虞慧群 yhq@ecust.edu.cn http://cs.ecust.edu.cn/~yhq/ 计算机科学与技术专业概论 虞慧群 yhq@ecust.edu.cn http://cs.ecust.edu.cn/~yhq/

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1 虞慧群 yhq@ecust.edu.cn http://cs.ecust.edu.cn/~yhq/
计算机科学与技术专业概论 虞慧群

2 专业与专业概论 您的专业 = The beef 专业概论 = The beef advertisment 不要将两者混淆

3 计算机科学奠基人 阿伦·图灵（Alan Turing，1912～1954），英国数学家、逻辑学家
图灵机：种描述计算过程的数学模型 图灵测试：证明机器有智慧的最佳测试方法 图灵奖 ：“计算机领域的诺贝尔奖” 约翰·冯·诺依曼（John von Neumann，1903－1957），美藉匈牙利人 ，杰出的数学家 冯·诺依曼结构（存储程序式计算机）： 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

4 计算机变迁 第一代计算机（1946年～1957年） 第二代计算机（1958年～1964年） 第三代计算机（1965年～1971年）
真空管制造电子元件，利用穿孔卡作为主要的存储介质。 代表:UNIVAC－I是第一代计算机的，它是继ENIAC之后由莫奇利和埃克特再度合作设计的。 第二代计算机（1958年～1964年） 使用晶体管、利用磁芯制造内存，利用磁鼓和磁盘取代穿孔卡作为主要的外部存储设备。 第三代计算机（1965年～1971年） 用集成电路代替晶体管；使用硅半导体制造存储器 广泛使用微程序技术简化处理机设计 操作系统开始出现 系列化、通用化和标准化是这一时期计算机设计的基本思想。

5 计算机变迁（续） 第四代计算机（1972年至今） 新一代计算机
采用了大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路；使用集成度更高的半导体元件做主存储器。在此期间，微处理器产生并高速发展，个人微型计算机市场迅速扩大。第四代计算机在体系结构方面的发展引人注目，发展了并行处理机、分布式处理机和多处理机等计算机系统。同时巨型、大型、中型和小型机也取得了稳步的进展。计算机发展呈现出网络化和智能化的趋势。 新一代计算机 知识信息处理系统是从外部功能方面模拟人脑的思维方式，使计算机具有人的某些智能，如学习和推理的能力。 神经网络计算机则从内部结构上模拟人脑神经系统，其特点是具有大规模的分布并行处理、自适应和高度容错的能力。 生物计算机是使用以人工合成的蛋白质分子为主要材料制成的生物芯片计算机。生物计算机具有生物体的某些机能，如自我调节和再生能力等。

6 计算机与商业 商业信息化: 商业贸易利用信息化设备和技术，优化商业经营模式、管理和营销。
电子商务系统是由企业内部网（Intranet）、企业外部网（Extranet）、Internet三部分组成。 要完成一个商务流程，通常需要供应商、生产商及消费者三个角色共同完成。 电子商务系统

7 计算机与教育 计算机在教育领域的典型应用有现代远程教育、计算机辅助教学、虚拟现实技术、数字图书馆等。
校园网：在学校中组建校园网就是将校园内各种信息资源，例如服务器、工作站等设备与其上运行的程序、数据库等，通过高性能的网络设备连接起来，使学校的教学、科研、管理能够在网上运行。 计算机辅助教学CAI（Computer-Aided Instruction）：是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。 虚拟现实技术VR（Virtual Reality）：是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境。

8 计算机与政务 电子政务 将政府的信息发布、管理、服务、沟通功能向国际互联网上迁移的系统解决方案。
电子政务相关的行为主体主要有三个：政府部门、企(事)业单位、社会公众。三者通过公共政务办公与电子政务平台建立沟通。 电子政务业务模型

9 计算机与医疗 医学决策支持系统是利用计算机分析病人数据，加以归纳、推论之后，向医疗人员提出诊断、治疗或处置建议。
医疗信息系统的研究以建立计算机病历 (Computerized Patient Record) 及临床工作站 (Physician Workstation) 为主要方向，其目的在于使整个医疗流程与计算机紧密结合，使得病人的临床数据能精确并完整地记录在计算机中。 医学影像处理牵涉到利用计算机来储存、传送、强化及分析X-ray、CT、MRI等各种医学影像，使得这些医学影像可以提供更高品质的诊断价值。 远程医疗系统能远距离传送医疗信息，并使专家和医生能远距离对患者进行病情诊断、处理、治疗及至手术和紧急救助。

10 计算机与农业 农业信息化是指利用以计算机为主导的现代信息技术为农业产供销及相关的管理和服务提供有效的信息支持，并提高农业的综合生产力和经营管理效率的相关产业的总称。农业信息化大致可以划分为三种类型：农业基础设施装备信息化，农业技术操作全面自动化和农业经营管理信息网络化。 数字农业是农业信息化的核心和具体表现形式。其主要包括农业要素（生物要素、环境要素、技术要素、社会经济要素）的数字信息化、农业过程的数字信息化（数字化实施，数字化设计）以及农业管理的数字信息化。

11 计算机与娱乐 艺术创作：音乐创作、舞蹈创作、美术创作、摄影创作等。 电影制作：惊险特技镜头、镜头的合并、人物的变形等降低了影片的制作成本。
视频点播系统：系统的中央计算机中的大型数据库存储了大量的影视节目，由专用软件负责对影视节目数据库进行维护，并实时地响应用户的点播请求。 多媒体娱乐：多媒体技术、动画技术以及网络技术使得计算机能够以图像与声音的集成形式向人们提供最新的娱乐方式。

12 计算机科学发展趋势 “高”：计算机的性能越来越高，速度越来越快。将成千上万个处理机连接到一起构成一台并行计算机，就如同组织成千上万名工人生产一个产品一样，是非常困难的，其关键技术是各处理机之间的通信和协调。管理计算机的关键就是操作系统，所以操作系统也在向更高的方向发展。 “广”：计算机发展趋势是无处不在，即在广度上发展开拓。近年来更明显的趋势是网络化及向各个领域的渗透，即人们研究的“普适计算”（Pervasive Computing）。有人预言：未来的计算机可能像纸张一样便宜，可以一次性使用，计算机将成为人们最常用的日用品。 “深”：信息的智能化方向发展，海量数据挖掘、自然语言处理、智能感知等。

13 无处不在的计算 普适计算 大量计算机共享，其中数百台计算机可以在几分钟的因特网浏览中被访问，其它计算机则嵌入在墙壁、椅子、衣服、电灯开关、汽车等一切东西中。基本特征是深度的嵌入计算。 技术支撑 计算 通信 控制

14 物联网概念 物联网(The Internet of things)的概念是在1999年由MIT提出的，它的定义为：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。 国际电信联盟曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。 物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。 国际电信联盟2005年一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。 1 14

15 物联网层次结构

16 IT不再重要 2003年5月，美国《哈佛商业评论》刊载了本书作者尼古拉斯·卡尔题为《IT 不再重要》的文章。这篇文章的问世在产业界引起了轩然大波，一场质疑IT价值、触及整个IT业命运的世纪论战由此开火。 【美】 尼古拉斯·卡尔 著 2008 核心观点 推动社会变革的技术不断产生，信息技术正在主导当前的变革 信息技术本身正在发生变革，云计算是信息变革的制高点 结 论 云计算的发展导致IT技术将成为普遍的廉价的公共资源，对于所有人都是一致的，因而IT不再具有（核心）竞争优势，正是从这个意义上讲，“IT不再重要”。

17 爱迪生电厂v.s.公用电网 爱迪生的思路： 英萨尔的理念：经营公用电厂会最终成为比制造电力设备更重要的生意。 照明设备=发电机+灯泡+附件
通过卖设备来赚钱。……爱迪生灯具公司负责制造灯泡，爱迪生电器公司负责制造发电机，爱迪生电线公司制造生产电线，还有另一家公司出售各种附件。 工业公司会用他的设计和设备自建私人发电厂。电厂越多、设备销售越多。 英萨尔的理念：经营公用电厂会最终成为比制造电力设备更重要的生意。 电力可以满足的需求远比当时已达到的范围要大。 电可以成为一种真实的通用技术。 制造商们获益：廉价、节省劳力、避免技术过时和出故障的风险。

18 信息的“公用电网” “下一场巨大的变革正等待着我们。”
“软件已经不再是人们必定在自己电脑上安装的东西了。软件正在变成一种通过互联网提供的简单服务。” — 比尔盖茨（2005） 企业B 企业A 企业C 互联网 云平台服务商 发电厂 企业自己部署发电设施 企业使用公共电力服务 电力传输网络 门槛（资金、技术、时间、人力等方面） 18

19 云计算的定义 …… 一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。
云计算是一种更友好的业务运行模式，在这种模式中，用户的应用程序运行在共享的数据中心中，用户只需要登录和个性化定制就可以使用这些数据中心的应用程序。 云计算是一种共享的网络交付信息服务的模式，云服务的使用者看到的只有服务本身，而不用关心相关基础设施的具体实现。 ……

20 云计算特征 可以通过互联网获取各种能力, 通过标准方式访问。 基于网络的计算 计算能力以 服务形式提供
服务的提供者与使用者分离，使用者无需拥有IT资产。 供应商的计算资源被集中，不同的物理和虚拟资源可以按需分配。 资源共享 可以快速、弹性地提供计算能力。 快速伸缩性 用户根据自身需求定制服务，支付服务的多少取决于服务内容和服务形式的计量。 按需服务 按使用付费 20

21 (优化的中间件 – 应用服务器、数据库服务器等 )
云计算的形态 混合云 (公共和私有) 私有云 (数据中心 – 内部网) 公共云 (提供商- 互联网) 一切皆服务（XaaS） 基础架构即服务 (IaaS) (虚拟的服务器、存储、网络 ) 软件即服务 (SaaS) (行业应用, CRM, ERP, OA等) 平台即服务 (PaaS) (优化的中间件 – 应用服务器、数据库服务器等 ) 市场例子

22 计算机科学与技术的含义 计算机科学与技术是研究计算机的设计与制造，以及利用计算机进行信息获取、表示、储存、处理和传输的理论、原则、方法和技术的学科。 计算机科学与技术的基本内容可以概括为计算机科学理论、计算机软件、计算机硬件、计算机系统结构、计算机网络、计算机安全和计算机应用技术等领域。根据这些领域的相互关联度，可以分为3个二级学科： 计算机软件与理论 计算机系统结构 计算机应用技术

23 计算机软件与理论 计算机软件与理论主要研究软件开发、维护以及使用过程中所涉及的理论、方法和技术，并探讨计算机科学与技术学科发展的理论基础。主要研究方向包括计算机科学理论和计算机软件，其中： 计算机科学理论包括：软件理论、计算机系统理论、计算机应用技术理论、计算复杂性理论、算法设计与分析等。 计算机软件包括：系统软件、软件自动化、程序设计语言、分布式系统、软件工程与软件工程环境，软件复用与软件构件技术、并行处理与高性能计算、智能软件、网络计算、信息安全、多媒体软件技术等。

24 计算机系统结构 计算机系统结构研究软件与硬件的功能匹配，确定软件与硬件间的界面；研究计算机系统的物理或硬件结构、各组成部分的属性以及各部分的相互联系，包括计算机网络的系统结构。 其主要研究方向包括：高性能先进处理机系统结构、分布式和并行计算机系统、VLSI系统设计、计算机网络与通信、RISC技术、多机系统、计算机仿真和性能评价、智能计算机系统、神经网络计算技术、容错计算技术、计算机器件与设备制造、测试技术、存储技术、计算机接口技术、多媒体系统技术等。

25 计算机应用技术 计算机应用技术着重研究计算机用于各个领域所涉及的原理、方法与技术，它是计算机产业和本学科发展的动力和源泉。
其主要研究方向包括：数据库与信息管理，人工智能、计算机图形学、计算机辅助设计、模式识别、图象处理及计算机视觉、多媒体技术、人机交互技术、计算机模拟与可视化技术、虚拟现实、计算机辅助教学、语言信息处理、基于网络的计算机应用技术、智能控制、智能机器人学、复杂计算机系统、基于网络的多媒体应用技术、多媒体信息处理等。

26 计算机科学与技术 计算机科学的知识体系 计算机科学 计算机硬件 计算机软件 数学 普通物理 电子电路 数字逻辑与数字电路 计算机原理
编译原理 体系结构 计算机网络 人工智能 程序设计 数据结构 高级程序设计 操作系统 算法研究 微积分 线性代数 离散数学 正则语言 与自动机 数理逻辑 图论 概率与统计 计算机科学的知识体系

27 学科形态与过程 理论：定义、公理、定理、证明、结果的解释。理论源于数学，它的研究内容表现在两个方面：一方面是建立完整的理论体系；另一方面是在现有理论的指导下，建立具体问题的数学模型，从而实现对客观世界的理性认识。 抽象：数据采集方法和假设的形式说明、模型构造与预测、实验分析、结果分析。抽象源于现实世界，它的研究内容表现在两个方面：一方面是建立对客观事物进行抽象描述的方法；另一方面是要采用现有的抽象方法，建立具体问题的概念模型，从而实现对客观世界的感性认识。 设计：需求分析、规格说明、设计和实现方法、测试和分析，用来开发求解给定问题的系统。设计源于工程，它的研究内容同抽象、理论一样，也表现在两个方面：一方面是在对客观世界的感性认识和理性认识的基础上，完成一个具体的任务；另一方面是要对工程设计中所遇到的问题进行总结，提出问题，由理论界去解决它。同时，也要将工程设计中所积累的经验和教训进行总结，最后形成方法以便以后的工程设计。

28 学科的基本工作流程 本学科的基本工作流程就是：对现实世界中被研究的对象进行抽象，建立必要的基本概念，运用数学工具和方法对其进行基础和应用基础研究，研究（对象）概念的基本性质、概念与概念之间的关系，由此揭示对象发展变化的内在规律，为实验设计和工程设计实现提供方法和技术，并开展实验和工程设计与实现工作。 其中，抽象（主要指抽象化过程）是理论、抽象和设计三个基本学科形态中最重要的一个形态，它是连接学科科学研究与工程应用开发研究的重要环节。

29 计算机人才类型 学术型人才：主要从事理论研究。即涉及抽象和理论两种形态，他们具有较多理科特征，适宜从事研究成分较多的工作。
工程型人才：从事的工作主要涉及理论和设计两种形态，他们具有较多的工科特征，适宜承担工程设计与实现的任务。 综合型人才：从事的工作全面地涉及抽象、理论和设计三种形态，他们同时具有理科和工科特征。这种人才的能力平均、较全面，适应承担综合性的研究开发工作。 抽象 理论 设计 工程型人才 综合型人才 学科的三种形态和人才类型 学术型人才

30 研究生教育 研究生的教育是在本科教育后更高层次的继续教育。
在硕士研究生的教育中，要加强理论基础的教育和科研能力的训练，使他们能够站在一定的高度去看问题、解决问题，毕业后具有较强的科研能力和工程开发能力，能够在大、中型项目中承担重要的任务。 博士研究生应该具有计算机科学与技术学科的坚实宽广的基础理论与系统深入的专门知识；具有独立从事科学研究工作的能力；在科学和专门技术上做出创造性成果。因此博士研究生的培养要努力做到“新、博、深、实”，要更多地强调科研能力、组织能力、创新能力、把握和开拓研究方向的能力和培养。我们希望他们今后能够成长为学科和学术带头人，能成为大规模工程项目的总工程师，或计算机企业的CEO。

31 三点希望 根本：做人第一 态度：志存高远 方法：脚踏实地

32 祝大家： 生活愉快 学业进步！

33 问答题 班级： 学号： 姓名： 请简述自己感兴趣计算机科学与技术领域是什么，为什么？（150字以内）