计算机科学与技术

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,计算机科学,与技术,第5章 计算机科学与技术,一,二,三,四,五,提纲,一、概述,二、计算机中数据的表示,三、计算机的,硬,件系统,四、计算机的,软,件系统,五、数据库系统,六、计算机科学与技术主要理论课程,一、概述,（二）发展历史,（三）研究领域,（一）,计算机,？,组成,结构,功能,分类,特点,初步认识,功能,1、计算,2、模拟、思维、自适应反馈处理等,对各种数字化信息进行高速,运算,和,处理,数值计算、数据处理 、自动控制 、辅助工程 、,辅助教学、人工智能 、计算机通信 、娱乐活动,用 途,通用机,专用机,组成,结构,分类,特点,巨型机：,国防、科学计算,大/中：,科学计算、数据处理,网络服务器,小型：,工业控制、数据采集,微型：,商业、服务业、办公,自动化、信息处理,单片机：,控制,结构复杂性、性能、价格、依次递减,软件,硬件,软件：,程序和有关文档的总称,巨型机,微机,处理速度快,计算精度高,记忆能力强,可靠的逻辑判断能力,可靠性高，通用性强,（一）,计算机,一、概述,发展历史,研究领域,计算机,？,组成,结构,功能,分类,特点,初步认识,本机初步认识,（一）,计算机,二、发展历史,计算机的发展历史,世界上,第一台,电子计算机,诞生于1946年2月14日,ENIAC,1943年，战火纷飞的二次大战,计算火炮和高射炮射击时的弹道,23岁 埃克特,庞然大物,2计算机,科学,的发展历史,（二）发展历史,世界上,第一台,电子计算机,诞生于1946年2月14日,ENIAC,耗资近50万美元。,占地170多平方米，,有三层楼高，,重30多吨,5000次/秒加法运算,是手工的20万倍、继电器计算机的1000倍,计算弹道3秒钟，200人手工计算两个月,它曾在第一颗原子弹的研制过程中发挥了重要作用,1955年10月2日，埃尼阿克宣告“退役”,ENIAC,的问题：线路连接烦琐12天的准备,（二）发展历史,世界上,第一台,电子计算机,诞生于1946年2月14日,ENIAC,数学家,：,冯,诺依曼,引入存储器,冯,诺依曼机,科学家：阿兰,图灵,现代计算机,基本结构,理论模型,人工智能,（二）发展历史,世界上,第一台,电子计算机,诞生于1946年2月14日,ENIAC,第一代计算机（1951,1958）：,第二代计算机（1959,1964）：,第三代计算机（1965,1970）：,第四代计算机（1971,现在）：,机器或汇编语言,操作系统和高级语言,网络,软件工程,目前，正在研究超导计算机、光学计算机、生物计算机等,2计算机,科学,的发展历史,“,计算机科学,”,这个术语,1963年,Forsythe,教授引入,创始人,阿兰,图灵,是计算机、计算机技术的升华,植根于电子工程、数学、语言学，是科学、工程和艺术的结晶,世界上第一个计算机科学,系,是由普渡大学在1962年设立,世界上第一个计算机,学院,于1980年由美国的东北大学设立,最高荣誉是图灵奖，被誉计算机科学的诺贝尔奖。,（三）研究领域,(1)计算机,系统结构,的研究,(2),程序设计,科学与方法论的研究,(3),软件工程,基础理论的研究,(4),人工智能,与知识处理的研究,(5)网络、数据库及各种计算机,辅助技术,的研究,(6),理论,计算机科学的研究,计算机科学技术是研究计算机的设计与制造,利用计算机进行信息获取、表示、储存、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。,它是一门科学性与工程性并重的学科，,表现为理论性和实践性紧密结合的特征。,小结,二、计算机中数据的表示,运算,1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001,“0” “1”,数据,编码,逻辑运算,算术运算,数制,功能,字符,数值,有值,无值,第二章,算术运算,数值,码制,定点,浮点,表示小数点,表示号,“0” “1”,运算,真值,八进制,十进制,编码,数制转换,(71),10,BCD,码,十二进制转换,(,01000111,),2,(,01110001,),BCD,机器码,小数点、正负号,算术运算的,表示,补码,反码,原码,三种类型,码制：表示带有正、负号数的方法,机器码：,x,原,01101,机器码：,x,反,01101,机器码：,x,补,01101,y,1101,真值：,x,1101,y,原,11101,y,反,10010,y,补,10011,表示带有小数点的方法,2. 浮点表示法,：,小数点的位置不固定，是浮动的。,1.定点表示法,：,小数点的位置是固定不变的。,例：,N,11.01010.1101012,10,0.001101012,100,J,f,10,S,f,110101,J,f,100,S,f,00110101,规格化,三、,计算机的,硬,件系统,（二）性能指标,（三）工作原理,（一）体系结构,基本,结构,冯,诺依曼,微机,结构,进一步认识,通过,1,二进制,十进制,3,程序控制,1、,冯,诺依曼体系结构,冯,诺依曼理论,现代计算机,冯,诺依曼,“,计算机之父,”,2,预先编制程序存放存储器中,1,二进制,十进制,3,程序控制,2,预先编制程序存放存储器中,2、,计算机的硬件组成框图,1、,冯,诺依曼体系结构,3、,微型,计算机的硬件结构,主板,3、,微型,计算机的硬件结构,内存储器,运算器,输入,设备,控制器,输出,设备,ROM,RAM,系统总线,CPU,适配器,CPU,的基本功能：程序控制,操作控制,时间控制,数据处理,主频,字长,内存容量,存取,周期,运算,速度,（二）性能指标,运算器能同时处理的二进制数据的位数。决定计算机的精度,内存中能存储信息的总字节数。,8个二进制位称为一个字节,。,存储器连续两次独立的,“,读,”,或,“,写,”,操作所需的最短时间。,单位是纳秒。,综合性指标。单位为,MIPS（,百万条指令/秒）,CPU,在单位时间内输出的脉冲数。很大程度上决定了计算机的运行速度。单位是,MHz,。,（三）工作原理,数据信息,控制信息,存储器,控制器,ROM,RAM,运算器,输入,设备,输出,设备,就是,存储,程序和程序,控制,的原理,四、,计算机的,软,件系统,数据结构,数据算法,程序,设计,操作系统,较深入认识,!#%*&%,tR:”*&%!”:&%$#&:,!#%*&%,tR:”&%!”:&,程序,基本知识,（一）计算机软件的基本知识,为各种应用领域解决某些具体问题而编制的软件。,如文字处理软件,Word、,财务管理软件、,辅助教学软件等。,程序,方法,规则,文档,数据,操作系统、,各种程序语言的翻译系统、,诊断程序和故障处理程序、,数据库管理系统、,网络软件等。,系统软件,应用软件,程序设计风格,程序设计步骤,结构化程序设计,程序设计语言,（二）程序设计基础,机器语言、汇编语言、高级语言,程序设计语言,即计算机语言，,用来产生由计算机处理和执行的指令。,机器语言：用,“,0,”,、,“,1,”,代码组成，计算机能直接识别的低级语言。,汇编语言：用能帮助记忆的,英文缩写符号表示，,计算机不能直接识别。,高级语言：类似于,人类语言，其,源程序也不,能直接被,识别。,程序设计风格,程序设计步骤,结构化程序设计,程序设计语言,（二）程序设计基础,机器语言、汇编语言、高级语言,结构化程序设计,即模块化设计，将待开发的,软件系统分为若干相互独立的模块，,这样使完成每一个模块的工作变,的单纯而明确，为设计一些较,大的软件打下了良好的基础。,顺序结构、选择结构、循环结构,程序设计风格,程序设计步骤,结构化程序设计,程序设计语言,（二）程序设计基础,机器语言、汇编语言、高级语言,顺序结构、选择结构、循环结构,一般有12个步骤,程序设计,就是用计算机语言编写程序的过程。,一般有以下几个步骤：,(1)问题定义,(2)划分模块,(3)确定数据结构,(4)确定算法,(5)画出框图或流程图,(6)完成设计计划文档,(7)编写代码,(8)语法检查,(9)运行调试,(10)反复修改调试,(11)系统测试,(12)完成其它文档,程序设计风格,程序设计步骤,结构化程序设计,程序设计语言,（二）程序设计基础,机器语言、汇编语言、高级语言,顺序结构、选择结构、循环结构,一般有12个步骤,程序设计风格,是指一个人编制程序时所表现出,来的特点，习惯，逻辑思路等。,源程序文档化：,标识符应按意,取名；程序应加注释。,数据说明,：,顺序应规范，,使数据的属性更,易于查找。,语句构造,的原则,是：简单直接。,输入和输出,效率,（三）数据结构,数据结构是指数据之间的相互关系，即数据的组织形式。,研究,即数据元素,之间的,逻辑关系,即数据元素,及其关系在,计算机存储器,内的表示,即对数据,施加的操作,数 据,逻辑结构,存储结构,数据运算,几种典型的数据结构,(c),栈的示意图,（,d）,队列的示意图,（,e）,图的示意图,（,f）,树的示意图,（四）数据算法,数据算法指完成一个任务所需要的具体步骤和方法。,算法+数据结构=程序,有零或多个输入,有一或多个输出,描述必须无歧义,以保结果的确定,有限的步骤,操作的有效性,自然语言,伪代码等,图形工具,传统流程图,N-S,流程图,讨 论,比较,逻辑判断,重复,程序就是用计算机语言描述的算法。,递归,枚举法,查找算法,时间复杂度,空间复杂度,是否易理解,和易维护,算法的特性,算法的描述,常用算法,算法评价,开始,输出,m,真,结束,假,输入,m,n,输入,m,n,输出,m,直到 为真为止,N-S,流程图,传统流程图,数据,结构,与,算法,的关系,算法实现,算法设计,数据的,逻辑结构,数据的,物理存储结构,（五）操作系统,裸机,操作系统,BIOS,应用程序,用户,硬件的组合,不能独立工作,basic input/output system,是一个基本软件系统,提供最基本的计算机操作功能，如接收键盘字符的输入等,操作系统是基于,BIOS,之上，用于运行应用软件的一套软件。,负责管理计算机的各种资源，提供操作计算机所需的工作界面。,分类,特,点,功能,网络,操作系统,操作系统,型态多样化：,简单操作系统,分时操作系统,实时操作系统,网络操作系统,分布式操作系统,智能操作系统,Windows,类,NetWare,类,Unix,Linux,资源管理,程序控制,人机交互,等,操作系统均具有：,并发性、,共享性、,虚拟性、,不确定性,四个基本特征。,五、,数据库系统,发展特点,应用,管理,系统,语言,较全面认识,1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001,数据库,基本概念,（一）数据库系统的基本概念,数据库系统,是指具有管理数据库功能的计算机系统。,数据库系统,理,数,据,管,01,100,010,文件系统,将数据组织成文件，,脱离程序而独立存在。,无法支持大规模的,数据管理任务,安全、有效,数据库系统的基本组成结构,系统核心,是对数据进行管理的,大型系统软件，,用户在数据库系统中的,一些操作都是由它来实现,（二）数据库技术的发展及特点,3.,多元化数据库系统,2.,关系数据库系统,1.,层次与网状数据库系统,扁平状,二维状,姓氏, 名字, 年龄, 薪水|史密斯, 约翰, 35, 280 美元|多伊, 简, 28, 325 美元|布朗, 斯科特, 41, 265 美元|霍华德, 谢姆普, 48, 359 美元|泰勒, 汤姆, 22, 250 美元,第一代,树状模型,网状模型,优点,结构简单，容易实现，对于某些特定的应用系统效率很高。,更灵活性，更直接地描述现实世界，性能和效率较好,。,缺点,进行增加或修改记录类型等操作时，效率不高。遇非层次性结构，层次模型表达起来比较繁琐和不直观。,结构复杂，,用户不易掌握，,扩充和维护都比较烦琐。,姓氏,名字,城市,年龄,薪水/美元,史密斯,约翰,3,35,280,多伊,简,1,28,325,布朗,斯科特,3,41,265,霍华德,谢姆普,4,48,359,泰勒,汤姆,2,22,250,多元状,将数据库技术与其他技术相结合，,例如将数据库技术与面向对象,技术相结合的面向对象,数据库系统，等等。,二维表由行和列组成，概念清晰，结构非常单一，能够表达丰富的语义,描述现实世界的客观事物以及事物间的各种联系，用户比较容易理解，,关系模型具有较好的数据独立性和安全保密性。,数据仓库系统,是一个环境，,而不是一件产品。,提供当前、历史数,据，这在传统型数,据库中很难或根本,无法得到。,工程数据库系统,静态和动态数据并,存；数据类型多样，,数据之间的网状结,构关系复杂,数据描述语言,数据操纵语言,数据控制语言,它们是数据库管,理系统为用户维,护和操作数据库,中的数据提供的,工具,数据库管理系统,(DBMS),的作用：,数据库的定义,数据操纵,数据控制,数据库建立维护,管理系统,语言,系统应用,（三）,（四）,（五）,六、计算机科学与技术,主要理论课程,计算机通信与网络,计算机图形学,面向对象程序设计,汇编语言程序设计,人机交互,人工智能,信息安全概论,信息存储技术,计算机组成原理,计算机系统结构,操作系统原理,数据库系统原理,编译原理,计算机科学与方法论,数据结构,软件工程,算法设计与分析,理论基础类,应用技术类,Marketing Diagram,本章小结,达到以,全局,指导,局部,的目的,应用,技术,基础理论,工作,原理,基本,概念,计算机科学与技术,一章阐述的主要内容,导论,各门课程,发展,历史,Thank You !,第五章 （完）,