專業(yè)導(dǎo)論01計算機科學(xué)技術(shù)與信息化社會2012

1、專業(yè)導(dǎo)論計算機科學(xué)與技術(shù)吳偉民wuwm@gdut.edu.cn,《專業(yè)導(dǎo)論——計算機科學(xué)與技術(shù)》,計算機專業(yè)的學(xué)科引導(dǎo)課程，目的：對專業(yè)具有概要了解和認識，建立計算機專業(yè)知識體系的基本框架。在入門階段就對計算機專業(yè)有清晰、明確的認識，了解本專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)、能力與素質(zhì)要求，初步了解主要專業(yè)課程的基本內(nèi)容，為深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。在今后學(xué)習(xí)過程中不再感到困惑和茫然，激發(fā)和增強專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和積極性，幫助并引導(dǎo)用正確的方式

2、方法學(xué)習(xí)專業(yè)知識。,課程基本內(nèi)容第1講 計算機科學(xué)技術(shù)與信息化社會第2講 計算機學(xué)科的定義與知識體系第3講 計算機學(xué)科核心概念第4講 計算機學(xué)科基本方法第5講 計算機軟件開發(fā)技術(shù)概述第6講 網(wǎng)絡(luò)與云計算概述第7講 信息對抗與安全概述第8講 計算機應(yīng)用概述,《專業(yè)導(dǎo)論——計算機科學(xué)與技術(shù)》,教材、講義和學(xué)習(xí)資源,閱讀教材：陶樹平等《計算機科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》基礎(chǔ)、硬件、軟件、開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)、媒體、數(shù)據(jù)、安全、應(yīng)用、

3、等推薦教材：董勝榮《計算機科學(xué)導(dǎo)論——思想與方法》知識體系、核心課程、基本問題、學(xué)科形態(tài)、核心概念、數(shù)學(xué)方法、系統(tǒng)科學(xué)方法、社會與職業(yè)問題、等授課講義：PPT參考資料：《計算機技術(shù)發(fā)展史》 《圖靈獎大師及演講》等網(wǎng)上資源,考核方式 課程學(xué)習(xí)報告： 專業(yè)認識及四年學(xué)習(xí)規(guī)劃與思考成績等級——優(yōu)、良、中、及格、不及格,《專業(yè)導(dǎo)論——計算機科學(xué)與技術(shù)》,專業(yè)導(dǎo)論第 1 講 計算機科學(xué)技術(shù)與

4、信息化社會吳偉民wuwm@gdut.edu.cn,1. 計算機科學(xué)技術(shù)與信息化社會,內(nèi)容提要：計算機的定義、分類、特點、用途、發(fā)展和遠景等基本概念 信息化社會的基本特征 Internet對信息化社會的影響 信息化社會對計算機人才及其知識結(jié)構(gòu)的需求 計算機學(xué)科的研究范疇和知識體系 要求：通過本講學(xué)習(xí)，理解計算機的基本概念、信息化社會的特征以及信息化社會對計算機人才的需求，并初步了解計算機學(xué)科的研究范疇和知識體系，明確今后

5、學(xué)習(xí)的目標(biāo)和內(nèi)容,什么是計算機？,計算機：是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對數(shù)據(jù)進行輸入、處理、輸出和存儲的系統(tǒng)計算機系統(tǒng)：硬件：包括運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等。 軟件：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、工具軟件,計算機的基本操作,計算機的基本操作：輸入：接受由輸入設(shè)備提供的數(shù)據(jù)處理：對各種類型的數(shù)據(jù)進行操作，并按指定的方式進行轉(zhuǎn)換輸出：將處理所產(chǎn)生的結(jié)果等數(shù)據(jù)由輸出設(shè)備進行輸出 存儲：計算機可以存儲程序和數(shù)

6、據(jù) IPOS循環(huán): 即輸入(Input)、處理(Processing)、輸出(Output)和存儲(Storage),它反映了計算機進行數(shù)據(jù)處理的基本步驟,計算機的分類,按處理對象分類：數(shù)字計算機（Digital Computer）、模擬計算機（Analog Computer）、數(shù)字模擬混合計算機（Hybrid Computer） 按用途分類：通用計算機（General Purpose Computer）、專用計算機（Speci

7、al Purpose Computer） 按規(guī)模分類：巨型計算機（Super Computer）、大/中型計算機（Mainframe）、小型計算機（Mini Computer）、微型計算機（Micro Computer）、工作站（Workstation）、服務(wù)器（Server）、網(wǎng)絡(luò)計算機（Network Computer）,中國超級計算機,1983年，銀河-I 億1992年，銀河-II 十億

8、1997年，銀河-III， 百億2009年，天河一號， 千萬億2009年，曙光星云，1.27千萬億,,“天河一號”超級計算機 千萬億次/秒通過天河一號輔助設(shè)計飛機氣動外形通過天河一號用數(shù)值模擬方法預(yù)報臺風(fēng),美國、德國巨型計算機,德國于利希研究中心巨型計算機名為“Jugene”，可實現(xiàn)每秒1000萬億次運算，Jugene裝有29.5萬個處理器，運算能力相當(dāng)于5萬個家用電腦，可廣泛應(yīng)用于天氣預(yù)報、分子結(jié)構(gòu)分

9、析、探索宇宙起源等課題。,美洲豹超級計算機具有224162個計算核心，配置AMD公司的最新6核伊斯坦布爾處理器，每個核心配備2GB內(nèi)存。每個計算節(jié)點搭載兩個有12核心的皓龍?zhí)幚砥骱?6GB的共享內(nèi)存。整個系統(tǒng)的內(nèi)存容量達到300TB，硬盤空間高達10PB。,世界超級計算機排名第一,2010.11“天河一號”， 中國國防科技大學(xué)峰值速度4700萬億次持續(xù)速度2566萬億次每秒浮點運算目前，廣州投資24億元，研發(fā)“天河二號”2015

10、年再創(chuàng)世界第一速度將達10億億次我院是廣州超算應(yīng)用聯(lián)盟的盟主獲得13個項目、數(shù)千萬經(jīng)費希望關(guān)注、加入我們學(xué)科方向和科研團隊,計算機的特點,運算速度快運算精度高具有記憶能力具有邏輯判斷能力存儲程序,,,,高性能,網(wǎng)絡(luò)化,微細化,計算機的用途,科學(xué)計算：使用計算機完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中數(shù)學(xué)問題的計算數(shù)據(jù)處理：使用計算機對數(shù)據(jù)進行輸入、分類、加工、整理、合并、統(tǒng)計、表、檢索以及存儲等實時控制：及時采集檢測數(shù)據(jù)、使用計算機

11、快速進行處理并自動地控制被控對象的動作，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化人工智能：由計算機來模擬或部分模擬人類的智能，包括：自然語言理解、專家系統(tǒng)、智能機器人、定理自動證明等,計算機的用途(續(xù)）,計算機輔助工程和輔助教育：計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design， CAD）、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing， CAM）、計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manuf

12、acturing System，CIMS）、計算機輔助教育（Computer Aided Instruction, CAI） 娛樂與游戲：計算機以圖像與聲音的集成形式提供最新的娛樂和游戲的方式,計算機的發(fā)展,第一代計算機（1946年～1957年）：邏輯器件使用電子管；用機器語言編程第二代計算機（1958年～1964年）：用晶體管代替了電子管；在軟件方面配置了子程序庫和批處理管理程序，并推出了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高

13、級程序設(shè)計語言及相應(yīng)的編譯程序第三代計算機（1965年～1971年）：用小、中規(guī)模集成電路代替晶體管等分立元件；在軟件，引入多道程序、并行處理、虛擬存儲系統(tǒng)以及功能完備的操作系統(tǒng)，提供面向用戶的應(yīng)用程序第四代計算機（1972年～今）：使用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開發(fā)工具和商品化的應(yīng)用程序的大量涌現(xiàn)，以及通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展第五代計算機：目標(biāo)是打破計算機現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，使得計算機具有智能,計算機

14、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展計算機硬件發(fā)展迅速，但計算模型沒有質(zhì)的飛躍，局限于圖靈機與馮·諾依曼機的模型。量子計算機、DNA計算機軟件開發(fā)方法的發(fā)展軟件開發(fā)方法逐漸與認知科學(xué)相結(jié)合，借鑒認知科學(xué)的基本概念和原理，并將其應(yīng)用到軟件開發(fā)中來軟件體系結(jié)構(gòu)、中間件、軟件設(shè)計模式、重構(gòu)計算機應(yīng)用的發(fā)展計算機應(yīng)用層次綜合化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、廣泛化、個性化和家庭化Internet網(wǎng)的出現(xiàn)與計算機進入到人類生活

15、的各個方面,信息化社會的特征或要素,建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施：包括傳輸網(wǎng)絡(luò)、信息存儲設(shè)備和信息處理設(shè)備等采用先進的信息技術(shù)：包括半導(dǎo)體和微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化的計算機系統(tǒng)和并行處理技術(shù)、數(shù)字化通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、海量信息存儲技術(shù)、高速信息傳輸技術(shù)、可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)等建立廣泛的信息產(chǎn)業(yè)：包括計算機硬件制造業(yè)、計算機軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國民經(jīng)濟中各行業(yè)的信息化擁有高素質(zhì)的信息人才：包括研究型、設(shè)計型、應(yīng)用型、開發(fā)型、維護型、服

16、務(wù)型、操作型的人才，并具有高度的創(chuàng)新性和良好的適應(yīng)性良好的信息環(huán)境：包括保障信息化社會有序運作的各項政策、法律、法規(guī)和道德規(guī)范,Internet的發(fā)展,ARPA網(wǎng)：是美國國防部高級研究計劃局為進行國防研究項目而開發(fā)的一個試驗性廣域網(wǎng)，以它為主干網(wǎng)、以TCP/IP協(xié)議為核心形成Internet的雛形，并于80年代初成為一個實用性的網(wǎng)絡(luò)NSF網(wǎng)：是美國國家科學(xué)基金會資助下建立的一個廣域網(wǎng)，最初連接了美國的五個超級計算機中心，并與Inte

17、rnet互聯(lián)。80年代后期，逐步取代ARPA網(wǎng)演變成為Internet的主干網(wǎng)Internet的商業(yè)化運作：90年代初，IBM、MCI和MERIT等聯(lián)合組建了ANS（Advanced Networks and Services）公司，并建立ANS網(wǎng)，取代NSF網(wǎng)成為Internet的主干網(wǎng)Internet的完善：成為美國信息高速公路最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，并擴展到全世界，大大促進了現(xiàn)代社會信息化、全球化的進程，對社會政治、經(jīng)濟、生活帶來了

18、深刻的影響,Internet 的特點,系統(tǒng)的廣域性和開放性：是在全球范圍內(nèi)開發(fā)分布的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息的共享性和時效性：信息可以為廣大用戶所共享，并可以長期儲存、長效發(fā)布、隨時更新入網(wǎng)方式的靈活性和多樣性：TCP/IP協(xié)議解決了不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、不同硬件平臺、不同操作系統(tǒng)之間的兼容性問題，各類計算機都可以靈活地接入，并通過TCP/IP協(xié)議與Internet進行通信強大的服務(wù)功能：提供遠程登錄、電子郵件、信息瀏覽、文檔查詢、網(wǎng)絡(luò)新聞以及全球范

19、圍內(nèi)的超媒體信息瀏覽服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)安全的脆弱性和復(fù)雜性：信息流的多渠道交叉和路徑的不確定性、Internet的開放性、管理的松散性以及TCP/IP協(xié)議在安全方面的薄弱性，造成Internet 在安全上的脆弱性和復(fù)雜性,我國的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)工程,中國教育科研網(wǎng)（CERNET）：是國家教育委員會管理的覆蓋全國的學(xué)術(shù)性計算機網(wǎng)絡(luò)中國公用信息網(wǎng)（ChinaNET）：是國家郵電部經(jīng)營和管理的全國性的公用信息網(wǎng)，是Internet我國的延伸中國科學(xué)技術(shù)

20、網(wǎng)（CSTNET）：是以中國科學(xué)院的NCF網(wǎng)和CCASNET網(wǎng)為基礎(chǔ)，連接了中國科學(xué)院以外的一些科研單位而構(gòu)成的全國性計算機網(wǎng)絡(luò)中國金橋信息網(wǎng)（China GBN）：是我國經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)設(shè)施之一,“金字工程”,“金橋工程”：是在國務(wù)院直接倡導(dǎo)下實施的國家公用經(jīng)濟信息網(wǎng)工程，是我國經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)設(shè)施之一“金關(guān)工程”：目標(biāo)是將海關(guān)、外貿(mào)、外匯管理以及稅務(wù)等部門和企業(yè)的業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，提高外貿(mào)、海關(guān)等部門的現(xiàn)代化管理水平“金卡工程

21、”：目標(biāo)是建立一個安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和良好的電子貨幣服務(wù)體系，加快我國金融電子化和商業(yè)電子化的進程其他“金字”工程：如“金稅工程”、“金企工程”等,“三網(wǎng)合一”,“三網(wǎng)合一”：互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)與有線電視網(wǎng)的三網(wǎng)融合傳統(tǒng)的電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以三大業(yè)務(wù)分割為三大行業(yè)，且各有其優(yōu)勢未來的信息網(wǎng)則將是“三網(wǎng)合一”的產(chǎn)物，以三大業(yè)務(wù)分割為三大行業(yè)的現(xiàn)狀將不復(fù)存在。它將具有傳統(tǒng)電信網(wǎng)和計算機數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的功能，同時又是一個寬帶交互式新媒體

22、信息技術(shù)的發(fā)展為“三網(wǎng)合一”的實現(xiàn)提供了技術(shù)保證,多網(wǎng)融合——虛擬化、云計算、物聯(lián)網(wǎng),,云,多網(wǎng)融合——虛擬化、云計算、物聯(lián)網(wǎng),云計算體系架構(gòu)層次圖,云計算——應(yīng)用即服務(wù),服務(wù)器虛擬化架構(gòu),多網(wǎng)融合——虛擬化、云計算、物聯(lián)網(wǎng),機機交互 ● 人機交互 ● 腦機交互,腦-機接口(Brain-computer interface, BCI)是指基于腦電信號實現(xiàn)人腦與計算機或其他電子設(shè)備的通訊和控制。腦機交互（ Brain-computer

23、 interaction, BCI）即支持人腦和計算機的直接交互，實現(xiàn)在計算機和人腦之間直接接收和發(fā)送信號，改變現(xiàn)有人機交互方式。腦-(機)-腦交互（思維交互）。協(xié)同思維。,用腦波開啟銀行卡密碼意念移物、意念交互 等,可視計算 ● 虛擬現(xiàn)實,可視計算&可視化（ Visual Computing & Visualization）是利用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的

24、理論、方法和技術(shù)。抽象→具象程序運行可視化盲人可視、超距可視、虛擬可視思維可視化；動畫、視頻自動生成虛擬環(huán)境（Virtual Environments）由計算機軟件、硬件和人組成的一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可讓人在計算機模擬產(chǎn)生的一個虛擬三維空間中，可以自由地行走探索，并可多感知地與他人或其他虛擬物體進行交互。,信息化社會對計算機人才的需求,高素質(zhì)的信息人才是實現(xiàn)信息化社會的保證和原動力信息化社會所需要的計算機人才：多方位多層次

25、具有較高的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力對于新技術(shù)的發(fā)展具有良好的適應(yīng)性團隊協(xié)同能力,我國的計算機學(xué)科人才培養(yǎng),計算機技術(shù)是信息化的核心技術(shù) 信息化建設(shè)需要大量人才計算機專業(yè)是規(guī)模最大的專業(yè) 專業(yè)點最多：2005年771個（專升本）學(xué)生數(shù)最多：2005年44萬（675人/點）計算機專業(yè)是情況最復(fù)雜的專業(yè) 學(xué)科涵蓋面/應(yīng)用面寬、應(yīng)用層次跨度大辦學(xué)條件差異大、條件偏下的較多學(xué)生跨度最大,影響計算機學(xué)科教育的因素和培養(yǎng)計劃,計算機科學(xué)

26、技術(shù)的進步計算機教育環(huán)境和手段的變化美國IEEE計算機分會和ACM制訂的計算科學(xué)本科教育的教學(xué)計劃和課程指導(dǎo)CC2005中國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002（簡稱CCC2002）,20年前：計算機畢業(yè)生知道這些差不多了,從10年前開始：似乎還需要知道這些,學(xué)科內(nèi)涵變化很快、變化很大,計算機學(xué)科在中國,本講小結(jié),本講在介紹計算機的定義、分類、特點、用途和發(fā)展等基本概念的基礎(chǔ)上，分析了信息化社會的特征、Internet對信息化社會的影