第五章 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù),電子信息技術(shù)導(dǎo)論,編制 沈俐娜 汪文,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù),一,二,三,四,五,提綱,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,一、概述,？,功能,1、計(jì)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(yùn)算和處理,數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理 、自動(dòng)控制 、輔助工程 、 輔助教學(xué)、人工智能 、計(jì)算機(jī)通信 、娛樂活動(dòng),用 途,通用機(jī) 專用機(jī),巨型機(jī)：國防、科學(xué)計(jì)算 大/中：科學(xué)計(jì)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(dòng)化、信息處理 單片機(jī)：控制 結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、性能、價(jià)格、依次遞減,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(jì)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(jì)算機(jī),一、概述,？,本機(jī)初步認(rèn)識(shí),（一） 計(jì)算機(jī),二、發(fā)展歷史,計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史,世界上第一臺(tái)電子計(jì)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(jì)算火炮和高射炮射擊時(shí)的彈道 23歲 ?？颂?龐然大物,2計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展歷史,（二）發(fā)展歷史,世界上第一臺(tái)電子計(jì)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(chǔ)器, 馮諾依曼機(jī),科學(xué)家：阿蘭圖靈,現(xiàn)代計(jì)算機(jī),基本結(jié)構(gòu),理論模型,人工智能,（二）發(fā)展歷史,第一代計(jì)算機(jī)（19511958）：,第二代計(jì)算機(jī)（19591964）：,第三代計(jì)算機(jī)（19651970）：,第四代計(jì)算機(jī)（1971現(xiàn)在）：,機(jī)器或匯編語言,操作系統(tǒng)和高級(jí)語言,網(wǎng)絡(luò),軟件工程,目前，正在研究超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、光學(xué)計(jì)算機(jī)、生物、量子計(jì)算機(jī)等,2計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展歷史,“計(jì)算機(jī)科學(xué)”這個(gè)術(shù)語,1963年Forsythe教授引入,創(chuàng)始人阿蘭圖靈,是計(jì)算機(jī)、計(jì)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(gè)計(jì)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(gè)計(jì)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(yù)是圖靈獎(jiǎng)，被譽(yù)計(jì)算機(jī)科學(xué)的諾貝爾獎(jiǎng)。,（三）研究領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)軟件與理論 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),什么是計(jì)算機(jī)學(xué)科？,Wikipedia(維基百科) 1 Computer science (or computing science) is the study of the theoretical foundations of information and computation, and of practical techniques for their implementation and application in computer systems. 計(jì)算機(jī)科學(xué)（或計(jì)算科學(xué)）是研究信息和計(jì)算的理論基礎(chǔ)，以及它們在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的實(shí)踐技術(shù) 1 http:/en.wikipedia.org/wiki/Computer_science,主要是采用計(jì)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(diǎn)，就是用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究 信息感知、獲取、存貯、傳輸、處理和利用,我國計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)體系,四個(gè)專業(yè)方向,計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)是研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、儲(chǔ)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(shí)踐性緊密結(jié)合的特征。,小結(jié),二、計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示,運(yùn)算,1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001,功能,第二章,算術(shù)運(yùn)算,真值,八進(jìn)制,十進(jìn)制,(71)10,(01000111)2,(01110001)BCD,機(jī)器碼,小數(shù)點(diǎn)、正負(fù)號(hào),算術(shù)運(yùn)算的表示,三種類型,碼制：表示帶有正、負(fù)號(hào)數(shù)的方法,y1101,真值：x 1101,表示帶有小數(shù)點(diǎn)的方法,例：N11.01010.1101012100.001101012100,二、計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng),通過,1、馮諾依曼體系結(jié)構(gòu),馮諾依曼理論,現(xiàn)代計(jì)算機(jī),馮諾依曼“計(jì)算機(jī)之父”,2、計(jì)算機(jī)的硬件組成框圖,1、馮諾依曼體系結(jié)構(gòu),3、微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu),主板,3、微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu),CPU的基本功能：程序控制 操作控制 時(shí)間控制 數(shù)據(jù)處理,（二）性能指標(biāo),運(yùn)算器能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。決定計(jì)算機(jī)的精度,內(nèi)存中能存儲(chǔ)信息的總字節(jié)數(shù)。 8個(gè)二進(jìn)制位稱為一個(gè)字節(jié)。,存儲(chǔ)器連續(xù)兩次獨(dú)立的“讀”或“寫”操作所需的最短時(shí)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(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)。很大程度上決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。單位是MHz。,（三）工作原理,數(shù)據(jù)信息,控制信息,就是存儲(chǔ)程序和程序控制的原理,三、計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng),!#%*&%tR:”*&%!”:&%$#&: !#%*&%tR:”&%!”:&,（一）計(jì)算機(jī)軟件的基本知識(shí),如何用計(jì)算機(jī)？,使用計(jì)算機(jī)來解決一個(gè)具體問題： 1）從具體問題抽象出一個(gè)適當(dāng)?shù)?數(shù)學(xué)模型 2）設(shè)計(jì)一個(gè)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,幾個(gè)實(shí)際例子。,人事信息檢索問題 計(jì)算機(jī)與人對弈問題 多叉路口交通燈的管理問題,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(jì),2算法,數(shù)據(jù)算法指完成一個(gè)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,討 論,比較 邏輯判斷,重復(fù),程序就是用計(jì)算機(jī)語言描述的算法。,N-S流程圖,傳統(tǒng)流程圖,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,數(shù) 據(jù),幾種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),(c)棧的示意圖,（d）隊(duì)列的示意圖,（e）圖的示意圖,（f）樹的示意圖,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的關(guān)系,3程序設(shè)計(jì),機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言,程序設(shè)計(jì)語言即計(jì)算機(jī)語言， 用來產(chǎn)生由計(jì)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(jì)算機(jī)能直接識(shí)別的低級(jí)語言。,匯編語言：用能幫助記憶的 英文縮寫符號(hào)表示， 計(jì)算機(jī)不能直接識(shí)別。,高級(jí)語言：類似于 人類語言，其 源程序也不 能直接被 識(shí)別。,3程序設(shè)計(jì),機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)即模塊化設(shè)計(jì)，將待開發(fā)的 軟件系統(tǒng)分為若干相互獨(dú)立的模塊， 這樣使完成每一個(gè)模塊的工作變 的單純而明確，為設(shè)計(jì)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),3程序設(shè)計(jì),機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)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(gè)步驟,程序設(shè)計(jì)就是用計(jì)算機(jī)語言編寫程序的過程。,一般有以下幾個(gè)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(jì)計(jì)劃文檔 (7)編寫代碼 (8)語法檢查 (9)運(yùn)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,3程序設(shè)計(jì),機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)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(gè)步驟,程序設(shè)計(jì)風(fēng)格是指一個(gè)人編制程序時(shí)所表現(xiàn)出 來的特點(diǎn)，習(xí)慣，邏輯思路等。,源程序文檔化：標(biāo)識(shí)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,（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(dú)立工作,basic input/output system 是一個(gè)基本軟件系統(tǒng),提供最基本的計(jì)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(yùn)行應(yīng)用軟件的一套軟件。,負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)的各種資源，提供操作計(jì)算機(jī)所需的工作界面。,分類,特 點(diǎn),功能,（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001,一）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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),將數(shù)據(jù)組織成文件， 脫離程序而獨(dú)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,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(shí)現(xiàn),二）數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn),扁平狀,二維狀,多元狀,將數(shù)據(jù)庫技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合， 例如將數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο?技術(shù)相結(jié)合的面向?qū)ο?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，等等。,二維表由行和列組成，概念清晰，結(jié)構(gòu)非常單一，能夠表達(dá)豐富的語義 描述現(xiàn)實(shí)世界的客觀事物以及事物間的各種聯(lián)系，用戶比較容易理解， 關(guān)系模型具有較好的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和安全保密性。,數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng) 是一個(gè)環(huán)境， 而不是一件產(chǎn)品。 提供當(dāng)前、歷史數(shù) 據(jù)，這在傳統(tǒng)型數(shù) 據(jù)庫中很難或根本 無法得到。 工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并 存；數(shù)據(jù)類型多樣， 數(shù)據(jù)之間的網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)關(guān)系復(fù)雜,數(shù)據(jù)描述語言 數(shù)據(jù)操縱語言 數(shù)據(jù)控制語言 它們是數(shù)據(jù)庫管 理系統(tǒng)為用戶維 護(hù)和操作數(shù)據(jù)庫 中的數(shù)據(jù)提供的 工具,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS)的作用： 數(shù)據(jù)庫的定義 數(shù)據(jù)操縱 數(shù)據(jù)控制 數(shù)據(jù)庫建立維護(hù),信息檢索,其含義是將信息按一定方式組織和存貯起來，并根據(jù)用戶的需求查找所需要的信息內(nèi)容。,Marketing Diagram,本章小結(jié),達(dá)到以全局指導(dǎo)局部的目的,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 一章闡述的主要內(nèi)容,Thank You !,第五章 （完）,