计算机导论第4 章 计算机科学与技术学科知识体系

第4章计算机科学与技术学科知识体系

本章介绍计算机科学与技术学科的知识结构体系，并对其中的有关问题进行简要说明。

4.1知识体系结构

我们用14个知识领域(area)、若干个知识单元(unit)和一系列知识点(topic)来描述计算机

学科的知识体系。

知识体系结构组织成如下三个层次：知识领域(area)、知识单元(unit)和知识点(topic)。一

个知识领域可以分解成若干个知识单元，一个知识单元又包含若干个知识点。知识体系结构

的最高层是知识领域，表示特定的学科子域。每个知识领域用两个英文字母的缩写表示，例

如，OS表示操作系统，PL表示程序设计语言等。知识体系结构的中间层是知识单元，表示

知识领域中独立的主题(thematic)模块。每一知识单元用知识领域名后加一个数字后缀表示，

例如，0S3是操作系统中有关并发性的知识单元。知识体系结构的最底层是知识点。

表4-1是对计算机科学与技术知识体系的概要总结，它展示了知识领域、知识单元、核

心知识单元及各自所需的最少时间。

表4-1计算机科学与技术学科知识体系

代号知识领域知识单元最少学时

DS离散结构DSI函数、关系和集合；DS2基本逻辑；DS3证明技巧；72核心学时

DS4计数基础；DS5图与树

PF程序设计基础PFI程序设计基本结构；PF2算法与问题求解；PF3基本69核心学时

数据结构；PF4递归；

PF5事件驱动程序设计

AL算法与复杂性AL1算法分析基础；AL2算法策略：AL3基本算法：AL454核心学时

分布式算法；AL5可计算性理论基础；

AR计算机组织与AR1数字逻辑与数字系统；AR2数据的机器级表示；82核心学时

体系结构AR3汇编级机器组织；

AR4存储系统组织和结构：AR5接口和通信；

AR6功能组织；AR7多处理和其他系统结构；AR8性能

提高技术；AR9网络与分布式系统结构

OS操作系统0S1操作系统概述；0S2操作系统原理；0S3并发性；40核心学时

0S4调度与分派；0S5内存管理；0S6设备管理；0S7

安全与保护；0S8文件系统；0S9系统性能评价

PL程序设计语言PL1程序设计语言概论；PL2虚拟机；PL3语言翻译简介；54核心学时

PL4声明和类型；PL5抽象机制;PL6面向对象程序设计;

PL7函数程序设计：PL8语言翻译系统；PL9类型系统；

PL10程序设计语言的语义；PL11程序设计语言的设计

HC人机交互HC1人机交互基础：HC2简单图形用户界面的创建：HC312核心学时

以人为本的软件评估；HC4以人为本的软件开发；HC5

图形用户界面的设计；HC6图形用户界面的编程；HC7

多媒体系统的人机交互；HC8协作和通信的人机交互

NC网络及其计算NC1网络及其计算介绍；NC2通信与网络；NC3网络安48核心学时

全；NC4客户/服务器计算举例；NC5构建Web应用；

NC6网络管理；NC7压缩与解压缩；NC8多媒体数据技

术；NC9无线和移动计算

GV图形学和可视GV1图形学的基本技术；GV2图形系统；GV3图形通信；8核心学时

化计算GV4儿何建模；GV5基本的图形绘制方法；GV6高级的

图形绘制方法；GV7先进技术；GV8计算机动画：GV9

可视化：GV10虚拟现实；GVH计算机视觉

IS智能系统IS1智能系统基本问题；1S2搜索和约束满足：IS3知识表22核心学时

示和知识推理；1S4高级搜索；IS5高级知识表示和知识

推理；IS6主体；IS7自然语言处理技术；IS8机器学习和

神经网络；IS9人工智能规划系统；IS10机器人

IM信息系统IM1信息模型和信息系统；IM2数据库系统：IM3数据模34核心学时

型化；IM4关系数据库；IM5数据库查询语言；IM6关系

数据库设计；IM7事务处理；IM8分布式数据库；IM9

物理数据库设计；IM10数据挖掘；IM11信息存储和信息

检索；IM12超文本和超媒体；IM13多媒体信息和系统；

IM14数字图书馆

SE软件工程SE1软件设计；SE2使用API；SE3软件工具和环境；SE454核心学时

软件过程；SE5软件需求与规约（规格说明）；SE6软件

确认；SE7软件演化；SE8软件项目管理；SE9基于构件

的计算；SE10形式化方法；SE1I软件可靠性；SE12特定

系统开发

SP社会与职业问SP1信息技术史；SP2信息技术的社会环境：SP3分析方11核心学时

题法和分析工具；SP4职业责任和道德责任；SP5基于计算

机的系统的系统风险和责任；SP6知识产权；SP7隐私和

公民自由；SP8计算机犯罪；SP9与信息技术相关的经济

问题

CN数值计算科学CN1数值分析：CN2运筹学：CN3建模与模拟：CN4高

性能计算

4.2知识体系结构简介

本节描述计算机科学与技术专业本科阶段课程所包含的知识领域。下面是14个知识领域

（area）及其中的知识单元（units）和知识点（topics）的描述。在知识单元级，我们根据学科的现状

及未来发展的需要，区分出核心内容和选修内容。凡被列入核心内容的是本学科每个学生所

必须掌握的。它们包含了计算学科的四大分支学科的一些最基础的内容。所列的选修内容可

以由各校根据自己的特点、毕'也生的就业主要面向等因素来选择。当然，根据特殊的需要，

各校在实施中甚至还可以强化一些内容、补充一些内容：如通信、商务、经济、信息安全等。

4.2.1离散结构（DS）

1.内容摘要

离散结构是计算机科学的基础内容。之所以这样说，是因为很少有专家专门从事离散结

构的研究。但计算机的许多领域都要用到离散结构中的概念。离散结构包括集合论、逻辑学、

图论和组合学等重要内容。

数据结构和算法分析与设计中含有大量离散结构的内容。例如：在形式证明、验证、密

码学的研究与学习中要有理解形式证明的能力。图论中的概念被用于计算机网络、操作系统

和编译系统等领域。集合论的概念被用在软件工程和数据库中。

随着计算机科学与技术的日益成熟，越来越完善的分析技术被用于实践，为了理解将来

的计算机科学技术，学生需要对离散结构有深入的理解。

2.知识单元描述

DS1函数、关系和集合（核心）

知识点学习目标

函数（满射，到内的映射，逆函数，复合函数）①举例解释集合、关系和函数的基本术语

关系（自反，对称，传递，等价关系）②举例说明与集合、关系和函数的有关运算

集合（文氏图，补集，笛k儿集，鼎集）③将实例与合适的集合、函数和关系模型关联，并解释有

鸽笼原理关的运算和术语

基数性和可数性④举例说明：基本计数原理，包括对角线原理和鸽笼原理

的用法

DS2基本逻辑（核心）

知识点学习目标

命题逻辑①使用命题逻辑与谓词逻辑的形式化方法

逻辑连接词②说明符号逻辑的形式化工具如何给算法和实际问题建模

真值表③用形式逻辑证明和逻辑推理法解决问题

范式（合取式和析取式）④说明谓词逻辑的重要性和局限性

永真性

谓词逻辑

全称量词和存在量词

假言推理、否定式推理

谓词逻辑的局限性

DS3证明技巧（核心）

知识点学习目标

蕴涵、逆、逆反、置换、非、永假等概念①以实例概述本单元所述的每种证明技巧的基本结构

形式证明结构②论述对给定的问题哪一种证明是最好的

直接证明③将数学归纳法思想与递归及递归定义结构相联系

反例证法④指出数学归纳法与强归纳法的差异，并给出相应的应用

逆反式证明法实例

反证法

数学归纳法

强归纳法

递归数学定义

良序

DS4计数基础（核心）

知识点学习目标

计数变元①计算一个集合的排列和组合，并解释在特定应用中的意

求和与相乘的规则义

包含排斥②叙述Master原理的定义

算术和几何级数③给出各种递归方程的解法

斐波那契（Fibonacci）数列④分析问题以建立相关的递归方程，或指出重要的计数问

排列组合题

基本定义

恒等式

二项式定理

递归关系

实例

Master原理

DS5图与树（核心）

知识点学习目标

树①用实例解释图论基本术语、特性和每种特殊情况

无向图②用实例说明树和图遍历方法的差异

有向图③用图和树给计算机科学中的问题建模

生成树④图和树与数据结构、算法和计数之间的关系

遍历策略

DS6离散概率（这部分内容由基础课“概率统计”完成）

知识点学习目标

有限概率空间①对于如偶然性游戏的基本问题计算事件概率和随机变量

概率度量的期望值

事件②依赖事件与独立事件的差异

条件概率③二项式定理应用于独立事件和贝叶斯规则应用于依赖事

独立性件

贝叶斯规则④将概率工具应用于问题的求解，包括如MonteCarlo随

整型随机变量机方法、算法平均情况分析和散列法

期望

4.2.2程序设计基础（PF）

1.内容摘要

熟练掌握程序设计语言是学习计算机科学与技术大多数内容的前提，教学大纲应要求学

生掌握如何使用一种程序设计语言。建议学生至少应熟练掌握两种程序设计范例。

程序设计基础领域的知识由程序设计基本概念和程序设计技巧组成，这些概念和技巧对

于独立于基本范例的程序设计实践是重要的。这一领域包括的知识单元有程序设计基本概念、

基本数据结构和算法等，这些内容很好地覆盖了计算机科学与技术专业的本科生必须了解和

掌握的整个程序设计的知识范围。其他知识领域如程序设计语言（PL）和软件工程（SE）一—也

包含有和程序设计相关的知识单元，这些知识单元也是计算机科学与技术专业本科教学大纲

中的核心课程。一般来说，这些知识单元可以划归程序设计基础，也可以划归其他的知识领

域。

2.知识单元描述

PF1程序设计基本结构（核心）

知识点学习目标

变量、类型、表达式和语句①分析解释由基本程序结构组成的简单程序（含基本计算、

高级语言的基本语法和语义简单输入输出、条件与重复结构和函数）

输入和输出基础②修改和扩充简单程序

顺序、条件和循环控制结构③设计、实现、测试和查错

函数定义、函数调用和参数传递④按给定的程序设计任务，选择相应的条件和重复结构

程序结构分解基础⑤应用结构化技术分解程序

⑥掌握参数的传递过程

PF2算法与问题求解（核心）

知识点学习目标

问题求解策略①了解算法在问题求解中的重要性

问题求解算法②了解一个好算法的必要特性

算法实现策略③给简单问题设计算法

调试策略④解决简单问题，能用伪代码或程序设计语言实现算法，

算法的概念和特性并对该算法作测试和查错

⑤掌握查错策略

PF3基本数据结构（核心）

知识点学习目标

基本类型①了解基本数据和复合数据的表示和用法

数组②了解数据结构在存储器中的分配和使用

记录③掌握各种数据结构的常见应用

字符串和字符串处理④掌握高级语言实现用户定义数据结构的方法

数据在存储器中的表示⑤了解数据结构实现方法的差异

静态分配、栈式分配和堆式分配⑥能用数组、记录、字符串、链表、栈、队列和哈希表等

运行时的存储器管理数据结构编写程序

指针和引用⑦了解动态数据结构和静态数据结构实现的差异

链式结构⑧数据结构在问题建模中的应用

栈、队列和哈希表的实现策略

树和图的实现策略

数据结构的应用和选择策略

PF4递归(核心)

知识点学习目标

递归的概念①解释递归的概念和递归应用实例

递归数学函数②识别递归定义问题的基本情况和•般情况

递归过程③以类似阶乘问题为例，比较循环和递归求解方法的差异

分治法④解释分治法

回溯法⑤编写、测试、调试简单的递归函数和递归过程

递归的实现⑥解释如何利用栈实现递归

⑦通过实例解释回溯法的求解过程

⑧能确定何时用递归求解

PF5事件驱动程序设计(核心)

知识点学习目标

事件处理方法编写能响应执行中异常情况的代码

事件传播

异常处理

4.2.3算法与复杂性(AL)

1.内容摘要

对计算机科学来说，算法(Algorithm)的概念和应用是至关重要的，计算机程序的核心

是算法。算法是描述求解问题方法的操作步骤或过程集合，从计算机程序的角度来讲，算法

是由若干条指令组成的有穷序列，且满足下述儿条性质：

①输入：有零个或多个由外部提供的量作为算法的输入；

②输出：算法产生至少一个量作为输出；

③确定性：组成算法的每条指令的操作功能是唯一的：

④有限性：算法中每条指令的执行次数和时间是有限的。

早在计算机发明之前，算法就是数学家求解问题的工具。数学家用算法来描述特定问题

的求解方法，例如，数学家给出求解两个整数的最大公约数的具体算法如下：

①令M为两个整数中的较大者，N为两个整数中的较小者；

②用M除以N,令R为余数；

③若R不等于0,则令M等于N,N等于R,返回步骤②继续；若R等于0,则N中的

数值就是两个整数的最大公约数。

算法给出了对求解特定问题方法的指导，人们可以按照算法描述的求解步骤一步一步得

到正确的结果。算法可以在人类之间传递智能，如果我们把人类求解问题的方法设计成计算

机能够理解的算法，然后把这样的算法传递给计算机，并让计算机执行这样的算法，那么，

计算机就继承了人类计算智能而求解出问题的结果，计算机执行的这个算法就是程序。

算法不等于程序，程序是算法用某种程序设计语言的具体实现。因此，在计算机硬件基

础上，开发程序的第一步就是学习求解特定问题的算法。

2.知识单元描述

AL1算法分析基础（核心）

知识点学习目标

复杂性上界和平均复杂性的渐近分析①解释记号大0,小0,Q和9的用法，以描述算法所做

最佳、最差和平均情况下的复杂性差异的工作量

大o,小o,Q和e符号②用大o,。和e记号表示算法的时间和空间复杂性的渐

标准复杂性类近上界、下界和严格界

性能的经验度量③确定简单算法的时间和空间复杂性

算法时间、空间复杂性的权衡④推导递归关系以描述由递归定义的算法的时间复杂性

用递归关系分析递归算法⑤解决简单的递归关系

AL2算法策略（核心）

知识点学习目标

穷举算法①描述穷举法的缺点

贪心算法②对各种算法（穷举算法，贪心算法，分治算法，回溯法，

分治算法分支界限法和试探法），用人们日常行为的例子来加以说明

回溯法.③实现解决一个合适问题的贪心算法

分支界限法④实现解决•个合适问题的分治算法

试探法⑤用回溯法解决诸如走迷宫这样的问题

模式匹配和字符串/文本匹配算法⑥描述各种试探法的解题方法

数值逼近算法⑦用模式匹配算法分析子字符串

⑧用数值逼近方法解决如求解多项式的根这样的数学问题

AL3基本算法（核心）

知识点学习目标

简单数值算法①实现最常用的二次排序和0（NlogN）算法

顺序查找算法和折半查找算法②对•个应用问题设计一个合适的哈希函数并加以实现

二次排序算法（选择排序，插入排序）③对哈希表设计•个解决冲突的算法并加以实现

复杂度为O（NlogN）排序算法（快速排序，堆排④讨论排序、搜索和哈希的主要算法的计算效率

序，归并排序）⑤讨论那些与计算效率不同的影响算法选择的其他因素，

哈希（Hash）表，包括冲突消解策略如编程时间、维护和输人数据中的特殊应用模式

二叉查找树⑥用基本的图算法解决问题，包括深度优先遍历和广度优

图的表示（邻接表，邻接矩阵）先遍历，单源最短路径和所有的最近点对问路径，传递闭

深度优先遍历、广度优先遍历包，拓扑排序和至少一种最小生成树算法

最短路径算法（Dijkstra和Floyd算法）⑦具有算法评价、选择合适的算法且给出理由以及在指定

传递闭包（Floyd算法）程序设计环境F实现算法的能力

最小生成树（Prim算法和Kruskal算法）

拓扑排序

AL4分布式算法（核心）

知识点学习目标

一致性和选择①解释分布式范例

终止探测②解释一个简单分布式算法

容错③确定何时使用•致性算法或选择算法

稳定性④区分逻辑时钟和物理时钟

⑤描述分布式算法中的事件相对顺序

AL5可计算性理论基础（核心）

知识点学习目标

有限状态自动机①讨论有限自动机概念

上下文无关文法②解释上下文无关文法

易解问题和难解问题③设计•个确定的有限状态自动机接受指定语言

不可计算函数④解释什么叫“•些问题算法不可解”

停机问题⑤举例说明不可计算性的概念

不可计算性的含义

AL6复杂性类：P类和NP类（选修）

知识点学习目标

P类和NP类的定义①定义P类，NP类

NP完全性②解释NP完全性的意义

基本的NP完全问题③通过把已知的NP完全问题归约成要研究的问题来证明

归约技术要研究的问题是NP完全的

AL7自动机理论（选修）

知识点学习目标

确定的有限自动机（DFA）①确定一个语言在Chomsky文法分类结构中的位置（正则

非确定的有限自动机（NFA）集，上下文无关，上下文有关和递归可列枚举语言）

DFA和NFA的等价性②证明•个语言在•个特定的类中并且不能在低层的类中

正则表达式③语言的转换，包括在DFA、NFA和正则表达式间以及

正则表达式的泵引理PDA和CFG之间的相互转换

下推自动机（PDA）④解释自顶向卜.分析和自底向上分析算法（至少各解释一

PDA和上下文无关文法的关系种）

上下文无关文法的特性⑤解释Church-Hiring论题及其重要性

图灵机

非确定的图灵机

集合和语言

Chomsky文法分类

Church-TUring论题

AL8高级算法分析（选修）

知识点学习目标

退火算法分析①为未定数据结构的退火分析算法提供一种方法及其相应

联机算法和脱机算法的函数

随机算法②解释为何竞争分析是联机算法的合适度量标准

动态程序设计③解释随机算法在难以用确定算法或确定的算法更难的设

组合优化计问题中的作用

④用动态程序设计方法实现问题求解

AL9加密算法（选修）

知识点学习目标

密码学史回顾①描述有效的基本数论算法，包括最大公约数算法，模n

私钥密码和密钥交换问题的乘法逆元算法和数的募次算法

公钥密码②描述至少一种公钥密码系统，包括对安全必需的复杂性

数字签名理论的假设

安全协议③使用现有的协议和密码原语，作密码协议的简单扩充

应用（零知识证明，认证系统等等）

AL10几何算法（选修）

知识点学习目标

线段的性质和线段相交性①描述和给出至少两个求凸包算法的时间分析

求凸包算法②验证求凸包算法的复杂度下限是Omega（NlogN）

③描述至少一种其他的有效几何算法,如找最近点对算法，

求凸层算法，求最大层算法

AL11并行算法（选修）

知识点学习目标

PRAM模型①描述PRAM上链表的实现

互斥读写与并发读写②用前置并行操作进行简单的有效并行计算

指针跳转③解释Brent定理和有关方面

Brent定理和工作效率

4.2.4计算机组织与体系结构（AR）

1.内容摘要

本课程介绍计算机系统的组织结构，以冯•诺依曼模型作为教学起点，进而介绍较新的

计算机组织结构体系。作为计算机科学与技术专业的本科生，应当对计算机的内部结构、功

能部件、功能特征、性能以及交互方式有所了解，而不应当把它看作一个执行程序的黑盒子。

学生还应当了解计算机的系统结构，以便在编写程序时能根据计算机的特征编写出更加高效

的程序。在选择计算机产品方面，应当能够理解各种部件选择之间的权衡，如CPU、时钟频

率和存储器容量等。

2.知识单元描述

AR1数字逻辑与数字系统（核心）

知识点学习目标

计算机发展历史回顾①描述计算机系统结构从电子管到超大规模集成电路的发

基本的组成元件（逻辑门，触发器，计数器，寄展过程

存器，PLA）②展示计算机的基本模块的工作原理，及其在计算机系统

逻辑表达式，最小化，寄存器传输的表示，物发展中的历史作用

理特性（门延迟，扇入，扇出）③使用数学表达式描述简单的组合电路和时序电路的功能

计算机的基本组成，硬件结构，软件的概念，④解释典型的冯•诺依曼机器的结构及其主要功能模块

计算机语言及其编译计算机系统结构的概念，⑤用功能模块设计一个简单的电路

性能评价

AR2数据的机器级表示（核心）

知识点学习目标

数值表示和数制①解释使用不同数据表示方式的理由

定点数和浮点数系统②解释原码和补码是如何表示负数的

有符号数的表示方法和基本运算方法③数制及其转换的原理

非数值数据的表示（如字符代码和图象数据）④讨论定长数据表示如何影响数据表示的精度

系统可靠性与纠错码⑤描述非数值数据在计算机内部的表示方法

数据运算器的结构⑥描述字符、字符串、记录和数组在计算机内部的表示方

法

AR3汇编级机器组织（核心）

知识点学习目标

指令格式①概述机器指令和汇编指令的表示方式

数据的存储方式与寻址方式②解释不同的指令格式，如不同的地址码数量和不同的指

指令集及其分类（数据操作，控制，输入输出）令的长度

子程序调用和返回机制③编写简单的汇编语言程序段

汇编语言和机器语言编程基础④解释高级语言的结构如何在机器语言层次上表示

⑤解释在汇编层次上如何实现子程序的调用

AR4存储系统组织和结构（核心）

知识点学习目标

存储器件类型及其工作原理①识别存储技术的主要类型

主存储器的组织和操作②解释访问存储的时间延迟效应

存储器的延迟，工作周期，带宽提高和交叉存③解释层次化存储器在减少实际访存延迟上的应用

储技术④描述存储管理的原理

层次化存储系统⑤描述cache和虚拟存储器的作用

高速缓冲存储器（地址映射，块大小，替换和更⑥解释具有虚拟存储器管理的系统的工作原理

新机制）

虚拟存储器（页表，TLB快表）

AR5接口和通信（核心）

知识点学习目标

输入输出基本原理，信号交换，缓冲存储①解释中断是如何用于实现I/O控制和数据传输的

程序控制I/O,中断驱动I/O,DMA②认识计算机系统中的各种类型的总线

中断结构，向量化和优先级化，中断识别③描述从磁盘上进行数据访问的过程

外部存储器的物理组织及驱动④描述RAID系统结构的优点及其实现方法

总线和总线协议，仲裁机构和直接存储器存取⑤描述接口中如何支持多媒体数据的传输

（DMA）

多媒体支持

RAID系统结构

AR6功能组织（核心）

知识点学习目标

简单的数据通路实现①解释指令在典型的冯♦诺依曼计算机上的指令过程

控制单元，硬连线实现和微程序实现②解释中断的基本概念

指令读取、解码和执行③比较各种数据通路的构成

异常与中断④讨论控制点的概念，以及用硬连线和微程序生成控制信

指令流水技术，指令级并行（ILP）技术与循环级号的方法

并行技术⑤解释基本的指令级并行性，及其数据相关性

AR7多处理和其他系统结构（核心）

知识点学习目标

SIMD,MIMD,VLIW和EPIC①讨论在传统的冯•诺依曼上进行并行处理的概念

网络互联（超立方体，混洗交换，网格结构，交②描述其他系统结构，如SIMD、MIMD和超长指令字

叉开关结构）③解释互连网络的概念以及各种互连网络结构的特点

共享存储系统④讨论多处理机系统的特殊问题，包括存储器管理，描述

cache♦致性如何解决这些问题

存储模型和存储一致性

AR8性能提高技术（选修）

知识点学习目标

超标量体系结构①描述超标量系统结构及其优点

分支预测②解释分支预测的概念及其效果

指令预取③描述指令预取的代价及其好处

推测执行④解释推测执行的原理

多线程⑤讨论多线程系统结构的性能优势及其实现上的困难

AR9网络与分布式系统结构（选修）

知识点学习目标

LAN与WAN①解释基本的网络构成原理，以及LAN与WAN的区别

网络的分层协议②讨论网络层次化协议的设计问题

分布式算法对系统结构的影响③解释网络系统与分布式系统的区别

网络计算④讨论与网络计算和分布式多媒体有关的问题。

分布式多媒体

4.2.5操作系统（OS）

1.内容摘要

操作系统是硬件性能的抽象，人们通过它来控制硬件。它也进行计算机用户间的资源分

配工作。这门课主要讲述影响现代操作系统设计的各种因素及实际操作。

近些年来操作系统和其抽象机制相对手应用软件变得更加复杂，这就要求学生在系统学

习内部算法实现和数据结构之前对操作系统有比较深入的理解。因而课程设置不仅强调了操

作系统的使用（外部特性），更强调它的设计和实现（内部特性）。操作系统中的许多思想也可用

于计算机的其他领域，如并发程序设计、算法设计和实现、虚拟环境的创建、安全系统的创

建及网络管理等。

2.知识单元描述

OS1操作系统概述（核心）

知识点学习目标

操作系统的作用和目的①阐述现代操作系统的目标和功能

操作系统的发展历史②介绍操作系统如何从最早的批处理系统发展成为复杂的

操作系统的特征和功能多用户系统

支持客户一服务器模型和手提设备的机制③分析操作系统设计中存在的平衡问题

有关有效性、健壮性、灵活性、可移植性、安④介绍最新操作系统在使用方便、运算效率、演化能力方

全性、兼容性的设计问题面的功能

安全性、网络化、多媒体、视窗所带来的影响⑤分析讨论网络操作系统、客户——服务器操作系统、分

布式操作系统及它们与单用户操作系统的不同之处

⑥充分认识对操作系统的潜在威胁，以及所需采取的安全

防范措施

⑦介绍公开源程序和Internet的广泛使用等方面对操作系

统设计带来的影响

OS2操作系统原理（核心）

知识点学习目标

结构化方法（整体的、分层的、模块化的、微内①阐述逻辑层的概念

核模型）②阐述在分层模式下建立抽象层的好处

抽象、进程、资源③说明应用程序接口（API）和中间件的需求

应用程序接口（API）的基本概念④解释计算资源是如何被应用软件使用，被系统软件管理

应用的需求以及软、硬件技术的发展⑤比较操作系统中的用户态和核心态

设备的组织⑥论述使用中断处理的优缺点

中断的方法和实现⑦比较几种构造操作系统结构的方法，如：面向对象、模

用户系统状态及其保护，以及用户/系统状态转块化、微内核、分层

换到核心态的原理⑧论述设备队列和输入输出驱动队列的用途

OS3并发性（核心）

知识点学习目标

状态和状态图①阐述操作系统框架中的并发需求

就绪队列、进程控制块等的结构②演示由于并行处理多个独立任务而可能引起运行问题

调度和状态转换③总结可以使用操作系统去实现并发系统的机制范围，并

中断的作用论述它们的优点

并发执行的优点和缺点④阐述一个任务所要经过的各种不同的状态和多任务管理

互斥问题和•些解决的方法所需要的数据结构

死锁的产生、条件及其预防措施⑤总结操作系统中互斥问题的各种解决方法

信号量、监控、条件变量、聚集的模型和机制⑥解释在操作系统中为了支持并发而采用的中断、分派、

生产者一消费者问题和同步状态转换的理由

多处理器自旋锁定和重入的问题⑦为简单问题域建立状态图和转换图

⑧讨论在管理并发过程中使用的数据结构（如：堆栈，队列）

⑨论述产生死锁的条件

OS4调度与分派（核心）

知识点学习目标

抢占和非抢占调度①比较操作系统中采用的抢占和非抢占的任务调度常用算

调度和策略法，比如：优先级、性能比较、平均分配

进程和线程②论述调度算法和应用领域的关系

里程碑和实时问题③论述处理器调度的不同类型，如短期、中期、长期和I/O

④论述进程和线程的区别

⑤比较静态和动态实时调度方法

⑥论述抢占调度和底线调度的需求

⑦找出逻辑上嵌入在调度算法中可用于其他与计算无关的

领域（如磁盘1/0、网络调度、工程项目调度，以及其他与

计算无关的问题等）的方法

OS5内存管理（核心）

知识点学习目标

物理内存和内存管理硬件的回顾①阐述内存层次和费用一性能折衷

覆盖、交换、分区②论述虚拟内存的原理及如何在硬件和软件中实现

内存分页和分段③总结适用于高速缓存、内存分页、分段虚拟内存的原理

分配和淘汰策略④评估内存（主存、高速缓存、辅存）的大小和处理器速度

工作集和系统颠簸的权衡

高速缓存⑤讲解分配内存的不同方法，并举例说明它们各自的优点

⑥论述使用高速缓存的原因

⑦比较内存分页和分段技术

⑧论述系统颠簸的原理、产生的原因以及发现和解决问题

的技术

⑨分析几种不同的内存分配技术，包括：覆盖、交换、分

配和淘汰策略

OS6设备管理（核心）

知识点学习目标

串行和并行设备的特点①阐述串行和并行设备的主要区别，并且了解在什么情况

设备的分类卜.用哪种设备更合适

缓冲策略②掌握操作系统中的物理硬件和虚拟设备之间的关系

直接存储器访问（DMA）③论述缓冲及其实现方法

故障恢复④区分从设备（包括：手提设备、网络、多媒体）到计算机

的接口机制，并阐述它们与操作系统设计相关的部分

⑤论述直接内存访问的优点和缺点，并指出其使用的环境

⑥认识故障恢复的需求

⑦设计一个简单的设备驱动器程序

OS7安全与保护（核心）

知识点学习目标

系统安全概论①认识安全和保