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1、第五章 计算机科学与技术电子信息技术导论编制 沈俐娜 汪文计算机科学与技术 一二三四五提纲 一、概述二、计算机的硬件系统三、计算机的软件系统一、概述v什么是信息技术？简单说，信息技术是关于语言 、文字和图像的技术 1）信息感知、获取 2）信息存贮、传输 3）信息的处理 4）信息的利用一、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
2、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
3、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（19511958）：第二代计算机（19591964）：第三代计算机（19651970） ：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、量子计 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
4、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v计算机系统结构v计算机软件与理论v计算机应用技术什么是计算机学科？vWikipedia(维基百科) 1 Computer science (or computing science) is the study of the theoretical foundations of information and computation, and of practical tech
5、niques for their implementation and application in computer systems. 计算机科学（或计算科学）是研究信息和计算的理 论基础，以及它们在计算机系统上实现和应用的实 践技术 v1 http:/en.wikipedia.org/wiki/Computer_scie ncev主要是采用计算机科学的方法与手段 来研究信息科学与技术，具体一点， 就是用计算机系统研究信息感知、获取、存贮、传输 、处理和利用我国计算机专业人才的培 养体系 v四个专业方向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
6、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)10BCD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三三 种种 类类 型型码制：表示带有正、负号数的方法码制：表示带有正、负
7、号数的方法机器码：x原01101机器码：x反01101机器码：x补01101y1101真值：x 1101 y原11101y反10010y补10011表示带有小数点的方法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：N11.01010.1101012100.001101012100 Jf10Sf110101Jf100Sf00110101规格化二、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
8、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
9、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三、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
10、程序 、 数据库管理系统、 网络软件等。系统软件应用软件如何用计算机？v使用计算机来解决一个具体问题：1）从具体问题抽象出一个适当的数学模型2）设计一个解该数学模型的算法3) 编写程序进行测试、调试，得到 最终的解答 几个实际例子。v人事信息检索问题v计算机与人对弈问题v多叉路口交通灯的管理问题1数学模型v 离散数学高等数学线性代数数理逻辑数学模型概率统计2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
11、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 物理存储结构程序设计风格程序设计步骤结构
12、化程序设计 程序设计语言3程序设计 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3程序设计 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
13、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3程序设计 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3程序设计 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
14、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 （二）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
15、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。 （三）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01100010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
16、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
