计算机科学与技术

计算机科学与技术汇报人：XX2024-01-22计算机科学与技术概述计算机系统结构操作系统原理及应用编程语言与编译原理数据库系统原理及应用网络通信与网络安全contents目录01计算机科学与技术概述计算机科学是一门研究计算机系统设计、分析、实现和应用的学科，涉及计算机硬件、软件、算法、数据结构、程序设计语言等多个方面。计算机科学的定义计算机科学经历了从机械计算、电子计算到量子计算的多个发展阶段，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，计算机科学逐渐成为一个独立且日益重要的学科领域。发展历程计算机科学定义与发展历程计算机科学涉及的技术领域非常广泛，包括计算机系统结构、操作系统、编译原理、数据库技术、计算机网络、人工智能、计算机图形学等。计算机科学的研究方向包括算法设计与分析、计算理论、计算机系统与网络安全、软件工程、人工智能与机器学习、高性能计算等。技术领域及研究方向研究方向技术领域计算机科学的学科体系包括计算机组成原理、操作系统、编译原理、数据结构与算法、计算机网络等核心课程，以及数据库技术、软件工程、人工智能等选修课程。学科体系计算机科学的知识结构包括基础知识（如数学、物理等）、核心知识（如算法设计与分析、计算机系统结构等）和应用知识（如软件开发技术、网络安全技术等）。此外，还需要掌握一定的编程语言和工具，如C/C、Java、Python等。知识结构学科体系与知识结构02计算机系统结构执行算术和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法等。运算器负责指令的取指、译码和执行，控制整个计算机系统的运行。控制器高速暂存数据的部件，用于存储指令、地址和数据等。寄存器位于CPU和主存之间的快速存储器，用于提高数据访问速度。高速缓存（Cache）中央处理器（CPU）主存储器辅助存储器Cache存储器虚拟存储器存储器层次结构01020304计算机系统中的主要存储部件，用于存储和访问程序和数据。如硬盘、固态硬盘（SSD）等，用于长期保存数据。位于CPU和主存之间，用于缓存常用的数据和指令，提高访问速度。将主存和辅存结合起来，为用户提供一个容量大且访问速度快的虚拟存储空间。连接CPU和I/O设备，实现数据的传输和控制。I/O接口I/O控制方式I/O设备包括程序控制I/O、中断控制I/O、DMA控制I/O等。如键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于实现人机交互和数据输出。030201输入输出系统连接计算机各部件的一组传输线，用于实现部件间的数据传输和通信。总线如PCI、USB、SATA等，规定了总线的电气特性、传输协议和接口规范等。总线标准包括并行接口和串行接口等，用于实现计算机与外部设备之间的连接和通信。接口技术总线与接口技术03操作系统原理及应用提供用户与计算机硬件系统之间的接口，作为计算机系统资源的管理者实现对计算机资源的抽象，隐藏对硬件操作的细节对计算机资源实施有效的管理，提高系统资源的利用率和方便用户使用扩充机器，为用户提供良好运行环境01020304操作系统基本概念及功能创建进程、撤销进程、阻塞进程、唤醒进程进程控制协调多个进程的执行顺序进程同步实现进程间的信息交换进程通信先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度（PriorityScheduling）、时间片轮转（RR）等调度算法进程管理与调度算法内存管理与虚拟内存技术动态分配内存空间、回收不再使用的内存空间将逻辑地址转换为物理地址确保每个进程在各自的内存空间内运行，互不干扰通过请求调页或请求分段实现，扩大内存容量并提高内存利用率内存分配与回收地址转换内存保护虚拟内存技术文件系统概念文件操作设备驱动程序设备独立性文件系统与设备驱动程序文件、目录、路径等基本概念，以及文件的逻辑结构、物理结构和存取方法等连接操作系统和硬件设备的软件模块，实现设备初始化、数据传输、设备控制等功能创建、打开、读写、关闭、删除等操作使得应用程序独立于具体使用的物理设备，提高系统的可适应性和可扩展性04编程语言与编译原理编程语言分类及特点低级语言机器语言和汇编语言，与计算机硬件直接交互，执行效率高但编程复杂。高级语言如C、C、Java等，更接近人类自然语言，易于理解和编写，需要通过编译器或解释器转换为机器语言执行。面向对象语言如Java、C#、Python等，以对象为基础，支持封装、继承和多态等特性，提高代码重用性和可维护性。函数式语言如Haskell、Lisp等，以函数为基本计算单元，避免状态改变和变量赋值，简化并发和并行编程。目标代码生成将优化后的语法树或中间代码转换为目标机器语言代码。优化对语法树或中间代码进行等价变换，提高目标代码的执行效率。语义分析检查语法树或中间代码是否符合语言的语义规则，进行类型检查、控制流分析等。词法分析将源代码转换为单词或符号组成的词素序列。语法分析根据语言的语法规则，将词素序列组合成语法树或中间代码。编译过程概述

词法分析、语法分析和语义分析词法分析器（扫描器）读取源代码，识别单词或符号，生成词素序列。语法分析器（解析器）根据语言的语法规则，将词素序列组合成语法树或中间代码，检查语法错误。语义分析器对语法树或中间代码进行语义检查，包括类型检查、控制流分析、符号表管理等，确保程序语义正确。包括常量折叠、公共子表达式消除、死代码删除、循环展开等，旨在提高目标代码的执行效率。优化技术将优化后的语法树或中间代码转换为目标机器语言代码，考虑寄存器分配、指令选择、内存访问优化等问题。目标代码生成器提供程序执行所需的支持，如内存管理、异常处理、系统调用接口等。运行时系统优化技术和目标代码生成05数据库系统原理及应用03数据模型对现实世界数据特征的抽象，包括数据结构、数据操作和完整性约束三部分。01数据库（DB）长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。02数据库管理系统（DBMS）位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，用于科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。数据库基本概念及数据模型关系代数一种抽象的查询语言，用对关系的运算来表达查询。关系模型用二维表格结构表示实体集，外键表示实体间联系的数据模型。关系演算以谓词逻辑为基础，包括元组关系演算和域关系演算。关系数据库管理系统（RDBMS）包括数据定义、数据查询、数据更新和数据控制等语言。SQL基础包括视图、索引、存储过程和触发器等高级功能。SQL高级应用通过优化查询语句、使用索引和分区等技术，提高数据库性能。SQL优化SQL语言基础与高级应用数据库设计包括需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计等步骤。数据库优化通过调整数据库参数、优化SQL语句和建立索引等手段，提高数据库性能。数据库安全性包括用户认证、访问控制、数据加密和防止SQL注入等安全措施。数据库设计、优化和安全性考虑06网络通信与网络安全网络通信协议定义计算机之间通信的规则和标准，确保数据在不同设备和网络之间的可靠传输。TCP/IP模型传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）是互联网的基础，包括应用层、传输层、网络层和链路层四个层次。常见网络通信协议HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、POP3等。网络通信协议及TCP/IP模型广域网（WAN）覆盖较大地理范围的网络，通常通过公共通信网络（如电话线或光纤）连接。互联网接入技术包括DSL、电缆调制解调器、光纤、卫星等，用于将计算机连接到互联网。局域网（LAN）局限于较小地理范围内的计算机网络，如家庭、办公室或校园网络。局域网、广域网和互联网接入技术包括病毒、蠕虫、木马、勒索软件、钓鱼攻击等，可导致数据泄露、系统瘫痪等严重后果。网络安全威胁采用强密码策略、定期更新软件和操作系统、限制不必要的网络访问、使用安全软件等。防范策略提高用户的安全意识，定期进行网络安全培训，以减少人为因素造成的安全漏洞。安全意识和培训网络安全威胁与防范策略加密解密算法