計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一二三四五提綱一、概述二、計算機(jī)的硬件系統(tǒng)三、計算機(jī)的軟件系統(tǒng)第2頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二一、概述什么是信息技術(shù)？簡單說，信息技術(shù)是關(guān)于語言、文字和圖像的技術(shù)1）信息感知、獲取2）信息存貯、傳輸3）信息的處理4）信息的利用第3頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二一、概述（二）發(fā)展歷史（三）研究領(lǐng)域（一）計算機(jī)？組成結(jié)構(gòu)功能分類特點初步認(rèn)識第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二功能1、計算2、模擬、思維、自適應(yīng)反饋處理等對各種數(shù)字化信息進(jìn)行高速運算和處理數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理、自動控制、輔助工程、輔助教學(xué)、人工智能、計算機(jī)通信、娛樂活動用途通用機(jī)專用機(jī)組成結(jié)構(gòu)分類特點巨型機(jī)：國防、科學(xué)計算大/中：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器小型：工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集微型：商業(yè)、服務(wù)業(yè)、辦公自動化、信息處理單片機(jī)：控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、性能、價格、依次遞減軟件硬件軟件：程序和有關(guān)文檔的總稱巨型機(jī)微機(jī)處理速度快計算精度高記憶能力強(qiáng)可靠的邏輯判斷能力可靠性高，通用性強(qiáng)……（一）計算機(jī)第5頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二一、概述發(fā)展歷史研究領(lǐng)域計算機(jī)？組成結(jié)構(gòu)功能分類特點初步認(rèn)識本機(jī)初步認(rèn)識（一）計算機(jī)第6頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二二、發(fā)展歷史１．計算機(jī)的發(fā)展歷史世界上第一臺電子計算機(jī)————誕生于1946年2月14日ENIAC

1943年，戰(zhàn)火紛飛的二次大戰(zhàn)計算火炮和高射炮射擊時的彈道23歲?？颂佚嬋淮笪?．計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展歷史第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二（二）發(fā)展歷史世界上第一臺電子計算機(jī)————誕生于1946年2月14日ENIAC

數(shù)學(xué)家：馮·諾依曼引入存儲器——

馮·諾依曼機(jī)科學(xué)家：阿蘭·圖靈現(xiàn)代計算機(jī)

基本結(jié)構(gòu)理論模型——人工智能第8頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二（二）發(fā)展歷史世界上第一臺電子計算機(jī)————誕生于1946年2月14日ENIAC

第一代計算機(jī)（1951—1958）：第二代計算機(jī)（1959—1964）：第三代計算機(jī)（1965—1970）：第四代計算機(jī)（1971—現(xiàn)在）：機(jī)器或匯編語言操作系統(tǒng)和高級語言網(wǎng)絡(luò)軟件工程目前，正在研究超導(dǎo)計算機(jī)、光學(xué)計算機(jī)、生物、量子計算機(jī)等2．計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展歷史“計算機(jī)科學(xué)”這個術(shù)語——1963年Forsythe教授引入創(chuàng)始人——阿蘭·圖靈

是計算機(jī)、計算機(jī)技術(shù)的升華植根于電子工程、數(shù)學(xué)、語言學(xué)，是科學(xué)、工程和藝術(shù)的結(jié)晶世界上第一個計算機(jī)科學(xué)系是由普渡大學(xué)在1962年設(shè)立世界上第一個計算機(jī)學(xué)院于1980年由美國的東北大學(xué)設(shè)立

最高榮譽是圖靈獎，被譽計算機(jī)科學(xué)的諾貝爾獎。第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二（三）研究領(lǐng)域計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機(jī)軟件與理論計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二什么是計算機(jī)學(xué)科？Wikipedia(維基百科)[1]Computerscience(orcomputingscience)isthestudyofthetheoreticalfoundationsofinformationandcomputation,andofpracticaltechniquesfortheirimplementationandapplicationincomputersystems.計算機(jī)科學(xué)（或計算科學(xué)）是研究信息和計算的理論基礎(chǔ)，以及它們在計算機(jī)系統(tǒng)上實現(xiàn)和應(yīng)用的實踐技術(shù)[1]

/wiki/Computer_science第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二主要是采用計算機(jī)科學(xué)的方法與手段來研究信息科學(xué)與技術(shù)，具體一點，就是用計算機(jī)系統(tǒng)研究信息感知、獲取、存貯、傳輸、處理和利用第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二我國計算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)體系四個專業(yè)方向第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二計算機(jī)科學(xué)技術(shù)是研究計算機(jī)的設(shè)計與制造利用計算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、儲存、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科。它是一門科學(xué)性與工程性并重的學(xué)科，表現(xiàn)為理論性和實踐性緊密結(jié)合的特征。小結(jié)第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二二、計算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示運算1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001“0”“1”數(shù)據(jù)編碼邏輯運算算術(shù)運算數(shù)制功能字符數(shù)值有值無值第二章算術(shù)運算第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二數(shù)值碼制定點浮點表示小數(shù)點表示＋－號“0”“1”運算真值八進(jìn)制十進(jìn)制…編碼數(shù)制轉(zhuǎn)換(71)10BCD碼十～二進(jìn)制轉(zhuǎn)換(01000111)2(01110001)BCD機(jī)器碼小數(shù)點、正負(fù)號算術(shù)運算的表示第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二補碼反碼原碼三種類型碼制：表示帶有正、負(fù)號數(shù)的方法機(jī)器碼：[x]原＝01101機(jī)器碼：[x]反＝01101機(jī)器碼：[x]補＝01101y＝－1101真值：x

＝＋1101

[y]原＝11101[y]反＝10010[y]補＝10011第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二表示帶有小數(shù)點的方法2.浮點表示法：小數(shù)點的位置不固定，是浮動的。1.定點表示法：小數(shù)點的位置是固定不變的。例：N＝11.0101＝0.110101×210＝0.00110101×2100

Jf10Sf110101Jf100Sf00110101規(guī)格化第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二二、計算機(jī)的硬件系統(tǒng)（二）性能指標(biāo)（三）工作原理（一）體系結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)馮·諾依曼微機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步認(rèn)識通過第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二1二進(jìn)制√

十進(jìn)制3程序控制1、馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)馮·諾依曼理論現(xiàn)代計算機(jī)馮·諾依曼——“計算機(jī)之父”

2預(yù)先編制程序存放存儲器中第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二1二進(jìn)制√十進(jìn)制3程序控制2預(yù)先編制程序存放存儲器中2、計算機(jī)的硬件組成框圖1、馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二3、微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)主板第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二3、微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)存儲器運算器輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)備ROMRAM系統(tǒng)總線CPU適配器CPU的基本功能：程序控制操作控制時間控制數(shù)據(jù)處理第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二主頻字長內(nèi)存容量存取周期運算速度（二）性能指標(biāo)運算器能同時處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。決定計算機(jī)的精度內(nèi)存中能存儲信息的總字節(jié)數(shù)。8個二進(jìn)制位稱為一個字節(jié)。存儲器連續(xù)兩次獨立的“讀”或“寫”操作所需的最短時間。單位是納秒。綜合性指標(biāo)。單位為MIPS（百萬條指令/秒）CPU在單位時間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)。很大程度上決定了計算機(jī)的運行速度。單位是MHz。第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二（三）工作原理數(shù)據(jù)信息控制信息存儲器控制器ROMRAM運算器輸入設(shè)備輸出設(shè)備就是存儲程序和程序控制的原理第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二三、計算機(jī)的軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)算法程序設(shè)計操作系統(tǒng)較深入認(rèn)識!@#%*&^%tR:”*&%!@”:&%$#&:!@#%*&^%tR:”&%!@”:&程序基本知識第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二（一）計算機(jī)軟件的基本知識

為各種應(yīng)用領(lǐng)域解決某些具體問題而編制的軟件。如文字處理軟件Word、財務(wù)管理軟件、輔助教學(xué)軟件等。程序方法規(guī)則文檔數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)、各種程序語言的翻譯系統(tǒng)、診斷程序和故障處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件等。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二如何用計算機(jī)？使用計算機(jī)來解決一個具體問題：

1）從具體問題抽象出一個適當(dāng)?shù)?/p>

數(shù)學(xué)模型

2）設(shè)計一個解該數(shù)學(xué)模型的算法

3)編寫程序進(jìn)行測試、調(diào)試，得到最終的解答第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二幾個實際例子。。。。人事信息檢索問題計算機(jī)與人對弈問題多叉路口交通燈的管理問題第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二1數(shù)學(xué)模型

離散數(shù)學(xué)高等數(shù)學(xué)線性代數(shù)數(shù)理邏輯數(shù)學(xué)模型概率統(tǒng)計第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二2算法數(shù)據(jù)算法指完成一個任務(wù)所需要的具體步驟和方法。算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序有零或多個輸入有一或多個輸出描述必須無歧義以保結(jié)果的確定有限的步驟操作的有效性自然語言偽代碼等圖形工具傳統(tǒng)流程圖N-S流程圖討論比較邏輯判斷重復(fù)程序就是用計算機(jī)語言描述的算法。遞歸枚舉法查找算法時間復(fù)雜度空間復(fù)雜度是否易理解和易維護(hù)算法的特性算法的描述常用算法算法評價第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二開始輸出m真結(jié)束假輸入m,n輸入m,n輸出m直到為真為止N-S流程圖傳統(tǒng)流程圖第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，即數(shù)據(jù)的組織形式。研究即數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系即數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系在計算機(jī)存儲器內(nèi)的表示即對數(shù)據(jù)施加的操作數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)存儲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)運算第33頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二幾種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(c)棧的示意圖（d）隊列的示意圖（e）圖的示意圖（f）樹的示意圖第34頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的關(guān)系算法實現(xiàn)算法設(shè)計數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu)第35頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言3程序設(shè)計

機(jī)器語言、匯編語言、高級語言程序設(shè)計語言即計算機(jī)語言，用來產(chǎn)生由計算機(jī)處理和執(zhí)行的指令。機(jī)器語言：用“0”、“1”代碼組成，計算機(jī)能直接識別的低級語言。

匯編語言：用能幫助記憶的英文縮寫符號表示，計算機(jī)不能直接識別。高級語言：類似于人類語言，其源程序也不能直接被識別。第36頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言3程序設(shè)計

機(jī)器語言、匯編語言、高級語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計即模塊化設(shè)計，將待開發(fā)的軟件系統(tǒng)分為若干相互獨立的模塊，這樣使完成每一個模塊的工作變的單純而明確，為設(shè)計一些較大的軟件打下了良好的基礎(chǔ)。順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

第37頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言3程序設(shè)計

機(jī)器語言、匯編語言、高級語言順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

一般有12個步驟程序設(shè)計就是用計算機(jī)語言編寫程序的過程。一般有以下幾個步驟：(1)問題定義(2)劃分模塊(3)確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(4)確定算法(5)畫出框圖或流程圖(6)完成設(shè)計計劃文檔(7)編寫代碼(8)語法檢查(9)運行調(diào)試(10)反復(fù)修改調(diào)試(11)系統(tǒng)測試(12)完成其它文檔第38頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二程序設(shè)計風(fēng)格程序設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

程序設(shè)計語言3程序設(shè)計

機(jī)器語言、匯編語言、高級語言順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

一般有12個步驟程序設(shè)計風(fēng)格是指一個人編制程序時所表現(xiàn)出來的特點，習(xí)慣，邏輯思路等。源程序文檔化：標(biāo)識符應(yīng)按意取名；程序應(yīng)加注釋。數(shù)據(jù)說明：順序應(yīng)規(guī)范，使數(shù)據(jù)的屬性更易于查找。語句構(gòu)造的原則是：簡單直接。輸入和輸出效率

第39頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二（二）操作系統(tǒng)

裸機(jī)操作系統(tǒng)BIOS應(yīng)用程序用戶硬件的組合不能獨立工作basicinput/outputsystem是一個基本軟件系統(tǒng)

提供最基本的計算機(jī)操作功能，如接收鍵盤字符的輸入等＋操作系統(tǒng)是基于BIOS之上，用于運行應(yīng)用軟件的一套軟件。負(fù)責(zé)管理計算機(jī)的各種資源，提供操作計算機(jī)所需的工作界面。第40頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二分類特點功能網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)型態(tài)多樣化：簡單操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)智能操作系統(tǒng)Windows類NetWare類Unix

Linux

資源管理程序控制人機(jī)交互等操作系統(tǒng)均具有：并發(fā)性、共享性、虛擬性、不確定性四個基本特征。第41頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展特點應(yīng)用管理系統(tǒng)語言較全面認(rèn)識1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001數(shù)據(jù)庫基本概念第42頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二一）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指具有管理數(shù)據(jù)庫功能的計算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)理數(shù)據(jù)管01100010文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)組織成文件，脫離程序而獨立存在。無法支持大規(guī)模的數(shù)據(jù)管理任務(wù)安全、有效第43頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)核心是對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的大型系統(tǒng)軟件，用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一些操作都是由它來實現(xiàn)第44頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二二）數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展及特點3.多元化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2.關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.層次與網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)扁平狀二維狀姓氏,名字,年齡,薪水|史密斯,約翰,35,280美元|多伊,簡,28,325美元|布朗,斯科特,41,265美元|霍華德,謝姆普,48,359美元|泰勒,湯姆,22,250美元第一代樹狀模型網(wǎng)狀模型優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，對于某些特定的應(yīng)用系統(tǒng)效率很高。更靈活性，更直接地描述現(xiàn)實世界，性能和效率較好。缺點進(jìn)行增加或修改記錄類型等操作時，效率不高。遇非層次性結(jié)構(gòu)，層次模型表達(dá)起來比較繁瑣和不直觀。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用戶不易掌握，擴(kuò)充和維護(hù)都比較煩瑣。姓氏名字城市年齡