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1、Computer Science An Overview,目录页,计算机发展概论,1,常用软件及数据库,4,运算 数据 编码,2,过程化程序设计,5,操作系统概论,3,面向对象程序设计,6,目录页,计算工具发展史上第一次重大改革是算盘，也是我国古代劳动人民首先创造和使用的。算盘由算筹演变而来，并且和算筹并存竞争了一个时期，终于在元代后期取代了算筹。,元代后期,手动式计算工具算盘,机械式计算工具帕斯卡加法器,法国数学家帕斯卡采用与钟表类似的齿轮传动装置，研制了世界上第一台十进制加减法器，这是人类历史上的第一台机械式计算机。由齿轮组成、以发条为动力、通过转动齿轮来实现加减运算的计算装置。,1642
2、 年,1821 年,机械式计算工具差分机,英国数学家巴贝奇构想和设计的第一台完全可以编程计算机差分机，专门用于航海和天文计算，这是最早采用寄存器（齿轮式装置）来存储数据的计算工具，体现了早期程序设计思想的萌芽，使计算工具从手动机械跃入自动机械的新时代。,遗憾：没有问世,机电式计算机制表机,第一台可以自动进行加减乘除运算、累计存档、制作报表的制表机，这台制表机参与了美国1890年的人口普查工作。,1884 年,电子计算机的昨天今天和明天,电子计算机是20世纪人类社会重大的科学发明之一，计算机科学与技术成为自二战以来发展最快、影响最为深远的新兴学科之一。,宾夕法尼亚大学，ENIAC,1943,个人
3、电脑,笔记本,手机,计算机的发展趋势,微型化,巨型化,网络化,智能化,巨型化：发展高速、大存储容量和强大功能的超大型计算机。用于核反应、天文、气象、宇宙工程、生物工程等尖端科学及新兴科学。微型化：芯片的集成度越来越高，计算机的元器件越来越小，而使得计算机的计算速度快、功能强、体积小、价格低。网络化：在一定的地理区域内，将分布在不同地点的不同机型的计算机和外部设备由通信线路互联组成一个规模大、功能强的网络环境，在网络软件的协调下，可以共享信息、数据及系统资源。智能化：让计算机来模拟人的感觉、行为、思维过程，使计算机具备听、视、语言、行为、思维、推理，学习、证明等能力。包括模式识别、专家系统、智能
4、机器人。多媒体化：多媒体是“以数字技术为核心的图象、声音与计算机、通信等融为一体的信息环境”的总称，使计算机以更接近人的自然方式与我们交换信息,计算机的常见硬件,16位32位64位,1G，2G，4G,8G,计算机的应用范围,科学研究，科学计算,数据传输和信息处理,过程控制：生产过程的自动化控制和管理自动化,计算机辅助系统：计算机辅助设计/辅助制造/辅助教学;人工智能，办公自动化等,娱乐：游戏，VR,计算学科：是对描述和变换信息的算法过程。包括对理论分析、设计、效率、实现和应用等，进行的系统研究。计算学科的研究：包括了从算法与可计算性的研究到根据可计算硬件和软件的实际实现问题的研究。计算学科的三
5、个过程：理论，是数学科学的根本。抽象，是自然科学的根本。设计，是工程的根本。计算学科新的应用领域：互联网、多媒体技术带来的新的应用领域、嵌入式系统、人工智能。,计算学科,目录页,常见操作系统,操作系统的基本组成,操作系统（operation system）是控制计算机整体运行的软件。它提供了用户可以存储和检索文件的方法，提供了用户可以请求执行程序的接口，还提供了执行被请求程序所必需的环境。常见操作系统：Windows，Android，IOS，Unix，Linux,1并发并发通常指多个任务可以在同一个时间段内同时执行，即允许多个任务在宏观上并行，微观上仍然串行(对于单CPU系统而言)。而并行则指
6、的是多个任务真正意义上的同时执行2操作系统内核(1)处理机的工作状态。通常除了嵌入式系统中非常简单的CPU之外，多数CPU都有两个工作模式，分别称为核心模式和用户模式。(2)操作系统内核。操作系统在核心态下运行的部分称为操作系统内核。通常，内核应该具有的基本功能有处理机调度、存储管理、I/O管理和文件管理等。,现代操作系统的基本概念。,3进程和线程进程(Process)指的是程序的一次执行。在操作系统中，进程是资源分配的最小单位。线程是处理机调度的基本单位。如果系统不支持线程，那么进程同时也是处理机调度的基本单位。4死锁当多个进程在系统中运行时，如果对于这些资源的使用不加限制或规范，就可能引起
7、系统中所有进程集合中的进程都无法执行完成，它们都在等待本进程集合中的进程释放相应的资源，这些进程就处于死锁状态。5地址空间每台计算机都配备有一定大小的物理内存，系统为这些存储单元分配了连续的物理地址。任何程序要得以执行，就必须映射到物理地址空间。每个进程也有它的地址空间，通常称为逻辑地址空间或虚地址空间，如果进程采用32位地址结构，这个地址空间就是4GB。,6I/O设备操作系统通常将I/O设备分为两类：字符设备和块设备。具有记录设备状态，设备分配，缓冲功能，设备独立性功能。7.文件管理 文件是长期存放在外存的，并被赋名的信息单元的集合。文件管理，涉及文件的逻辑组织和物理组织，目录的结构和管理。
8、方便的操作，安全，可靠性，共享等。8安全随着计算机技术应用的普及以及与信息技术的不断结合、发展。信息安全本身已经成为一门重要的学科，引起了广泛的关注和研究。9shell脚本Shell Script，是系统管理员用各类命令预先放入到一个文件中，方便一次性执行的一个程序文件，主要是方便管理员进行设置或者管理用的。Shell 实际上是操作系统的命令解释器，同时，它也是命令级的用户接口。同时其本身也是一种高级编程语言，它有变量和程序控制结构。,目录页,布尔运算,计算机的加工对象是数据。不同类型的数据在计算机内部有不同的存储方式，但归根到底，都是用“0”和“1”组成的位模式编码来表示的。数字“0”和“1
9、”称为位（bit）即二进制数字。,逻辑代数的基本定律和规则,三个重要规则,1、代入规则,任何一个逻辑等式，如果将等式两边出现的某一变量都代之以同一逻辑函数，等式仍然成立。,举例：,用B=C+D代替等式两边的B,则有：,2、反演规则,对于任意一个逻辑函数F，将表达式中：,换成+换成,0 换成 1 1 换成 0,原变量换成反变量 反变量换成原变量,所得到的新的表达式为F的反函数，记为：,举例：,解：,对于任意一个逻辑函数F，将表达式中：,换成+换成,0 换成 1 1 换成 0,所得到的新的表达式为F的对偶函数，记为：,举例：,解：,3、对偶规则,复合逻辑,十进制 与 二进制、八进制、十六进制,1十
10、进制日常生活中最常见的是十进制数，用十个不同的符号来表示：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。基为：10运算规则：逢十进一，借一当十在十进制数的后面加大写字母D以示区别。,2二进制二进制数只有两个代码“0”和“1”，所有的数据都由它们的组合来实现。基为：2运算规则：“逢二进一，借一当二”的原则。在二进制数的后面加大写字母B以示区别。,3八进制使用的符号：0、1、2、3、4、5、6、7；运算规则：逢八进一；基为：8在八进制数据后加英文字母“O”，,4.十六进制使用的符号：采用09和A、B、C、D、E、F六个英文字母一起共十六个代码。运算规则：逢十六进一基为：16在十六进制数据后加英文字母“H
11、”以示分别。,8421法,信息的位模式表示,1.字符编码,字符的表示：采用字符编码，即用规定的二进制数表示文字和符号的方法。ASCII码：美国标准信息交换码，为国际标准，在全世界通用。常用的7位ASCII码的每个字符都由7个二进制位b6b0 表示，有128个编码，最多可表示128种字符；其中包括：10个数字09：30H39H，顺序排列26个小写字母az：61H7AH，顺序排列26个大写字母AZ：41H5AH，顺序排列各种运算符号和标点符号等。,ASCII码编码表,数据的存储,目录页,CAD、CAMOffice，AcrobatProtuesSQL,计算机辅助设计(CAD)计算机辅助工程分析(CA
12、E)计算机辅助制造(CAM)计算机辅助工艺规程设计(CAPP)计算机集成制造系统(CIMS）快速成形法(RP)柔性制造系统(FMS)产品数据管理系统(PDM)企业资源计划系统(ERP),词语介绍,根据产品性能及应用领域的不同大致可分为CAD、CAM、CAD/CAM三大类一、CAD类 主要是用于二维设计，以工程制图为主。主要提供零件库、符号库，完美的尺寸、公差标注等，如AutoCAD、国内大部分自主版权开发的或二次开发的符合国情之CAD软件。CAD类软件流行于各企业的设计部门。二、CAM类 主要着重于三维建模，以提供完整的加工功能为主。此类软件典型的如MASTERCAM、SURFCAM等，大量应
13、用于各企业特别是中小型企业的制造部门。三、CAD/CAM类 则是大型集成化系统。它不但兼有CAD、CAM两类软件之长，还集成有CAE、CAPP、PDM等分析、工艺、产品资料管理的功能。由于其对系统资源要求高、价格昂贵、功能完整。大多局限于航空航天、汽车、兵工、船舶等大型企业。,CAD/CAM软件分类,UG是EDS公司的拳头产品。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，并被大多数CAD/CAM软件厂商所采用。UG最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的CAD/CAE/
14、CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的发展。1997年10月EDS公司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的SOLIDEDGE软件统一到Parasolid平台上。2001年EDS公司收购I-Deas，实力进一步增强，由此形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和WindowsNT微机版的较完善的企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。,Unigraphics(UG),I-DEAS是美国SDRC公司开发的CAD/CAM软件。该公司是国际上著名的机械CAD/CAE/CAM公司之一，在全球范围享有盛誉，国外许多著名公司，如波音、索尼、三星、现代、福特等
15、公司均是SDRC公司的大客户和合作伙伴。I-DEAS帮助工程师以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程。I-DEAS是全世界制造业用户广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。I-DEAS在CAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。,I-Deas,SOLIDEDGE是真正Windows软件。它不是将工作站软件生硬地搬到Windows平台上，而是充分利用Windows基于组件对象模型(COM)的先进技术重写代码。SOLIDEDGE与Microsoft Offi
16、ce兼容，与Windows的OLE技术兼容，这使得设计师们在使用CAD系统时，能够进行Windows下字处理、电子报表、数据库操作等。SOLIDEDGE是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。,SolidEdge,Pro/Engineer系统是美国PTC(Parametric Technology Corporation)公司的产品。公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，利用该概念开发出来的第三代Pro/E软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一
17、产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。Pro/Engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。国内的Pro/E拥有很大的用户群。,Pro/E,法国达索（Dassault）公司的产品，波音737、777的开发用的就是Catia.世界机械CAD/CAM市场总值53亿美元,其中出品CATIA的Dassault占23，合并后的 UGS/SDRC占22，PTC占14，Autodesk占8。该软件具有很强的曲面造型功能，集成开发环境也别具一格，同样，CATIA也可进行有限元分析，特别的是，一般的三维造型软件都是在三维空间内观察零件，但是CATIA能够进行四维空间的观察，也就是
18、说该软件能够模拟观察者的视野进入到零件的内部去观察零件，并且它还能够模拟真人进行装配，比如使用者只要输入人的性别、身高等特征，就会出现一个虚拟装配的工人。,Catia,SolidWorks是达索集团推出的基于Windows的机械设计软件。该公司提倡的基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统是以Windows 为平台，以SolidWorks为核心的各种应用的集成，包括结构分析、运动分析、工程数据管理和数控加工等。SolidWorks是微机版参数化特征造型软件的新秀，该软件价格只有工作站版的相应软件价格的1/41/5。SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征
19、造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。,SolidWorks,AutoCAD是Autodesk公司的主导产品。Autodesk公司是世界第四大PC软件公司。目前在CAD/CAE/CAM工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软件供应商，也是全球规模最大的基于PC平台的CAD和动画及可视化软件企业。AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。AutoCAD有强大的二维功能，同时有部分三维功能。在许多实际应用领域(如机械、建筑
20、、电子)中，一些软件开发商在AutoCAD的基础上已开发出许多符合实际应用的软件。,AutoCAD,目录页,用于人与计算机之间交互的语言。是人与计算机之间传递信息的媒介。程序设计语言低级语言高级语言专用语言命令语言作业控制语言SQL描述语言HTML、XML,计算机语言,低级语言-汇编语言函数式程序设计语言逻辑程序设计语言通用程序设计语言面向过程的程序设计语言面向对象的程序设计语言,编程语言分类,算法即解决问题的方法和步骤。,思考：是不是只有“计算”的问题才有算法，举几个日常生活中关于算法的实例？,算法的定义,生活中的算法,算法的表示自然语言,例：有两个瓶子A和B，分别盛放醋和酱油，如果要将它们
21、所盛的内容互换，即A瓶原来盛醋，现改为盛酱油，B瓶则相反。请用自然语言描述算法。（1）取一个瓶子C（2）把瓶子A中的醋放入瓶子C中（3）把瓶子B中的酱油放入瓶子A中（4）把瓶子C中的醋放入瓶子B中,自然语言表示算法的优缺点,1、通俗易懂 2、所用文字会比较冗长 3、还容易出现“歧义性”,算法的表示流程图,1、处理框2、输入、输出框3、判断框4、流程线5、开始、结束框,顺序结构流程图,分支结构流程图,显示QQ系统界面,Y,N,开始,输入QQ号码,输入密码,密码正确否,结束,循环结构流程图,目录页,语言的特点,（1）语言简洁、紧凑,使用方便、灵活。32个关键字、9种控制语句,程序形式自由（2）运算
22、符丰富。34种运算符（3）数据类型丰富,具有现代语言的各种数据结构。（4）具有结构化的控制语句，是完全模块化和结构化的语言。（5）语法限制不太严格,程序设计自由度大。（6）允许直接访问物理地址,能进行位操作,能实现汇编语言的大部分功能,可直接对硬件进行操作。兼有高级和低级语言的特点。（7）目标代码质量高,程序执行效率高。只比汇编程序生成的目标代码效率低10-20%。（8）程序可移植性好(与汇编语言比)。基本上不做修改就能用于各种型号的计算机和各种操作系统。,输入输出函数的简单介绍,格式输出函数printf(),格式输出函数printf()的功能是按指定的格式输出数据，其一般的调用格式为：pri
23、ntf(“格式控制字符串”,参数表);其中，printf是函数名，其后括号中的内容为该函数的参数；格式控制字符串用双引号括起来，用来规定输出格式，如%f用来输出实数，%c用来输出字符；参数表中包含零个或多个输出项，这些输出项可以是实数、变量或表达式，多个输出项之间用逗号隔开。例如:printf(%d,%d,a,b);用来按十进制整数形式输出变量a和b,格式输入函数scanf,格式输入函数scanf的功能是按指定的格式输入数据，其一般的调用格式为：scanf(格式控制字符串,参数表);其中，printf是函数名，其后括号中的内容为该函数的参数：格式控制字符串用双引号括起来，用来规定输入格式，其用
24、法和printf函数中规定的相同；参数表中至少包含一个输入项，且必须是变量的地址（变量地址的表示形式是在变量名前加上一个“用来接收从键盘输入的两个十进制整数，并分别存放在变量a和b中。,包含文件 子函数类型说明 全局变量定义 main()局部变量定义 语句序列 sub1(形式参数表)局部变量定义 语句序列.subn(形式参数表)局部变量定义 语句序列,程序的一般格式,C语言的词汇,1.标识符2.关键字3.运算符4.分隔符5.常量6.注视符,1.标识符,标识符用来表示程序中使用的变量名、函数名、标号、数组名、指针名、结构体名、共用体名、枚举常量名以及用户定义的数据类型名等，除库函数的函数名由系统
25、定义外，其余都由用户自定义。C语言规定，标识符由字母(AZ，az)、数字(09)、下划线(_)组成的字符串，并且其第一个字符必须是字母或下划线。例如:标识符a,x,x3,BOOK_1,sum5是合法的。而以下标识符是非法的：3s 以数字开头。s*T 出现非法字符*。-3x 以减号开头。bowy-1 出现非法字符-(减号)。,2.关键字,关键字是由语言规定的具有特定意义的字符串，通常也称为保留字。用户定义的标识符不应与关键字相同。语言的关键字分为以下几类：(1)类型说明符。用于定义和说明变量、函数或其他数据结构的类型。(2)语句定义符。用于表示一个语句的功能。(3)预处理命令字。用于表示一个预处
26、理命令。,ANSI C标准规定的关键字,ANSI C标准规定的关键字,3.运算符,语言中的运算符由一个或多个字符组成。运算符与变量、函数一起组成表达式，表示各种运算功能。,4.分隔符,分隔符用来分隔相邻的标识符、关键字和变量等。语言中常用的分隔符有逗号、空格、制表符等,5.常量,C 语言中使用的常量可分为数值常量（如12，1.2E2等）、字符常量（如m）、字符串常量(如”Human”)、符号常量和转义常量等多种。,6.注释符,以“/*”开头并以“*/”结尾的字符串为C语言的注释符。注释可出现在程序中的任何位置，用来提示用户或解释程序的意义。程序编译时，不对注释作任何处理。,例：输入两个数并判断
27、两数是否相等,#include void main()int a,b;printf(Enter integer a:);scanf(%d,运行：Enter integer a:12 Enter integer b:12 a=b,运行：Enter integer a:12 Enter integer b:9 a!=b,if 语句（条件选择语句）If语句的三种形式形式一：格式：if(表达式)语句执行过程：,main()int x,y;x=20;y=10;if(xy)printf(“%d”,x);,没有“；”,形式二：格式：if(表达式)语句1 else语句2执行过程：,main()int x,y;
28、x=20;y=10;if(xy)printf(“%d”,x);else printf(“%d”,y);,#include void main()float a,b,c,t;scanf(%f,%f,%f,例输入三个数，按由小到大的次序输出,输入：3,7,1 输出：1.00,3.00,7.00,while语句,for语句,break语句和continue语句,循环控制,例 用while语句显示110的平方,#include void main()int i=1;while(i=10)printf(%d*%d=%dn,i,i,i*i);i+;,1*1=12*2=43*3=94*4=165*5=256
29、*6=367*7=498*8=649*9=8110*10=100,关于while循环语句：while循环先判断表达式，后执行循环体。循环体有可能一次也不执行。循环体若包含一个以上语句，应该用括起来。循环体应包含有使循环趋向结束的语句；下列情况，退出while循环条件表达式不成立（为零）循环体内遇 break,goto无限循环 while(1)循环体;,例 计算3组14累加的和,#include void main()int i,j,s=0;for(i=1;i=3;i+)for(j=1;j=4;j+)s=s+j;printf(“s=%dn,s);,结果：s=30,for语句 for 语句是 C
30、语言中最为灵活，使用最广泛的循环语句，可完全替代while，do-while语句。一般形式,for(表达式1；表达式2；表达式3)循环体语句；,常用形式,for(循环变量赋初值；循环条件；循环变量增值)循环体语句；,break语句和continue语句Break语句功能：在循环语句和switch语句中,终止并跳出循环体或开关体。说明：break只能终止并跳出最近一层的结构。break不能用于循环语句和switch语句之外的任何其它语句之中。一般形式：break；,Continue语句功能：结束本次循环，跳过循环体中尚未执行的语句，进行下一次是否执行循环体的判断。continue 语句仅用于循环语句中。,break 和 continue 语句的区别,continue 语句只结束本次循环，break语句则是结束整个循环。continue 语句只用于while,do-while,for循环语句中，break语句还可以用于switch语句中。,感谢观赏,
