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1、.1.,第1讲 计算学科体系,计算机应用技术教研室 陈红根2011/9,.2.,课程目标,了解计算学科体系结构理解计算学科体系结构（T形专业知识结构）讲授方式以“基本模型”为基础：）理解功能（为什么）掌握结构及工作运行机制（是什么）掌握模型之间的关系（联系）,.3.,参考书推荐,计算机科学与技术方法论 董荣胜 古天龙 人民邮电出版社计算科学导论 赵致琢 科学出版社 计算机导论祁亨年 清华大学出版社深入理解计算机系统龚奕利 等译 中国电力出版社（卡内基梅隆大学计算机导论教材）,.4.,学习目标,了解计算学科发展历史掌握计算机的理论模型了解计算学科的课程体系,.5.,一、计算学科发展历史,现代计算
2、学科的产生和发展源于二十世纪初现代科学技术发展的最新成果。具体地说，它的理论来源于现代数学，正是由于包括希尔伯特、图灵、冯诺依曼等一大批数学家的开创性成果，奠定了计算机的理论模型。二十世纪初近、现代物理学的发展，特,.6.,别是具有快速开关能力的电子管的产生，为电子式计算机的产生奠定的物质基础。人类社会的需求，特别是第二次世界大战，为计算机的诞生提供了现实要求。恩格斯曾指出:“一旦技术上的进步可以用于军事目的并且已经用于军事目的,它们便立刻几乎强制地,而且往往是违反指挥官的意志而引起作战方式上的改变甚至变革。”图灵机来源于二战时破译德军,.7.,密码，而与世界第一台电子计算机一起产生的冯诺依曼
3、计算机模型，则源于火炮弹道的快速计算要求。注：阿塔纳索夫-贝瑞计算机（Atanasoff-Berry Computer，简称ABC）是世界上第一台电子计算机，为爱荷华州立大学的约翰文森特阿坦那索夫（John Vincent Atanasoff）和他的研究生克利福特贝瑞（Clifford Berry）在1937年至1941年间开发。,.8.,二、理解计算机的理论模型,1、图灵计算机模型“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种思想模型，可制造一种十分简单但运算能力极强的计算机装置，用来计算所有能想像得到的可计算函数。装置由一个控制器和一根假设两端无界的工作带(起存储器的作用)组成。工作带被划分为大小
4、相同的方格，每一格上可书写一个给定字母表上的符号。控制器可以在带上左右移动，它带有一个读写头，可读出控制器所访问的格子上的符号，也能改写或抹去这一符号，最后便会得出一个你期待的结果。,.9.,a,c,o,m,p,u,t,e,r,h,读写头,控制器,图1.1 图灵机结构图,.10.,图灵机的理论结论：指令也是数据，与数据存储在一起。存储程序与程序控制。,.11.,2、冯诺依曼原理（VonNeumann）1946年7，8月间，冯诺依曼等的设计报告电子计算机逻辑设计初探一文，奠定了现代计算机硬件结构的理论基础。其结论是：）为了发挥电子元件的高速性而采用二进制。）将程序与数据存储起来，让计算机自动执行
5、。以此为基础从逻辑上可以推导出计算机的逻辑结构：存储器、控制器、运算器、输入设备和输出设备。,.12.,图1.2 冯诺依曼结构图,.13.,计算机的硬件结构（如图1.2所示）计算机硬件通常由五部分组成：（1）输入设备（2）输出设备（3）存储器（4）运算器（5）控制器,三、计算的本质,数学计算是一种将单一或复数之输入值转换为单一或复数之结果的一种思考过程。计算机用机器完成数学计算。计算过程算法算法是一组有穷的规则，它们规定了解决某一特定类型问题的一系列运算，是对解题方案的准确与完整的描述。,.14.,计算作为一门学科报告给计算机学科作了以下定义：计算机学科是对描述和变换信息的算法过程，包括对其理
6、论、分析、设计、效率、实现和应用等进行的系统研究。它来源于对算法理论、数理逻辑、计算模型、自动计算机器的研究，并与存储式电子计算机的发明一起形成于20世纪40年代初期。,.15.,.16.,四、了解计算学科的课程体系,CC2001课程体系：基础层操作系统及计算机网络层中间系统层应用层,.17.,1、基础层,硬件及逻辑基础数字逻辑和硬件组成原理。包括：电子技术基础、数字逻辑与数字电路、计算机组成原理、汇编语言、微机原理与接口技术。软件基础计算机的数学原理和软件基础。包括：离散数学、数据结构、算法分析与设计、计算方法（数值分析）,.18.,2、操作系统及计算机网络,计算机网络实际上是操作系统与通信
7、技术相结合产生的学科分支。操作系统层主要讨论操作系统和计算机网络的原理、设计与实现技术。包括：操作系统、操作系统设计与实现、计算机网络、网络集成与工程设计、分布式系统。,.19.,3、中间系统层,一些工具系统。包括：编译原理与技术、数据库系统原理。,.20.,4、应用层,计算机应用的各个领域。包括：程序设计语言、信息系统、软件工程、人工智能、多媒体计算机技术、计算机图形学。另外：社会与职业道德强调计算机工作者的社会责任。,.21.,五、计算学科的三个过程,“计算作为一门学科”报告的关键是理论、抽象和设计三个过程相互作用的问题。理论源于数学。一是建立完整的理论体系；一是在现有理论的指导下，建立具体问题的数学模型，实现对客观世界的理论认识,.22.,抽象源于现实世界。对不同层次细节的抽象，有助于抓住现实事物的本质，控制系统的复杂性。设计源于工程。根据模型解决人们对实际应用的需求。,.23.,总结,计算学科产生的两个基础和社会需求计算学科的两个理论模型二者后来被理论证明是等价的计算学科的主要内容学科体系课程设置及学习方法,.24.,个人感受（口号一）,要想学好计算机你(我)就变成计算机！,.25.,个人感受（口号二）,编程是硬道理！,.26.,谢谢,
