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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù),5.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念,5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容,5.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史,5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢,5.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè),Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.2,Fall in 2010,5.1 計(jì)算機(jī)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(jìn)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(yùn)動的復(fù)雜多樣性,，也反映人類認(rèn)識世界的規(guī)律與方法。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.3,Fall in 2010,5.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念

3、,2 、什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一個一級學(xué)科的名稱，是指,研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、制造以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jì)算機(jī)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(yuǎn)的學(xué)科。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.4,Fall in 2010,,,,,,,,5.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)

4、科的概念,3 、主要內(nèi)容,通常認(rèn)為，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)包括六個分支學(xué)科,，即理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組織,與實(shí)現(xiàn)、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能。,計(jì)算機(jī) 科學(xué)與技術(shù),理論計(jì)算機(jī)科學(xué),計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)組織與 實(shí)現(xiàn),計(jì)算機(jī)軟件,人工智能,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.5,Fall in 2010,5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容,1. 理論計(jì)算機(jī)科

5、學(xué),理論計(jì)算機(jī)科學(xué)是研究計(jì)算機(jī)基本理論的學(xué)科。,理論計(jì)算機(jī)科學(xué)包括自動機(jī)理論、形式語言理論、程,序理論、算法分析，以及計(jì)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(jī)模型的藝術(shù)展現(xiàn),圖靈是理論計(jì)算機(jī)科學(xué)的創(chuàng)立人。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.6,Fall in 2010,5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是研究機(jī)器

6、語言程序員或編譯程,序編寫者所看到的計(jì)算機(jī)外特性的學(xué)科。,程序設(shè)計(jì)者所見的計(jì)算機(jī)屬性，著重于計(jì)算機(jī)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(jì)者,所見到的計(jì)算機(jī)屬性，主要是軟件子系統(tǒng)的屬性。使,用機(jī)器語言的程序設(shè)計(jì)者所見到的計(jì)算機(jī)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(jī)器語言），以及寄存器定義,、中斷機(jī)構(gòu)、輸入輸出方式、機(jī)器工作狀態(tài)等。,Int

7、roduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.7,Fall in 2010,5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn),計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)是研究組成計(jì)算機(jī)的功能、部,件間的相互連接和相互作用，以及有關(guān)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的,技術(shù)。在計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,隨著計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展和性能的提高，計(jì)算機(jī)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,。現(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(shí)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(jì)算機(jī)的能力 ,,將會成為下一代高新計(jì)算,機(jī)的主流結(jié)構(gòu)。,我國 2009 年 11 月發(fā)布的超級計(jì)算機(jī) “ 天河一號 ”,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.9,Fall in 2010,5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,4. 計(jì)算機(jī)軟件

10、,什么是計(jì)算機(jī)軟件：,軟件是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)軟件作為一門學(xué)科，研究各類軟件的設(shè)計(jì),、開發(fā)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,計(jì)算機(jī)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(fù)責(zé)對整個計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)視窗操作系統(tǒng),Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.11,Fall in 2010,5.2 計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,5. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)科研究計(jì)算機(jī)應(yīng)用于各個領(lǐng)域,的理論、方法、技術(shù)和系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與其他學(xué),科在應(yīng)用上相結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)算機(jī)收集,、記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)處理產(chǎn)生新的信息形式。計(jì)算機(jī)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(jì)算、檢索。③ 知識處理。用計(jì)算,機(jī)進(jìn)行知識的表示、利用、獲取。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.14,Fall in 2010,5.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,科學(xué)計(jì)算的可

15、視化,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.15,Fall in 2010,5.2 計(jì)算機(jī)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(yùn)會開模式上,的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：地貌渲染,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.16,Fall in 2010,5.2 計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要內(nèi)容（續(xù)）,計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基本任務(wù)：,計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的技,術(shù)設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)、應(yīng)用,軟

17、件總體設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì)、其他工程設(shè)計(jì)、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(jì)算機(jī)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(kuò)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(shí)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(jī)器，該領(lǐng)域的研究包,括知識表示、自動推理和搜索方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和知識,獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計(jì)算機(jī)視覺、,智能機(jī)器人、自動程序設(shè)計(jì)等方面等。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.19,Fall in 2010,5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史,1. 計(jì)算機(jī)科學(xué)的起源,標(biāo)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(jì)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(jì)算性 ” 下了一個,嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的 “ 圖靈機(jī) ” (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(dāng)前所指的格子上的符號，并能改變當(dāng)前格子上的符號。3.一套控制規(guī)則 。它根據(jù)當(dāng)前機(jī)器所處的狀態(tài)以及當(dāng)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(jī)器進(jìn)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(jī)當(dāng)前所處的狀態(tài)。注意這個機(jī)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(jī)器只是一個理想的設(shè)備。圖靈認(rèn)為這樣的一臺機(jī)器就能模擬人類所能進(jìn)行的任何計(jì)算過程。,“5+1”的計(jì)算過程（1）,start,add,↑,↑,↑,carry,↑,noncarry,“5+1”的計(jì)算過程（2）,↑,↑,↑,↑,noncarry,return,return,return,↑,halt,,“5+1”的計(jì)算過程（3）,思考：圖靈機(jī)如何運(yùn)算“7+1”？,↑,return,5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

22、的發(fā)展歷史（續(xù)）,圖靈機(jī)被公認(rèn)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的原型，這臺機(jī)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(dāng)時是具有革命性意義的,，因?yàn)榧词乖?50 年代的時候，大部分的計(jì)算機(jī)還只能,解決某一特定問題，不是通用的，而圖靈機(jī)在理論上,卻是通用機(jī)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.21,Fall in

23、2010,5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,20 世紀(jì) 40 年代數(shù)字計(jì)算機(jī)產(chǎn)生后，關(guān)于現(xiàn)實(shí)計(jì)算,機(jī)及其程序的數(shù)學(xué)模型性質(zhì)的研究以及計(jì)算復(fù)雜性（,早期稱作計(jì)算難度）的研究迅速發(fā)展起來，形成自動,機(jī)論、形式語言理論、程序設(shè)計(jì)理論、算法設(shè)計(jì)與分,析和計(jì)算復(fù)雜性理論幾個領(lǐng)域。至于圖靈機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展,20世紀(jì) 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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié),構(gòu)的研究在 20 世紀(jì) 50 年代開始,興起。當(dāng)時，計(jì)算機(jī)的性能在,計(jì)算速度和編址空間方面已提,20 世紀(jì) 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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,馮 · 諾依曼的貢獻(xiàn)主要是確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基,本結(jié)構(gòu)，即馮 · 諾依曼結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)可以概括為如下,幾點(diǎn)：（ 1 ）使用單一的處理部件來完成計(jì)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(jī),器語言，指令通過操作碼來完成

26、簡單的操作；（ 5 ）,對計(jì)算進(jìn)行集中的順序控制。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的劃代原則,主要是依據(jù)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)方式的變革

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

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

29、指將地理位置不同的具有獨(dú)立功能,的多臺計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計(jì)算機(jī)系,統(tǒng)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.28,Fall in 2010,5. 3 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,3. 計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)方式的變革,D. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,從分布范圍看上，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的互聯(lián)，這種網(wǎng)絡(luò)的最,大的特點(diǎn)就是不確定性，整個網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)每時每刻,隨著網(wǎng)絡(luò)的接入在不變的變化。當(dāng)連在因特網(wǎng)上的時,候，計(jì)算機(jī)可以算是它的一部分，但斷開因特網(wǎng)的連,接時，計(jì)算機(jī)就不屬于互它了。但它的優(yōu)點(diǎn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,E.分布式計(jì)算與網(wǎng)格的發(fā)展,分布式計(jì)算（Distributed Computing）研究多,核系統(tǒng)、多處理器系統(tǒng)、多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集

33、群,系統(tǒng)環(huán)境下的硬件系統(tǒng)組織與軟件設(shè)計(jì)問題。在分布,式計(jì)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(jì)算機(jī)上運(yùn)行。分布式計(jì)算的,核心是如何把一個需要巨大計(jì)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(jì)算,機(jī)進(jìn)行處理，最后把這些計(jì)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(jì)

34、算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,網(wǎng)格計(jì)算是分布式計(jì)算的高級形態(tài)。網(wǎng)格技術(shù)的,目標(biāo)是基于因特網(wǎng)技術(shù)、Web 技術(shù)和高性能計(jì)算等技,術(shù), 采用開放標(biāo)準(zhǔn), 實(shí)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(shí)時企業(yè)信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化虛擬設(shè)計(jì)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(jì)算網(wǎng)格

35、、高性能計(jì)算等技,術(shù)。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.33,Fall in 2010,5. 3 計(jì)算機(jī)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(yùn)算( Grid Computing),概念, 是基于網(wǎng)格的問題的求解。網(wǎng)格計(jì)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(jì)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(jì)算資,源包括超級計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)集群、存儲系統(tǒng)和可視化,系統(tǒng)等, 在必要的時候, 這項(xiàng)技術(shù)還可以有選擇地將,這些計(jì)算資源作為單獨(dú)的、統(tǒng)一的計(jì)算資源來處理。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.34,Fall in 2010,5. 3 計(jì)算機(jī)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(jì)在相當(dāng)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(jì)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(jī) ” 。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(yán)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(jì)算機(jī)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(jì)（structured programming）是,進(jìn)行以模塊功能和處理過程設(shè)計(jì)為主的詳細(xì)設(shè)計(jì)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(diǎn)是,采用自頂向下、逐步求精的程序設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jìn)步。,用計(jì)算機(jī)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(biāo)。由于人的思維活動離不開語言,，而且人對于某一類問題進(jìn)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(diǎn)。于是，知識表示和機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史（續(xù)）,在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的初期，人們曾寄希望于機(jī)器的高,速度，以為在模擬人的思維時，機(jī)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(jì)算時間的增長率時常是指數(shù)的,，甚至高于指數(shù)），人們認(rèn)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(rèn)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢,六十多年過去了，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可以說是日,新月異。若干年前，人們對計(jì)算機(jī)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(diǎn)再進(jìn)行歸納，認(rèn)為 “ 高性能,計(jì)算( High Performance Comput

43、ing) ” 、 “ 無所不在,的計(jì)算 ” (Ubiquitous Computing，或普適計(jì)算,Pervasive computing )和 “ 智能化信息處理 ” 是計(jì)算,機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)或趨勢。,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.41,Fall in 2010,5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)）,1. 新型計(jì)算機(jī),首先是生物計(jì)算機(jī)。早在 20 世紀(jì) 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(jì)算機(jī) ” 。,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(dú)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)）,其次是光子計(jì)算機(jī)。 1990 年初，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室制,成世界上第一臺光子計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)是一種由光,信號進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存貯和處理的新,型計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可高達(dá)一萬億次。它的存貯量,是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的幾萬倍

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

47、所具有的量,子特性進(jìn)行信息處理的一種全新概念的計(jì)算機(jī)。量子,理論認(rèn)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(jì)算機(jī) 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(jì)算,機(jī)那樣進(jìn)行的線性運(yùn)算，而是同時進(jìn)行所有可能的運(yùn),算，例如量子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時不是分步進(jìn)行而是同,時完成。只要 40 個原子一起計(jì)算，就相當(dāng)于今天一臺,超級計(jì)算機(jī)的性能。,Intr

48、oduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.44,Fall in 2010,5.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)）,2. 普適計(jì)算,無所不在的計(jì)算( Ubiquitous Computing )又名,普適計(jì)算 ( Pervasive Computing )，是15年前美國,計(jì)算機(jī)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(jì)的計(jì),算技

49、術(shù) (The Computer for the 21st Century)，提,出了 “ 無所不在 ” 計(jì)算技術(shù) ( Ubiquitous Computing,) 的概念。他說： “ 意義最為廣泛和深遠(yuǎn)的技術(shù)是融,入人們?nèi)粘Ｉ疃植槐徊橛X的技術(shù) ” 。他認(rèn)為21世,紀(jì)計(jì)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(jì)算機(jī)

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(jì)算和普適計(jì)算分別代表了計(jì)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(jì)算科學(xué)的重要課題，同時,人機(jī)界面更加友好。未來你可以用自然語言與計(jì)算機(jī),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(jì)算機(jī)溝通，使人機(jī)交流更加方便,快捷。,Introduction of Sc

51、ience Subject—Dongjun Huang,1.46,Fall in 2010,5.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè),1. 什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè),專業(yè)是指人類生產(chǎn)實(shí)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(dú)立的教學(xué)計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和要求,

52、。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，是計(jì)算機(jī)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(shí)、知識面寬、工,程實(shí)踐能力強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域從事研究、,教育、管理、設(shè)計(jì)、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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)）,2. 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),正如

53、專業(yè)定義所言，本專業(yè)培養(yǎng)掌握堅(jiān)實(shí)的計(jì)算,機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)理論，具有較強(qiáng)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(qiáng)的工程實(shí)踐能力，一定的科學(xué)研究能力；能,夠在國民經(jīng)濟(jì)各部門和國防工業(yè)中從事計(jì)算機(jī)和信息,系統(tǒng)領(lǐng)域的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)）,3. 計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)寬廣的自然科學(xué)基礎(chǔ)，,扎實(shí)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(xiàn),；,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.49,Fall in 2010,5.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（續(xù)）,3. 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng) 要求,掌握計(jì)算機(jī)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(jì)、數(shù)據(jù),結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),、編譯原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、軟件工程、,人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)

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

57、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì),、系統(tǒng)開發(fā)和解決實(shí)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(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展動態(tài)，,并掌握相關(guān)文獻(xiàn)檢索方法，具有較強(qiáng)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(qiáng)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué),計(jì)算機(jī)體系機(jī)

58、構(gòu),計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn),計(jì)算機(jī)軟件,計(jì)算機(jī)應(yīng)用,人工智能,發(fā)展歷史,發(fā)展趨勢,計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科？其特點(diǎn)是什么？,2.,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的主要內(nèi)容有哪些？,3.,理論計(jì)算機(jī)科學(xué)研究什么？,4.,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)分別研究什么內(nèi)容？

59、,5.,什么是計(jì)算機(jī)軟件？軟件工程的目標(biāo)是什么？,6.,計(jì)算機(jī)應(yīng)用有哪些方面？計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(rèn)識。,11.,你打算如何把自己培養(yǎng)成合格的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才？,Introduction of Science Subject—Dongjun Huang,1.53,F