “ 天河一號 ”,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.9,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,4. 計算機軟件

10、,什么是計算機軟件：,軟件是計算機程序及其文檔的總和。程序總是要,通過某種物理介質(zhì)來存儲和表示的，它們是磁盤、磁,帶、程序紙、穿孔卡等，但程序并不是指這些物理介,質(zhì)，而是指那些看不見、摸不著的指令序列。注意，,軟件還包括與程序相關(guān)的文檔部分。,計算機軟件作為一門學(xué)科，研究各類軟件的設(shè)計,、開發(fā)、實現(xiàn)、維護的理論、原則、方法和技術(shù)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.10,Fa

11、ll in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,計算機軟件分類：,可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。,系統(tǒng)軟件：,系統(tǒng)軟件是負責(zé)對整個計算機系統(tǒng)資源的管理、,調(diào)度、監(jiān)視和服務(wù)。,一種 UNIX 操作系統(tǒng)界面,最初的蘋果計算機視窗操作系統(tǒng),Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.11,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,Windows V

12、ista 操作系統(tǒng)界面,2009 Mac OS X Snow Leopard,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.12,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,應(yīng)用軟件：,應(yīng)用軟件是指各個不同領(lǐng)域的用戶為各自的需要,而開發(fā)的各種應(yīng)用程序，如圖像處理軟件、三維動畫,軟件、工業(yè)控制軟件等。,工業(yè)過程控制組態(tài)軟件,數(shù)字圖像處理軟件 PHOTOSHOP,In

13、troduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.13,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,5. 計算機應(yīng)用技術(shù),計算機應(yīng)用技術(shù)學(xué)科研究計算機應(yīng)用于各個領(lǐng)域,的理論、方法、技術(shù)和系統(tǒng)，是計算機科學(xué)與其他學(xué),科在應(yīng)用上相結(jié)合的產(chǎn)物。計算機應(yīng)用已深入到科學(xué),、技術(shù)、社會的廣闊領(lǐng)域，按其應(yīng)用問題以及信息處,理的形態(tài)，大體上可以分為 ：① 科學(xué)計算。求取各,種數(shù)學(xué)問題的數(shù)

14、值解。② 數(shù)據(jù)處理。用計算機收集,、記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)處理產(chǎn)生新的信息形式。計算機應(yīng)用,所面對的數(shù)據(jù)是多種類型的，如文本、圖像、音頻、,視頻等。處理方式主要包括數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲,、分類、組織、計算、檢索。③ 知識處理。用計算,機進行知識的表示、利用、獲取。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.14,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,科學(xué)計算的可

15、視化,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.15,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,多媒體技術(shù)在北京奧運會開模式上,的應(yīng)用,計算機圖形學(xué)：地貌渲染,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.16,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)的結(jié)合：視頻會

16、議系統(tǒng),Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.17,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,計算機應(yīng)用的基本任務(wù)：,計算機應(yīng)用系統(tǒng)分析和設(shè)計是計算機應(yīng)用研究普,遍需要解決的課題。應(yīng)用系統(tǒng)分析在于系統(tǒng)地調(diào)查、,分析應(yīng)用環(huán)境的特點和要求，建立數(shù)學(xué)模型，按照一,定的規(guī)范化形式描述它們，形成計算機應(yīng)用系統(tǒng)的技,術(shù)設(shè)計要求。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計包括系統(tǒng)配置設(shè)計、應(yīng)用,軟

17、件總體設(shè)計、功能模塊設(shè)計、其他工程設(shè)計、系統(tǒng),性能評價，最終以系統(tǒng)產(chǎn)品的形式提供給用戶。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.18,Fall in 2010,5.2 計算機科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,6. 人工智能,人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展,人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的科學(xué)。它,企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智,能相似的方式作出反應(yīng)的智能

18、機器，該領(lǐng)域的研究包,括知識表示、自動推理和搜索方法、機器學(xué)習(xí)和知識,獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計算機視覺、,智能機器人、自動程序設(shè)計等方面等。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.19,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史,1. 計算機科學(xué)的起源,標志性事件：,1936 年，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇,論文，題為 “ 論數(shù)字計算在決斷難

19、題中的應(yīng)用 ” 。在,這篇開創(chuàng)性的論文中，圖靈給 “ 可計算性 ” 下了一個,嚴格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的 “ 圖靈機 ” (Turing,Machine) 的設(shè)想。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.20,Fall in 2010,1.一條無限長的紙帶。紙帶被劃分為一個接一個的小格子，每個格子上包含一個來自有限字母表的符號，字母表中有一個特殊的符號 表示空白。紙帶上的格子從

20、左到右依此被編號為 0,1,2,... ，紙帶的兩端可以無限伸展。2.一個讀寫頭 。該讀寫頭可以在紙帶上左右移動，它能讀出當前所指的格子上的符號，并能改變當前格子上的符號。3.一套控制規(guī)則 。它根據(jù)當前機器所處的狀態(tài)以及當前讀寫頭所指的格子上的符號來確定讀寫頭下一步的動作，并改變狀態(tài)寄存器的值，令機器進入一個新的狀態(tài)。4.一個狀態(tài)寄存器。它用來保存圖靈機當前所處的狀態(tài)。注意這個機器的每一部分都是有限的，但它

21、有一個潛在的無限長的紙帶，因此這種機器只是一個理想的設(shè)備。圖靈認為這樣的一臺機器就能模擬人類所能進行的任何計算過程。,“5+1”的計算過程（1）,start,add,↑,↑,↑,carry,↑,noncarry,“5+1”的計算過程（2）,↑,↑,↑,↑,noncarry,return,return,return,↑,halt,,“5+1”的計算過程（3）,思考：圖靈機如何運算“7+1”？,↑,return,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)

22、的發(fā)展歷史（續(xù)）,圖靈機被公認為現(xiàn)代計算機的原型，這臺機器可,以讀入一系列的零和一，這些數(shù)字代表了解決某一問,題所需要的步驟，按這個步驟走下去，就可以解決某,一特定的問題。這種觀念在當時是具有革命性意義的,，因為即使在 50 年代的時候，大部分的計算機還只能,解決某一特定問題，不是通用的，而圖靈機在理論上,卻是通用機。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.21,Fall in

23、2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,20 世紀 40 年代數(shù)字計算機產(chǎn)生后，關(guān)于現(xiàn)實計算,機及其程序的數(shù)學(xué)模型性質(zhì)的研究以及計算復(fù)雜性（,早期稱作計算難度）的研究迅速發(fā)展起來，形成自動,機論、形式語言理論、程序設(shè)計理論、算法設(shè)計與分,析和計算復(fù)雜性理論幾個領(lǐng)域。至于圖靈機理論，則,可以看作是這一學(xué)科形成前的階段。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.22,Fa

24、ll in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,2. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展,20世紀 40 年代后期，美籍匈,牙利科學(xué)家馮諾伊曼提出了，,存儲程序的概念，發(fā)展出謂馮,諾伊曼結(jié)構(gòu)。對計算機系統(tǒng)結(jié),構(gòu)的研究在 20 世紀 50 年代開始,興起。當時，計算機的性能在,計算速度和編址空間方面已提,20 世紀 40 年代的馮諾伊曼,高了幾個數(shù)量級，但大部分是,通過分立元件更新而獲得的。,Introduction of Scien

25、ce Subject—Dongjun Huang,1.23,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,馮 · 諾依曼的貢獻主要是確立了現(xiàn)代計算機的基,本結(jié)構(gòu)，即馮 · 諾依曼結(jié)構(gòu)。其特點可以概括為如下,幾點：（ 1 ）使用單一的處理部件來完成計算、存儲,以及通信的工作；（ 2 ）存儲單元是定長的線性組織,；（ 3 ）存儲空間的單元是直接尋址的；（ 4 ）使用機,器語言，指令通過操作碼來完成

26、簡單的操作；（ 5 ）,對計算進行集中的順序控制?，F(xiàn)代計算機的劃代原則,主要是依據(jù)計算機所采用的電子器件不同來劃分的，,這就是人們通常所說的電子管、晶體管、集成電路、,超大規(guī)模集成電路等四代，但是都屬于馮 · 諾依曼結(jié),構(gòu)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.24,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,3. 計算機組織與實現(xiàn)方式的變革

27、,A. 早期的計算機,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.25,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,3. 計算機組織與實現(xiàn)方式的變革,B. 巨型機計算機,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.26,Fall in 2010,,,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,3. 計算機組織

28、與實現(xiàn)方式的變革,C.微處理器與微型計算機,Intel Conroe 核心,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.27,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,3. 計算機組織與實現(xiàn)方式的變革,D. 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,計算機網(wǎng)絡(luò)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展集中反映了計,算機組織方式的變革。從計算機組織與實現(xiàn)的角度看,待計算機網(wǎng)絡(luò)是本質(zhì)性的觀點。,計算機網(wǎng)絡(luò)是

29、指將地理位置不同的具有獨立功能,的多臺計算機及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來,，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的,管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系,統(tǒng)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.28,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,3. 計算機組織與實現(xiàn)方式的變革,D. 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,從分布范圍看上，計算機網(wǎng)絡(luò)可

30、分為局域網(wǎng)、城,域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。,互聯(lián)網(wǎng)指各類網(wǎng)絡(luò)（包括異構(gòu)的）相互聯(lián)接構(gòu)成,的超級網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.29,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,因特網(wǎng)（the Internet）：,因特網(wǎng)是指一個特定的互聯(lián)網(wǎng)，因其英文單詞,“ Internet ” 的諧音而稱為 “ 英特網(wǎng) ” 。無論從地理范圍,，還是從網(wǎng)

31、絡(luò)規(guī)模來講它都是最大的一種網(wǎng)絡(luò)。從地,理范圍來說，它是全球計算機的互聯(lián)，這種網(wǎng)絡(luò)的最,大的特點就是不確定性，整個網(wǎng)絡(luò)的計算機每時每刻,隨著網(wǎng)絡(luò)的接入在不變的變化。當連在因特網(wǎng)上的時,候，計算機可以算是它的一部分，但斷開因特網(wǎng)的連,接時，計算機就不屬于互它了。但它的優(yōu)點也是非常,明顯的，就是信息量大，傳播廣，無論你身處何地，,只要聯(lián)上因特網(wǎng)你就可以對任何可以聯(lián)網(wǎng)用戶發(fā)出你,的信息。,Introduction of Science Subj

32、ect—Dongjun Huang,1.30,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,因特網(wǎng)的可視化,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.31,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,E.分布式計算與網(wǎng)格的發(fā)展,分布式計算（Distributed Computing）研究多,核系統(tǒng)、多處理器系統(tǒng)、多計算機系統(tǒng)和計算機集

33、群,系統(tǒng)環(huán)境下的硬件系統(tǒng)組織與軟件設(shè)計問題。在分布,式計算中，一個程序被分解成多個部分，同時在多臺,通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起的計算機上運行。分布式計算的,核心是如何把一個需要巨大計算能力才能解決的問題,分成多個小的部分，然后把這些部分分配給許多計算,機進行處理，最后把這些計算結(jié)果綜合起來得到最終,結(jié)果。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.32,Fall in 2010,5. 3 計

34、算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,網(wǎng)格計算是分布式計算的高級形態(tài)。網(wǎng)格技術(shù)的,目標是基于因特網(wǎng)技術(shù)、Web 技術(shù)和高性能計算等技,術(shù), 采用開放標準, 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境上的資源共享,和協(xié)同工作, 消除信息孤島和資源孤島。與它相關(guān)的,技術(shù)包括: 實時企業(yè)信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化虛擬設(shè)計環(huán)境,、因特網(wǎng)技術(shù)、知識管理、XML 技術(shù)、ASP 技術(shù)、萬,維網(wǎng)服務(wù)(Web Service) 、語義網(wǎng)(Semantic Web),、數(shù)據(jù)網(wǎng)格、信息網(wǎng)格、計算網(wǎng)格

35、、高性能計算等技,術(shù)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.33,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,1990 年代提出的網(wǎng)格運算( Grid Computing),概念, 是基于網(wǎng)格的問題的求解。網(wǎng)格計算旨在動態(tài),的環(huán)境下協(xié)調(diào)資源分享與問題解決能力, 利用互聯(lián)網(wǎng),或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)把地理上廣泛分布的各種計算資源互連在,一起, 構(gòu)成虛擬的整合應(yīng)用環(huán)境的

36、技術(shù), 這些計算資,源包括超級計算機、計算機集群、存儲系統(tǒng)和可視化,系統(tǒng)等, 在必要的時候, 這項技術(shù)還可以有選擇地將,這些計算資源作為單獨的、統(tǒng)一的計算資源來處理。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.34,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,4. 軟件工程的興起,程序設(shè)計在相當長的時間內(nèi)是一種類似 “ 手藝 ” 而,不是類似現(xiàn)代工程的技術(shù)。

37、20世紀60年代出現(xiàn)了大程,序。這些大程序的可靠性很難保證。到60年代后期，,西方國家出現(xiàn)了 “ 軟件危機 ” 。這是指有些程序過于龐,大（包含幾十萬條以至幾百萬條指令），成本過高而,可靠性則比較差。于是提出了軟件工程的概念，目的,在于使軟件開發(fā)遵守嚴格的規(guī)范，使用一套可靠的方,法，從而保證質(zhì)量?，F(xiàn)代軟件工程的方向是形式化和,自動化，而形式化的目的在于自動化。,Introduction of Science Subject—Dongju

38、n Huang,1.35,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,軟件技術(shù)的里程碑：,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計（structured programming）是,進行以模塊功能和處理過程設(shè)計為主的詳細設(shè)計的基,本原則。其概念最早由E.W.Dijikstra在1965年提出,，是軟件發(fā)展的一個重要的里程碑，它的主要觀點是,采用自頂向下、逐步求精的程序設(shè)計方法；使用三種,基本控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造程序，任何程序都可由順序、選擇,、

39、重復(fù)三種基本控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.36,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,軟件技術(shù)的里程碑：,面向?qū)ο蠹夹g(shù)。,組件技術(shù)。,面向服務(wù)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.37,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（

40、續(xù)）,5. 人工智能的期待,計算機科學(xué)與與技術(shù)的發(fā)展幾乎伴隨著人工智能,理論與技術(shù)的進步。,用計算機模擬人的智能，特別是模擬思維活動是,人工智能追求的目標。由于人的思維活動離不開語言,，而且人對于某一類問題進行思索和探索解法時，總,是需要以關(guān)于這一類問題的基本知識（專業(yè)知識或常,識）作為出發(fā)點。于是，知識表示和機器對自然語言,的理解就構(gòu)成人工智能的兩個重要領(lǐng)域。,Introduction of Science Subject—Dongj

41、un Huang,1.38,Fall in 2010,5. 3 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,在計算機出現(xiàn)的初期，人們曾寄希望于機器的高,速度，以為在模擬人的思維時，機器可能用它的高速,度來換取它所不具有的創(chuàng)造性思維。但通過 “ 組合性,爆炸 ” 問題（ “ 組合性爆炸 ” 是指一些組合數(shù)學(xué)中的問,題，在參數(shù)增大時，計算時間的增長率時常是指數(shù)的,，甚至高于指數(shù)），人們認識到，單純靠速度不能繞,過組合性爆炸所產(chǎn)生的障礙。,目前普遍認為

42、，人工智能仍然處于初級階段。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.40,Fall in 2010,5.4 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢,六十多年過去了，計算機技術(shù)的發(fā)展可以說是日,新月異。若干年前，人們對計算機技術(shù)的發(fā)展所作的,預(yù)測歸納為：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。今,天，我們可以把這些特點再進行歸納，認為 “ 高性能,計算( High Performance Comput

43、ing) ” 、 “ 無所不在,的計算 ” (Ubiquitous Computing，或普適計算,Pervasive computing )和 “ 智能化信息處理 ” 是計算,機技術(shù)發(fā)展的特點或趨勢。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.41,Fall in 2010,5.4 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)）,1. 新型計算機,首先是生物計算機。早在 20 世紀 70 年代，

44、人們就,發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸（ DNA ）處于不同狀態(tài)時可以代表,“ 有信息 ” 或 “ 無信息 ” 。于是，科學(xué)家設(shè)想利用這種 “,開 ” 和 “ 關(guān) ” 的功能，研制 “ 生物計算機 ” 。,由于 DNA 生物電子元件比硅芯片上的電子元件要,小很多，而且生物芯片本身具有天然獨特的立體化結(jié),構(gòu)，其密度要比平面型硅集成電路高 5 個數(shù)量級，幾,克 DNA 也許就可以存儲這個世界上已知的所有信息。,Introduction of Scienc

45、e Subject—Dongjun Huang,1.42,Fall in 2010,5.4 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)）,其次是光子計算機。 1990 年初，美國貝爾實驗室制,成世界上第一臺光子計算機。光子計算機是一種由光,信號進行數(shù)字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新,型計算機。光子計算機的基本組成部件是集成光路，,要有激光器、透鏡和核鏡。由于光子比電子速度快，,光子計算機的運行速度可高達一萬億次。它的存貯量,是現(xiàn)代計算機的幾萬倍

46、，還可以對語言、圖形和手勢,進行識別與合成。目前，許多國家都投入巨資進行光,子計算機的研究。隨著現(xiàn)代光學(xué)與計算機技術(shù)、微電,子技術(shù)相結(jié)合，在不久的將來，光子計算機將成為人,類普遍的工具。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.43,Fall in 2010,5.4 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)）,近年來，在計算機實現(xiàn)方式上，量子計算機的研究,也得到極大關(guān)注。量子計算機是利用原子

47、所具有的量,子特性進行信息處理的一種全新概念的計算機。量子,理論認為，非相互作用下，原子在任一時刻都處于兩,種狀態(tài)，稱之為量子超態(tài)。原子會旋轉(zhuǎn)，即同時沿上,、下兩個方向自旋，這正好與電子計算機 0 與 1 完全吻,合。如果把一群原子聚在一起，它們不會像電子計算,機那樣進行的線性運算，而是同時進行所有可能的運,算，例如量子計算機處理數(shù)據(jù)時不是分步進行而是同,時完成。只要 40 個原子一起計算，就相當于今天一臺,超級計算機的性能。,Intr

48、oduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.44,Fall in 2010,5.4 計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)）,2. 普適計算,無所不在的計算( Ubiquitous Computing )又名,普適計算 ( Pervasive Computing )，是15年前美國,計算機科學(xué)家 Mark Weiser 提出的。1991年9月他在,《科學(xué)美國人》雜志上發(fā)表了一篇文章：21世紀的計,算技

49、術(shù) (The Computer for the 21st Century)，提,出了 “ 無所不在 ” 計算技術(shù) ( Ubiquitous Computing,) 的概念。他說： “ 意義最為廣泛和深遠的技術(shù)是融,入人們?nèi)粘Ｉ疃植槐徊橛X的技術(shù) ” 。他認為21世,紀計算技術(shù)就會是這樣的技術(shù)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.45,Fall in 2010,5.4 計算機

50、科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)）,3. 智能化信息處理,如果說高性能計算和普適計算分別代表了計算技,術(shù)發(fā)展的高度和廣度，那么智能化信息處理則代表了,深度方向的發(fā)展。,網(wǎng)上有大量的信息，怎樣把這些浩如煙海的東西,變成你想要的知識，這是計算科學(xué)的重要課題，同時,人機界面更加友好。未來你可以用自然語言與計算機,打交道，也可以用手寫的文字打交道，甚至可以用你,的表情、手勢來與計算機溝通，使人機交流更加方便,快捷。,Introduction of Sc

51、ience Subject—Dongjun Huang,1.46,Fall in 2010,5.5 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè),1. 什么是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè),專業(yè)是指人類生產(chǎn)實踐中，用來描述某一人群在,職業(yè)生涯某一階段、用來謀生、長時期從事的具體業(yè),務(wù)；也指高等學(xué)?；蛑械葘I(yè)學(xué)校根據(jù)社會分工的需,要設(shè)立的學(xué)業(yè)類別。中國高等學(xué)校和中等專業(yè)學(xué)校，,根據(jù)國家建設(shè)需要和學(xué)校性質(zhì)設(shè)置各種專業(yè)。各專業(yè),都有獨立的教學(xué)計劃，以實現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標和要求,

52、。,計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，是計算機硬件與軟件相,結(jié)合、面向系統(tǒng)、側(cè)重應(yīng)用的寬口徑專業(yè)，通過基礎(chǔ),教學(xué)與專業(yè)訓(xùn)練，培養(yǎng)基礎(chǔ)知識扎實、知識面寬、工,程實踐能力強，在計算機科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域從事研究、,教育、管理、設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用的高級人才。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.47,Fall in 2010,5.5 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)）,2. 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標,正如

53、專業(yè)定義所言，本專業(yè)培養(yǎng)掌握堅實的計算,機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)理論，具有較強專業(yè)能力的,應(yīng)用與研究復(fù)合型高級人才；受到系統(tǒng)的專業(yè)訓(xùn)練，,具有較強的工程實踐能力，一定的科學(xué)研究能力；能,夠在國民經(jīng)濟各部門和國防工業(yè)中從事計算機和信息,系統(tǒng)領(lǐng)域的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)、工程管,理、科學(xué)研究以及教學(xué)培訓(xùn)等工作。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.48,Fall in 2010

54、,5.5 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)）,3. 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng) 要求,本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)計算機科學(xué)與技術(shù)方面的基,本理論和專業(yè)知識，接受從事技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用、科學(xué),研究、管理等方面的基本訓(xùn)練，畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾,方面的知識和能力：具有扎實寬廣的自然科學(xué)基礎(chǔ)，,扎實的信息科學(xué)基礎(chǔ)知識；具有較好的人文社會科學(xué),、管理科學(xué)知識，綜合素質(zhì)好，并具有一定的組織協(xié),調(diào)與管理能力；熟練掌握一門外語，具有良好的聽、,說、讀、寫能力，能順利閱讀本專

55、業(yè)外文書籍和文獻,；,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.49,Fall in 2010,5.5 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)）,3. 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng) 要求,掌握計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技,術(shù)，主要包括電子技術(shù)、離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計、數(shù)據(jù),結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算機組成原理、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),、編譯原理、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、軟件工程、,人工智能、計算機圖形學(xué)、數(shù)

56、字圖像處理、計算機通,訊原理、多媒體信息處理技術(shù)、數(shù)字信號處理、計算,機控制、算法設(shè)計與分析、信息安全、應(yīng)用密碼學(xué)基,礎(chǔ)、移動計算、人機交互、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計等；,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.50,Fall in 2010,5.5 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)）,3. 計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng) 要求,獲得良好的計算機應(yīng)用領(lǐng)域的工程實踐訓(xùn)練，一,定的科學(xué)研究訓(xùn)練，具有較強的

57、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計,、系統(tǒng)開發(fā)和解決實際問題的能力，以及一定的科學(xué),研究能力；了解信息學(xué)科、計算機學(xué)科的發(fā)展動態(tài)，,并掌握相關(guān)文獻檢索方法，具有較強的專業(yè)資料分析,與綜合、文檔與科學(xué)論文撰寫能力；具有較強的創(chuàng)新,意識和創(chuàng)新能力。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.51,Fall in 2010,本章小結(jié),計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念,學(xué)科的主要內(nèi)容,理論計算機科學(xué),計算機體系機

58、構(gòu),計算機組織與實現(xiàn),計算機軟件,計算機應(yīng)用,人工智能,發(fā)展歷史,發(fā)展趨勢,計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè),Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.52,Fall in 2010,作業(yè),思考題（選做 3 道）,1.,什么是計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科？其特點是什么？,2.,計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的主要內(nèi)容有哪些？,3.,理論計算機科學(xué)研究什么？,4.,計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組織與實現(xiàn)分別研究什么內(nèi)容？

59、,5.,什么是計算機軟件？軟件工程的目標是什么？,6.,計算機應(yīng)用有哪些方面？計算機應(yīng)用技術(shù)的根本問題是什么,？,7.,什么是人工智能？人工智能研究什么內(nèi)容？,8.,什么是計算機網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的基本作用是什么？,9.,網(wǎng)格和網(wǎng)絡(luò)有什么區(qū)別？,10.,談?wù)勀銓τ⑻鼐W(wǎng)影響人類社會的認識。,11.,你打算如何把自己培養(yǎng)成合格的計算機專業(yè)人才？,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.53,F