第01章 计算机基础知识(修改)

《计算机导论》力求突出为后续计算机专业课程构建一个基本知识框架的指导思想，使计算机专业的学生一进入大学就能够对自己今后要学习的主要知识、专业方向有一个基本了解。第1章计算机基础知识

1.1概述

1.2计算机中的信息表示1.1概述1.1.0什么是计算机1.1.1近代计算机的发展历史1.1.2计算机的诞生1.1.3计算机硬件的发展1.1.4计算机的特点和分类1.1.5计算机的应用1.1.6计算机领域的著名科学家1.1.7计算机科学的典型问题简介1.1.8计算机科学的特点、发展规律和趋势1.1.9计算机科学与技术学科的形成与发展1.1.10计算科学概述1.1.11计算机科学与技术学科定义1.1.12计算机科学与技术学科的根本问题和研究范畴1.1.13微型计算机的发展要求：通过本章的学习，应了解计算机的诞生、发展、特点、应用，及计算机学科的形成和发展、研究范畴等，明确今后学习的目标和内容。

认识一些人、了解一些事、热爱我们的专业吧！1.1.0什么是计算机计算机：是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。计算机系统：硬件：包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中运算器和控制器合称为CPU中央处理器。

软件：系统软件、应用软件、工具软件。计算机的基本操作：输入：接受由输入设备提供的数据。处理：对各种类型的数据进行操作，并按指定的方式进行转换。输出：将处理所产生的结果等数据由输出设备进行输出。存储：计算机可以存储程序和数据。IPOS循环:即输入（Input）、处理（Processing）、输出（Output）和存储（Storage）,它反映了计算机进行数据处理的基本步骤。1.1概述1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分机1833分析机MARKI电子计算机时代1.1.1近代计算机的发展1.1概述1.1.1近代计算机的发展计算机的发明是以计算为基本原则，早先则是被定位为工业用产品。早在19世纪初叶，英国剑桥大学数学家、机械设计专家、经济学家和哲学家查尔斯•巴贝基（CharlesBabbage，1791-1871）发明了差分机（DifferenceEngine）即可计算等式间的差距。而之后的分析机（AnalyticalEngine）则尝试用来执行多种类的运算，尽管这台机器在他有生之年并未完成，但其概念其实已经具备了现代电脑的特征，所以称巴贝基为计算机之父。查尔斯•巴贝基1.1概述1.1.1近代计算机的发展差分机分析机英国著名诗人拜伦的女儿阿达•拉芙拉斯伯爵夫人（AdaAugustaLovelace，1815-1852）协助巴贝基完善了分析机的设计，指出它可以像提花机那样编程。她发现了编程的基本要素，还编写了伯努利数的程序，因此，被誉为世界上第一位程序员。

1.1概述1.1.1近代计算机的发展

巴贝基生于1791年的英国，当他在剑桥大学攻读博士时，即为了解决计算等式间的差异数，于1812年首先设计出了一台名为差分机（DifferenceEngine）的机器，并于1822年制成了差分机样机。这是一台利用蒸汽为动力，以齿轮为基础所构成的机器，由于齿轮的数量过于庞大（约四千），以至于差分机所计算的成果并不精确。经历十年失败的尝试，1834年巴贝基在研制差分机的工作中，看到了制造一种新的、在性能上大大超过差分机的计算机的可能性，从而放弃了差分机转而构想出了名为分析机的自动运算机器，由于这台机器具备有“输入”、“运算”、“输出”及“储存”的四大现代计算机特征，最后因英国政府停止资助使这项计划，直到巴贝基逝世，亦未能最终实现他所设计的计算机。

1.1概述1.1.1近代计算机的发展

美国哈佛大学的霍华德•艾肯（HowardAiken，1900-1973）博士在图书馆里发现了巴贝基的论文，提出了用机电方式，而不是用纯机械方法来构造新的分析机。霍华德·艾肯在IBM公司的资助下，于1944年研制成功了被称为计算机“史前史”里最后一台著名的MarkⅠ计算机，将巴贝基的梦想变为了现实。这也正是IBM走上计算机产业之路的开始。后来霍华德·艾肯继续主持了MarkⅡ和MarkⅢ计算机的研制工作，但它们已经属于电子计算机的范畴。1.1概述1.1.1近代计算机的发展

英国数学家艾兰•图灵（AlanMathisonTuring，l912-1954）是世界上公认的计算机科学奠基人。他的主要贡献有两个：一是建立图灵机（TuhngMaChine，TM）模型，奠定了可计算理论的基础；二是提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。但在他生活的时代，却完全没有这些赞誉。他不过是一位古怪的数学家、超前的哲学家、神秘的密码破译专家而已，没有人会想到他的思维能燃起信息时代的烈焰。为纪念图灵对计算机科学的贡献，美国计算机学会ACM在1966年创立了“图灵奖”，每年颁发给在计算机科学领域的领先研究人员，号称计算机业界和学术界的诺贝尔奖。

图灵图灵、图灵机与图灵测试：为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于1966年设立了“图灵奖”计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。图灵测试：希尔勒的中文屋子希尔勒的中文屋子问题：通过了图灵测试就具有了智能吗？罗杰•施安克的故事理解程序（举例）机器是否真的理解了呢？故事理解程序举例“一个人进入餐馆并订了一份汉堡包。当汉堡包端来时发现被烘脆了，此人暴怒地离开餐馆，没有付帐或留下小费。”“一个人进入餐馆并订了一份汉堡包。当汉堡包端来后他非常喜欢它，而且在离开餐馆付帐之前，给了女服务员很多小费。”作为对“理解”故事的检验，可以向计算机询问，在每一种情况下，此人是否吃了汉堡包。1.1概述1.1.1近代计算机的发展

另一个也被称为计算机之父的是美籍匈牙利数学家冯•诺依曼（VonNeumann），他和他的同事们研制了世界上第二台电子计算机EDVAC，对后来的计算机在体系结构和工作原理上具有重大影响。在EDVAC中采用了“存储程序”的概念，以此概念为基础的各类计算机统称为冯•诺依曼机。50多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域等方面与当时的计算机有很大差别，但基本结构没有变，都属于冯•诺依曼计算机。但是，冯•诺依曼自己也承认，他的关于计算机“存储程序”的想法都来自图灵。

冯诺依曼冯·诺依曼计算机JohnvonNeumann冯诺依曼(53岁)存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。超越冯·诺依曼结构：

并行计算、向量计算机、生物计算机、神经计算机、量子计算机。1.1概述1.1.2计算机的诞生

1939年保加利亚裔美国人、依阿华大学教授阿塔诺索夫（JohnVincentAtanasoff，1903-1995）因进行数学物理研究需要大量计算，而当时使用的模拟计算机速度慢、精度低，从而决心设计电子管数字计算机。在研究生克里福特·伯瑞（CliffordE.Berry，1918-1963）的协助下，于1941年制作了一台雏形计算机ABC（Atanasoff-BerryComputer），被誉为世界上第一台电子计算机。

1.1概述1.1.2计算机的诞生

美国宾州大学的物理学教授约翰·莫奇莱（JohnMauchly，1907-1980），曾经观摩过ABC计算机，1942年他写了一份备忘录，建议制造电子计算机来完成弹道表的计算。1943年4月美国陆军阿伯丁弹道实验室与宾州大学摩尔学院签订合同，开始研制ENIAC。在埃克特（J.PreperEckert，l919-1995）、戈德斯坦（HermanH.GoldStine，l913-）等人的共同努力下，1945年秋制成ENIAC，并于1946年2月15日公诸于世。

ENIAC18800个电子管，1500多个继电器，耗电150千瓦，占地170平方米，重达30吨.1.1概述1.1.2计算机的诞生ENIAC机的诞生曾使莫尔学院一下子成为全世界关注的焦点。可惜，1945年底，莫尔学院计算机研究小组在ENIAC诞生后，设计专家们因发明权争得不可开交，小组陷于分裂，最终自行解体，致使研究工作一度中断。在这种情况下，冯.诺依曼与戈德斯坦等人离开了莫尔学院，来到普林斯顿大学研究院继续计算机的研制工作，并在军方的支持下使用普林斯顿研究院代替莫尔学院成为全美计算机研究中心之一。他们于1952年完成了EDVAC“离散变量自动电子计算机”(ElectronicDiscreteVariableAutomaticCalculator)的建造工作。EDVAC机投入使用之后。用于核武器的理论计算。1.1概述1.1.2计算机的诞生

1947年莫奇莱和埃克特离开宾州大学，创立了自己的计算机公司，生产UNIVAC计算机。1951年6月14日UNIVAC交付美国人口统计局使用。舆论界通常认为这标志着人类进人了计算机时代。原因有二：一是UNIVAC首次作为商品出售，它先后生产了近50台，而ENIAC只有一台自用；二是UNIVAC用于公众领域的数据处理，不像ENIAC只用于军事目的。特别是UNIVAC曾在大选中，预告艾森豪威尔当选，这使西方舆论大为轰动。因此，人们认为1951年UNIVAC迎来计算机时代，而与其说莫奇莱和埃克特发明了电子计算机，不如说他们奠定了计算机工业的基础。

UNIVAC计算机发展的几个阶段第一代（1946~1956）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1957~1964）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1965~1970）集成电路百万~几百万（次/秒）第四代（1971~90年代）大规模集成电路几百万~几亿（次/秒）1964年911机1966年112机1.1概述1.1.3计算机硬件的发展

年代特征项目第一代46-57第二代57-64第三代64-72第四代72-逻辑元件电子管晶体管中小规模集成电路(超）大规模集成电路存储器延迟线、磁鼓、磁芯磁芯、磁带、磁盘磁芯、磁盘、磁带半导体、磁盘、光盘典型机器IBM-701IBM-650IBM-7090IBM-7094IBM-370：大IBM-360：中PDP-11：小ILLIAC-IV：巨IBM-3033：大VAX-11：小80486：微8098：单片机软件机器语言、汇编语言高级语言、管理程序结构化程序设计、操作系统数据库、软件工程、程序设计自动化应用科学计算数据处理工业控制系统模拟与设计、大型科学计算、科技工程事务处理、智能模拟、社会生活应用1.1概述1.1.3计算机硬件的发展1．第一代（1946年~1958年）：电子管阶段

基本特征采用电子管作为计算机的逻辑元器件，每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅数KB。其数据表示主要是定点数，使用机器语言或汇编语言编写程序。第一代电子计算机体积庞大，造价昂贵，用于军事和科学研究工作。其代表机型有IBM650（小型机）、IBM709（大型机）。电子管1.1概述1.1.3计算机硬件的发展2．第二代（1959年~1964年）：晶体管阶段

基本特征是采用晶体管作为计算机的逻辑元器件，由于电子技术的发展，运算速度达每秒几十万次，内存容量增至几十KB。与此同时，计算机软件技术也有了较大发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。与第一代计算机相比，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理。其代表机型有IBM7094、CDC7600。

晶体管1.1概述1.1.3计算机硬件的发展3．第三代（1965年~1970年）：集成电路阶段基本特征是采用小规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，随着固体物理技术的发展，集成电路工艺己可以在几平方毫米的单晶硅集成电路片上集成由十几个甚至上百个电子元器件组成的逻辑电路。它的运算速度每秒可达几十万次到几百万次，体积越来越小，价格越来越低，软件越来越完善，在监控程序的基础上发展形成了操作系统。其代表机型有IBM360。集成电路1.1概述1.1.3计算机硬件的发展4．第四代（1971年~现在）：大规模/超大规模集成电路阶段

基本特征是采用大规模集成电路和超大规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，20世纪70年代以来，集成电路制作工艺取得了迅猛的发展，在硅半导体上可集成更多的电子元器件，半导体存储器代替了磁芯存储器，目前，计算机的速度最高可以达到每秒几百万亿次浮点运算。操作系统不断完善，高级程序设计语言功能更加完善，人们的生活与计算机应用息息相关。超大规模集成电路计算机的商用化计算机的第一个商业顾客——烤面包卖茶点的利昂（lyons）ENIACEDSAC改进lyons参与部分投资进入社会，开启办公自动化理念Lyons复制EDSACLEO(LyonsElectronicOffice)LEO充当会计师Altair8800

计算机发展趋势——微型化计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。CRAY-Ⅱ

计算机发展趋势——巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”银河Ⅱ

计算机发展趋势——网络化计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。

计算机发展趋势——智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的‘没有灵魂的机械’来”。 ——笛卡尔（1637）人类第一个“工业机器人”：

一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第一代机器人

机械手（1962年出现）第二代机器人

具有“感觉”的机器人第三代机器人

装有启发式计算机的“智能机器人”

计算机世界中的中国：1952年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组组长闵大可 电机系教授1954年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所负责人 钱三强1956年中国科学院计算技术研究所筹备委员会成立主任华罗庚1958年完成第一台电子计算机1031959年完成大型电子计算机1041959年中国自行研究的107计算机问世1965年中国开始研制第三代计算机（集成电路）1974年清华大学研制成功DJS-130小型计算机

（集成电路）1977年研制成功中国第一台微机DJS0501983年国防科技大学研制成功“银河-I”巨型机1984年研制成功与IBMPC兼容的长城0520CH微型计算机同时开发成功微型计算机汉字软件CCDOS1991年正式启用汉字激光照排系统王选1993年研制成功“曙光一号”并行计算机（超大规模集成电路）1994年完成了与Internet的全功能IP连接1997年研制成功“银河-III”百亿次并行巨型计算机系统1989年金山公司的WPS软件问世2002年“龙芯1号”的问世结束了我国不能生产CPU的“空芯化”历史2003年超级服务器曙光4000L通过国家验收2005年联想公司完成收购IBM全球PC业务杨元庆，柳传志2005年国内最大搜索引擎公司的股票在美国挂牌交易2005年阿里巴巴公司打造中国最强大的互联网搜索平台

阿里巴巴创始人、首席执行官马云被著名的"世界经济论坛"选为"未来领袖"、被美国亚洲商业协会选为"商业领袖"，是50年来第一位成为《福布斯》封面人物的中国企业家，并曾多次应邀为全球著名高等学府麻省理工学院、沃顿商学院、哈佛大学讲学。

计算机世界中的日本：辉煌：打败Intel的芯片巨人，迫使Intel于1985年另辟

战场（微处理器）笔记本电脑的领军人物失误：第五代计算机（智能计算机）的开发者高清晰度模拟电视

计算机世界中的印度：世界软件产业王国1985年，印度软件业产值为1000万美元1994年，印度软件业产值为10亿美元2000年，印度软件业产值为50亿美元在软件出口规模和质量与总产值的比例上，印度居世界第一。

计算机文化与道德：计算机是一种“可以传授给人知识的工具”，也是一种“无比有力的知识工具”。真正对人类生活带来直接冲击的，不是计算机硬件本身，而是来自软件这种人类知识的产物。1.1概述1.1.4计算机的特点和分类1．计算机的特点（1）运算速度快。（2）计算精度高。（3）具有记忆和逻辑判断功能。（4）能自动运行且支持人机交互。1.1概述1.1.4计算机的特点和分类

2．计算机的分类

按规模分类：

巨型机、大型机、小型机、微型计算机、工作站、服务器、网络计算机

。

按用途分类：通用计算机和专用计算机。数按处理对象分类：数字计算机（DigitalComputer）、模拟计算机（AnalogComputer）、数字模拟混合计算机（HybridComputer）。

分类标准不是一成不变的，只能适应某一个时期。

1.1概述1.1.5计算机的应用1．科学计算

2．事务处理3．过程控制4．辅助工程5．人工智能6．网络应用四色定理的证明四色定理从1852年发现四色问题，世界上很多著名的科学家试图证明，当一直未能完成。1976年6月，哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿次判断，终于完成了四色定理的证明，从而解决了一个历时100多年的问题，轰动了世界。定理证明的“吴方法”2000年我国最高科学技术奖获得者吴文俊教授，提出了“数学机器化”。1977年，吴文俊关于平面几何定理的机械化证明首次取得成功。创立了定理机器证明的“吴方法”。海湾战争中的专家系统在1991年的海湾危机中，美国军队使用专家系统用于自动的后勤规划和运输日程安排。这项工作同时涉及到50000个车辆、货物和人，而且必须考虑到起点、目的地、路径以及解决所有参数之间的冲突。AI规划技术使得一个计划可以在几小时内产生，而用旧的方法需要花费几个星期。IBM的“深蓝”

北京时间1997年5月12日凌晨4点50分，美国纽约公平大厦，当IBM公司的“深蓝”超级电脑将棋盘上的一个兵走到C4的位置上时，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对“深蓝”的人机大战落下帷幕，“深蓝”以3.5：2.5的总比分战胜卡斯帕罗夫。1.1概述1.1.6计算机领域的著名科学家1．图灵

2．冯·诺依曼3．查尔斯·巴贝奇

4．格蕾斯·莫瑞·霍普

5．吴文俊

6．王选

1.1概述1.1.7计算机科学的典型问题简介

1．哲学家共餐问题

2．生产者与消费者问题

3．八皇后问题

4．九宫排定问题

1.1概述1.1.8计算机科学的特点、发展规律和趋势

1．计算机科学的特点

2．冯·诺依曼计算机科学的发展规律3．计算机科学的发展趋势

1.1概述1.1.8计算机科学的特点、发展规律和趋势

1．计算机科学的特点

(1)IT技术发展迅速，知识更新快。

摩尔定律:微处理器的处理能力每18个月到24个月将增加一倍。(2)学科知识量大，内容丰富。(3)交叉学科多，应用广泛。(4)学科的前沿性和知识的普及性并重。(5)基础理论与实践动手并重。

1.1概述1.1.8计算机科学的特点、发展规律和趋势

2．计算机科学的发展规律

理论和技术是计算机科学两个互为依托的侧面。计算机科学的理论大多属于技术理论的范畴。数学是计算机科学与技术学科的主要基础，以离散数学为代表的应用数学是描述学科理论、方法和技术的主要工具，而微电子技术和程序技术则是反映学科产品的主要技术形式。在学科中，无论是理论研究还是技术研究的成果，最终目标要体现在计算机软硬件系统产品和技术服务上。由于计算模型的非连续性特点，使得以严密、精确著称的数学尤其是离散数学被首选为描述该学科的主要工具。在这一学科中，数学与电子技术的结合是理论与技术完美结合的一个成功范例。

同时，学科的基本问题和本质属性决定了学科理论、技术与工程相互之间的界限十分模糊。从理论探索、技术开发到工程开发应用和生产的周期很短，许多实验室产品和最终投向市场的产品之间几乎没有太大的差别。虽然，目前整体上理论研究滞后于技术开发，但随着学科研究和应用的不断深化，理论的重要性将愈来愈突出，而技术则渐渐退居为次要的位置。1.1概述1.1.8计算机科学的特点、发展规律和趋势

3．计算机科学的发展趋势（研究重点）新一代计算机体系结构：如神经元计算、网络与通信技术等；并行与分布式软件开发方法研究：如高级语言与程序设计理论、系统软件设计等；人工智能理论及其应用：如数理逻辑、知识工程等；计算机应用的关键技术：如计算几何、自然语言处理与机器翻译、模式识别与图像处理等。

1.1概述1.1.9计算机科学与技术学科的形成与发展

计算科学是在数学和电子科学基础上发展起来的一门新兴科学，它是关于计算和计算机器的数学理论。19世纪中期至20世纪中期诞生的布尔逻辑代数、图灵机模型、存储程序思想构成了现代计算机科学的理论基础。布尔与布尔代数布尔代数是英国科学家乔治·布尔（GeorgeBoole,1815-1864)创立的。布尔代数作为一种形式逻辑数学化的方法，提出是和计算机无关的，但它的理论和方法为数字电子学和计算机设计提供了重要的理论基础。香农对布尔代数的实验研究到了20世纪，人们利用布尔代数成功地解决了一些技术问题。30年代后期，MIT的克劳德·香农（ClaudeE.Shannon,1916-2001年）开始系统地研究用布尔代数计算电网的问题。1938年，香农发表了题为《继电器开关电路的分析》的论文，建立起布尔代数和继电器开关电路之间的联系，将布尔代数引入计算科学领域。他用实验证实，完全可以采用继电器元件制造出能够实现布尔代数运算功能的计算机。1948年，香农又发表了另一篇至今还在闪烁光芒的论文----《通信的数学基础》，从而给自己赢来“信息论之父”的桂冠。此外他率先把人工智能运用于电脑下棋方面，而且发明了一个能自动穿越迷宫的电子老鼠，以此证明人工智能的可行性。图灵与图灵机模型

1936年，阿兰.图灵发表了论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》，首次阐明了现代电脑原理，从理论上证明了现代通用计算机存在的可能性。图灵提出的计算抽象模型被后人称为“图灵机”（TuringMachine）。实践证明，如果是图灵机不能解决的计算问题，那么实际计算机也不能解决；只有图灵机能够解决的计算问题，实际计算机才有可能解决，但必须注意，有些问题是图灵机可以计算而实际计算机还不能实现。冯.诺依曼体系计算机在参与ENIAC的改进过程中，冯.诺依曼在图灵等人的工作的影响下，于1945年完成了EDVAC研究报告，具体介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想，提出了由控制器、运算器、存储器、输入和输出设备五类部件组成的存储程序式计算机（冯.诺依曼体系计算机）的组织结构及实现方法。这一思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则。迄今为止，大多数计算机采用的仍然是冯.诺依曼型计算机的组织结构，只是作了一些改进而已。在计算科学发展的历程中，随着学科的兴起，陆续产生了一些学术团体。国际知名的计算科学学术团体主要有美国计算机学会(ACM),国际电气、电子、工程师学会计算机学会(IEEE/CS：InstituteofElectricalandElectronicsEngineers-ComputerSociety),国际信息处理联合会(IFIP),美国人工智能学会(AAAI),以及由一些国家人工智能学会和协会组织的国际人工智能联合会议（IJCAI）等。在中国计算机科学界，中国计算机学会是目前最有影响的全国性一级学会。影响较大而又比较重要的国际学术会议有世界计算机大会（四年召开一次），IJCAI年会（两年一次），ACM学会（一年一次），AAAI年会（一年一次），欧洲理论计算机科学年会（一年一次，每年会议主题常不同）等。中国计算机学会最重要的学术期刊有三种，它们是：

计算机学报(科学出版社出版)；J.ofComputerScienceandTechnology(计算机学报（英文般），科学出版社出版)；

软件学报（中国科学院软件研究所出版）；AdvancedSoftwareResearch(软件学报（英文版），AllertonPress出版，已停刊)；

计算机研究与发展（科学出版社出版）。进入20世纪90年代，国外陆续创刊了一批新的计算机科学学术刊物，主要设计并行计算、人工智能、神经元计算、网络与通信、软件工程、计算几何、计算可视化等较新的学科方向。虽然从根本上说，学术论文的水平和影响是由学术刊物的内容决定的，而不是由学术刊物的级别决定的，但是，学术刊物在水平上存在着明显的等级是一种客观存在，因为高水平的学术刊物的论文水平是由一大批在本学科与该刊物办刊领域一致的方向上工作的科学家的学术水平保证的。作为一个严肃的学者，应该努力争取将自己可以公开发表的学术论文在权威刊物发表，而不是以各种理由强调或误以为高水平杂志仅发表理论性的文章。事实上，国内外许多杂志都发表工程技术研究论文，世界上非军事院校中任何一所高水平研究型大学的大量创新科学研究成果主要以学术论文的形式在各类高水平学术刊物上发表。如果排除了各种非学术性因素后，高水平的杂志之所以学术水平高，是因为这些杂志发表的大多数学术论文在研究成果的科学意义、创造性、完整性（或正确性）、学术深度四个方面，可能还有行文质量等方面综合来看达到了较高的水准。ACM和IEEE-CS发布了“计算学科2001教程(ComputingCurricula2001：CC2001)”，在研究CC2001教程后，发布了《中国计算机科学与技术学科教程2002》(ChinaComputingCurricula2002：CCC2002)。计算科学教学计划CC2001（ComputingCurricula2001），是国际上最系统、最有影响的计算机专业教学计划。它是在CC1991基础上，针对近10年和以后10年计算机科学与技术发展而制定的教学计划。为了适应目前技术和应用的需要，CC2001和CCC2002教程提出把原来的计算学科划分成计算机科学、计算机工程、软件工程、信息系统等四个方向，并准备分别制订各自的教学计划纲要。CC2001和CCC2002教程鼓励计算机科学和工程中教学计划的多样性，并要求有公共内核，该内核定义成一系列知识单元，可用这些知识单元组合课程。CC2001和CCC2002教程中把学科所包含的教学内容归结为14个知识体，提炼出了更精简的核心知识单元。计算机科学课程体系的14个核心内容：（1）离散结构（DS）（2）程序设计基础（PF）（3）算法与复杂性（AL）（4）体系结构（AR）（5）操作系统（OS）（6）网络计算（NC）（7）程序设计语言（PL）（8）人机交互（HC）（9）图形学和可视化计算（GV）（10）智能系统（IS）（11）信息管理（IM）（12）软件工程（SE）（13）科学计算（CN）（14）社会和职业问题（SP）1.1概述1.1.10计算学科概述1、计算学科的定义

计算学科是对描述和变换信息的算法过程，包括对理论分析、设计、效率、实现和应用等进行的系统研究。它来源于对算法理论、数理逻辑、计算模型、自动计算机器的研究，并与存储式电子计算机的发明一起形成于20世纪40年代初期。计算学科的研究包括了从算法与可计算性的研究到根据可计算硬件和软件的实际实现问题的研究。这样，计算学科不但包括从总体上对算法和信息处理过程进行研究的内容，也包括满足给定规格要求的有效而可靠的软硬件设计—它包括所有科目的理论研究实验方法和工程设计。2计算学科的本质计算学科的根本问题是“什么能被有效地自动进行？”。计算学科的根本问题讨论的是能行性的有关内容，而凡是与能行性有关的讨论都是处理离散对象的。因为非离散对象(连续对象)是很难进行能行处理的，因此能行性这个计算学科的根本问题决定了计算机本身的结构和它处理的对象都是离散型的，许多连续型的问题也必须在转化为离散型问题以后，才能被计算机处理。例如计算定积分就是把它变成离散量，再用分段求和的方法来处理的。美国计算机协会(ACM)和美国电气和电子工程学会计算机分会(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers-ComputerSociety：IEEE-CS)发布了“计算学科2001教程(ComputingCurricula2001：CC2001)”，中国计算机学会和阿全国高等学校计算机教育研究会在学习和研究了CC2001教程后，发布了《中国计算机科学与技术学科教程2002》(ChinaComputingCurricula2002：CCC2002)，提取了计算学科中具有方法论性质的12个核心概念，即绑定(Binding)、大问题的复杂性(ComplexityofLargeProblems)、概念和形式模型(ConceptualandFormatModels)、一致性(Consistency)和完备性(Completeness)、效率(Efficiency)、演化(Evolution)、抽象层次(LevelsofAbstraction)、按空间排序(OrderinginSpace)、按时间排序(OrderinginTime)、重用(Reuse)、安全性(Security)、折衷(Tradeoff)和结论(Consequences)。3计算学科的三个过程计算学科的实质是学科方法论的思想，其关键问题是抽象、理论和设计三个过程相互作用的问题。（1）理论（2）抽象（3）设计(1)理论理论是数学科学的根本。应用数学家们都认为，科学的进展都是基于纯数学的。应用数学用数学的方法推动经验科学和工程学的发展，同时又不断刺激对新数学的需要，为纯理论数学提出新的问题。(2)抽象抽象(模型化)是自然科学的根本。科学家们相信，科学进展的过程基本上都是形成假设，然后用模型化过程去求证。(3)设计设计是工程的根本。工程师们认为，工程进展基本上都是提出问题，然后通过设计去构造系统，以解决问题。1.1概述1.1.11计算机科学与技术学科定义

计算机科学与技术是研究计算机的设计与制造和利用计算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的科学，包括科学与技术两方面。科学侧重于研究现象、揭示规律；技术侧重于研制计算机和研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。科学是技术的依据，技术是科学的体现；技术得益于科学，它又向科学提出新的课题。

科学与技术相辅相成、互为作用，二者高度融合是计算机科学技术学科突出的特点。计算机科学技术除了具有较强的科学性外，还具有较强的工程性。因此，它是一门科学性与工程性并重的科学，表现为理论性和实践性的紧密结合的特征。

本专业主要学习计算机科学与技术的基础知识、基本原理和方法及实际应用的基本技能。培养具有坚实的计算机科学与技术基础知识和实际工作能力的、富有创新意识的计算机科学与技术领域的高级专门人才。主要专业课程有：数学分析、线性代数、模拟电路、计算机导论、常微分方程、数字电路与数字逻辑、计算机组成原理、离散数学、高级语言程序设计、汇编语言程序设计、数据结构、操作系统、概率统计、计算方法（数值分析）、编译原理、数据库原理、微机系统与接口技术、人工智能、通信原理、计算机网络等。课程体系包括基础课程、主干课程、特色课程。基础课程在一、二年级开设，主干课程在二、三年级开设，特色课程则在高年级开设。基础课程和主干课程覆盖了知识体系中的全部核心内容，也包括了一些选修课程。特色课程旨在鼓励发挥各学校的特长，培养出学生的个性。1.1概述1.1.12计算机科学与技术学科的根本问题和研究范畴计算机科学与技术学科的根本问题是什么能被有效地自动化。计算机科学技术的研究范畴包括计算机理论、硬件、软件、网络及应用等，按照研究的内容，也可以划分为基础理论、专业基础和应用三个层面。计算机理论研究的内容：

离散数学、算法分析理论、形式语言与自动机理论、程序设计语言理论、程序设计方法学。计算机硬件研究的内容：

元器件与存储介质、微电子技术、计算机组成原理、微型计算机技术、计算机体系结构。计算机软件研究的内容：程序设计语言的设计、数据结构与算法、程序设计语言翻译系统、操作系统、数据库系统、算法设计与分析、软件工程学、可视化技术。计算机网络研究的内容：

网络结构、数据通信与网络协议、网络的用户提供方便的服务、网络安全。计算机应用的研究内容:软件开发工具、完善既有的应用系统、开拓新的应用领域、人－机工程。1.1概述1.1.13微型计算机的发展1．车库里的苹果2．微软创立3．IBM—PC的诞生各种公司缩写简介:1.HP美国惠普公司,世界著名的电器生产厂家2.SUN美国Sun公司，主要生产SUN系列工作站和网络产品,是JAVA语言的创始者3.IBMInternationalBusinessMachinesCorporation美国国际商用机器公司4.DECDataEquipmentCompany美国数据设备公司5.ORACLE美国ORACLE公司，主要生产数据库产品6.Intel美国英特尔公司，以生产CPU芯片著称7.Microsoft全球最大规模的电脑软件公司和最有价值的企业，微软涉足操作系统，应用软件，开发工具，多媒体及网络技术等许多领域1.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换1.2.2计算机中的数值数据的表示1.2.3计算机常用的编码1.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换

计算机中不同计数制的基数、数码、进位关系和表示方法计数制 基数 数码进位关系 表示方法二进制 2 0、1 逢二进一 1010B或（1010）2八进制 8 0---7 逢八进一 247Q或（247）8十进制 10 0---9 逢十进一 598D或（598）10十六进160--9、A--F 逢十六进一 7C2FH或（7C2F）161.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.1】将十进制整数（103）10转换为二进制整数。按照转换规律，采用“除2倒取余”的方法，过程如下：2︳103

2︳51 余数为12︳25 余数为12︳12 余数为12︳6 余数为02︳3 余数为02︳1 余数为10 余数为1所以，（103）10＝（1100111）21.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数。按照转换规律，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：0.8125×2＝1.625 取整数位10.625×2＝1.25 取整数位10.25×2＝0.5 取整数位00.5×2＝1.0 取整数位1所以，（0.8125）10＝（0.1101）2若出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据计算精度的要求截取一定的位数即可。1.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.3】将十进制整数（1685）10转换为八进制整数。按照转换规律，采用“除8倒取余”的方法，过程如下：8︳1685

8︳210 余数为58︳26 余数为28︳3 余数为20 余数为3所以，（1685）10＝（3225）81.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.4】将十进制整数（2347）10转换为十六进制整数。按照转换规律，采用“除16倒取余”的方法，过程如下：16︳2347

16︳146 余数为11（十六进制数为B）16︳9 余数为20 余数为9所以，（2347）10＝（92B）161.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.5】将十进制小数（0.7125）10转换为八进制小数。按照转换规律，采用“乘8顺取整”的方法，过程如下：0.7125×8＝5.7 取整数位50.7×8＝5.6 取整数位50.6×8＝4.8 取整数位40.8×8＝6.4 取整数位6若数据的计算精度取小数点后4位数，则其后的数可以不再计算。所以，（0.7125）10＝（0.5546）81.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.6】将十进制小数（0.8129）10转换为十六进制小数。按照转换规律，采用“乘16顺取整”的方法，过程如下：0.8129×16＝13.0064 取整数位13（十六进制数为D）0.0064×16＝0.1024 取整数位00.1024×16＝1.6384 取整数位10.6384×16＝10.2144 取整数位10（十六进制数为A）取数据的计算精度为小数点后4位数。所以,（0.8129）10＝（0.D01A）161.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.7】将二进制数（1011001.101）2转换为十进制数。采用按位权展开求和的方法，过程如下：（1011001.101）2 ＝1×26＋1×24＋1×23＋1×20＋1×2－1＋1×2－3 ＝64＋16＋8＋1＋0.5＋0.125 ＝（89.625）10【例1.8】将八进制数（1476.52）8转换为十进制数，过程如下：（1476.52）8 ＝1×83＋4×82＋7×81＋6×80＋5×8－1＋2×8－2 ＝512＋256＋56＋6＋0.625＋0.03125 ＝（830.65625）101.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.9】将十六进制数（2D7.A）16转换为十进制数，过程如下：（2D7.A）16 ＝2×162＋13×161＋7×160＋10×16－1 ＝512＋208＋7＋0.625 ＝（727.625）10【例1.10】将八进制数（3157.462）8转换为二进制数，采用“一分为三”的方法。3157．462

011001101111．100 110010所以，（3157.462）8＝（11001101111.100110010）21.2计算机中的信息表示1.2.1计算机中的数制机器转换【例1.11】将二进制数（10011010110.10101011）2转换为八进制数，采用“三合一”的方法。010011010110．101010110

2326．526所以，（10011010110.10101011）2＝（2326.526）8【例1.12】将十六进制数（72A3.C69）16转换为二进制数，每位十六进制数用4位二进制数表示，过程如下：72 A 3．C6 9

0111001010010011．110001101001所以，（72A3.C69）16＝（111001010010011.110001101001）2返回本节目录1.2计算机中的信息表示1.2.2计算机中的数值数据的表示1．基本概念在计算机内部表示二进制数的方法通常称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数称为机器数。机器数所代表的数称为该机器数的真值。要完整地表示一个机器数，应考虑三个因素：机器数的范围；机器数的符号；机器数中小数点的位置。（1）机器数的范围：由计算机的CPU字长来决定。当使用8位寄存器时，字长为8位，所以一个无符号整数的最大值是：（11111111）B=（255）D，此时机器数的范围是0~255。当使用16位寄存器时，字长为16位，所以一个无符号整数的最大值是：（1111111111111111）B=（FFFF）H=（65535）D，此时机器数的范围是0~65535。1.2计算机中的信息表示1.2.2计算机中的数值数据的表示

（2）机器数的符号：在算术运算中，数据是有正有负的，称之为带符号数。为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用“0”表示正数，用“1”表示负数。例如：字长为8位二进制时，D7为符号位，其余D6~D0为数值位；字长为16位二进制数时，D15为符号位，其余D14~D0为数值位。（3）机器数中小数点的位置：在机器中，小数点的位置通常有两种约定，一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定点数”；另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。

定点小数定点整数浮点数:科学计数法

1209460000=1.20946*109,

记为：

1.20946E91.2计算机中的信息表示1.2.2计算机中的数值数据的表示2．带符号数的原码、反码、补码表示（1）原码：规定正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的原码。例如：当机器字长为8位二进制数时：X＝＋1011011 [X]原码＝01011011Y＝－1011011 [Y]原码＝11011011原码表示的整数范围是－(2n-1－1)~＋(2n-1－1)，其中n为机器字长。通常：8位二进制原码表示的整数范围是－127~＋127，16位二进制原码表示的整数范围是－32767~＋32767。

1.2计算机中的信息表示1.2.2计算机中的数值数据的表示（2）反码：对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。例如：当机器字长为8位二进制数时：X＝＋1011011[X]原码＝01011011[X]反码＝01011011Y＝－1011011[Y]原码＝11011011[Y]反码＝10100100负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。反码表示的整数范围与原码相同。1.2计算机中的信息表示1.2.2计算机中的数值数据的表示（3）补码：正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。例如：X＝＋1011011[X]原码＝01011011 [X]补码＝01011011Y＝－1011011[Y]原码＝11011011[Y]反码＝10100100[Y]补码＝10100101补码表示的整数范围是－2n-1~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。则：8位二进制补码表示的整数范围是－128~＋127，16位二进制补码表示的整数范围是－32768~＋32767。（4）补码与真值之间的转换：给定机器数的真值可以通过补码的定义来完成真值到补码的转换，若已知某数的补码求其真值，计算方法如下：正数补码的真值等于补码的本身；负数补码转换为其真值时，将补码按位求反末位加1，即可得到该负数补码对应的真值。1.2计算机中的信息表示1.2.2计算机中的数值数据的表示【例1.14】给定[X]补码＝01011001B，求真值X；给定[X]补码＝11011010B，求真值X。（1）由于[X]补码代表的数是正数，则其真值：X＝＋1011001B＝＋（1×26＋1×24＋1×23＋1×20）＝＋（64＋16＋8＋1）＝＋（89）D（2）由于[X]补码代表的数是负数，则其真值：X＝－（[1011010]求反＋1）B＝－（0100101＋1）B＝－（0100110）B＝－（1×25＋1×22＋1×21）＝－（32＋4＋2）＝－（38）D返回本节目录

引入补码的主要目的在于简化减法运算，可以把减法运算用补码加法来实现。计算机中就只有加法计算。

补码运算定律：(x+y)补＝(x)补+(y)补例如：正数x和负数y相加，|x|>|y|。x=3DH，y=-21H

(x)补+(y)补=(00111101)补+(10100001)补

=00111101+11011111=00011100(x+y)补=(00111101-00100001)补

=(00011100)补

=00011100

所以：(x+y)补＝(x)补+(y)补计算机中数据的单位:计算机中数据的常用单位有

位bit字节byte字word1．位（bit）位是计算机中数据的最小单位，是指一位二进制数。计算机只识别二进制数。