第1章 计算机科学导论

2024/2/27计算机科学导论学习计算机专业的第一门基础课程，本课程将会带领大家遨游计算机海洋！！！2024/2/27计算机科学导论的地位和作用作为入门性课程学生不需要特殊的预备知识，立足于建立对计算机学科的正确认识，并为今后的深入学习做好铺垫。作为专业基础课程注重基础知识的完备性，从计算机发展历史讲起，对计算机分类、软件分类、硬件设备、二进制概念、网络基础、程序设计、计算机文化等均有覆盖，帮助学生建立完整视野。作为工具性课程引导学生了解计算机学科的主要理论，初步掌握一些关键知识和技术。2024/2/27计算机成了社会的必需品计算机是一种相对其能力而言比较便宜的工具，同一台机器能够做许多种不同的事：算题（科学计算）制作图案处理文字记录事实控制其他机器游戏发送消息识别语音问题：大多数机器只能做一类事，为什么计算机能够做许多种不同的事？是不是计算机什么事都能做？2024/2/27计算机是一台快速，笨拙的机器只有有限的能力。只能进行基本的数学运算与逻辑比较。必须由程序来指示它做什么事。

——GeorgeBeekman计算机是一台笨拙的机器，具有从事令人难以置信的聪明工作的能力，...计算机程序员则是一些聪明的人，具有从事令人难以置信的笨拙工作的能力。简而言之，计算机与程序员实现了完美的配合。

——JamieShiers2024/2/27电子数字计算机电子数字计算机(ElectronicDigitalComputer)简称为电子计算机或计算机，也是人们常说的电脑，是二十世纪最辉煌的成就之一。计算机的定义：计算机是一种能按照事先存储的程序，自动地、高速地、精确地进行大量数值计算，并且具有记忆(存储)能力、逻辑判断能力、可靠性能的数字化信息处理的现代化智能电子设备。2024/2/27第一章概述本章学习目标1．了解计算机的发展前史。2．了解计算机的发展与应用。3．掌握现代计算机模型。4．掌握计算机应用系统的计算模式。5．了解计算学科与其相关的课程体系。2024/2/271.1计算机的发展前史

◆计算机的产生和发展不是一蹴而就的，而是经历了漫长历史的过程。

◆在这过程中，科学家们经过艰难的探索，发明了各种各样的“计算机”，这些“计算机”顺应了当时历史的发展，发挥了巨大的作用，推动了社会的进步，也推动了计算机技术的发展。2024/2/27算筹又称为筹、策、算子等算筹在中国的起源很早中国著名科学家祖冲之(429—500年)借助算筹作为计算工具计算出圆周率1.算筹

2024/2/272.算盘

算盘也称珠算，是中国劳动人民创造的一种工具由古代“算筹”演变而来素有“中国计算机”之称最早见于汉末三国时代徐岳撰写的《数术记遗》南宋时期的数学家杨辉发明了《乘除通变算宝》2024/2/273.机械计算机

1623年，德国科学家契克卡德(W.Schickard)为天文学家开普勒(Kepler)制作了一台机械计算机

2024/2/273.机械计算机法国科学家布莱斯•帕斯卡(BlaisePascal：1623—1662年)是被公认为是制造出机械计算机的第一人。2024/2/273.机械计算机2024/2/274.提花机西汉年间中国的纺织工匠已能熟练掌握提花机技术。2024/2/274.提花机法国机械师约瑟夫•杰卡德(JosephJacquard)，大约在1801年完成了“自动提花编织机”的设计制作，真正成功地改进了提花机。2024/2/275.差分机和分析机英国剑桥大学著名科学家查理斯•巴贝奇(CharlesBabbage：1792—1871年)在1822年研制出第一台差分机。Babbage(1792—1871年)2024/2/275.差分机和分析机阿达•奥古斯塔(AdaAugusta：1815—1852年)是计算机领域著名的女程序员。

Ada(1815—1852年)2024/2/276.模拟计算机19世纪末，赫尔曼•霍列瑞斯(HermanHollerith：1860—1929)首先用穿孔卡完成了第一次大规模数据处理。2024/2/276.模拟计算机托马斯•沃森(T.Watson)和IBM

2024/2/276.模拟计算机布什(V.Bush)为了求解与电路有关的微分方程，制作了一台模拟计算装置助其求解1873年，美国人鲍德温(F.Baldwin)，利用齿数可变齿轮，设法制造出一种小型计算机样机2024/2/276.模拟计算机英国数学家布尔(G.Boole：1815—1864年)第一部著作《逻辑的数学分析》1854年，已经担任柯克大学教授的布尔再次出版《思维规律的研究——逻辑与概率的数学理论基础》凭借这两部著作，布尔建立了一门新的数学学科——布尔代数2024/2/276.模拟计算机1938年，美国数学家香农(C.Shannon)第一次在布尔代数和继电器开关电路之间架起了桥梁，以脉冲方式处理信息的继电器开关，从理论到技术彻底改变了数字电路的设计。1948年，香农凭借《通信的数学基础》一书，被誉为“信息论之父”。1956年，香农参与发起了达特默斯人工智能会议，率先把人工智能运用于计算机下棋方面，还发明了一个能自动穿越迷宫的电子老鼠，以此验证了计算机可以通过学习提高智能。2024/2/276.模拟计算机1937年11月，在AT&T贝尔实验室工作的斯蒂比兹(G.Stibitz)，运用继电器作为计算机的开关元件。2024/2/276.模拟计算机1939年，楚泽继电器组装了Z-2。1941年，楚泽的电磁式计算机Z-3完成。希特勒战败后，楚泽辗转流落到瑞士一个荒凉的村庄，一度转向研究计算机软件理论。1938年，28岁的楚泽(K.Zuse)完成了一台可编程数字计算机Z-1的设计。1945年建造了Z-4计算机。1949年，他建立了“Zuse计算机公司”，继续开发更先进的机电式程序控制计算机。2024/2/27Z－3重建Z－1Z－4

老年楚泽（中）数字计算机之父2024/2/276.模拟计算机电磁式计算机叫MarkⅠ，也叫“自动序列受控计算机”，在计算机发展史上占据重要地位，是计算机“史前史”里最后一台著名的计算机，发明者是美国哈佛大学艾肯(H.Aiken)博士。2024/2/271.2计算机的发展与应用1.2.1电子计算机的发展

数字电子计算机（ElectronicComputer）是一种能自动地、高速地、精确地进行信息处理的电子设备，是20世纪最重大的发明之一。在计算机家族中包括了机械计算机、电磁式计算机、电子计算机等。电子计算机又可分为模拟电子计算机和数字电子计算机，通常人们所说的计算机就是指数字电子计算机，它是现代科学技术发展的结晶，特别是微电子、光电、通信等技术及计算数学、控制理论的迅速发展带动计算机不断更新。2024/2/271.电子计算机的产生1943年，美国为了解决新武器研制中的弹道计算问题而组织科技人员开始了电子数字计算机的研究。1946年2月，电子数字积分计算机（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学研制成功，它是世界上第一台数字电子计算机。2024/2/27这台名为ENIAC(电子数字积分计算机的缩写）的机器，使用18800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，可谓“庞然大物”也。2024/2/272.电子计算机的发展

自1946年第一台数字电子计算机诞生以来，计算机发展十分迅速，已经从开始的高科技军事应用渗透到了人类社会的各个领域，对人类社会的发展产生了极其深刻的影响。2024/2/27第一代计算机(1946年—1957年)

其主要特征是逻辑器件使用电子管，用穿孔卡片机作为数据和指令的输入设备，用磁鼓或磁带作为外存储器，使用机器语言编程。第一代计算机体积大、运算速度低、存储容量小、可靠性低。几乎没有什么软件配置，主要用于科学计算。其代表机型有：ENIAC、IBM650(小型机)、IBM709(大型机)等。2024/2/272024/2/27第二代计算机(1958年—1964年)

其主要特征是使用晶体管代替了电子管，内存储器采用了磁芯体，引入了变址寄存器和浮点运算硬件，利用I/O处理机提高了输入输出能力。在软件方面配置了子程序库和批处理管理程序，并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高级程序设计语言及相应的编译程序，降低了程序设计的复杂性。其代表机型有：IBM7090、IBM7094、CDC7600等。2024/2/272024/2/27第三代计算机(1965年—1972年)

其主要特征是用半导体、小规模集成电路(IntegratedCircuit——IC)作为元器件代替晶体管等分立元件，用半导体存储器代替磁芯存储器，使用微程序设计技术简化处理机的结构，这使得计算机的体积和耗电量显著减小，而计算速度和存储存量却有较大提高，可靠性也大大加强。在软件方面则广泛地引入多道程序、并行处理、虚拟存储系统和功能完备的操作系统，同时还提供了大量的面向用户的应用程序。计算机开始定向标准化、模块化、系列化，此时，计算机的应用进入到许多科学技术领域。其代表机器有：IBM360系列、富士通F230系列等。2024/2/272024/2/27第四代计算机(1972年—)其主要特征是使用了大规模和超大规模集成电路，大规模、超大规模块集成电路的出现，使计算机沿着两个方向飞速向前发展。一方面，利用大规模集成电路制造多种逻辑芯片，组装出大型、巨型计算机。另一方面，利用大规模集成电路技术，将运算器、控制器等部件集成在一个很小的集成电路芯片上，从而出现了微处理器。完善的系统软件、丰富的系统开发工具和商品化的应用程序的大量涌现，以及通信技术和计算机网络的飞速发展，使得计算机进入了一个大发展的阶段。2024/2/272024/2/27现在很多国家正在研制新一代的计算机，新—代计算机将是微电子技术、光学技术、超导技术、电子仿生技术等多学科相结合的产物。它能进行知识处理、自动编程、测试和排错，以及用自然语言、图形、声音和各种文字进行输入和输出。新—代计算机的研究目标是试图打破计算机现有的体系结构，使得计算机能够具有像人那样的思维、推理和判断能力。已经实现的非传统计算技术有：超导计算、量子计算、生物计算、光计算等。未来的计算机可能是超导计算机、量子计算机、生物计算机、光计算机或纳米计算机、DNA计算机等。2024/2/273.微型计算机的发展微型计算机指的是个人计算机（PersonalComputer,PC），简称微机。其主要特点是采用微处理器（MicroProcessingUnit,MPU）作为计算机的核心部件，并由大规模、超大规模集成电路构成。微型计算机的升级换代主要有两个标志：微处理器的更新和系统组成的变革。微处理器从诞生的那一天起发展方向就是：更高的频率；更小的制造工艺；更大的高速缓存。随着微处理器的不断发展，微型计算机的发展大致可以分为以下几代。2024/2/27

第一代（1971—1973年）是4位和低档8位微处理器时代。典型微处理器产品有Intel4004、Intel8008。集成度为2000晶体管/片，时钟频率为1MHz。第二代（1974—1977年）是8位微处理器时代。典型微处理器产品有Intel公司的Intel8080、Motorola公司的MC6800、Zilog公司的Z80等。集成度为5000晶体管/片，时钟频率为2MHz。同时指令系统得到完善，形成典型的体系结构，具备中断、DMA等控制功能。第三代（1978—1984年）是16位微处理器时代。典型微处理器产品有Intel公司的Intel8086/8088/80286、Motorola公司的MC68

000、Zilog公司的Z8000等。集成度为25000晶体管/片，时钟频率为5MHz。微机的各种性能指标达到或超过中、低档小型机的水平。2024/2/27

第四代（1985—1992年）是32位微处理器时代。集成度已达到100万晶体管/片，时钟频率达到60MHz以上。典型微处理器产品有Intel公司的Intel80386/80486、Motorola公司的MC68020/68040、IBM公司和Apple公司的PowerPC等。第五代（1993年至今）是64位奔腾（Pentium）系列微处理器的时代，典型微处理器产品有Intel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的AMD的K6系列微处理器芯片。它们内部采用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。随着MMX（MultiMediaeXtension）微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶。目前已向双核和多核处理器发展。2024/2/274.计算机的发展趋势

多极化网络化化多媒体化智能化新型化2024/2/27拥有最强的并行计算能力，主要用于科学计算。在气象、军事、能源等领域承担大规模、高速度的计算任务。趋势是用许多台计算机构成一台超级计算机。巨型计算机83年银河-I亿次机92年银河-II10亿次机97年银河-III百亿次机2024/2/27大中型计算机具有比小型机更强的数据处理能力。价格比小型机高。在银行等最早使用计算机的行业中广泛使用。中科院计算技术研究所国家智能机中心研制的每秒200亿次的曙光2000型超级服务器2024/2/27小型计算机具有比微机更强的数据处理能力和数据存储能力。多个用户可以同时使用（多用户，Multi-user）。目前主要用作服务器。2024/2/27微型计算机（微机，Microcomputer）台式计算机（Desktop）是通用计算机。通常是由一个用户来使用（单用户，Single-user）。配有文字、声音、图像等输入输出设备。可通过网络与其他计算机相连。高档台式机可充当服务器。2024/2/27微型计算机（微机，Microcomputer）

膝上型电脑（Laptop）/笔记本计算机（Notebook）

功能与台式机类似。一体化结构。耗电更少，并配有电池，可在没有交流电源的场合使用。可装在文件包中。2024/2/27微型计算机（微机，Microcomputer）

掌上型电脑（Palmtop）、个人数字助理（PDA,PersonalDigitalAssistant）

向用户提供专门的功能。靠电池供电。可装在衣袋中。有些已具有无线通信能力。是嵌入式计算机的一类。2024/2/27工作站（Workstation）以联网为标志。计算能力比台式机更强，特别是在图形处理方面。价格比台式机高得多。随着台式机能力的不断提高，有可能被台式机所替代。2024/2/27服务器（Server）

一种在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备。可分为文件服务器、通信服务器、打印服务器等。IBMz系列z900服务器IBMz系列z990服务器2024/2/27网络计算机（netcomputer）一种在网络环境下使用的终端设备，其特点是内容量大、显示器的性能高、通信功能强，但本机中不一定配置外存，所需要的程序和数据存储在网络的服务器中。网络计算机

2024/2/271.2.2计算机的应用领域科学研究和科学计算信息传输和信息处理生产过程的自动化控制和管理自动化计算机辅助工程办公自动化数据通信智能应用嵌入式系统2024/2/27531.3计算机模型1.3.1图灵模型

TURINGMODEL

AlanTuring（阿兰.图灵）1912.6.23-1954.6.7英国数学家、逻辑学家、密码破译专家、计算机之父、人工智能之父

1931年进入剑桥大学国王学院，毕业后到普林斯顿大学攻读博士，二战爆发后回到剑桥，后曾协助军方破解德国著名密码系统Enigma，帮助盟军取得了二战胜利1936年，图灵发表重要论文《论可计算数及其在判定问题上的应用》，提出“算法”和“计算机”两个核心概念（computingmachines）1950年，图灵发表题为“机器能思考吗”的论文，成为划时代之作2024/2/27541.3.1图灵模型

AlanTuring在1937年首次提出了一个通用计算设备的设想。设想所有的计算都可能在一种特殊的机器上执行，这就是现在提出的图灵机Turingmachine.

图灵机不是一种具体的机器，而是一种思想模型，可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，用来计算所有能想象得到的可计算函数。他将该模型建立在人们进行计算过程的行为上，并将这些行为抽象到用于计算的机器的模型中，这才真正改变了世界。2024/2/2755数据处理器Dataprocessors

在讨论图灵模型之前，首先把计算机定义成一个数据处理器。依照该定义，可以认为计算机是一个输入数据、处理数据并产生输出数据的黑盒。数据处理模型尽管该模型能够体现现代计算机的功能，但其定义还是太广泛。

按照这种定义，也可以认为便携式计算器是计算机。

(按照字面意思，它也符合定义的模型).

没有说明处理的类型和数量，专用机？通用机？2024/2/2756可编程数据处理器Programmabledataprocessors

图灵模型是一个适用于通用计算机的更好模型.该模型添加了一个额外的元素（程序）到不同的计算机器中.程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合.

基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器2024/2/2757相同的程序，不同的数据2024/2/2758相同的数据，不同的程序2024/2/2759通用图灵机TheuniversalTuringmachine

通用图灵机是对现代计算机的首次描述，该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。一台很强大的计算机和通用图灵机能进行同样的运算。我们所需要的仅仅是为这两者提供数据以及用于描述如何做运算的程序.实际上，通用图灵机能够做任何可计算的运算.2024/2/27601.3.2冯.诺依曼模型

VONNEUMANNMODEL

基于通用图灵机建造的计算机都是在存储器中储存数据。在1944–1945年期间,JohnvonNeumann冯.诺依曼指出,鉴于程序和数据在逻辑上是相同的,因此，程序也能储存在计算机的存储器中.2024/2/2761读书过目不忘．一生掌握七种语言．最擅德语1921-1923在苏黎世联邦工业大学学习．1926年获得布达佩斯大学数学博士学位1927-1929在柏林大学和汉堡大学任教1930普林斯顿大学客座教授，1931年他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授1933年转到该校的高级研究所，成为最初六位教授之一，并在那里工作了一生．JohnVonNeumann（约翰·冯·诺依曼）1903.12.28-1957.2.8美籍匈牙利人数学家、化学家、物理学家、发明家、计算机专家

2024/2/2762基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统:存储器memory、算术逻辑单元arithmeticlogicunit,控制单元controlunit、输入输出单元input/output四个子系统Foursubsystems

Figure1.5冯.诺依曼模型2024/2/2763存储器：用来存储的区域。在计算机的存储过程中，用来存储程序和数据。算术逻辑单元:进行计算和逻辑运算。控制单元:对存储器、ALU、I/O等子系统进行控制操作。输入输出单元:输入子系统负责从计算机外部接收输入数据和程序。输出子系统负责将计算机的处理结果输出到计算机外部。四个子系统Foursubsystems

2024/2/2764冯诺依曼模型要求程序必须存储在内存中.与早期只有数据才存储在存储器中的计算机结构完全不同:完成某一任务的程序是通过操作一系列的开关或改变其配线来实现的.现代计算机的存储单元主要用来存储程序及其响应数据。这意味着数据和程序应该具有相同的格式，这是因为它们都储存在存储器中.实际上，它们都是以二进制模式存储在内存中的（0和1序列）存储的程序概念Thestoredprogramconcept

2024/2/2765冯诺依曼模型中的一段程序是由一组数量有限的指令组成.控制单元从内存中提取一条指令，解释指令，执行指令.换句话说，指令就一条接着一条按顺序执行.一条指令可能会请求控制单元以便跳转到其前面或者后面的指令去执行，但这并不意味着指令没有按照顺序来执行.指令的顺序执行是基于冯诺依曼模型的计算机的初始条件.当今的计算机以最高效的顺序来执行程序.指令的顺序执行Sequentialexecutionofinstructions

2024/2/2766计算机组成

COMPUTERCOMPONENTS

我们可以认为计算机由三大部分组成:计算机硬件computerhardware,数据data,计算机软件computersoftware.2024/2/2767当今计算机硬件基于冯诺依曼模型，包含四部分，尽管可以有不同类型的存储器、不同类型的输入/输出子系统等。在第3章我们将详细讨论计算机模型.计算机硬件Computerhardware

2024/2/2768冯诺依曼模型将一台计算机定义为一台数据处理机。它接收输入数据，处理并输出相应的结果。存储数据：冯诺伊曼模型并没有清楚定义数据应如何存储在计算机中。如果一台计算机是电子设备，最好的存储方式是电子信号，电子信号的出现和消失可用0、1表示。（日常使用的数据，其他类型的数据）组织数据：在将数据存储到计算机之前，能否有效的将数据组织成不同的实体和格式？数据Data2024/2/2769图灵或冯诺依曼模型的主要特征是程序的概念.尽管早期的计算机并没有在存储器中储存程序，但它们还是使用了程序的概念.编程在早期计算机中体现为对系列开关的开闭和配线的改变.编程在数据实际开始处理之前，是由操作员或工程师完成的.计算机软件Computersoftware

2024/2/2770存储器中的程序和数据2024/2/2771

由指令组成的程序2024/2/27冯•诺依曼思想：(1)由二进制替代十进制。(2)采用存储程序的思想。(3)把计算机从逻辑上划分为5大部分，即运算器、控制器、存储器、输入/输出设备。2024/2/27冯•诺依曼计算机的基本特点

(1)采用存储程序方式。(2)存储器是按地址访问的线性编址的惟一结构。(3)指令由操作码和地址码组成。(4)通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。(5)机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都经过运算器。(6)数据以二进制表示。2024/2/27计算机的五大部件

2024/2/271.运算器

运算器又称算术逻辑单元(ArithmeticLogicUnit——ALU)，是计算机对数据进行加工处理的部件，它的主要功能是对二进制数码进行加、减、乘、除等算术运算和与、或、非等基本逻辑运算，实现逻辑判断。运算器是在控制器的控制之下实现其功能的，运算结果由控制器发出的指令送到内存储器中。2024/2/272.控制器控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器等组成，控制器是用来控制计算机各部件协调工作，并使整个处理过程有条不紊地进行。基本功能就是从内存中取指令和执行指令，即控制器按程序计数器指出的指令地址从内存中取出该指令进行译码，然后根据该指令功能向有关部件发出控制命令，执行该指令。另外，控制器在工作过程中，还要接受各部件反馈回来的信息。通常把运算器、控制器做在一个大规模集成电路块上称为中央处理器，又称CPU(CentralProcessingUnit)。2024/2/273.存储器存储器是计算机的记忆装置，用于存放原始数据、中间数据、最终结果和处理程序。向存储器里存入信息也称为“写入”，写入新的内容则覆盖了原来的旧内容。从存储器里取出信息，也称为“读出”，信息读出后并不破坏原来存储的内容，因此信息可以重复取出，多次利用。存储器可分为两种：内存储器与外存储器。通常把内存储器、运算器和控制器合称为计算机主机，也可以说主机是由CPU与内存储器组成的，而主机以外的装置称为外部设备，外部设备包括输入/输出设备，外存储器等。2024/2/274.输入/输出设备输入/输出设备简称I/O(Input/Output)设备。用户通过输入设备将程序和数据输入计算机，输出设备将计算机处理的结果(如数字、字母、符号和图形)显示或打印出来。常用的输入设备有：键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪等；常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪等。2024/2/271.4计算机应用系统的计算模式

计算机应用系统中数据与应用程序的分布方式称为计算机应用系统的计算模式。自世界上第一台计算机诞生以来，计算机作为人类信息处理的工具已有半个多世纪，在这一发展过程中，计算机应用系统的模式发生了几次变革，它们分别是：单主机计算模式、分布式客户/服务器计算模式（Client/Server，C/S）和浏览器/服务器计算模式（Browser/Server，B/S）。随着计算机和相关技术的进一步发展，还会产生新的计算模式。2024/2/271.4.1单主机计算模式1985年以前，计算机应用系统一般是单台计算机构成的单主机计算模式，在这个计算模式下，主机不需要通过网络获得服务，全部利用自己本机的软、硬件资源（CPU，内存等）完成计算任务。单主机计算模式又可细分为两个阶段：（1）单主机计算模式的早期阶段，系统所用的操作系统为单用户操作系统。系统一般只有一个控制台（单主机—单终端），限单独应用，如劳资报表统计等。（2）分时多用户操作系统的研制成功及计算机终端的普及，使早期的单主机计算模式发展成为单主机—多终端的计算模式。在单主机—多终端的计算模式中，用户通过终端使用计算机，每个用户都感觉好像是在独自享用计算机的资源。2024/2/271.4.2分布式客户/服务器计算模式20世纪80年代，个人计算机的发展和局域网技术逐渐趋于成熟，使用户可以通过计算机网络共享计算机资源，计算机之间通过网络可协同完成某些数据处理工作。虽然个人计算机的资源有限，但在网络技术的支持下，应用程序不仅可利用本机资源，还可通过网络方便地共享其他计算机的资源，在这种背景下分布式客户/服务器（C/S）的计算模式形成了。2024/2/27

在分布式客户/服务计算器模式中，网络中的计算机被分为两大类：一是用于向其他计算机提供各种服务（主要有数据库服务、打印服务等）的计算机，统称为服务器；二是享受服务器所提供的服务的计算机，称为客户机。客户机一般由微机承担，运行客户应用程序。应用程序被分散地安装在每台客户机上，这是C/S模式应用系统的重要特征：部门级和企业级的计算机作为服务器运行服务器系统软件（如数据库服务器系统、文件服务器系统等），向客户机提供相应的服务。2024/2/27在C/S模式中，数据库服务是最主要的服务，客户机将用户的数据处理请求通过客户机的应用程序发送到数据库服务器，数据库服务器分析用户请求，实施对数据库的访问与控制，并将处理结果返回给客户机。在这种模式下，网络上传送的只是数据处理请求和少量的结果数据，网络负担较小。C/S模式是一种较成熟且应用广泛的企业计算模式，其客户端应用程序的开发工具也较多，这些开发工具分为两类：一类是针对某一种数据库管理系统的开发工具（如针对Oracle的Developer2000），另一类是对大部分数据库系统都适用的前端开发工具（如PowerBuilder、VisualBasic、VisualC++、Delphi、C++Builder、Java等）。2024/2/271.4.3浏览器/服务器计算模式

浏览器/服务器计算模式（B/S）最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的计算机就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易，只要能上网，再由系统管理员分配一个用户名和密码，就可以使用了。B/S模式采用三层架构，在这个架构中，将C/S架构中的服务器端进一步深化，分解成应用服务器（Web服务器）和多个数据库服务器，同时简化C/S中的客户端，将客户端的计算功能移至Web服务器上，仅保留其表示功能，从而成为一种由表示层（Browser）、功能层（Web服务器）与数据库服务层（DatabaseServer）构成的三层架构。其中表示层负责处理用户的输入和输出；功能层负责建立数据库的连接，根据用户的请求生成访问数据库的SQL语句，并把结果返回给客户端；数据库服务层负责实际的数据库存储和检索，响应功能层的数据处理请求，并将结果返回给功能层。从技术发展趋势看，B/S最终将取代C/S计算模式。但目前来看，在很多网络计算的模式中，出现了B/S和C/S同时存在的混合计算模式。2024/2/271.4.4新的计算模式普适计算网格计算云计算2024/2/271.5计算学科

1.5.1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。2024/2/27

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。2024/2/27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)。2024/2/271.4.3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2024/2/271.4.4计算学科新的应用领域及未来的发展1．Internet带来的深刻影响2．多媒体技术带来的新的应用领域3．嵌入式系统4．人工智能2024/2/271.5计算机科学与技术学科的知识体系

1.5.1计算机科学与技术学科的形成与发展

计算机科学是从电子学、科学、数理逻辑和计算数学的交界处发展起来的。CC2001和CC2002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。2024/2/27CC2001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。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。2024/2/27计算机科学与技术学科定义计算机科学与技术借鉴数学的公理化思想来全面阐述了计算学科的科学问题，抽象、理论和设计三个学科形态，计算学科的核心概念、科学方法等，阐明了计算学科各主领域发展的基本规律及各领域的内在联系，构建了一个系统化、逻辑化的认知模型，让人们清晰透彻地了解了学科脉络，从整体上把握学科的学习研究方法。计算机科学方法论有助于人们正确理解计算学科中所蕴涵的科学思维方法，总结和提升计算学科所积累的各种方法和经验，树立正确的思想原则，把握正确的研究方向。2024/2/27计算机科学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、方法和技术的学科，包括科学与技术两方面。科学侧重于研究现象、揭示规律。技术则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。2024/2/271.5.3计算学科领域的分化及研究范畴

计算学科长期以来被认为代表了两个重要领域，一个是计算科学，另一个是计算机工程。随着科学技术的发展CC2001中将计算学科分为4个领域，分别是计算机科学、计算机工程、软件工程和信息系统。CC2004报告在上述4个领域基础上，增加了信息技术专业学科领域，并预留了未来新发展领域。这5个专业学科领域为：（1）计算机科学（ComputerScience，CS）。（2）计算机工程（ComputerEngineering，CE）。（3）软件工程（Softwa