對計算機(jī)導(dǎo)論的認(rèn)識

1、對計算機(jī)導(dǎo)論的認(rèn)識計算機(jī)科學(xué)與信息工程系 軟件工程一班學(xué)號：200903030002姓名：孫貴德這學(xué)期學(xué)習(xí)的主要是計算機(jī)基礎(chǔ)以及操作，也學(xué)習(xí)了word excel以及幻燈片等方面的知識。同時我也認(rèn)識到計算機(jī)這門課程里有好些特別抽象的概念， 有時比較難理解，這時我們不妨用一些比較通俗易懂的東西去理解，因?yàn)楹枚鄸| 西我們不能僅僅靠記住或抄寫下來就可以啦，最主要的是去理解它。當(dāng)然這不是 僅僅在計算機(jī)這門課上，其它科目也一樣。當(dāng)我們步入新世紀(jì)的時候，計算（Computing）技術(shù)作為現(xiàn)代技術(shù)的標(biāo)志，已 成為世界許多經(jīng)濟(jì)增長的主要動力。 計算領(lǐng)域也已成為一個極其活躍的領(lǐng)域， 計 算學(xué)科正以令人驚異的速度

2、發(fā)展，并大大延伸到傳統(tǒng)的計算機(jī)科學(xué)的邊界之外， 成為一門范圍極為寬廣的學(xué)科。如何理解這個學(xué)科，引發(fā)了長期以來激烈的爭論， 并使計算機(jī)教育成為一個公認(rèn)的富有挑戰(zhàn)性的問題。要想從根本上解決這些問 題，首要的任務(wù)是解決學(xué)科的認(rèn)知問題，而計算機(jī)學(xué)科方法論正是解決這一問題 的有效工具和理論體系。這種理論體系將使人們對學(xué)科的認(rèn)知更加科學(xué)、更有條 理，從而為計算學(xué)科教育的基礎(chǔ)研究奠定基礎(chǔ)。在計算教育的歷史上，有關(guān)整個計算學(xué)科綜述性導(dǎo)引（簡稱“計算機(jī)學(xué)科導(dǎo)論”） 課程的構(gòu)建問題，長期以來一直存在激烈的爭論。國際上最著名的兩個計算機(jī)組 織 ACM和IEEE-CS對這一問題十分重視。1989年1月，ACM攻關(guān)組在

3、ACM 通訊雜志上發(fā)表了計算教育史上具有里程碑意義的報告一一計算作為一門學(xué) 科，該報告明確要求“計算機(jī)導(dǎo)論”課程要以嚴(yán)密的方式將學(xué)生引入計算學(xué)科 中各個富有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。2001年12月，ACM和IEEE-CS任務(wù)組提交的CC2001 報告更進(jìn)一步指出，該課程應(yīng)能讓學(xué)生了解計算學(xué)科中那些富有智慧的核心思 想。2002年8月，中國計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程 2002（簡稱CCC2002教程） 更是將“學(xué)科方法論”列為現(xiàn)代教育思想的內(nèi)核，并明確指出：“按照走內(nèi)涵發(fā)展的道路的要求，在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教育中，學(xué)科方法論的內(nèi)容占有非 常重要的地位。”在關(guān)于“計算機(jī)導(dǎo)論”課程的構(gòu)建問題上，人們?nèi)菀讓ⅰ?/p>

4、計算機(jī)操作初步”（或“計算機(jī)文化基礎(chǔ)”等）與“計算機(jī)導(dǎo)論”（或“計算機(jī)學(xué)科方法論”等）一類課程混為一談。其實(shí)，這是兩類性質(zhì)不同的課程。“計算機(jī)操作初步”這類課程，主要解決的是對計算機(jī)功能的工具性認(rèn)識問題，其目的在于培養(yǎng)人們使用計算機(jī)的初步能力，而“計算機(jī)導(dǎo)論”一類課程，主要解決的則是人們對計算本 質(zhì)的認(rèn)知問題。對計算學(xué)科而言，即使某人可以相當(dāng)熟練地操作計算機(jī)， 甚至還 可以進(jìn)行較為復(fù)雜的程序設(shè)計，仍不能說他已相當(dāng)了解計算學(xué)科。正如對電子學(xué) 科而言，即使某人可以相當(dāng)熟練地操作計算機(jī)， 甚至還可以進(jìn)行較為復(fù)雜的程序 設(shè)計，仍不能說他已相當(dāng)了解計算學(xué)科。 正如對電子學(xué)科而言，即使某人可以相 當(dāng)熟練地

5、操作電子產(chǎn)品（如家用電器），也不能說他已相當(dāng)了解電子學(xué)科一樣。計算機(jī)學(xué)科方法論遵循一般科學(xué)技術(shù)方法論的普遍原理。但是，它又不同于一般科學(xué)技術(shù)方法論，一般科學(xué)技術(shù)方法論在學(xué)科認(rèn)識中具有一般性的指導(dǎo)意 義；而計算機(jī)學(xué)科方法論直接面對和服務(wù)于計算學(xué)科的認(rèn)識過程，使人們對計算學(xué)科的認(rèn)識邏輯化、程序化、理性化和具體化，它是我們認(rèn)識計算學(xué)科的工具。 就某種意義而言，學(xué)科方法論的建立是該學(xué)科成熟的標(biāo)志之一。隨著20世紀(jì)40年代第一臺存儲程序式通用電子計算機(jī)的研制成功，進(jìn)入20世紀(jì)50年代后，計算機(jī)的發(fā)展步入了實(shí)用化的階段。 然而，在最初的應(yīng)用中， 人們普遍感到使用機(jī)器指令編制程序不僅效率低下，而且十分別扭，

6、也不利于交流和軟件維護(hù)，復(fù)雜程序查找錯誤尤其困難，因此，軟件開發(fā)急需一種高級的類 似于自然語言那樣的程序設(shè)計語言。1952年，第一個程序設(shè)計語言 Short Code 出現(xiàn)。兩年后，F(xiàn)ortra n問世。作為一種面向科學(xué)計算的高級程序設(shè)計語言， Fortran的最大功績在于牢固地樹立了高級語言的地位，并使之成為世界通用的 程序設(shè)計語言。Algol60的誕生是計算機(jī)語言的研究成為一門科學(xué)的標(biāo)志。該語 言的文本中提出了一整套的新概念，如變量的類型說明和作用域規(guī)則、過程的遞 歸性及參數(shù)傳遞機(jī)制等。而且，它是第一個用嚴(yán)格的語法規(guī)則一一巴科斯范式（BNF定義語言文法的高級語言。程序設(shè)計語言的研究與發(fā)展在

7、產(chǎn)生了一批成 功的高級語言之后，其進(jìn)一步的發(fā)展開始受到程序設(shè)計思想、方法和技術(shù)的影響， 也開始受到程序理論、軟件工程、人工智能等許多方面特別是實(shí)用化方面的影響。 在“軟件危機(jī)”的爭論日漸平息的同時，一些設(shè)計準(zhǔn)則開始為大多數(shù)人所接受， 并在后續(xù)出現(xiàn)的各種高級語言中得到體現(xiàn)。例如，用于支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的 PASCA語言，適合于軍隊(duì)各方面應(yīng)用的大型通用程序設(shè)計語言ADA支持并發(fā)程序設(shè)計的MODULA-2支持邏輯程序設(shè)計的PROLO語言，支持人工智能程序設(shè)計 的LISP語言，支持面積對象程序變換的SMALLTALKC等。而且，伴隨著這些語 言的出現(xiàn)和發(fā)展，產(chǎn)生了一大批為解決語言的編譯和應(yīng)用中所出現(xiàn)的

8、問題而發(fā)展 的理論、方法和技術(shù)。有大量的學(xué)術(shù)論文可以證明，由高級語言的發(fā)展派生的各 種思想、方法、理論和技術(shù)觸及到了計算機(jī)科學(xué)的大多數(shù)學(xué)科方向， 但內(nèi)容上仍 相對集中在語言、計算模型和軟件開發(fā)方法學(xué)方面數(shù)據(jù)庫技術(shù)是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)中發(fā)展最快、應(yīng)用做廣泛的領(lǐng)域之一，它是計 算機(jī)信息系統(tǒng)與應(yīng)用程序的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)。經(jīng)過了30余年的發(fā)展，其應(yīng)用已遍及各個領(lǐng)域，成為21實(shí)際信息化社會的核心技術(shù)之一。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義、發(fā)展、類型、結(jié)構(gòu)，以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫語言等基 礎(chǔ)知識。計算機(jī)科學(xué)和計算機(jī)工程是 對計算過程（algorithmic processes ）的 系統(tǒng)研究，計算過程包

9、括描述信息和轉(zhuǎn)換信息的理論、分析、設(shè)計、效率、現(xiàn)實(shí) 和應(yīng)用。這些計算（過程）的基本問題是什么是能夠被有效地自動化的。這一學(xué)科起始于上世紀(jì)四十年代初，結(jié)合了算法理論、數(shù)理邏輯和存儲程序式電子計 算機(jī)的發(fā)明。幾千年以來，算術(shù)一直是數(shù)學(xué)至為關(guān)心的內(nèi)容。 有很多物理現(xiàn)象的 模型被用來創(chuàng)立方程式，并通過計算該方 程式對物理現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測，比如像彈 道軌跡的計算、天氣廣播和流體力學(xué)。很多解這些方程式的通用方法也發(fā)明出來 了，比如，線性方程組、差分方程和積分方程的算法。幾乎在同一時期，算術(shù)用于輔助機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計也成了工程學(xué)至為關(guān)心的內(nèi)容。例子如靜止物體壓力評估 的計算、運(yùn)動物體的動力量計算等。當(dāng)人們從不同的角度

10、來描述這一概念時就有不同的定義 （當(dāng)然是描述性的）。 例如，稱數(shù)據(jù)庫是一個“記錄保存系統(tǒng)”（該定義強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)庫是若干記錄的集 合）。又如稱數(shù)據(jù)庫是“人們?yōu)榻鉀Q特定的任務(wù)，以一定的組織方式存儲在一起 的相關(guān)的數(shù)據(jù)的集合”（該定義側(cè)重于數(shù)據(jù)的組織）。更有甚者稱數(shù)據(jù)庫是“一個 數(shù)據(jù)倉庫”。當(dāng)然，這種說法雖然形象，但并不嚴(yán)謹(jǐn)。2005年，一系列具有深遠(yuǎn)影響的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)被曝光，有可能為未來十 年的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)奠定根本性的基礎(chǔ)，至少為處理器乃至整個計算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 做出了象征性指引。我們看到，隨的衡量標(biāo)準(zhǔn)和方式在發(fā)生變化， 從應(yīng)用的角度 講，講究移動和偏向性能兩者已經(jīng)找到了最令人滿意的結(jié)合點(diǎn)，并且有可

11、能引爆手持設(shè)備的急劇膨脹。盡管現(xiàn)在手持設(shè)備也相對普及，但是在計算能力、可擴(kuò)展 性以及能耗上，完全起步到一臺手持設(shè)備應(yīng)該具備的作用；另一方面，講究性能的服務(wù)器端和桌面端，開始考慮減少電力消耗趕上節(jié)約型社會的大潮流。但是，僅僅有這些并不足以讓一臺電腦更為人性化，電腦的活動需要人多量的干預(yù)，不足以抵消它在性能上的進(jìn)步，“它”沒有更體貼人來自電腦無法感知 自己本身。下一步需要做的是，讓電腦有“感覺”，這樣會消耗多量的計算資源， 當(dāng)然也會讓電腦真的能夠應(yīng)對一些需求的時候，變得更為簡單和方便。這里說到的“感知”乃是一些軟件的算法搭配硬件，實(shí)現(xiàn)對基本線條及其造型的判斷，從而達(dá)到更為智能的目的。比如說，目前還

12、無法對圖像進(jìn)行有意義的 搜索，用戶無法通過一個圖片的大概映像在浩如煙海的圖片庫中找到自己想要 的。而這些圖片往往應(yīng)為數(shù)量巨大沒有進(jìn)行標(biāo)注，查找就是很麻煩的事情，現(xiàn)在In tel和一家公司正在研究可以進(jìn)行圖片搜索的軟件，如果真的能夠判斷線條組合的話，將是計算機(jī)史上的一大飛躍，這就意味著，電腦真的能夠?qū)W習(xí)了，在 IDF Fall2005 上, Intel展示了這個軟件的初潛功能。用計算機(jī)來代替人進(jìn)行計算，就得首先研究計算方法和相應(yīng)的計算機(jī)算法， 進(jìn)而編制計算機(jī)程序。由于早期計算機(jī)的應(yīng)用主要集中在科學(xué)計算領(lǐng)域，因此， 數(shù)值計算方法就成為最早的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支與計算機(jī)應(yīng)用建立了聯(lián)系。最初的時 候，由于計算

13、機(jī)的存儲器容量很小，速度也不快，為了計算一些稍稍大一點(diǎn)的題 目,人們常常要挖空心思研究怎樣節(jié)省存儲單元， 怎樣減少不需要的操作。為此， 發(fā)展了像稀疏矩陣計算理論來進(jìn)行方程組的求解；發(fā)展了雜湊函數(shù)來動態(tài)地存 儲、訪問數(shù)據(jù)；發(fā)展了虛擬程序設(shè)計思想和程序覆蓋技術(shù)在內(nèi)存較小的計算機(jī)上 運(yùn)行較大的程序；在子程序和程序包的概念提出之后，許多人開始將數(shù)學(xué)中的一 些通用計算公式和計算方法寫成子程序， 并進(jìn)一步開發(fā)成程序包，通過簡潔的調(diào) 用命令向用戶開放。子程序的提出是今日軟件重用思想的開端。在計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，科學(xué)計算是一個長久不衰的方向。該方向主要依賴于應(yīng) 用數(shù)學(xué)中的數(shù)值計算的發(fā)展，而數(shù)值計算的發(fā)展也受到來自

14、計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影 響。早期，科學(xué)計算主要在單機(jī)上進(jìn)行，經(jīng)歷了從小規(guī)模數(shù)值分析到中大規(guī)模數(shù) 值分析的階段。隨著并行計算機(jī)和分布式并行計算機(jī)的出現(xiàn)， 并行數(shù)值計算開始 成為科學(xué)計算的熱點(diǎn)，處理的問題也從中大規(guī)模數(shù)值分析進(jìn)入到中大規(guī)模復(fù)雜問 題的計算。所謂中大規(guī)模復(fù)雜問題并不是由于數(shù)據(jù)的增大而使計算變得困難，使問題變得復(fù)雜，而主要是由于計算中考慮的因素太多， 特別是一些因素具有不確 定性而使計算變得困難，使問題變得復(fù)雜，其結(jié)果往往是在算法的研究中精度與復(fù)雜性的矛盾難于克服。在“計算機(jī)導(dǎo)論”課程的構(gòu)建問題上，CC2001報告認(rèn)為：符合所有有不同需要的學(xué)生的綜述性導(dǎo)引課程是不存在的。 由此我們得到啟發(fā)

15、：不要再試圖去建 立那些引起類似于宗教戰(zhàn)爭那樣激烈爭論的、 符合所有學(xué)生的整個學(xué)科綜述性導(dǎo) 引課程，而應(yīng)當(dāng)將注意力集中在學(xué)科中具有共同的、 本質(zhì)特征的內(nèi)容上，這是解 決這個問題的正確方法。計算機(jī)學(xué)科方法論承擔(dān)的正是這樣的任務(wù)，因此該課程的具體教學(xué)內(nèi)容為： 學(xué)科方法論產(chǎn)生的歷史背景、建立、研究意義 學(xué)科的特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律及發(fā)展趨勢 學(xué)科發(fā)展過程中典型的歷史人物及傳奇人物介紹 學(xué)科中的科學(xué)問題、學(xué)科中的3個學(xué)科形態(tài)、學(xué)科中的核心概念 學(xué)科中的數(shù)學(xué)方法、學(xué)科中的系統(tǒng)科學(xué)方法 社會和計算職業(yè)問題 計算教育哲學(xué) 學(xué)科的教學(xué)計劃與課程體系 如何學(xué)好計算學(xué)科對“計算機(jī)學(xué)科導(dǎo)論”這門課程，我的感覺是：（1）“計算機(jī)學(xué)科導(dǎo)論”課程系統(tǒng)全面地為學(xué)生介紹了計算機(jī)科學(xué)知識領(lǐng)域 劃分的過程，涵蓋的問題，以及學(xué)科的本質(zhì)。使自己一進(jìn)入本學(xué)科就有了清晰、 明確的方向和認(rèn)識，在學(xué)習(xí)的過程中不再感到困惑、茫然等。（2）通過對“計算機(jī)學(xué)科導(dǎo)論”的