计算机科学导论第一学期第1章.ppt

《计算机科学导论第一学期第1章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机科学导论第一学期第1章.ppt（94页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、内容提要,课程基本情况学习方法与技巧计算机发展简史中国计算机专业教育发展历史回顾计算机科学与技术专业的知识体系产业发展情况计算机的基本概念和系统结构,计算机科学导论的地位和作用,作为入门性课程学生不需要特殊的预备知识，立足于建立对计算机学科的正确认识，并为今后的深入学习做好铺垫。作为专业基础课程注重基础知识的完备性，从计算机发展历史讲起，对计算机分类、软件分类、硬件设备、二进制概念、网络基础、程序设计、计算机文化等均有覆盖，帮助学生建立完整视野。作为工具性课程引导学生了解计算机学科的主要理论，初步掌握一些关键知识和技术。,教学大纲,第一章 计算机基础概念,前言了解课程的基本情况和学习方法熟悉计

2、算机发展历史计算机软硬件基础区别计算机的不同类型了解完整的计算机系统结构了解计算机软件的层次体系,第二章 计算机数据表示方法,二进制了解位置计数法掌握二进制、八进制、十进制、十六进制的概念及相互转换规则区分定点数和浮点数了解原码、补码、反码的定义和计算方法，认识溢出数据表示区分模拟数据和数字数据了解数字、文本、音频、图像和视频等各类数据的存储表示机理接触数据压缩和数据加密,第三章 门电路与硬件基础,布尔代数掌握逻辑代数（布尔代数）的定义和计算规则门和电路了解门、电路和集成电路冯诺依曼体系熟悉冯诺依曼体系结构，了解运算器、控制器和内存储器的机理了解总线、Cache、中断等概念硬件设备了解各种计算

3、机外设和接口的原理,第四章 计算机软件概论,问题求解和算法设计理解算法和算法评价方法初步掌握算法设计思想高级程序设计语言了解程序语言的翻译过程掌握基本的数据结构和排序算法软件和软件工程熟悉软件设计和开发的完整过程了解软件工程学的相关知识,第五章 计算机网络概论,计算机网络基础网络的产生和发展网络的相关概念、功能、分类主要的网络设备网络协议网络协议的基本概念OSI参考模型IP地址和域名网络安全,第六章 操作系统与数据库,操作系统了解操作系统的概念和功能初步掌握CPU调度、内存管理和进程管理的机制了解文件和目录的管理机制数据库掌握数据库和数据库管理系统的概念熟悉常用的数据模型人机交互界面了解人机交

4、互的要素、设计方法和评价体系,各章节的层次关系,数据表示,门和电路,硬件体系,外围设备,软件工程,数据结构,算法设计,网络,人机交互,数据库,操作系统,概念和历史,教学目的,认识了解计算机学科的基本概念和基本原理理解熟悉计算机领域的重要论断，明白对象的内在关联掌握把握计算机核心思想和方法并能阐述其特性和特点运用能够利用所学知识和工具初步解决一些实际问题,参考书,计算机文化机械工业出版社June Jamrich Parsons&Dan Oja 著吕云翔 张少宇 曹蕾 等译计算机科学概论机械工业出版社Nell Dale&John Lewis 著张欣 胡伟 等译,内容提要,课程基本情况学习方法与技巧

5、计算机发展简史中国计算机专业教育发展历史回顾计算机科学与技术专业的知识体系产业发展情况计算机的基本概念和系统结构,学习建议,积累坚持不懈和踏实努力是学习一切知识的基础实践时间和实践是开启成功大门的两把金钥匙高度站在产业的高度认识计算机相关问题站在哲学的高度把握计算机相关方法目的以融会贯通原理和技术为学习目的其它：灵活、创新、,内容提要,课程基本情况学习方法与技巧计算机发展简史中国计算机专业教育发展历史回顾计算机科学与技术专业的知识体系产业发展情况计算机的基本概念和系统结构,计算硬件的发展史,硬件：通常是指计算机系统中有形的装置和设备的总称Hardware：The machinery which

6、 makes up a computer,as opposed to the systems that make it perform particular jobs.,代币计数符,公元前7500年农夫利用很多块形状各异的土块作为计数器，帮助自己计算资产。公元前3500年执政者使用盖上印章的土球盛放代币。公元前3300年记录员只用土球上的印章进行计量，而忽略了代币本身。公元前3100年使用铁笔绘制代币，出现了数字的原型。,Stonehenge石群,公元前2180年，英国日历或星象观测台,算盘,算筹古时候人们用小木棍进行计算，这些小木棍叫“算筹“。算盘四周是木框，里面固定着一根根小木棍，小木棍上

7、穿着木珠，中间一根横梁把算盘分成两部分，每根木棍的上半部有两个珠子，每个珠子当五，下半部有五个珠子，每个珠子代表一。,计算机械,17世纪中叶法国人Blaise Pascal建造了齿轮驱动机械可以执行整数加减法，被誉为第一个数字计算器17世纪末德国人Leibniz建造了四则运算机械哲学家、数学家、政治家、家庭教师“世界上没有两片完全相同的树叶”18世纪末法国人Jacquard发明了一种织布机利用穿孔卡片控制纺织图案,分析机,19世纪英国人Charles Babbage提出了分析机设计思想是现代计算机的雏形第一次提出了内存的概念,Ada Augusta,18151852伯爵夫人第一位程序设计员Ba

8、bbage的追随者和朋友提出了循环的概念并预见了人工智能领域,图灵,19121954人工智能之父1936年发明图灵机计算机领域最高奖命名为“图灵奖”,第一代计算机（19511959）,使用真空管存储信息,第二代计算机（19591965）,使用晶体管存储信息比真空管更小、更可靠、更快、更长寿、更便宜新的存储设备磁芯（即时存取存储器）磁盘（辅助存储设备）,第三代计算机（19651971）,摩尔定律一个集成电路板上能够容纳的电路数量每年增长一倍。键盘和屏幕,第四代计算机（1971）,大规模集成化新摩尔定律每18个月，计算机的功率会在同样价格水平下增长一倍，或者以一半价格可以购买同样的计算机功率。以个

9、人电脑为时代标志,计算软件的历史,软件：与系统有关的程序、步骤和有关文件编制的集合SoftwareThe set of systems(in the form of programs rather than machine parts)which is stored on magnetic tape or disk and controls the operation of a computer.,第一代软件（19511959）,机器语言内置在计算机电路中的指令。汇编语言使用助记忆码表示每条机器语言指令，是一种程序设计的辅助工具。汇编器负责读取每条用助记忆码编写的程序指令，然后把它翻译成等价的

10、机器语言。,第一代软件层次,Write“H”11100000 0000000001001000CHARO c#/H/,i,第二代软件（19591965）,高级语言使得程序设计员能够用类似于英语的语句编写指令。FORTRAN,COBOL,第三代软件（19651971）,操作系统一种程序，决定计算机何时运行什么程序。应用程序SPSS（Statistical Package for the Social Science）计算机控制的施肥器计算机用户不参与程序设计过程，只是使用他人编写的软件工具。,第三代软件层次,第四代软件（19711989）,结构化程序设计方法一种有逻辑、有规则的程序设计方法。Pa

11、scal，BASIC，C语言强大的操作系统UNIX新的应用程序软件包电子制表软件，文字处理软件，数据库管理系统,第五代软件（1990）,Microsoft公司的崛起Windows操作系统，Word面向对象的程序设计方法C+，Java，C#万维网（World Wide Web）HTTP协议，HTML，浏览器,计算工具和计算学科,计算机学科的四个领域算法思想表示方法程序设计硬件设计,小结,计算机科学导论是一门专业基础课。学习时应该勤于积累、借助多种渠道开拓视野、积极寻找兴趣点。计算硬件的发展拥有漫长的历史，而计算软件是随着近代计算机的出现和成熟而逐步成长的。,一些有趣的预言,“我认为存在大概5台计

12、算机的世界市场”-Thomas Watson，IBM主席，1943“未来的计算机将只有1000个真空管，重量只有1.5吨”-Popular Mechanics，1949“没理由人人都想在家摆一台计算机”-Ken Olsen，DEC总裁，1977“我预测Internet在1996年会彻底失败”-Bob Metcalfe，3COM创始人，1995,课堂思考,在你成长的过程中，计算机起到了怎样的作用？谁是第一位程序设计员？从他（她）的故事中你有何收获？,内容提要,课程基本情况学习方法与技巧计算机发展简史中国计算机专业教育发展历史回顾计算机科学与技术专业的知识体系产业发展情况计算机的基本概念和系统结构

13、,中国计算机专业教育发展概况,1956 19561967年科学技术发展远景规划从无到有，全国共建设14个计算机专业197819781985年全国科学技术发展规划纲要逐渐兴起，全国新开办计算机专业74个1994互联网逐渐兴起，计算机日益普及蓬勃发展，新成立400多个计算机专业点200620062020国家中长期科学和技术发展规划纲要发展信息产业及现代服务业，加快信息化进程,中国计算机专业教育发展概况,全国共有计算机本科专业775个，本科以上在校生达到了44万余人,“计算装置与仪器”专业“计算数学”专业,全国共有计算机本科专业410个，其他相关专业几百个,没有计算机专业数学、物理、电子等学科承担相

14、关研究工作,计算机学科发展情况,计算机专业招生情况,南开大学信息学科的发展,1958 1958年设立无线电电子专业（电子科学与技术系前身）1958年设立半导体物理专业（微电子科学系前身）1962年设立无线电物理专业（通信工程系前身）19721972年设立自动控制专业（自动化系前身）1977年设立计算机软件专业（计算机科学与技术系前身）1979年设立计算机应用专业1984年设立计算机科学与技术系，下辖软件、应用、自控三个专业1995正式成立信息技术科学学院，下辖六系四所电子科学与技术系拆分为电子、电信、微电、通信四个系计算机科学与技术系拆分为计算机、自动化两个系信息技术科学学院是南开大学唯一的“

15、工科”学院2003新开设信息安全专业（属于计算机科学与技术系）新开设光电子技术科学系专业（与天大合作办学）新开设智能科学与技术专业（2006）,南开大学信息学科的发展,9个本科专业，14个硕士点7个博士点，3个博士后站4个专业学位授予点现有学生2600余名,陆续开设电子系和计算机系,正式成立信息学院,物理、数学领域从事相关研究,计算学科的变化与发展,学习和教育理念一直在更新,不断变革,不断细化,价值观念社会需求,二十年前：知道这些名词就足够了,十年前：还需要知道这些名词,现在：学的越多，发现自己懂得越少,聪明的学习：懂得选择成长的目标,精化学习：知识爆炸带来的必然选择 没有人能够短时间内学会计

16、算机相关的所有知识社会发展需要结构合理、数量充足的人才体系门门粗通就是门门稀松，一门精通换来职场成功分类筛选：社会发展带来的必然要求严格的就业准入制度是产业发展的有效辅助获得权威认证和获得学位证书同样重要压价竞争造成薪水大跌，差异竞争换来一骑绝尘,计算机专业的发展和细分,1990年以前:,EE,CS,IS,1990年之后:,EE,CE,CS,SE,IT,IS,硬件,软件,组织应用,硬件,商科,软件,“计算机工程”的知识与技能分布,“计算机科学”的知识与技能分布,“信息系统”的知识与技能分布,“信息技术”的知识与技能分布,“软件工程”的知识与技能分布,社会对计算机专业人才的需求分布,CS,CE,

17、SE,IS,IT,信息化大潮的人才分布：只需要极少数的科学家一定数量的高级工程师较多数量的技术工程师更多数量的系统咨询服务人员最多数量的专业技术操作人员,当前计算机专业教育的不足,界限模糊：学科之间并无明显的区分知识技能出现大量的低级雷同，不能分类培养专业名称和教学内容存在严重脱节目标模糊：人才培养没有明确的方向人才体系结构不符合社会发展要求学历高不等于能力强，扎堆找工作增加内耗客观困难：资源和需求存在尖锐的矛盾稀缺的高等教育资源无法有效解决以上问题产业发展时不我待，专业教育却蹒跚成长,内容提要,课程基本情况学习方法与技巧计算机发展简史中国计算机专业教育发展历史回顾计算机科学与技术专业的知识体

18、系产业发展情况计算机的基本概念和系统结构,计算机的学科方法论-三个过程,计算机的学科方法论-核心概念,计算机的学科方法论-核心方法,“计算机科学与技术”方向的知识体系,CS和CE的知识领域对比,CS的知识领域（14个）,CE的知识领域（18个）,信息学科的课程体系,基础学习VS专业学习,基础学习：掌握基本概念和技能方法以强化记忆、机械练习为主的被动学习多采用灌输式、接受式的学习方法专业学习：搭建理论体系和专长框架以探寻原理、创新实践为主的主动学习应采用启发式、反思型的学习方法高中VS大学：被动VS主动了解世界积累知识：这是高中发现自我实现自我：这是大学认知科学改造世界：科技以人为本,内容提要,

19、课程基本情况学习方法与技巧计算机发展简史中国计算机专业教育发展历史回顾计算机科学与技术专业的知识体系产业发展情况计算机的基本概念和系统结构,多媒体领域的发展概况,Web Service的产业发展情况,有计算机的地方就要有网络从单机走向互联，网络成为习惯有网络的地方就要有Web Service从数字孤岛走向松散耦合的信息海洋有Web Service的地方就要有多媒体从简单的动画到复杂的Web 3D从简单的音乐到复杂的3D音效,数字媒体的产业发展情况,第一阶段：单纯为了展示多媒体只是一种形式第二阶段：交互与信息获取多媒体成了一种必须第三阶段：辅助计算与设计多媒体是全新的感性世界,学生课外实践的建议

20、,不仅要好玩，更要好用现实世界中工作流的整合与重构不仅要好看，更要高效有效信息的展现、获取和处理是关键不仅要新潮，更要朴素朴素的理念革命与技术发展,天津：中国经济第三极的美好期翼,滨海新区,“十一五”规划电子信息产业作为天津的支柱型产业IT专业技术人才需求极大,北方金融中心北方物流中心需要大量的信息化服务人员,CSer们的明天会更加美好,自在阶段,自由阶段,自省阶段,自知阶段,内容提要,课程基本情况学习方法与技巧计算机发展简史中国计算机专业教育发展历史回顾计算机科学与技术专业的知识体系产业发展情况计算机的基本概念和系统结构,什么是计算机：从电影谈起,机器人会有感情吗？,科技会颠覆人类社会，代替

21、人类智慧吗？,形形色色的计算机,形形色色的计算机（续）,计算机的四种类型,个人计算机满足个人应用要求，体积小、价格便宜台式机（Desktop）、便携式计算机（Laptop、Notebook）小型计算机体积比个人计算机大一点，计算与存储能力更强适用于中小型企业和科研机构的计算处理要求大型计算机体积更大，需要专门的机房和维护环境系统性能更高，数据存储空间更大一般用于大型企业和科研机构的数据中心和计算服务平台超级计算机拥有远胜于其他计算机的计算能力和存储能力用于国家战略服务和专项的超级数据计算,计算机的基本结构,接受指令和待处理的各种数据,保存程序、数据和各种信息,根据指令完成相应的处理操作,以合理

22、的形式将结果提供给用户,计算机硬件体系结构（冯.诺依曼）,第二存储设备（外存）,计算机的基本硬件设备,输出设备,输入设备,存储设备,系统接口,计算机内部总线（BUS）,计算机内部总线（BUS）Cont.,计算机软件发展历史,机器语言（19511959）使用电路中预定的指令来编写程序，后来发展出现汇编语言无法实现复杂功能的计算机程序高级语言（19591965）出现了Fortran、Cobol、Lisp等高级语言编译程序日益复杂，出现了明确的程序设计分工应用程序时代（19651971）进一步将系统软件和应用软件相互分离出现了第一代操作系统结构化程序设计（19711989）程序设计方法不断发展，出现

23、了结构化设计思想GUI界面出现，人机交互机制不断提高五彩缤纷的计算时代（1990今天）微软公司崛起，应用软件蓬勃发展面向对象设计思想出现，程序设计方法日新月异网络兴起，新的应用不断出现，推动软件技术和产业的发展,计算机软件的作用,计算机硬件设备,如何使用？,底层硬件控制,用户输入,处理结果,计算机软件的类型与层次划分,计算机软件的层次划分,机器语言,汇编语言,高级语言,系统软件,应用软件,计算机科学体系的基本层次,硬件组成,程序设计,操作系统,应用设计,通信传输,计算机科学体系的组成,信息表示层二进制与计算机内码数据表示方法硬件组成层门电路与集成芯片计算机硬件体系结构与基本原理程序设计层问题求

24、解方法与数据结构程序设计语言操作系统层操作系统原理与技术操作系统案例分析应用软件层信息系统结构软件开发过程网络通信层网络概念与网络协议网络应用与开发技术,关于人与机器的思考,人的特性认知世界：学习并使用工具改造世界：制造新的工具机器的特性从属于人的智慧承担人无法承担的工作,小结,中国的计算机教育始于上世纪50年代，今天已经颇具规模计算机人才培养分为多个层次，学生应该根据自身的特点进行适当的定位计算机软硬件都经历了比较漫长的发展时期，各自形成了比较完整的体系结构,课后思考,计算机科学技术的发展为何如此快速？机器能够具有人类的思维能力吗？你的特点和特长是什么？你准备成为一个什么样的计算机人才呢？,