計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)概論

1、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)概論專業(yè)與專業(yè)概論計算機(jī)科學(xué)奠基人阿倫圖靈（Alan Turing，19121954），英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家圖靈機(jī)：種描述計算過程的數(shù)學(xué)模型圖靈測試：證明機(jī)器有智慧的最佳測試方法 圖靈獎 ：“計算機(jī)領(lǐng)域的諾貝爾獎” 約翰馮諾依曼（John von Neumann，19031957），美藉匈牙利人 ，杰出的數(shù)學(xué)家 馮諾依曼結(jié)構(gòu)（存儲程序式計算機(jī)）： 運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備計算機(jī)變遷第一代計算機(jī)（1946年1957年）真空管制造電子元件，利用穿孔卡作為主要的存儲介質(zhì)。代表:UNIVACI是第一代計算機(jī)的，它是繼ENIAC之后由莫奇利和?？颂卦俣群献髟O(shè)計的。第

2、二代計算機(jī)（1958年1964年）使用晶體管、利用磁芯制造內(nèi)存，利用磁鼓和磁盤取代穿孔卡作為主要的外部存儲設(shè)備。第三代計算機(jī)（1965年1971年）用集成電路代替晶體管；使用硅半導(dǎo)體制造存儲器廣泛使用微程序技術(shù)簡化處理機(jī)設(shè)計操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化是這一時期計算機(jī)設(shè)計的基本思想。計算機(jī)變遷（續(xù)）第四代計算機(jī)（1972年至今）采用了大規(guī)模（LSI）和超大規(guī)模（VLSI）集成電路；使用集成度更高的半導(dǎo)體元件做主存儲器。在此期間，微處理器產(chǎn)生并高速發(fā)展，個人微型計算機(jī)市場迅速擴(kuò)大。第四代計算機(jī)在體系結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展引人注目，發(fā)展了并行處理機(jī)、分布式處理機(jī)和多處理機(jī)等計算機(jī)系統(tǒng)。同時巨型、

3、大型、中型和小型機(jī)也取得了穩(wěn)步的進(jìn)展。計算機(jī)發(fā)展呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化和智能化的趨勢。新一代計算機(jī)知識信息處理系統(tǒng)是從外部功能方面模擬人腦的思維方式，使計算機(jī)具有人的某些智能，如學(xué)習(xí)和推理的能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)則從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)，其特點是具有大規(guī)模的分布并行處理、自適應(yīng)和高度容錯的能力。生物計算機(jī)是使用以人工合成的蛋白質(zhì)分子為主要材料制成的生物芯片計算機(jī)。生物計算機(jī)具有生物體的某些機(jī)能，如自我調(diào)節(jié)和再生能力等。計算機(jī)與商業(yè)商業(yè)信息化: 商業(yè)貿(mào)易利用信息化設(shè)備和技術(shù)，優(yōu)化商業(yè)經(jīng)營模式、管理和營銷。電子商務(wù)系統(tǒng)是由企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）、企業(yè)外部網(wǎng)（Extranet）、Internet三

4、部分組成。要完成一個商務(wù)流程，通常需要供應(yīng)商、生產(chǎn)商及消費者三個角色共同完成。 計算機(jī)與教育計算機(jī)在教育領(lǐng)域的典型應(yīng)用有現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育、計算機(jī)輔助教學(xué)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)字圖書館等。校園網(wǎng)：在學(xué)校中組建校園網(wǎng)就是將校園內(nèi)各種信息資源，例如服務(wù)器、工作站等設(shè)備與其上運行的程序、數(shù)據(jù)庫等，通過高性能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來，使學(xué)校的教學(xué)、科研、管理能夠在網(wǎng)上運行。計算機(jī)輔助教學(xué)CAI（Computer-Aided Instruction）：是在計算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動，以對話方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)VR（Virtual Reality）：是利用三維圖

5、形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境。計算機(jī)與政務(wù)電子政務(wù)將政府的信息發(fā)布、管理、服務(wù)、溝通功能向國際互聯(lián)網(wǎng)上遷移的系統(tǒng)解決方案。電子政務(wù)相關(guān)的行為主體主要有三個：政府部門、企(事)業(yè)單位、社會公眾。三者通過公共政務(wù)辦公與電子政務(wù)平臺建立溝通。計算機(jī)與醫(yī)療醫(yī)學(xué)決策支持系統(tǒng)是利用計算機(jī)分析病人數(shù)據(jù)，加以歸納、推論之后，向醫(yī)療人員提出診斷、治療或處置建議。醫(yī)療信息系統(tǒng)的研究以建立計算機(jī)病歷 (Computerized Patient Record) 及臨床工作站 (Physician Workstation) 為主要方向，其目的在于使整個醫(yī)療流程與計算機(jī)緊密結(jié)合，使

6、得病人的臨床數(shù)據(jù)能精確并完整地記錄在計算機(jī)中。醫(yī)學(xué)影像處理牽涉到利用計算機(jī)來儲存、傳送、強化及分析X-ray、CT、MRI等各種醫(yī)學(xué)影像，使得這些醫(yī)學(xué)影像可以提供更高品質(zhì)的診斷價值。遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)能遠(yuǎn)距離傳送醫(yī)療信息，并使專家和醫(yī)生能遠(yuǎn)距離對患者進(jìn)行病情診斷、處理、治療及至手術(shù)和緊急救助。計算機(jī)與農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)信息化是指利用以計算機(jī)為主導(dǎo)的現(xiàn)代信息技術(shù)為農(nóng)業(yè)產(chǎn)供銷及相關(guān)的管理和服務(wù)提供有效的信息支持，并提高農(nóng)業(yè)的綜合生產(chǎn)力和經(jīng)營管理效率的相關(guān)產(chǎn)業(yè)的總稱。農(nóng)業(yè)信息化大致可以劃分為三種類型：農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施裝備信息化，農(nóng)業(yè)技術(shù)操作全面自動化和農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理信息網(wǎng)絡(luò)化。數(shù)字農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)信息化的核心和具體表現(xiàn)形式。其

7、主要包括農(nóng)業(yè)要素（生物要素、環(huán)境要素、技術(shù)要素、社會經(jīng)濟(jì)要素）的數(shù)字信息化、農(nóng)業(yè)過程的數(shù)字信息化（數(shù)字化實施，數(shù)字化設(shè)計）以及農(nóng)業(yè)管理的數(shù)字信息化。計算機(jī)與娛樂藝術(shù)創(chuàng)作：音樂創(chuàng)作、舞蹈創(chuàng)作、美術(shù)創(chuàng)作、攝影創(chuàng)作等。電影制作：驚險特技鏡頭、鏡頭的合并、人物的變形等降低了影片的制作成本。視頻點播系統(tǒng)：系統(tǒng)的中央計算機(jī)中的大型數(shù)據(jù)庫存儲了大量的影視節(jié)目，由專用軟件負(fù)責(zé)對影視節(jié)目數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)，并實時地響應(yīng)用戶的點播請求。多媒體娛樂：多媒體技術(shù)、動畫技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得計算機(jī)能夠以圖像與聲音的集成形式向人們提供最新的娛樂方式。計算機(jī)科學(xué)發(fā)展趨勢 “高”：計算機(jī)的性能越來越高，速度越來越快。將成千上萬個處

8、理機(jī)連接到一起構(gòu)成一臺并行計算機(jī)，就如同組織成千上萬名工人生產(chǎn)一個產(chǎn)品一樣，是非常困難的，其關(guān)鍵技術(shù)是各處理機(jī)之間的通信和協(xié)調(diào)。管理計算機(jī)的關(guān)鍵就是操作系統(tǒng)，所以操作系統(tǒng)也在向更高的方向發(fā)展?！皬V”：計算機(jī)發(fā)展趨勢是無處不在，即在廣度上發(fā)展開拓。近年來更明顯的趨勢是網(wǎng)絡(luò)化及向各個領(lǐng)域的滲透，即人們研究的“普適計算”（Pervasive Computing）。有人預(yù)言：未來的計算機(jī)可能像紙張一樣便宜，可以一次性使用，計算機(jī)將成為人們最常用的日用品。“深”：信息的智能化方向發(fā)展，海量數(shù)據(jù)挖掘、自然語言處理、智能感知等。無處不在的計算物聯(lián)網(wǎng)概念愛迪生電廠v.s.公用電網(wǎng)信息的“公用電網(wǎng)”互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)

9、云計算的定義一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機(jī)和其他設(shè)備。云計算是一種更友好的業(yè)務(wù)運行模式，在這種模式中，用戶的應(yīng)用程序運行在共享的數(shù)據(jù)中心中，用戶只需要登錄和個性化定制就可以使用這些數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用程序。云計算是一種共享的網(wǎng)絡(luò)交付信息服務(wù)的模式，云服務(wù)的使用者看到的只有服務(wù)本身，而不用關(guān)心相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的具體實現(xiàn)。云計算特征云計算的形態(tài)云計算的形態(tài)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的含義計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是研究計算機(jī)的設(shè)計與制造，以及利用計算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、儲存、處理和傳輸?shù)睦碚?、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的基本內(nèi)容可以概括為計算機(jī)科學(xué)理論、計算機(jī)

10、軟件、計算機(jī)硬件、計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)安全和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域。根據(jù)這些領(lǐng)域的相互關(guān)聯(lián)度，可以分為3個二級學(xué)科：計算機(jī)軟件與理論計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)計算機(jī)軟件與理論計算機(jī)軟件與理論主要研究軟件開發(fā)、維護(hù)以及使用過程中所涉及的理論、方法和技術(shù)，并探討計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)展的理論基礎(chǔ)。主要研究方向包括計算機(jī)科學(xué)理論和計算機(jī)軟件，其中： 計算機(jī)科學(xué)理論包括：軟件理論、計算機(jī)系統(tǒng)理論、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)理論、計算復(fù)雜性理論、算法設(shè)計與分析等。 計算機(jī)軟件包括：系統(tǒng)軟件、軟件自動化、程序設(shè)計語言、分布式系統(tǒng)、軟件工程與軟件工程環(huán)境，軟件復(fù)用與軟件構(gòu)件技術(shù)、并行處理與高性能計算、智能

11、軟件、網(wǎng)絡(luò)計算、信息安全、多媒體軟件技術(shù)等。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究軟件與硬件的功能匹配，確定軟件與硬件間的界面；研究計算機(jī)系統(tǒng)的物理或硬件結(jié)構(gòu)、各組成部分的屬性以及各部分的相互聯(lián)系，包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其主要研究方向包括：高性能先進(jìn)處理機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分布式和并行計算機(jī)系統(tǒng)、VLSI系統(tǒng)設(shè)計、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信、RISC技術(shù)、多機(jī)系統(tǒng)、計算機(jī)仿真和性能評價、智能計算機(jī)系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)、容錯計算技術(shù)、計算機(jī)器件與設(shè)備制造、測試技術(shù)、存儲技術(shù)、計算機(jī)接口技術(shù)、多媒體系統(tǒng)技術(shù)等。計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)著重研究計算機(jī)用于各個領(lǐng)域所涉及的原理、方法與技術(shù)，它是計算機(jī)產(chǎn)業(yè)和本學(xué)科發(fā)展

12、的動力和源泉。其主要研究方向包括：數(shù)據(jù)庫與信息管理，人工智能、計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)輔助設(shè)計、模式識別、圖象處理及計算機(jī)視覺、多媒體技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、計算機(jī)模擬與可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、計算機(jī)輔助教學(xué)、語言信息處理、基于網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、智能控制、智能機(jī)器人學(xué)、復(fù)雜計算機(jī)系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體應(yīng)用技術(shù)、多媒體信息處理等。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科形態(tài)與過程理論：定義、公理、定理、證明、結(jié)果的解釋。理論源于數(shù)學(xué)，它的研究內(nèi)容表現(xiàn)在兩個方面：一方面是建立完整的理論體系；另一方面是在現(xiàn)有理論的指導(dǎo)下，建立具體問題的數(shù)學(xué)模型，從而實現(xiàn)對客觀世界的理性認(rèn)識。抽象：數(shù)據(jù)采集方法和假設(shè)的形式說明、模型構(gòu)造與預(yù)測

13、、實驗分析、結(jié)果分析。抽象源于現(xiàn)實世界，它的研究內(nèi)容表現(xiàn)在兩個方面：一方面是建立對客觀事物進(jìn)行抽象描述的方法；另一方面是要采用現(xiàn)有的抽象方法，建立具體問題的概念模型，從而實現(xiàn)對客觀世界的感性認(rèn)識。設(shè)計：需求分析、規(guī)格說明、設(shè)計和實現(xiàn)方法、測試和分析，用來開發(fā)求解給定問題的系統(tǒng)。設(shè)計源于工程，它的研究內(nèi)容同抽象、理論一樣，也表現(xiàn)在兩個方面：一方面是在對客觀世界的感性認(rèn)識和理性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，完成一個具體的任務(wù)；另一方面是要對工程設(shè)計中所遇到的問題進(jìn)行總結(jié)，提出問題，由理論界去解決它。同時，也要將工程設(shè)計中所積累的經(jīng)驗和教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，最后形成方法以便以后的工程設(shè)計。學(xué)科的基本工作流程本學(xué)科的基本工作

14、流程就是：對現(xiàn)實世界中被研究的對象進(jìn)行抽象，建立必要的基本概念，運用數(shù)學(xué)工具和方法對其進(jìn)行基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，研究（對象）概念的基本性質(zhì)、概念與概念之間的關(guān)系，由此揭示對象發(fā)展變化的內(nèi)在規(guī)律，為實驗設(shè)計和工程設(shè)計實現(xiàn)提供方法和技術(shù)，并開展實驗和工程設(shè)計與實現(xiàn)工作。其中，抽象（主要指抽象化過程）是理論、抽象和設(shè)計三個基本學(xué)科形態(tài)中最重要的一個形態(tài)，它是連接學(xué)科科學(xué)研究與工程應(yīng)用開發(fā)研究的重要環(huán)節(jié)。 計算機(jī)人才類型學(xué)術(shù)型人才：主要從事理論研究。即涉及抽象和理論兩種形態(tài)，他們具有較多理科特征，適宜從事研究成分較多的工作。工程型人才：從事的工作主要涉及理論和設(shè)計兩種形態(tài)，他們具有較多的工科特征，適宜承擔(dān)工程設(shè)計與實現(xiàn)的任務(wù)。綜合型人才：從事的工作全面地涉及抽象、理論和設(shè)計三種形態(tài)，他們同時具有理科和工科特征。這種人才的能力平均、較全面，適應(yīng)承擔(dān)綜合性的研究開發(fā)工作。研究生教育研究生的教育是在本科教育后更高層次的繼續(xù)教育。在碩士研究生的教育中，要加強理論基礎(chǔ)的教育和科研能力的訓(xùn)練，使他們能夠站在一定的高度去看問題、解決問題，畢業(yè)后具有較強的