【計算機】計算機導論課講義

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1、計算機導論武漢大學計算機學院計算機導論課程組 計算機概論、計算機軟件；6（何炎祥教授） 計算機硬件；4（張煥國教授） 計算機理論；4（毋國慶教授） 計算機應(yīng)用；4（周洞汝教授） 周4 3區(qū) 附1-401教室, 1-2節(jié): 16 班, 3-4節(jié): 711班. 計算機科學引論(影印版), T.J.OLeary,L.I.OLeary, 高等教育出版社,2000. 計算機科學技術(shù)導論, 陶樹平,黃國興等, 高等教育出社,2002. 計算機導論, 姚愛國等, 武漢大學出版社,2003. 計算機導論, 黃國興,陶樹平等, 清華大學出版社, 2004. 通過本課程的學習，應(yīng)理解計算機的基本概念、信息化社會的

2、特征、信息化社會對計算機人才的需求，初步了解計算機科學技術(shù)學科的內(nèi)涵、知識體系、課程體系和研究范疇等，以及作為一名計算機專業(yè)的學生應(yīng)具有的基本知識和能力，明確今后學習的目標和內(nèi)容，樹立作為一個未來計算機工作者的自豪感和責任感。計算機的出現(xiàn)是20世紀最卓越的成就之一，計算機的廣泛應(yīng)用極大的促進了生產(chǎn)力的發(fā)展，在當今信息化社會中，計算機已經(jīng)成為必不可少的工具。20世紀40年代誕生的電子數(shù)字計算機（簡稱計算機-Computer）是20世紀最重大的發(fā)明之一，是人類科學技術(shù)發(fā)展史中的一個里程碑。半個世紀以來，計算機科學技術(shù)有了飛速發(fā)展，計算機的性能越來越高，價格越來越便宜，應(yīng)用越來越廣泛。時至今日，計算

3、機已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟以及社會生活的個個領(lǐng)域，計算機科學技術(shù)的發(fā)展水平和應(yīng)用程度已經(jīng)成為衡量一個國家現(xiàn)代化水平的重要標志。計算機在誕生的初期主要是用來進行科學計算的，因此被稱為“計算機”。現(xiàn)在計算機的處理對象已經(jīng)遠遠超過了“計算”這個范圍，它可以對數(shù)字，文字，聲音以及圖形圖像等各種形式的數(shù)據(jù)進行處理。 實際上，計算機是一種能夠按照事先儲存的程序，自動、高速的對數(shù)據(jù)進行輸入、處理、輸出和存儲的系統(tǒng)。 一個計算機的系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分：硬件是由電子的、磁性的、機械的器件組成的物理實體，包括運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等5個基本組成部分。 軟件則是程序和有關(guān)文檔的總稱，主要包

4、括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩類。 系統(tǒng)軟件是為了對計算機的硬件資源進行管理，提高計算機系統(tǒng)的使用率和方便用戶而編制的各種通用軟件，一般由計算機生產(chǎn)廠商提供，常用的系統(tǒng)軟件有操作系統(tǒng)，程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)，連接系統(tǒng)，診斷系統(tǒng)等。 應(yīng)用軟件是指專門為某一應(yīng)用目的而編制的軟件，常用的應(yīng)用軟件有字處理軟件，表處理軟機，統(tǒng)計分析軟件，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，計算機輔助軟件，實時控制與實時處理軟件以及其他應(yīng)用于各行各業(yè)的應(yīng)用程序。 輸入：接受由輸入設(shè)備（如鍵盤、鼠標、掃描儀等）提供的數(shù)據(jù)。 處理：對數(shù)值、邏輯字符等各種類型的數(shù)據(jù)進行操作，按指定的方式進行轉(zhuǎn)換和加工。 輸出：將處理所產(chǎn)生的結(jié)果等數(shù)據(jù)送到相關(guān)輸出設(shè)備（如顯

5、示器、打印機、繪圖儀等）。 存儲：可以存儲程序和數(shù)據(jù)。 由于計算機科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機已經(jīng)成為一個龐大的家族。按照計算機處理的對象，計算機的用途以及計算機的規(guī)模等不同的角度可以如下分類。 按照計算機處理的對象及其數(shù)據(jù)的 表示形式可分為3類： 數(shù)字計算機（digital computer） 模擬計算機（analog computer） 數(shù)字模擬混合計算機（hybrid computer）（1）數(shù)字計算機 該類計算機輸入、處理、輸出和存儲的數(shù)據(jù)都是數(shù)字量，這些數(shù)據(jù)在時間上是離散的.非數(shù)字量的數(shù)據(jù)（如字符、聲音、圖形圖像等）只要經(jīng)過編碼后也可以處理。（2）模擬計算機 該類計算機輸入、處理、輸出

6、和存儲的數(shù)據(jù)是模擬量（如電壓、電流、溫度等），這些數(shù)據(jù)在時間上是連續(xù)的。（3）數(shù)字模擬混合計算機 該類計算機將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)相結(jié)合，兼有數(shù)字計算機和模擬計算機的功能。 按照計算機的用途及其使用的范圍可分為通用計算機（general purpose computer）和專用計算機（special purpose computer）兩類。（1）通用計算機 該類計算機具有廣泛的用途，可應(yīng)用于科學計算，數(shù)據(jù)處理和過程控制等。（2）專用計算機 該類計算機適用于某一特定的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能儀表、生產(chǎn)過程控制、軍事裝備的模擬等。 按照計算機的規(guī)?？煞譃?巨型計算機（supercompter） 大中型計算機

7、（large mediumscale computer） 小型計算機（minicomputer） 微型計算機（microcomputer） 工作站（workstation） 服務(wù)器（server） 網(wǎng)絡(luò)計算機（net computer）等。（1）巨型計算機 指其運算速度每秒超過1億次的超大型的計算機，該類計算機主要應(yīng)用于復雜的科學計算及軍事等專門的領(lǐng)域。例如，由我國研制的“銀河”,“曙光”和“神州”系列計算機就屬于這種類型。（2）大中型計算機 該類計算機也具有較高的運算速度，每秒鐘可以執(zhí)行幾千萬條指令，并具有較大的存儲容量以及較好的通用性，但價格較貴，通常被用來作為銀行、鐵路、石油等大型應(yīng)用系

8、統(tǒng)中的計算機網(wǎng)絡(luò)的主機來使用。（3）小型計算機 該類計算機的運算速度和存儲容量略低于大中型計算機，但與終端和各種外部設(shè)備連接比較容易，適合于作為聯(lián)機系統(tǒng)的主機，或者工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制。 （4）微型計算機 微型計算機使用大規(guī)模集成電路芯片制作微處理器、存儲器和接口，并配置相應(yīng)的軟件，從而構(gòu)成完整的微型計算機系統(tǒng)。它的問世在計算機的普及與應(yīng)用中發(fā)揮了重大的推動作用。 如果把這種微型計算機制作在一塊印刷線路板上，則稱其為單板機。如果在一塊芯片中包含有微處理器、存儲器和接口等微型計算機的最基本的配置，則這種芯片稱為單片機。（5）工作站 由高性能的微型計算機系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備以及專門軟件組成,適合于

9、某些特殊用途。 例如，圖形工作站包括高性能的主機、掃描儀、繪圖儀、數(shù)字化儀、高精度的屏幕顯示器、其他通用的輸入輸出設(shè)備以及圖形處理軟件，它具有很強的對圖形進行輸入、處理、輸出和存儲的能力，在工程設(shè)計和多媒體信息處理中有廣泛的應(yīng)用。（6）服務(wù)器 一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多個用戶提供服務(wù)的共享設(shè)備?？煞譃槲募?wù)器、通信服務(wù)器、打印服務(wù)器等。（7）網(wǎng)絡(luò)計算機 它是一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用的終端設(shè)備，其特點是內(nèi)容量大、顯示器的性能高、通信功能強，但本機中不一定配置外存，所需要的程序和數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器中。 各種類型的計算機雖然在規(guī)模、用途、性能、結(jié)構(gòu)等方面有所不同，但它們都具有以下特點：（1）運算速度快

10、目前的巨型機運算速度已經(jīng)達到每秒鐘幾百萬億次運算，即使是微型計算機，其運算速度也已經(jīng)大大超過了早期大型計算機的運算速度。因此，計算機可以快速的進行計算和信息處理。（2）運算精度高 由于計算機內(nèi)部采用浮點數(shù)表示方法，而且計算機的字長從8位、16位增加到32位、64位甚至更長，從而使處理的結(jié)果具有很高的精確度。（3）具有記憶能力 計算機具有內(nèi)存儲器和外存儲器，內(nèi)存儲器用來存儲正在運行中的程序和有關(guān)數(shù)據(jù)，外存儲器用來存儲需要長期保存的數(shù)據(jù)?？梢杂洃洿罅康男畔⒑统绦?。 （4）具有邏輯判斷能力 能夠進行各種邏輯判斷，并根據(jù)判斷的結(jié)果自動決定下一步應(yīng)該執(zhí)行的指令。（5）存儲程序 由于計算機內(nèi)可以存儲程序，

11、從而使得計算機可以在程序的控制下自動地完成各種操作，而無需人工干預。 由于計算機具有以上的特點，因而它對人類科學技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響，極大的增強了人類認識世界、改造世界的能力，在國民經(jīng)濟和社會生活的各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分，計算機有以下幾個方面用途：科學計算、數(shù)據(jù)處理、實時控制、人工智能、計算機輔助工程和輔助教育、娛樂與游戲等。 所謂科學計算是指使用計算機來完成科學研究和工程技術(shù)中所遇到的數(shù)學問題的計算，又稱為數(shù)值計算。 在科學研究和工程技術(shù)中通常要將實際問題歸結(jié)為某一數(shù)學模型，這些數(shù)學模型內(nèi)容復雜、計算量大、要求的精度高，只有以計算機為工具來計算才能快速地取得滿意地結(jié)

12、果。諸如天氣預報、宇宙飛船和火箭的發(fā)射與控制、人造衛(wèi)星的研制、原子能的利用、生命科學、材料科學、海洋工程等現(xiàn)代科學技術(shù)研究成果無一不是在計算機地幫助下才取得的。 所謂數(shù)據(jù)處理即使計算機對數(shù)據(jù)進行輸入、分類、加工、整理、合并、統(tǒng)計、制表、檢索以及存儲等，是計算機又一重要的應(yīng)用領(lǐng)域。在當今信息化的社會中，每時每刻都在生成大量的信息，只有利用計算機才能管理和充分利用浩如煙海的信息。 例如,利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)的管理信息系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)等,可大大提高企業(yè)或政府部門的現(xiàn)代化管理水平。 所謂實時控制是指及時地采集檢測數(shù)據(jù)、使用計算機快速地進行處理并自動地控制被控對象的動作，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。此外，在計

13、算機應(yīng)用于實時控制中還具有故障檢測、報警和診斷等功能。 在鋼鐵、石油、化工、制造業(yè)等工業(yè)企業(yè)都需要進行實時控制，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 所謂人工智能是由計算機來模擬或部分模擬人類的智能。傳統(tǒng)的計算機程序雖然具有邏輯判斷的能力，但它只能執(zhí)行人預先設(shè)計好的動作，而不能像人類那樣進行思維。例如專家系統(tǒng)屬于人工智能的應(yīng)用范疇，但現(xiàn)在的專家系統(tǒng)還遠不能具備像人類那樣的分析問題、解決問題的能力。 計算機應(yīng)用于人工智能研究的主要領(lǐng)域包括：自然語言理解、專家系統(tǒng)、機器人、機器學習、定理自動證明等。 計算機輔助工程包括計算機輔助設(shè)計（computeraided design，CAD） 計算機輔助制造（com

14、puteraided manufacturing，CAM） 計算機集成制造系統(tǒng)（computerintegrated manufacturing system，CIMS） 計算機輔助設(shè)計（CAD）利用計算機的計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理以及繪圖等功能與人的經(jīng)驗和判斷能力相結(jié)合，共同完成各種產(chǎn)品或者工程項目的設(shè)計工作，實現(xiàn)設(shè)計過程的自動化或半自動化。 計算機輔助制造（CAM）使用計算機輔助人們完成工業(yè)產(chǎn)品的制造任務(wù)。從對設(shè)計文檔、工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備等的管理，到對加工與生產(chǎn)裝置的控制和操作，都可以在計算機的輔助下完成。 計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）將計算機技術(shù)集成到制造工廠的整個制造全過程中，使企業(yè)

15、內(nèi)的信息流、物流、資金流和人員活動形成了一個統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體。CIMS的對象是制造業(yè)。 計算機輔助教育（computeraided instruction，CAI）涉及的層面很廣，從校園到Internet,從CAI課件的制作到遠程教學、從輔助兒童的智力開發(fā)到中小學和大學的教學，從輔助學生自學到輔助教師授課，從計算機輔助實驗到學校的教學管理等，都可以在計算機的輔助下進行，從而提高教學質(zhì)量和學校管理水平與工作效率。 隨著計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、動畫技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得計算機能夠以圖像與聲音的集成形式向人們提供最新的娛樂和游戲的方式。在計算機上可以觀看影視節(jié)目，播放歌曲和音樂等。許多影視節(jié)

16、目、歌曲、和音樂也可以從計算機網(wǎng)絡(luò)上下載，供人們欣賞。 自古以來人類就在不斷地發(fā)明和改進計算工具，從古老的“結(jié)繩計算”到算盤、計算尺、手搖計算機，直到1946年第一臺電子計算機誕生，經(jīng)歷了漫長的歲月。 電子計算機問世至今雖然只有短短的半個多世紀，但卻取得了驚人的發(fā)展，已經(jīng)經(jīng)歷了五代的變革。 計算機發(fā)展史中的“代”通常以其所使用的主要器件（如電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路）來劃分。此外，在計算機發(fā)展的各個階段，所配置的軟件和使用方式也有不同的特點，成為劃分“代”的標志之一。計算機的早期研究是從20世紀30年代末開始的。當時英國的數(shù)學家艾倫圖靈在一篇論文中描述了通用計算

17、機應(yīng)具有的全部功能和局限性，這種機器稱為圖靈機。1939年，美國衣阿華州大學的約翰阿塔納索夫教授和他的研究生克利福德貝里一起制作了一臺稱為ABC（Atanasoff Berry computer）的機器，它是一臺僅能求解方程式的專業(yè)電子計算機。1944年，哈佛大學德霍華德埃肯博士和IBM公司的一個工程師小組合作，以100萬美元的巨資研制了一臺稱為MarkI的計算機。它的體積很大（高8英尺，長55英尺），速度也很慢（執(zhí)行一次乘法操作需要35秒）。而且MarkI僅一部分是電子式的，另一部分仍然式機械式的。1946年，賓夕法尼亞大學的約翰莫克萊博士和他的研究生普雷斯帕埃克特一起研制了稱為ENIAC（

18、電子數(shù)字積分計算機），它被公認為是世界上第一臺電子計算機。ENIAC是一個龐然大物，全機共使用了18000多個電子管，1500多個繼電器，占地167平方公尺。ENIAC的運算速度達到每秒鐘5000次，這是劃時代的“高速度”。特別是采取了普林斯頓大學數(shù)學教授馮諾依曼“存儲程序”的建議，即把計算機程序與數(shù)據(jù)一起存儲在計算機中，從而可以方便地返回到前面地指令或反復執(zhí)行，解決了ENIAC在操作上地不便。ENIAC的誕生，開創(chuàng)了第一代電子計算機地新紀元。1953年，IBM公司生產(chǎn)了第一臺商業(yè)化的計算機IBM701。隨后，IBM公司共計生產(chǎn)了19臺這種型號的計算機，滿足了當時的需要。 第一代計算機的共同特

19、點是：邏輯器件使用電子管；用穿孔卡片機作為數(shù)據(jù)和指令的輸入設(shè)備；用磁鼓或磁帶作為外存儲器；使用機器語言編程。雖然第一代計算機的體積大、速度慢、能耗高、使用不便且經(jīng)常發(fā)生故障，但是它一開始就顯示了強大的生命力。 第二代計算機的主要特點是：用晶體管代替了電子管；內(nèi)存儲器采用了磁心體；引入了變址寄存器和浮點運算硬件；利用了I/O處理機提高了輸出能力；在軟件方面配置了子程序庫和批處理管理程序，并且推出了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級程序設(shè)計語言及相應(yīng)的編譯程序。 由于第二代計算機使用了晶體管，與第一代計算機相比，它的體積小、速度快、能耗低、可靠性高。由于高級程序設(shè)計語言的廣泛使用，將計算

20、機從少數(shù)專業(yè)人員手中解放出來，成為廣大科技人員都能夠使用的工具，推進了就計算機的普及與應(yīng)用。 這個時期典型的計算機有IBM公司生產(chǎn)的IBM7094和CDC(Control Data Corporation，控制數(shù)據(jù)公司)生產(chǎn)的CDC1640計算機等。 1958年，第一個集成電路（integrated circuit，IC）問世。 所謂集成電路是將大量的晶體管和電子線路組合在一塊硅晶片上，故又稱其為芯片。小規(guī)模集成電路每個芯片上的元件數(shù)為100個以下，中規(guī)模集成電路每個芯片上則可以集成10010000個原件。 1965年，DEC（Digital Equipment Corporation，數(shù)字設(shè)

21、備公司）推出了第一臺商業(yè)化的使用集成電路為主要器件的小型計算機PDP8，從而開創(chuàng)了計算機發(fā)展史上的新紀元。 第三代計算機的共同特點是：用小規(guī)?；蛑幸?guī)模的集成電路來代替晶體管等分立元件；用半導體存儲器代替磁心存儲器；使用微程序設(shè)計技術(shù)簡化處理機的結(jié)構(gòu)；在軟件方面則廣泛引入多道程序、并行處理、虛擬存儲系統(tǒng)以及功能完備的操作系統(tǒng)，同時還提供了大量的面向用戶的應(yīng)用程序。 典型的第三代計算機是IBM公司的IBM360和370系列，DEC的PDPX系列等。這些類型的計算機在應(yīng)用中曾經(jīng)發(fā)揮了重要作用。 第四代計算機最為顯著的特征是使用了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。大規(guī)模集成電路（large scale

22、 integration，LSI）每個芯片上則可以集成10000個以上的元件。此外，使用了大容量的半導體存儲器作為內(nèi)存儲器；在體系結(jié)構(gòu)方面進一步發(fā)展了并行處理、多機系統(tǒng)、分布式計算機系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；在軟件方面則推出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)以及軟件工程標準等。 在第四代計算機中要算微型計算機最為引人注目了。微型計算機的誕生是超大規(guī)模集成電路應(yīng)用的直接結(jié)果。 1975年，第一臺商業(yè)化的微型計算機MITSAltair問世，它使用了Inter公司的8080芯片。不過，當時的微型計算機并未形成主流，僅僅是面向計算機業(yè)余愛好者而已。 1977年蘋果計算機公司成立，并先后成功開發(fā)了“APPLE-1

23、”和“APPLE-II”型的微型計算機系統(tǒng)，使得蘋果計算機公司成為微型計算機市場的主導力量之一。 1980年IBM公司與微軟公司合作，為個人微型計算機IBMPC配置了專門的操作系統(tǒng)，1981年IBMPC機問世。此后許多廠商陸續(xù)生產(chǎn)了現(xiàn)在稱之為IBM兼容機的類似產(chǎn)品。 時至今日，奔騰系列微處理器應(yīng)運而生，使得現(xiàn)在的微型計算機體積越來越小、性能越來越強、可靠性越來越高、價格越來越低、應(yīng)用范圍越來越廣。出現(xiàn)了筆記本和掌上型等超微型計算機。 完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開發(fā)工具和商品化的應(yīng)用程序的大量涌現(xiàn)，通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，使得計算機進入了一個大發(fā)展階段。 第五代計算機尚在研制之中，而且進

24、展比較緩慢。第五代計算機的研究目標是試圖打破計算機現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，使得計算機能夠具有像人那樣的思維、推理和判斷能力。也就是說，第五代計算機的主要特征是人工智能，它具有一些人類智能的屬性，例如自然語言理解能力、模式識別能力和推理判斷能力等。 生物計算機 光計算機 121 計算機學科 計算機科學技術(shù)是研究計算機的設(shè)計與制造,和利用計算機進行信息獲取、表示、存儲、處理、控制和傳輸?shù)鹊睦碚摗⒃瓌t、方法和技術(shù)的學科。 它包括科學與技術(shù)兩方面?？茖W側(cè)重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律；技術(shù)則側(cè)重于研制計算機,和研究使用計算機進行信息處理的方法與技術(shù)手段?？茖W是技術(shù)的依據(jù)，技術(shù)是科學的體現(xiàn)。科學與技術(shù)相輔相成、互為作用

25、，二者高度融合是計算機科學與技術(shù)學科的突出特點。 計算機科學技術(shù)學科還具有較強的工程性，因此，它是一門科學性與工程性并重的學科，表現(xiàn)為理論性和實踐性緊密結(jié)合的特征。 計算機學科 包含了計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息工程等領(lǐng)域，計算機科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，除了源于微電子學等相關(guān)學科的發(fā)展外，主要源于其應(yīng)用的廣泛性與巨大的需求。它已逐漸滲透到人類社會的各個領(lǐng)域，成為經(jīng)濟發(fā)展的倍增器，科學文化與社會的催化劑。應(yīng)用是計算機科學技術(shù)發(fā)展的動力、源泉和歸宿，而計算機科學技術(shù)又不斷為應(yīng)用提供日益先進的方法、設(shè)備與環(huán)境。 計算機學科與電子科學、工程以及數(shù)學有很深地淵源。計算機科學家一向被認為是獨立思考、

26、富有創(chuàng)造性和想象力的。 數(shù)學是計算機科學與技術(shù)學科的重要基礎(chǔ)之一，數(shù)學及其形式化描述、嚴密的表達和計算是計算機科學與技術(shù)學科所用的重要工具. 建立物理符號系統(tǒng)并對其實施變換是計算機科學與技術(shù)學科進行問題描述和求解的重要手段。 計算機科學技術(shù)的研究范疇包括計算機理論、硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用等，按照研究的內(nèi)容，也可以劃分為基礎(chǔ)理論、專業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用3個層面。在這些研究領(lǐng)域中，有些方面已經(jīng)研究得比較透徹，取得了許多成果；有些方面則還不夠成熟和完備，需要進一步去研究、完善和發(fā)展。（1）離散數(shù)學 由于計算機所處理得對象是離散型的，所以離散數(shù)學是計算機科學的理論基礎(chǔ)，主要研究數(shù)理邏輯、集合論、近世代數(shù)和圖論

27、等。（2）算法設(shè)計與分析 主要研究算法設(shè)計與分析中的數(shù)學方法與理論，如組合數(shù)學、概率論、數(shù)理統(tǒng)計等，用于分析算法的時間復雜性和空間復雜性。（3）形式語言與自動機 研究程序設(shè)計語言以及自然語言的形式化定義、分類、結(jié)構(gòu)等有關(guān)理論以及識別各類語言的形式化模型（自動機模型）及其相互關(guān)系。（4）程序設(shè)計語言理論 運用數(shù)學和計算機科學的理論研究程序設(shè)計語言的基本規(guī)律，包括形式語言文法理論、形式語義學（如代數(shù)語義、公理語義、操縱語義、指稱語義等）和計算機語言學等。（5）程序設(shè)計方法學 研究如何從好結(jié)構(gòu)的程序定義出發(fā)，通過對構(gòu)成程序的基本結(jié)構(gòu)的分析，給出能保證高質(zhì)量程序的各種程序設(shè)計規(guī)范化方法等。（1）元器件

28、與存儲介質(zhì) 研究構(gòu)成計算機硬件的各類電子的、磁性的、機械的、超導的元器件和存儲介質(zhì)。（2）微電子技術(shù) 研究構(gòu)成計算機硬件的各類集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路芯片的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)等。（3）計算機組成原理 研究通用計算機的硬件組成結(jié)構(gòu)以及運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備等各部件的構(gòu)成和工作原理。 （4）微型計算機技術(shù) 研究目前使用最為廣泛的微型計算機的組成原理、結(jié)構(gòu)、芯片、接口及其應(yīng)用技術(shù)。（5）計算機體系結(jié)構(gòu) 研究計算機硬件的總體結(jié)構(gòu)、計算機的各種新型體系結(jié)構(gòu)（如并行處理機系統(tǒng)、精簡指令系統(tǒng)計算機、共享存儲結(jié)構(gòu)計算機、陣列計算機、集群計算機、網(wǎng)絡(luò)計算機、容錯計算機等）以及進一步

29、提高計算機性能的各種新技術(shù)。（1）程序設(shè)計語言的設(shè)計 根據(jù)實際需要設(shè)計新穎的程序設(shè)計語言，即定義程序設(shè)計語言的詞法規(guī)則、語法規(guī)則和語義規(guī)則。（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與運算 研究數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，以及它們之間的關(guān)系，并對這些結(jié)構(gòu)定義相應(yīng)的運算，設(shè)計出實現(xiàn)這些運算的算法，而且確保經(jīng)過這些運算后所得到的新結(jié)構(gòu)仍然是原來的結(jié)構(gòu)類型。（3）程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng) 研究程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)（如編譯程序）的基本理論、原理和實現(xiàn)技術(shù)。包括：詞法規(guī)則和語法規(guī)則的形式化定義、程序設(shè)計語言翻譯系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其各模塊（如詞法分析、語法分析、中間代碼生產(chǎn)、優(yōu)化和目標代碼生成）的實現(xiàn)技術(shù)。（4）操作系統(tǒng) 研究如何自動地對計

30、算機系統(tǒng)的軟硬件資源進行有效的管理，并最大限度地方便用戶。研究內(nèi)容包括進程管理、處理機管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理、以及現(xiàn)代化操作系統(tǒng)中地一些新技術(shù)（如多任務(wù)、多線程、多處理機環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等）。（5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 主要研究數(shù)據(jù)模型以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地實現(xiàn)技術(shù)。包括層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)模型、ER數(shù)據(jù)模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型、基于邏輯的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫語言、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)、查詢處理、查詢優(yōu)化、事務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫安全性和完整性約束、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、多媒體數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)倉庫等。（7）軟件工程學 是指導計算機軟件

31、開發(fā)和維護的學科，研究如何采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)和維護軟件。包括軟件開發(fā)和維護中所使用的技術(shù)和描述工具。（8）可視化技術(shù) 是研究如何用圖形和圖像來直觀地表征數(shù)據(jù)，即用計算機來生成、處理、顯示能在屏幕上逼真運動地三維形體，并能與人進行交互式對話。它不僅要求計算結(jié)果的可視化，而且要求計算過程地的可視化。使人們可以更加直觀、全面地觀察和分析數(shù)據(jù)。（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 研究局域網(wǎng)、遠程網(wǎng)、Internet、Intranet等各種類型網(wǎng)絡(luò)地拓撲結(jié)構(gòu)和構(gòu)成方法及接入方式。（2）數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 研究實現(xiàn)連接在網(wǎng)絡(luò)上的計算機之間進行數(shù)據(jù)通信（如有線、無線、光纖、寬帶、微波、衛(wèi)星通信等）的介質(zhì)、原

32、理、技術(shù)以及通信雙方必須共同遵守的各種協(xié)議。（3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 研究如何為網(wǎng)絡(luò)用戶提供方便地遠程登錄、文件傳輸、電子郵件、信息瀏覽、文檔查詢、網(wǎng)絡(luò)新聞以及全球范圍內(nèi)地超媒體信息瀏覽等服務(wù)。（4）網(wǎng)絡(luò)安全 研究網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備安全、軟件安全、信息安全以及病毒防治等技術(shù)，以提供計算機網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。（1）軟件開發(fā)工具 研究軟件開發(fā)工具的有關(guān)技術(shù)（如軟件描述技術(shù)、程序驗證與測試技術(shù)、程序調(diào)試技術(shù)、代碼優(yōu)化技術(shù)、軟件重用技術(shù)等）以及研制各種新型程序設(shè)計語言及其翻譯程序、文字和處理工具、數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具、多媒體開發(fā)工具，以及如CAD等計算機輔助工程使用的工具軟件等。（2）完善既有應(yīng)用系統(tǒng) 根據(jù)新的技術(shù)平臺和實

33、際需求，對既有的應(yīng)用系統(tǒng)進行升級、改造，使其功能更加強大、更加便于使用。（3）開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域 研究如何打破計算機的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，擴大計算機在國民經(jīng)濟以及社會生活中的應(yīng)用范疇。 研究人與計算機的交互和協(xié)同技術(shù)，為人使用計算機提供一個更加友好的環(huán)境和界面，人與計算機更好地共同完成預定地任務(wù)。 計算機學科的發(fā)展非常迅速，計算機軟、硬件系統(tǒng)的不斷更新，使得本學科的教育已經(jīng)完全不能通過跟蹤流行系統(tǒng)的變化來跟蹤學科的發(fā)展，更不能以流行的系統(tǒng)來確定教學內(nèi)容。對計算機學科而言，“有限的在校學習時間與不斷增長的知識的矛盾”更為突出。另一方面，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，本學科目前正在逐步走向深入，這給計算機學科的教育既

34、提出了新的要求，也提供了新的機遇。 影響計算機學科變化的大部分因素來自于技術(shù)的進步。Inter公司創(chuàng)造人戈登摩爾在1965年預測：微處理器芯片的密度將每十八個月翻一番，稱之為“摩爾定律”。該定律目前繼續(xù)成立。 可以看到，計算機系統(tǒng)的計算能力是以指數(shù)速度增加的，這使得幾年前還無法解決的問題在近期得到解決成為可能，而且使用起來更加方便。計算機學科其他方面的變化更大，例如WWW(萬維網(wǎng))出現(xiàn)后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，給人們的工作和生活提供了新的方式。所有這些都要求計算機學科教育所需的知識體系能夠緊跟技術(shù)的進步。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括基于TCP/IP的技術(shù)，萬維網(wǎng)及其應(yīng)用 圖形學和多媒體技術(shù) 嵌入式系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫

35、技術(shù) 互操作性 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 應(yīng)用程序接口（API）的使用 人機交互技術(shù) 軟件安全和信息安全 不斷擴大的應(yīng)用領(lǐng)域 由于以上這些方面的變化是很大的，所以，應(yīng)該考慮將它們添加到本科生的教學中，由于學生有限的在校學習時間與不斷增長的知識之間存在著矛盾，迫使人們要以不斷進步的、系統(tǒng)的觀點去看問題，去調(diào)整每年的教學計劃，用新的內(nèi)容去取代一些相對比較陳舊的內(nèi)容。計算機的教育除了受到計算機技術(shù)發(fā)展的影響外，還受到文化與社會發(fā)展的影響。例如,（1）新技術(shù)帶來的教學法的改變 例如，計算機網(wǎng)絡(luò)使遠程教育在廣播、電視之后，又有了更方便的手段，它使得遠程的在線交互成為現(xiàn)實，從而導致這一領(lǐng)域的更快發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)還使得地

36、理位置相隔甚遠的教學單位之間能方便地共享課程資源。新技術(shù)還影響到教學法的變革。演示軟件、計算機投影、實驗室工作站都顯著地改變了傳統(tǒng)地教學方法。（2）全世界計算機數(shù)量和用戶直接可用的計算功能大幅增加 計算機在近十年迅速普及。美國商務(wù)部的一項研究顯示，已有超過三分之一的美國人能訪問Internet。在其他大多數(shù)發(fā)達國家也有類似的情況。在我國，這一方面的發(fā)展更是令人矚目。隨著使用計算機獲取信息和處理事務(wù)的機會增多，使得人們對計算機技術(shù)有了更多更新的認識。 （3）計算機技術(shù)增長的經(jīng)濟影響 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展勢頭，社會的極大需求所導致的極具吸引力的高待遇的良好就業(yè)前景，吸引了一大批人希望走入計算機領(lǐng)域

37、。在我國，相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀影響著人才市場對畢業(yè)生的要求，也使得更多的學生選擇計算機學科作為所學專業(yè)，這些因素都或多或少地影響著計算機學科地教育。（4）學科的拓寬 當計算機學科不斷發(fā)展并逐漸成為基礎(chǔ)技術(shù)學科時，其應(yīng)用范圍更加廣泛。近年來，計算機學科已變得更寬廣、內(nèi)容更豐富，計算機學科地教育必須對此有所體現(xiàn)。例如，社會對各類復合人才地需求要求必須對學科交叉、應(yīng)用需求等進行考慮。 計算機學科最初源于數(shù)學學科和電子學科。所以，該學科的畢業(yè)生除了要掌握計算機科學與技術(shù)學科的各個知識領(lǐng)域的基本知識和技術(shù)之外，還必須具有扎實的數(shù)學功底、掌握科學地研究方法、熟悉計算機的實際應(yīng)用，并且具有良好的溝通技能及和諧

38、的團隊工作能力。 “知識”是基礎(chǔ)、是載體、是表現(xiàn)形式。一個具有較強能力和良好素質(zhì)的人必須掌握豐富的知識，而一個掌握豐富的知識的人并不一定具有較強的能力和良好的素質(zhì)。 知識還具有“載體”的屬性，能力和素質(zhì)的培養(yǎng)與教育必須部分地通過具體知識的傳授來實施。 在許多場合下，能力與素質(zhì)，尤其是專業(yè)能力和專業(yè)素質(zhì)，是通過知識表現(xiàn)出來的。 “能力”是技能化的知識，是知識的綜合體現(xiàn)。在教學中，應(yīng)強調(diào)運用知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，反對只讀書、讀死書。要保證知識運用的綜合性、靈活性與探索性，就需要有豐富的知識為支撐。 一般說來，知識越豐富，就越容易具有更強的能力。反過來，能力增強后，又有利于學習更多

39、的知識。 “素質(zhì)”是知識和能力的升華。高素質(zhì)可使知識和能力更好地發(fā)揮作用，同時還可促使知識和能力得到不斷的擴展和增強。因此，教育絕對不能只停留在書本的表面知識上，一定要去挖掘深層的內(nèi)容，重視科學的世界觀和方法論的啟迪。 知識、能力、素質(zhì)是進行高科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)。只有將三者融會貫通于教育的全過程，才可能培養(yǎng)出高水平人才。 愛因斯坦說過，想象力比知識更重要。應(yīng)當說，豐富的想象力加上扎實的基本功構(gòu)成創(chuàng)新的源泉。對飛速發(fā)展和不斷變化的計算機學科更是如此。在大學里，除了通常意義下的素質(zhì)外，重點是依據(jù)學科進行學科綜合能力的提高和學科綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，突出工科兼理科這個特征。 為畢業(yè)生建立一個統(tǒng)一的標準是非常困

40、難的，但是可以給出一個基本標準。這個基本標準主要包括以下幾個方面。（1）掌握計算機的基本理論和本學科的主要知識體系。（2）在確定的環(huán)境中能夠理解并應(yīng)用基本的概念、原理、準則，具備對工具及技術(shù)進行選擇與應(yīng)用的能力。（3）完成一個項目的設(shè)計與實現(xiàn)，該項目應(yīng)該涉及到問題的描述與定義、分析、設(shè)計和開發(fā)，為完成的項目撰寫適當?shù)奈臋n等。該項目的工作應(yīng)該能夠表明自己具備有一定的解決問題和評價問題的能力，并能表現(xiàn)出對質(zhì)量問題的適當理解和認識。 （4）具備在適當?shù)闹笇逻M行獨立工作的能 力，以及作為團隊成員和其他成員進行 合作的能力。（5）能夠綜合應(yīng)用所學的知識。（6）能夠保證所進行的開發(fā)活動是合法的和 合乎道

41、德的。 應(yīng)該為有才華的學生提供發(fā)揮潛能的機會，使這些有才華的學生能應(yīng)用課程中學到的原理進行有創(chuàng)新性的工作，能在分析、設(shè)計、開發(fā)適應(yīng)需求的復雜系統(tǒng)過程中作出有創(chuàng)意的貢獻；他們能夠?qū)ψ约汉退说墓ぷ鬟M行確切的評價與檢驗。 這需要在對學生的教育過程中，鼓勵他們樹立起強烈的創(chuàng)新意識和信心，鼓勵他們?nèi)ヌ剿鳌Ｔ诠膭罱處熕伎肌敖淌菫榱瞬唤獭钡耐瑫r，鼓勵學生思考“學是為了探索”。 當今世界正在邁入信息時代，信息技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為推動社會進步和社會發(fā)展的主要動力。信息化社會的發(fā)展對計算機科學技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。為了收集、存儲、傳輸、處理和利用日益劇增的信息資源，以通信、網(wǎng)絡(luò)和計算機技術(shù)相結(jié)合為特征的新一代信

42、息革命正在興起，深刻地影響著社會和經(jīng)濟發(fā)展的各個領(lǐng)域。 所謂“信息化社會”的內(nèi)涵是十分廣泛的，可以理解為：在國民經(jīng)濟和社會活動中，通過普遍地采用電子信息設(shè)備和信息技術(shù)，更有效地利用和開發(fā)信息資源，推動經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，使信息產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中的比重占主導地位。 信息化社會一般應(yīng)具有以下主要特征。 信息基礎(chǔ)設(shè)施 是由信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、信息存儲設(shè)備和信息處理設(shè)備集成的統(tǒng)一整體，建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施是信息化社會的重要標志。信息基礎(chǔ)設(shè)施需要在全國乃至全球范圍內(nèi)收集、存儲、處理和傳輸數(shù)量巨大的文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像以及聲音等多媒體信息，具有空前的廣泛性、綜合性和復雜性，它的建立過程是一項龐大的系統(tǒng)工程。

43、信息基礎(chǔ)設(shè)施包括了遍布全球的各種類型的計算機網(wǎng)絡(luò)和高性能的計算機系統(tǒng)，它是一個“網(wǎng)中網(wǎng)”，即由計算機網(wǎng)絡(luò)組成的計算機網(wǎng)絡(luò)。所有的計算機信息中心乃至個人計算機都應(yīng)該接入這個一體化的網(wǎng)絡(luò)。 先進的信息技術(shù) 是信息化社會的根基。其中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：半導體和微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化的計算機系統(tǒng)和并行處理技術(shù)、數(shù)字化通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、海量信息存儲技術(shù)、高速信息傳輸技術(shù)、可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)等。 信息產(chǎn)業(yè) 是信息化社會的支柱，主要包括：計算機硬件制造業(yè)、計算機軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國民經(jīng)濟中各行業(yè)的信息化工作（如，電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子金融等 ）。信息產(chǎn)業(yè)不僅包括了計算機硬件和軟件的研究、開發(fā)

44、與生產(chǎn)能力以及信息服務(wù)業(yè)，而且還包括了使用信息技術(shù)對傳統(tǒng)行業(yè)的改造，這體現(xiàn)了利用信息資源而創(chuàng)造的勞動價值。 在信息化社會中，無論是信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、信息技術(shù)的提供和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都離不開信息人才，沒有或缺乏高素質(zhì)的信息人才將一事無成。信息產(chǎn)業(yè)是資本密集型、知識密集型的產(chǎn)業(yè)，它的高新技術(shù)含量高，對人才素質(zhì)的要求高。信息化社會不僅需要維護型、服務(wù)型、操作型的人才，還特別要求信息人才具有高度的創(chuàng)新性和良好的適應(yīng)性。 足夠數(shù)量的高素質(zhì)信息人才是實現(xiàn)信息化社會的保證和原動力。 信息化社會不僅是科學技術(shù)進步的產(chǎn)物，而且也是社會管理體制和政策激勵的結(jié)果。良好的信息環(huán)境包括為了保障信息化社會有序運作的各項政

45、策、法律、法規(guī)和道德規(guī)范，如知識產(chǎn)權(quán)、信息安全、信息保密、信息標準化、產(chǎn)業(yè)政策、人才政策、職業(yè)道德規(guī)范等。 構(gòu)建良好的信息環(huán)境是實現(xiàn)信息化社會的重要組成部分。 Internet的誕生與發(fā)展對信息化社會產(chǎn)生了深刻的影響，是當今人類社會進入信息化社會的重要標志之一。 Internet是當今世界上最大的計算機網(wǎng)絡(luò)。更確切的說，Internet并不是一個單一的計算機網(wǎng)絡(luò)，而是由世界上許多計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而構(gòu)成的，它是全球最大的、開放的、由眾多計算機網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的“網(wǎng)中網(wǎng)”。因此，又把Internet成為國際互聯(lián)網(wǎng)，中文譯名為“因特網(wǎng)”。 Internet的起源可以追溯到其前身ARPA網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)是美國

46、國防部高級研究計劃局為進行國防研究項目而開發(fā)的一個實驗型網(wǎng)絡(luò)，它把美國許多大學和研究機構(gòu)連接起來，構(gòu)成一個廣域網(wǎng)。 隨著小型機、微型機和局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，ARPA啟動了一個稱為Internet的研究計劃，主要研究局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)。作為該計劃的重要成果就是研制出傳輸控制協(xié)議TCP和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP，從而使計算機網(wǎng)絡(luò)通信有了統(tǒng)一的規(guī)范。以ARPA網(wǎng)為主干網(wǎng)、以TCP/IP協(xié)議為核心，將眾多計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來，從而形成了Internet的雛形，并于20世紀80年代初成為了一個實用性的網(wǎng)絡(luò)。 在Internet的發(fā)展歷程中NSF網(wǎng)也曾起到重要作用。NSF網(wǎng)是美國國家科學基金會資助建立的一個廣域網(wǎng)，

47、最初連接了美國的五個超級計算機中心，并與Internet互聯(lián)。從而使美國的100多所大學和研究機構(gòu)共享超級計算機中心的資源。 20世紀80年代后期，由于NSF網(wǎng)的能力不斷強化，已經(jīng)逐步取代了ARPA網(wǎng)演變成為Internet的主干網(wǎng)。 Internet的不斷完善使其成為美國信息高速公路最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。覆蓋全美的數(shù)字化、大容量、高速的光纖通信網(wǎng)使Internet延伸到了許多國家，大大促進了現(xiàn)代社會信息化、全球化的進程，對社會政治、經(jīng)濟、生活帶來了深刻的影響。（1）系統(tǒng)的廣域性和開放性 Internet是在全球范圍內(nèi)開放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，具有信息傳輸?shù)膹V域性和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開放性。目前已有150多個國家或

48、地區(qū)、100多萬個網(wǎng)絡(luò)、數(shù)億臺計算機與Internet相連接，用戶數(shù)10億多個。（2）信息的共享性和時效性 Internet 將通信系統(tǒng)、計算機、數(shù)據(jù)庫等連接成為一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，使分布在世界各地的、豐富的信息可以為廣大用戶所共享。此外，信息一旦進入Internet的發(fā)布平臺，便可以長期儲存、長效發(fā)布、隨時更新。 （3）入網(wǎng)方式的靈活性和多樣性 Internet入網(wǎng)方式的靈活性和多樣性是其獲得飛速發(fā)展的重要原因。Internet所采用的TCP/IP協(xié)議成功地解決了不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、不同硬件平臺、不同操作系統(tǒng)之間的兼容性問題，無論是大型機、小型機、微型機或工作站都可以采用多種方式靈活地接入Intern

49、et，并通過TCP/IP協(xié)議與Internet進行通信。 凡使用TCP/IP協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò)可用相同的連接方式加入Internet；其他一些異構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)則可以通過網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)接入。（4）強大的服務(wù)功能 Internet提供了多樣化的、強大的服務(wù)功能，其中包括：遠程登錄、文件傳輸、電子郵件、信息瀏覽、文檔查詢、網(wǎng)絡(luò)新聞以及全球范圍內(nèi)的超媒體信息瀏覽和查詢服務(wù)等。用戶可以運用這些服務(wù)功能輕松地在網(wǎng)上遨游。 （5）網(wǎng)絡(luò)安全的脆弱性和復雜性 由于Internet上有大量的、多種類型的計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)等在運行，其信息流具有多渠道交叉和路徑的不確定性，而且Internet的

50、開放性、管理的松散性以及TCP/IP協(xié)議在安全方面的薄弱性，都造成了Internet在安全上的脆弱性和復雜性。 我國政府也不失時機地采取了一系列有效的措施，開展了信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，建成了多個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和以“金字”工程為代表的應(yīng)用系統(tǒng)，大大促進了信息化的進程。 1993年12月，我國成立了“國際經(jīng)濟信息化聯(lián)席會議”，領(lǐng)導、協(xié)調(diào)我國的經(jīng)濟信息化工作；1995年9月，中共中央十四屆五中全會將“加速國民經(jīng)濟信息化進程”寫入了有關(guān)文件中；1996年初，成立了“國務(wù)院經(jīng)濟信息化領(lǐng)導小組”，統(tǒng)籌規(guī)劃實現(xiàn)國民經(jīng)濟信息化的戰(zhàn)略目標。 我國以Internet技術(shù)為依托建成的全國性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和“金字”工程簡要介紹如下

51、。 中國教育科研網(wǎng)（簡稱CERNET）是國家教育部管理的覆蓋全國的學術(shù)性計算機網(wǎng)絡(luò)。CERNET將全國的主要大學的校園網(wǎng)、研究機構(gòu)以及大型圖書館連接起來，實現(xiàn)信息交換和資源共享。同時，該網(wǎng)絡(luò)也提供了連接Internet的國際出口，可以向用戶提供Internet的所有服務(wù)功能。利用CERNET國內(nèi)外的學者可以進行信息傳送、學術(shù)交流、文獻查閱、從中獲取大量的知識信息。 中國公用信息網(wǎng)（簡稱ChinaNET）是國家郵電部經(jīng)營和管理的全國性的公用信息網(wǎng)，是Internet在我國的延伸。目前已有30多個省會城市的骨干網(wǎng)進入ChinaNET，并在北京和上海建立了連接Internet的國際出口，可以向用戶提

52、供Internet的所有服務(wù)功能，并廣泛應(yīng)用于政法部門、科學研究、遠程教育、電子商務(wù)和信息查詢等各個領(lǐng)域。 中國科學技術(shù)網(wǎng)（簡稱CSTNET）是以中國科學院的NCF網(wǎng)和CCASNET網(wǎng)為基礎(chǔ)，連接了中國科學院以外的一些科研單位而構(gòu)成的全國性計算機網(wǎng)絡(luò)。為全國的科研單位、科技工作者、科技管理部門等提供信息服務(wù)、Internet服務(wù)和超級計算機的資源共享。 中國金橋信息網(wǎng)（簡稱ChinaGBN）是在國務(wù)院直接倡導下實施的國際公用經(jīng)濟信息網(wǎng)工程“金橋工程”的產(chǎn)物，是我國經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)設(shè)施之一。目前已有20余個省會參與“金橋工程”，完成了建網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)工作，并在北京建立了全國網(wǎng)絡(luò)管理與控制中心，其主要功

53、能和目標是：為國家宏觀經(jīng)濟調(diào)控與決策提供服務(wù)；為經(jīng)濟和社會信息資源共享提供服務(wù)；為企業(yè)應(yīng)用信息系統(tǒng)提供服務(wù)；為推動國民經(jīng)濟信息化進程，提高社會生產(chǎn)力提供服務(wù)。 “金關(guān)工程”的目標是將海關(guān)、外貿(mào)、外匯管理以及稅務(wù)等部門和企業(yè)的業(yè)務(wù)處理聯(lián)網(wǎng)，建立出口退稅管理、配額許可證管理、進出口收匯結(jié)匯管理和進出口貿(mào)易統(tǒng)計等信息應(yīng)用系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用電子數(shù)據(jù)交換（EDI）技術(shù)，提供外貿(mào)、海關(guān)等部門的現(xiàn)代化管理水平。以上4個應(yīng)用系統(tǒng)分別由外貿(mào)部、國家稅務(wù)總局、外匯管理局以及海關(guān)等主持開發(fā)，現(xiàn)已取得了卓有成效的進展。 “金卡工程”的目標是建立一個安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和良好的電子貨幣服務(wù)體系，加快我國金融電子化和商業(yè)電子

54、化的進程。目前，諸如銀行卡以及其他各種IC卡已經(jīng)被廣泛使用，使人們的購物方式和支付方式產(chǎn)生了新的變革，生活更加方便，也大大減少了現(xiàn)金的發(fā)行與流通；現(xiàn)代化電子支付系統(tǒng)也已經(jīng)在國家金融網(wǎng)絡(luò)上運行，實現(xiàn)了異地或跨行業(yè)的資金清算、大額資金實時支付、小額資金批量支付、銀行卡授權(quán)以及債券管理等功能。 除了以上一些互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和“三金”工程之外，還啟動了其他一系列的“金字”工程，如“金稅工程”、“金企工程”等。其中“金稅工程”將全國各主要中心城市、縣區(qū)的稅務(wù)部門聯(lián)網(wǎng)，并開發(fā)全國增值稅專業(yè)發(fā)票稽核網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、防偽識偽稅控制系統(tǒng)、電子發(fā)票申報系統(tǒng)、計稅收款機等，對強化國家的稅收征管工作發(fā)揮了重要的作用。“金企工程”則

55、是通過建立大量的企業(yè)數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、行業(yè)數(shù)據(jù)庫等，形成全國性的經(jīng)濟信息資源網(wǎng)，建立國家宏觀調(diào)控支持系統(tǒng)，從而有利于企業(yè)轉(zhuǎn)制、進入市場和開拓新的商機，同時也可以為國家宏觀經(jīng)濟決策提供科學依據(jù)和信息服務(wù)。我國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和一系列“金字工程”的實施，為我國國民經(jīng)濟和社會信息化建設(shè)拉開了序幕，也為電子信息產(chǎn)業(yè)開辟了廣闊的市場，對加快我國現(xiàn)代化建設(shè)具有重大而深遠的意義。 擁有足夠數(shù)量的、高素質(zhì)的信息技術(shù)人才是實現(xiàn)信息化社會的保證和原動力，是信息化社會的基本特征之一。 在信息化社會中所需要的計算機人才是多方位的，不僅需要研究型、設(shè)計型的人才，而且需要應(yīng)用型、工程型的人才；不僅需要開發(fā)型的人才，而且需

56、要維護型、服務(wù)型、操作型的人才。 由于信息技術(shù)發(fā)展日新月異，信息產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟中變化最快的產(chǎn)業(yè)，因此要求計算機人才具有較高的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，并對新技術(shù)的發(fā)展具有良好的適應(yīng)性。 為了做好計算機學科本科生的教育工作，由中國計算機學會、全國高校計算機教育研究會、清華大學出版社聯(lián)合組織了研究小組，研究小組在參考國外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，就計算機學科的教育思想、觀念、教學計劃等進行了探討，提出了學科教育的指導思想和基本要求，提出了計算機科學與技術(shù)學科的知識體系，形成了中國計算機科學與技術(shù)學科教程2002（簡稱CCC2002）。本節(jié)將參照CCC2002的有關(guān)章節(jié)介紹計算機學科的知識體系的結(jié)構(gòu)、知識領(lǐng)域

57、（area）、知識單元（unit）和知識點（topic）的概念及課程體系，并對其中的有關(guān)問題作簡要說明。 計算機學科的知識體系結(jié)構(gòu)組織成如下3個層次：知識領(lǐng)域、知識單元和知識點。一個知識領(lǐng)域可以分解成若干個知識單元，一個知識單元又包含若干個知識點。 知識體系結(jié)構(gòu)的最高層是知識領(lǐng)域，表示特定的學科子領(lǐng)域。每個知識領(lǐng)域用兩個英文字母的縮寫表示，例如OS表示操作系統(tǒng)（operating system），PL表示程序設(shè)計語言（programming language）等。 知識體系結(jié)構(gòu)的中間層是知識單元，表示知識領(lǐng)域中獨立的主題（thematic）模塊。每一知識單元用知識領(lǐng)域名后加一個數(shù)字表示，例如O

58、S3是操作系統(tǒng)中有關(guān)并發(fā)性的知識單元。 知識體系結(jié)構(gòu)的最底層是知識點。 對計算機學科知識體系的概要總結(jié)參見下表，它展示了知識領(lǐng)域、知識單元、核心知識單元及各自所需的最少時間。1. 1. DSDS. . 離散結(jié)構(gòu)離散結(jié)構(gòu)（7272核心學時）核心學時） DS1. 函數(shù)、關(guān)系和集合（12） DS2. 基本邏輯（18） DS3. 證明技巧（24） DS4. 計數(shù)基礎(chǔ)（12） DS5. 圖與樹（6）2. 2. PF. PF. 程序設(shè)計基礎(chǔ)程序設(shè)計基礎(chǔ)（6969核心學時）核心學時） PF1. 程序設(shè)計基本結(jié)構(gòu)（15） PF2. 算法與問題求解（8） PF3. 基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（30） PF4. 遞歸（10）

59、PF5. 事件驅(qū)動程序設(shè)計（6）3. 3. AL. AL. 算法與復雜性算法與復雜性（5454核心學時）核心學時） AL1. 算法分析基礎(chǔ)（6） AL2. 算法策略（12） AL3. 基本算法（24） AL4 分布式算法（4） AL5 可計算性理論基礎(chǔ)（8） AL6 復雜性類：P類和NP類 AL7 自動機理論 AL8 高級算法分析 AL9 加密算法 AL10 幾何算法 AL11 并行算法4. 4. AR. AR. 計算機組織與體系結(jié)構(gòu)計算機組織與體系結(jié)構(gòu)（8282核心學時）核心學時） AR1. 數(shù)字邏輯與數(shù)學系統(tǒng)（16） AR2. 數(shù)據(jù)的機器級表示（6） AR3. 匯編級機器組織（6） AR4

60、. 存儲系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)（10） AR5. 接口和通信（12） AR6. 功能組織（14） AR7. 多處理和其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（6） AR8. 性能提高 AR9. 網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5. OS. 5. OS. 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)（4040核心學時）核心學時） OS1. 操作系統(tǒng)概述（2） OS2. 操作系統(tǒng)原理（4） OS3. 并發(fā)性（12） OS4. 調(diào)度與分派（6） OS5. 內(nèi)存管理（10） OS6. 設(shè)備管理（2） OS7. 安全與保護（2） OS8. 文件系統(tǒng)（2） OS9. 實時和嵌入式系統(tǒng) OS10. 容錯 OS11. 系統(tǒng)性能評價 OS12. 腳本6. 6. NC. NC. 網(wǎng)絡(luò)及其

61、計算網(wǎng)絡(luò)及其計算（4848核心學時）核心學時） NC1. 網(wǎng)絡(luò)及其計算介紹（4） NC2. 通信與網(wǎng)絡(luò)（20） NC3. 網(wǎng)絡(luò)安全（8） NC4. 客戶/服務(wù)器計算舉例（8） NC5. 構(gòu)建管理（4） NC6. 網(wǎng)絡(luò)管理（4） NC7. 壓縮與解壓縮 NC8. 多媒體數(shù)據(jù)技術(shù) NC9. 無線和移動計算7. 7. PL. PL. 程序設(shè)計語言程序設(shè)計語言（5454核心學時）核心學時） PL1. 程序設(shè)計語言概論（4） PL2. 虛擬機（2） PL3. 語言翻譯簡介（6） PL4. 聲明和類型（6） PL5. 抽象機制（6） PL6. 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（30） PL7. 函數(shù)程序設(shè)計 PL8. 語

62、言翻譯系統(tǒng) PL9. 類型系統(tǒng) PL10. 程序設(shè)計語言的語義 PL11. 程序設(shè)計語言的設(shè)計8. 8. HC. HC. 人機交互人機交互（1212核心學時）核心學時） HC1. 人機交互基礎(chǔ)（8） HC2. 簡單圖形用戶界面的創(chuàng)新（4） HC3. 以人為本的軟件評估 HC4. 以人為本的軟件開發(fā) HC5. 圖形用戶界面的設(shè)計 HC6. 圖形用戶界面的編程 HC7. 多媒體系統(tǒng)的人機交互 HC8. 協(xié)作和通信的人機交互9. GV. 9. GV. 圖形學和可視化計算圖形學和可視化計算（8 8核心學時）核心學時） GV1. 圖形學的基本技術(shù)（6） GV2. 圖形系統(tǒng)（2） GV3. 圖形通信 GV

63、4. 幾何建模 GV5. 基本的圖形繪制方法 GV6. 高級的圖形繪制方法 GV7. 先進技術(shù) GV8. 計算機動畫 GV9. 可視化 GV10. 虛擬現(xiàn)實 GV11. 計算機視覺10. 10. IS. IS. 智能系統(tǒng)智能系統(tǒng)（2222核心學時）核心學時） IS1. 智能系統(tǒng)基本問題（2） IS2. 搜索和約束滿足（8） IS3. 知識表示和知識推理（12） IS4. 高級搜索 IS5. 高級知識表示和知識推理 IS6. 主體 IS7. 自然語言處理技術(shù) IS8. 機器學習和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) IS9. 人工智能規(guī)劃系統(tǒng) IS10. 機器人11. 11. IM. IM. 信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)（3434核心

64、學時）核心學時） IM1. 信息模型和信息系統(tǒng)（4） IM2. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（4） IM3. 數(shù)據(jù)模型化（6）. IM4. 關(guān)系數(shù)據(jù)庫（2） IM5. 數(shù)據(jù)庫查詢語言（6） IM6. 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計（6） IM7. 事務(wù)處理（6） IM8. 分布式數(shù)據(jù)庫 IM9. 物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計 IM10. 數(shù)據(jù)挖掘 IM11. 信息存儲和信息檢索 IM12. 超文本和超媒體 IM13. 多媒體信息和系統(tǒng) IM14. 數(shù)字圖書館12. 12. SP. SP. 社會與職業(yè)問題社會與職業(yè)問題（1111核心學時）核心學時） SP1. 信息技術(shù)史（1） SP2. 信息技術(shù)的社會環(huán)境（2） SP3. 分析方法和分析工具（

65、2） SP4. 職業(yè)責任和道德責任（1） SP5. 基于計算機的系統(tǒng)的風險和責任（1） SP6. 知識產(chǎn)權(quán)（3） SP7. 隱私和公民自由（1） SP8. 計算機犯罪 SP9. 與信息技術(shù)相關(guān)的經(jīng)濟問題13. 13. SE. SE. 軟件工程軟件工程（5454核心學時）核心學時） SE1. 軟件設(shè)計（12） SE2. 使用APIs（8） SE3. 軟件工具和環(huán)境（4） SE4. 軟件過程（4） SE5. 軟件需求和規(guī)劃（也稱規(guī)格說明） SE6. 軟件確認（8） SE7. 軟件演化（5） SE8. 軟件項目管理（5） SE9. 基于構(gòu)件的計算 SE10. 形式化方法 SE11. 軟件可靠性 SE

66、12. 特定系統(tǒng)開發(fā)14. 14. CN. CN. 數(shù)值計算科學數(shù)值計算科學（無核心學時）（無核心學時） CN1. 數(shù)值分析 CN2. 運籌學 CN3. 建模與模擬 CN4. 高性能計算 從表中可以看出計算機科學與技術(shù)知識體系有14個知識領(lǐng)域，下面簡要介紹14個知識領(lǐng)域。（1）離散結(jié)構(gòu)（DS） 離散結(jié)構(gòu)是計算機科學的基礎(chǔ)內(nèi)容，計算機科學與技術(shù)的許多領(lǐng)域都要用到離散結(jié)構(gòu)中的概念。離散結(jié)構(gòu)包括集合論、邏輯學、圖論和組合數(shù)學等重要內(nèi)容。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法分析與設(shè)計中含有大量離散結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，為了理解將來的計算技術(shù)，需要對離散結(jié)構(gòu)有深入的理解。 程序設(shè)計基礎(chǔ)領(lǐng)域的知識由程序設(shè)計基本概念和程序設(shè)計技巧組成。 這一領(lǐng)域包括的知識單元有程序設(shè)計基本概念、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法等，這些內(nèi)容覆蓋了計算機科學與技術(shù)專業(yè)的本科生必須了解和掌握的整個程序設(shè)計的知識范圍。 熟練掌握程序設(shè)計語言是學習計算機科學與技術(shù)大多數(shù)內(nèi)容的前提，學生至少應(yīng)該熟練掌握兩種程序設(shè)計語言。 算法是計算機科學和軟件工程的基礎(chǔ)，現(xiàn)實世界中，各軟件系統(tǒng)的性能依賴于算法的設(shè)計及實現(xiàn)的效率和適應(yīng)性。好的算法對于軟件系統(tǒng)的性能是至關(guān)重要的，因而學習算法