计算科学导论第一章.ppt

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1、计算科学导论,主讲：张秀琼,E-mail:QQ：290180882乐山师范学院计算机科学学院,第一章 引论,计算科学导论,主要内容,1、课程简介,2、第一章 引论,主要内容,1、课程简介,2、第一章 引论,1、课程简介,课程安排：见教学计划课程要求：勤动手（上网查资料）博学（广）如：哈弗公开课课程考核：平时60%(作业50%,考勤10%)期末40%(小论文)本门课程在专业学习中的作用：基础、专业知识结构框架,主要内容,1、课程简介,2、第一章 引论,第一章 引论主要内容,1、计算机的演变及发展2、计算机科学与技术学科3、计算机科学与技术学科的教育4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求5、信息

2、化社会对计算机人才的需求6、计算机科学与技术学科知识体系7、计算机科学与技术学科课程体系结构,第一章 引论1、计算机的演变及发展1.1 计算机先驱,电子计算机不仅是现代科技创造的一 项奇迹，它更是几千年人类文明发展的产 物。追根溯源，电子计算机是由原始的计算工具发展而来的。珠算盘的发明是计算工具发展史上第 一次重大的改革。但由于珠算盘的手工操作使得它计算速度、计算功能受到限制。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.1 计算机先驱(Con.),1642年，19岁的巴斯卡成功地制造了 一台能做加法和减法的计算器。这是人类发明机械计算工具的第一次尝试。在巴斯卡思想的启发下，著名的数学 家莱布尼兹

3、又制成了一台更为先进的计算机。这台机器能在瞬间完成很大数字的乘除运算而不必连续加减。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.1 计算机先驱(Con.),直到19世纪中叶以后，计算器同程序 自动控制思想结合起来，才产生了一些功能较全面的计算机器。其中有英国数学家巴贝奇于1822年设计完成的“差分机”。1930年，美国工程师布什制造了一台 微分分析仪，它就是现代模拟计算机的前身。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.1 计算机先驱(Con.),19世纪末期，伴随人口普查的需要，使得统计分析机应运而生。但是这类机器 结构庞大，操作速度无法进一步提高。因此，当电子器械发明以后，它们便逐渐退出历史

4、舞台了。终于，在20世纪40年代，一批杰出的科技工作者沿着先驱者的足迹，进入计算机发展的新时代，发明了第一台电子计算机。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.2从机电计算机到电子计算机,自从人们把电器元件应用于计算机上 的那一刻起，就拉开了现代计算机的发展序幕。1941年，德国工程师朱斯制造出一台 计算机Z-3，这是世界上第一台真正的通用程序控制的计算机。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.2从机电计算机到电子计算机(Con.),美国最早从事机电计算机研究的是哈 佛大学的艾肯。人们一直认为艾肯制造的 MARK-1是世界上第一台通用程序控制计算机。然而不幸的是，由于它的运算速度很 慢，

5、而且也不能进一步提高，因此，机电计算机一诞生就注定要很快地被电子计算机所取代。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.2从机电计算机到电子计算机(Con.),三极管的发明使许多学者看到了制造 电子管计算机这一领域大有可为。1937年美国依阿华州工学院的数学物 理教授阿塔纳索夫就曾考虑将电子技术引入计算机。与此同时，德国的许莱尔与朱斯合作，试图制造一台有1500个电子管、每秒钟能 运算1万次的通用计算机。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.2从机电计算机到电子计算机(Con.),毫无疑问，在20世纪30年代，制造电子计算机的技术已经成熟，却没有人把它制造出来。从根本上说，电子计算机是一项

6、巨大而又复杂的发明，它不仅需要科学 家们的通力合作，更需要巨大的投资。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.3“埃尼阿克”的诞生,1946年2月15日是人类历史上第一台现代电子计算机揭幕典礼的日子。埃尼阿克是世界上第一台真正能运转的大型电子计算机。它同几年后研制的冯诺伊曼机一起，奠定了现代计算机原型。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.3“埃尼阿克”的诞生(Con.),缺陷：它的存储容量太小；它 的程序是用线路连接的方式实现的，不能 存储。从1944年8月到1945年6月在冯诺伊曼 的带领下，计算机的设计工作获得了巨大 的进展。存储程序通用电子计算机方案 EDVAC 方案就这样问世了

7、。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.3“埃尼阿克”的诞生(Con.),EDVAC 方案规定新型计算机有5个组成部分：计算器CA；逻辑控制装置CC；存储器M；输入I；输出O,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.3“埃尼阿克”的诞生(Con.),同ENIAC相比，EDVAC方案有两个重大改进：为充分发挥电子元件的高速度而采 用了二进制；提出了“存储程序”，可以自动地从 一个程序指令进到下一个程序指令，其作业顺序可以通过一种称为“条件转移”的指令而自动完成。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.3“埃尼阿克”的诞生(Con.),存储程序的概念是计算机发展史上的 又一座丰碑。早在193

8、6年，年仅24岁的图灵证明存 在一种图灵机，它能模拟任何给定的图灵机，即通用图灵机，它实际上是现代通用数字计算机的数学模型。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.3“埃尼阿克”的诞生(Con.),一般认为，现代计算机的基本概念源于图灵。也正是为了纪念图灵对计算机理论与研究的卓越贡献，美国计算机学会设立的一年一度的计算机大奖，是以图灵的名字来命名的。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.4现代计算机的演变,从第一台计算机问世以来的短短50余 年间，电子计算机已发展到第四代产品，人们正在为研制第五代智能计算机而努力。第一代计算机：从ENAIC诞生起到20世纪50年代末，被称为电子管计算机。

9、它体积大、功耗大、运算速度低、可靠性差。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.4现代计算机的演变(Con.),第二代计算机：50年代至60年代，被称为晶体管计算机。同电子管相比，它体积小，质量轻，寿命长，耗电小，提高了运算速度。第三代计算机：60年代至70年代，它的最大特点是以集成电路取代了晶体管，使它的可靠性更高、功耗更少、体积也更为微小。,第一章 引论1、计算机的演变及发展 1.4现代计算机的演变(Con.),第四代计算机：70年代至今，被称为 大规模集成电路电子计算机。计算机性能9 很大提高，价格越来越低，而体积越来越小。第五代计算机：从20世纪80年代初，开始了非冯诺依曼型计算机的

10、研究和所谓第五代计算机人工智能计算机的研究。,第一章 引论主要内容,1、计算机的演变及发展2、计算机科学与技术学科3、计算机科学与技术学科的教育4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求5、信息化社会对计算机人才的需求6、计算机科学与技术学科知识体系7、计算机科学与技术学科课程体系结构,计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。它包括科学与技术两方面。科学侧重于研究现象、揭示规律；技术则侧重于研制计算机和研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。科学是技术的依据,技术是科学的体现；技术得益于科学,它又向科学提出新的课

11、题。科学与技术相辅相成、互为作用,二者高度融合是计算机科学技术学科的突出特点。计算机科学技术除了具有较强的科学性外,还具有较强的工程性，因此，它是一门科学性与工程性并重的学科。表现为理论性和实践性紧密结合的特征。,第一章 引论2、计算机科学与技术学科,计算机科学与技术学科的根本问题:什么能被有效地自动化。问题的符号表示及其处理过程的机械化、严格化的固有特性，决定了数学是计算机科学与技术学科的重要基础之一，数学及其形式化描述、严密的表达和计算是计算机科学与技术学科所用的重要工具，建立物理符号系统并对其实施变换是计算机科学与技术学科进行问题描述和求解的重要手段。,第一章 引论2、计算机科学与技术学

12、科(Con.),计算机科学与技术的研究范畴 包括计算机理论、硬件、软件、网络及应用等，按照研究的内容，也可以划分为基础理论、专业基础和应用三个层面。,第一章 引论2、计算机科学与技术学科(Con.),第一章 引论2、计算机科学与技术学科(Con.),计算机理论的研究,离散数学 算法分析理论 形式语言与自动机理论 程序设计语言理论 程序设计方法学,计算机硬件的研究,元器件与存储介质 微电子技术 计算机组成原理 微型计算机技术 计算机体系结构,第一章 引论2、计算机科学与技术学科(Con.),计算机软件的研究,程序设计语言的设计 数据结构与算法 程序设计语言翻译系统 操作系统 数据库系统 算法设计

13、与分析 软件工程学 可视化技术,计算机网络的研究,网络结构 数据通信与网络协议 网络服务 网络安全,第一章 引论2、计算机科学与技术学科(Con.),计算机应用的研究及人机工程,计算机应用的研究 软件开发工具 完善既有的应用系统 开拓新的应用领域 人机工程 研究人与计算机的交互和协同技术,第一章 引论主要内容,1、计算机的演变及发展2、计算机科学与技术学科3、计算机科学与技术学科的教育4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求5、信息化社会对计算机人才的需求6、计算机科学与技术学科知识体系7、计算机科学与技术学科课程体系结构,第一章 引论3、计算机科学与技术学科的教育,计算机科学与技术学科的发展

14、速度是非常快的,计算机软、硬件系统的不断更新，使得学科的教育已经完全不能通过跟踪流行系统的变化来跟踪学科的发展，更不能以流行的系统来确定我们的教学内容。对计算机科学和技术学科而言，“有限的在校时间与不断增长的知识的矛盾”更为突出。另一方面，经过几十年的发展，本学科目前正在逐步走向深入，这给计算机科学与技术学科的教育既提出了新的要求，也提供了新的思路。,第一章 引论3、计算机科学与技术学科的教育(Con.),技术的变化,影响计算机科学与技术学科变化的因素来自技术的进步。Intel公司创始人戈登摩尔在1965年预测：微处理器芯片的密度将每十八个月翻一番，称之为摩尔定律。网络技术迅速发展给人们的工作

15、和生活提供了新的方式。近期在技术方面变化比较大的主要有如下一些方面：网络技术，包括基于TCP/IP的技术、万维网及其应用 图形学和多媒体技术 嵌入式系统 数据库技术 面向对象程序设计 复杂的应用程序接口的使用 人机交互 软件安全 保密与密码学,第一章 引论3、计算机科学与技术学科的教育(Con.),文化的变化及教育观念的变化,计算机科学与技术的教育除了受到计算机技术发展的影响外，同时还受到文化与社会发展的影响。新技术带来的教学法的改变全世界计算机数量和用户直接可用的计算功能大幅增加,使得人们对计算机技术有了更多更新的认识。计算机技术增长的经济影响。学科的拓宽教育观念的变化,第一章 引论主要内容

16、,1、计算机的演变及发展2、计算机科学与技术学科3、计算机科学与技术学科的教育4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求5、信息化社会对计算机人才的需求6、计算机科学与技术学科知识体系7、计算机科学与技术学科课程体系结构,第一章 引论4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求,知识、能力和素质“知识”是基础、是载体、是表现形式。知识还具有“载体”的属性，能力和素质的培养与教育必须部分地通过具体知识的传授来实施。在许多场合下，能力与素质，是通过知识表现出来的。“能力”是技能化的知识，是知识的综合体现。应强调运用知识发现问题、分析问题、解决问题的能力。要保证知识运用的综合性、灵活性与探索性，就需要有丰

17、富的知识为支撑。“素质”是知识和能力的升华。高素质可使知识和能力更好地发挥作用，同时还可促使知识和能力得到不断的扩展和增强。知识、能力、素质是进行高科技创新的基础。只有将三者融会贯通于教育的全过程，才可能培养出高水平人才。爱因斯坦说过，想象力比知识更重要。,第一章 引论4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求(Con.),检验标准 为毕业生建立一个统一的标准是困难的，但给出一个基本标准是有意义的：掌握计算机科学与技术的理论和本学科的主要知识体系。在确定的环境中能够理解并且能够应用基本的概念、原理、准则，具备对工具及技巧进行选择与应用的能力。完成一个项目的设计与实现，该项目应该涉及到问题的标识、

18、描述与定义、分析、设计和开发等，为完成的项目撰写适当的文档。该项目的工作应该能够表明自己具备一定的解决问题和评价问题的能力，并能表现出对质量问题的适当的理解和认识。具备在适当的指导下进行单独工作的能力，以及作为团队成员和其他成员进行合作的能力。能够综合应用所学的知识。能够保证所进行的开发活动是合法的和合乎道德的。,第一章 引论主要内容,1、计算机的演变及发展2、计算机科学与技术学科3、计算机科学与技术学科的教育4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求5、信息化社会对计算机人才的需求6、计算机科学与技术学科知识体系7、计算机科学与技术学科课程体系结构,第一章 引论5、信息化社会对计算机人才的需求

19、,信息产业发展的关键是相应人才的拥有量。拥有足够数量的、高素质的信息人才是实现信息化社会的保证和原动力，是信息化社会的基本特征之一。在信息化社会中所需要的计算机人才是多方位的,不仅需要研究型、设计型的人才,而且需要应用型的人才:不仅需要开发型的人才，而且需要维护型、服务型、操作型的人才。由于信息技术发展日新月异，信息产业是国民经济中变化最快的产业，因此要求计算机人才具有较高的综合素质和创新能力，并对于新技术的发展具有良好的适应性。,第一章 引论主要内容,1、计算机的演变及发展2、计算机科学与技术学科3、计算机科学与技术学科的教育4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求5、信息化社会对计算机人才

20、的需求6、计算机科学与技术学科知识体系7、计算机科学与技术学科课程体系结构,第一章 引论6、计算机科学与技术学科知识体系,知识体系的结构 知识领域（area）、知识单元(unit)、知识点(topic)学科知识体系一览（14个知识领域）离散结构（DS）程序设计基础（PF）算法与复杂性（AL）计算机组织与体系结构（AR）操作系统（OS）网络及其计算（NC）程序设计语言(PL)人机交互（HC）图形学和可视化计算(GV)智能系统（IS）信息管理(IM)社会和职业问题(SP)软件工程(SE)数值计算科学(CN),第一章 引论主要内容,1、计算机的演变及发展2、计算机科学与技术学科3、计算机科学与技术学

21、科的教育4、计算机科学与技术学科毕业生的基本要求5、信息化社会对计算机人才的需求6、计算机科学与技术学科知识体系7、计算机科学与技术学科课程体系结构,第一章 引论7、计算机科学与技术学科课程体系结构,见培养方案,第一章 引论,本章小结,本章介绍了计算机的演变和发展过程，概要地介绍计算机科学技术的研究范畴。计算机科学是以计算机为研究对象的一门科学，它是一门研究范畴十分广泛、发展非常迅速的新兴学科。全面地了解计算机科学技术的学科内涵和研究范畴，对于计算机工作者而言是十分必要的。计算机科学的研究范畴包括了计算机理论、硬件、软件、网络及应用等。通过本章的学习，应了解计算机的发展过程、计算机科学与技术学科的研究内容、信息化社会对计算机人才的需求，并初步了解计算机科学技术的研究范畴，明确今后学习的目标和内容。,