沈律
[转载]计算机与计算机科学概述
2018-11-1 08:06
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计算机与计算机科学概述

沈 律

(皖南医学院,芜湖,241002)

 

计算机(computer俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。

硬件系统和软件系统所组成,没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机个人计算机、嵌入式计算机五类,较先进的计算机有生物计算机光子计算机量子计算机等。

计算机发明者约翰··诺依曼。计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一,对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响,并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域,已形成了规模巨大的计算机产业,带动了全球范围的技术进步,由此引发了深刻的社会变革,计算机已遍及一般学校、企事业单位,进入寻常百姓家,成为信息社会中必不可少的工具。

计算机的应用在中国越来越普遍,改革开放以后,中国计算机用户的数量不断攀升,应用水平不断提高,特别是互联网、通信、多媒体等领域的应用取得了不错的成绩。1996年至2009 年,计算机用户数量从原来的630万增长至6710 万台,联网计算机台数由原来的2.9万台上升至5940万台。互联网用户已经达到3.16 亿,无线互联网有6.7 亿移动用户,其中手机上网用户达1.17 亿,为全球第一位。

发展历史

计算工具的演化经历了由简单到复杂、从低级到高级的不同阶段,例如从结绳记事中的绳结到算筹、算盘计算尺、机械计算机等。它们在不同的历史时期发挥了各自的历史作用,同时也启发了现代电子计算机的研制思想。

1889年,美国科学家赫尔曼·何乐礼研制出以电力为基础的电动制表机,用以储存计算资料。

1930年,美国科学家范内瓦·布什造出世界上首台模拟电子计算机。

1946214日,由美国军方定制的世界上第一台电子计算机电子数字积分计算机ENIAC Electronic Numerical And Calculator)在美国宾夕法尼亚大学问世了。ENIAC(中文名:埃尼阿克)是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的,这台计算器使用了17840支电子管,大小为80英尺×8英尺,重达28t(吨),功耗为170kW,其运算速度为每秒5000次的加法运算,造价约为487000美元。ENIAC的问世具有划时代的意义,表明电子计算机时代的到来。在以后60多年里,计算机技术以惊人的速度发展,没有任何一门技术的性能价格比能在30年内增长6个数量级。

·             1代:电子管数字机(1946—1958年)

硬件方面,逻辑元件采用的是真空电子管,主存储器采用汞延迟、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯;外存储器采用的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。

特点是体积大、功耗高、可靠性差。速度慢(一般为每秒数千次至数万次)、价格昂贵,但为以后的计算机发展奠定了基础。

·             2代:晶体管数字机(1958—1964年)

硬件方的操作系统、高级语言及其编译程序。应用领域以科学计算和事务处理为主,并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高(一般为每秒数10万次,可高达300万次)、性能比第1代计算机有很大的提高。

·             3代:集成电路数字机(1964—1970年)

硬件方面,逻辑元件采用中、小规模集成电路MSISSI),主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。特点是速度更快(一般为每秒数百万次至数千万次),而且可靠性有了显著提高,价格进一步下降,产品走向了通用化、系列化和标准化等。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域

·             4代:大规模集成电路机(1970年至今)

硬件方面,逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路(LSIVLSI)。软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。特点是1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生,开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。

由于集成技术的发展,半导体芯片的集成度更高,每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管,并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上、从而出现了微处理器,并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机,就是我们常说的微电脑或PC机。微型计算机体积小,价格便宜,使用方便,但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。另一方面,利用大规模、超大规模集成电路制造的各种逻辑芯片,已经制成了体积并不很大,但运算速度可达一亿甚至几十亿次的巨型计算机。我国继1983年研制成功每秒运算一亿次的银河这型巨型机以后,又于1993年研制成功每秒运算十亿次的银河型通用并行巨型计算机。这一时期还产生了新一代的程序设计语言以及数据库管理系统和网络软件等。

随着物理元、器件的变化,不仅计算机主机经历了更新换代,它的外部设备也在不断地变革。比如外存储器,由最初的阴极射线显示管发展到磁芯磁鼓,以后又发展为通用的磁盘,现又出现了体积更小、容量更大、速度更快的只读光盘(CD—ROM)。

时代

时期

时间

典型计算机

描述

第一代计算机
      
  (电子管)

1946
      
  216

ENIAC

美国宾夕法尼亚大学研制的人类历史上真正意义的第一台电子计算机,占地170平方米,耗电150千瓦,造价48万美元,每秒可执行5000次加法或400次乘法运算。共使用了18000个电子管。

1950

EDVAC

第一台并行计算机,实现了计算机之父.诺伊曼的两个设想:采用二进制和存储程序。

 

第二代计算机
      
  (晶体管)

1954

TRADIC

IBM公司制造的第一台使用晶体管的计算机,增加了浮点运算,使计算能力有了很大提高

1958

IBM 1401

这是第二代计算机中的代表,用户当时可以租用。

 

时期

时间

典型计算机

描述

第四代计算机(大规模和超大规模集成电路)

1970

IBM S/370

这是IBM的更新换代的重要产品,采用了大规模集成电路代替磁芯存储,小规模集成电路作为逻辑元件,并使用虚拟存储器技术,将硬件和软件分离开来,从而明确了软件的价值。

19754

Altair 8800

MITS制造的,带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。

19774

Apple II

NMOS6500 1MHz CPU4KB RAM 16KB     ROM,这是计算机史上第一个带有彩色图形的个人计算机

1981812

IBM PC

采用了主频为4.77MHzIntel 8088CPU,内存64KB,160KB软驱,操作系统是Microsoft提供的MS-DOS

1983119

APPLE LISA

第一台使用了鼠标的电脑,第一台使用图形用户界面的电脑。

198338

IBM PC/XT

采用INTEL8088 4.77MHzCPU256K RAM40K ROM,10MB的硬盘,两部360KB软驱。

19848

IBM PC/AT

采用Intel 80286 6MHzCPU 512KB内存,20MB硬盘和1.2M软驱。

19869

Compaq Desktop PC

采用了Intel 80386 16MHz CPU,640KB内存,20MB硬盘,1.2M软驱,是计算机史上第一台386计算机。


19894

DELL 80486

采用Intel 80486DX CPU 640KB内存,20MB硬盘,1.2M软驱。

1996


基本配置是奔腾或者奔腾MMX CPU32M EDO或者SDRAM内存,2.1G硬盘,14寸球面显示器为标准配置。

1997


基本配置开始向赛扬处理器过渡,部分高档的机器开始使用PentiumII CPU,同时内存也由早期的EDO过渡到SDRAM4.3G左右的硬盘开始成为标准配置。

1998


带有128K二级高速缓存的赛扬处理器成为广大装机者的最爱,同时64M内存和15寸显示器开始成为标准配置。

1999


部分品牌厂商开始将PentiumIII CPU作为电脑的一个卖点,64M内存和6.4G硬盘开始成为电脑的标准配置。

2000


66M100M外频的赛扬处理器占领了大部分品牌或兼容机的市场,128M内存,10G以上的硬盘开始成为标准配置,17寸显示器慢慢进入家庭。

2001年至今


Pentium 4 CPUPentium 4赛扬CPU开始成为电脑的标准配置,内存由SDRAM实现了向DDR的过渡,同时17CRT显示器或者15寸液晶显示器开始成为用户的首选,硬盘逐渐向40G以上的容量发展。


苹果 iMac G5(M9248CH/A)

处理器类型PowerPC G5配置,主频1600MHz以上,内存容量256MB,硬盘容量80GB,显示器类型17”液晶。这是苹果电脑的创新,将主机的部件全部集成到显示器内部。显示器就是一台电脑。

 




机器组成

计算机是由硬件系统hardware system)和软件系统(software system)两部分组成的。

传统电脑系统的硬体单元一般可分为输入单元、输出单元、算术逻辑单元控制单元记忆单元,其中算术逻辑单元和控制单元合称中央处理单元Center Processing Unit,CPU) [1] 

硬件系统

·             电源

电源是电脑中不可缺少的供电设备,它的作用是将220V交流电转换为电脑中使用的5V12V3.3V直流电,其性能的好坏,直接影响到其他设备工作的稳定性,进而会影响整机的稳定性。手提电脑在自带锂电池情况下,为手提电脑提供有效电源。

·             主板

主板是电脑中各个部件工作的一个平台,它把电脑的各个部件紧密连接在一起,各个部件通过主板进行数据传输。也就是说,电脑中重要的交通枢纽都在主板上,它工作的稳定性影响着整机工作的稳定性。

·             CPU

CPU中央处理器,是一台计算机的运算核心和控制核心。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器、寄存器、高速缓存及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。作为整个系统的核心,CPU也是整个系统最高的执行单元,因此CPU已成为决定电脑性能的核心部件,很多用户都以它为标准来判断电脑的档次。

·             内存

内存又叫内部存储器或者是随机存储器RAM),分为DDR内存和SDRAM内存,(但是SDRAM由于容量低,存储速度慢,稳定性差,已经被DDR淘汰了)内存属于电子式存储设备,它由电路板和芯片组成,特点是体积小,速度快,有电可存,无电清空,即电脑在开机状态时内存中可存储数据,关机后将自动清空其中的所有数据。 内存有DDRDDR IIDDR III三大类,容量1-64GB

·             硬盘

硬盘属于外部存储器,机械硬盘由金属磁片制成,而磁片有记忆功能,所以储到磁片上的数据,不论在开机,还是关机,都不会丢失。硬盘容量很大,已达TB级,尺寸有3.52.51.81.0英寸等,接口有IDESATASCSI等,SATA最普遍。移动硬盘是以硬盘为存储介质,强调便携性的存储产品。市场上绝大多数的移动硬盘都是以标准硬盘为基础的,而只有很少部分的是以微型硬盘(1.8英寸硬盘等)为基础,但价格因素决定着主流移动硬盘还是以标准笔记本硬盘为基础。因为采用硬盘为存储介质,因此移动硬盘在数据的读写模式与标准IDE硬盘是相同的。移动硬盘多采用USBIEEE1394等传输速度较快的接口,可以较高的速度与系统进行数据传输。固态硬盘用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片)组成。固态硬盘在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致但是固态硬盘比机械硬盘速度更快。

·             声卡

声卡是组成多媒体电脑必不可少的一个硬件设备,其作用是当发出播放命令后,声卡将电脑中的声音数字信号转换成模拟信号送到音箱上发出声音。

·             显卡

显卡在工作时与显示器配合输出图形、文字,作用是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动,并向显示器提供行扫描信号,控制显示器的正确显示,是连接显示器和个人电脑主板的重要元件,是人机对话的重要设备之一。

·             网卡

网卡是工作在数据链路层的网路组件,是局域网中连接计算机和传输介质的接口,不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配,还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。网卡的作用是充当电脑与网线之间的桥梁,它是用来建立局域网并连接到Internet的重要设备之一。

在整合型主板中常把声卡、显卡、网卡部分或全部集成在主板上。

·             调制解调器

英文名为“Modem”,俗称,即调制解调器,类型

有内置式和外置式,有线式和无线式。调制解调器是通过电话线上网时必不可少的设备之一。它的作用是将电脑上处理的数字信号转换成电话线传输的模拟信号。随着ADSL宽带网的普及,内置式调制解调器逐渐退出了市场。

·             光驱

英文名为“Optical Disk driver”,电脑用来读写光碟内容的机器,也是在台式机和笔记本便携式电脑里比较常见的一个部件。随着多媒体的应用越来越广泛,使得光驱在计算机诸多配件中已经成为标准配置。光驱可分为CD-ROM驱动器、DVD光驱(DVD-ROM)、康宝(COMBO)和DVD刻录机(DVD-RAM)等。读写的能力和速度也日益提升,4× 16× 32× 40× 48×

·             显示器

英文名为“monitor”,显示器有大有小,有薄有厚,品种多样,其作用是把电脑处理完的结果显示出来。它是一个输出设备,是电脑必不可缺少的部件之一。分为CRTLCDLED三大类,接口有VGADVI两类。

键盘

英文名为“Keyboard”,分为有线和无线,键盘是主要的人工学输入设备,通常为104105键,用于把文字、数字等输到电脑上,以及电脑操控。

 

鼠标

英文名为“Mouse”,当人们移动鼠标时,电脑屏幕上就会有一个箭头指针跟着移动,并可以很准确指到想指的位置,快速地在屏幕上定位,它是人们使用电脑不可缺少的部件之一。 键盘鼠标接口有PS/2USB两种。硬件的鼠标分为光电和机械两种(机械已被光电淘汰)。

·             音箱

 

英文名为“Loud speaker”,通过音频线连接到功率放大器,再通过晶体管把声音放大,输出到喇叭上,从而使喇叭发出电脑的声音。一般的电脑音箱可分为22.1 3 .144.15.17.1这几种,音质也各有差异。

·             打印机

 

英文名为“Printer”,通过它可以把电脑中的文件打印到纸上,它是重要的输出设备之一。在打印机领域形成了针式打印机、喷墨打印机、激光打印机三足鼎立的主流产品,各自发挥其优点,满足各界用户不同的需求。

·             视频设备

如摄像头、扫描仪、数码相机、数码摄像机、电视卡等设备,用于处理视频信号。

·             闪存盘

英文名为“Flash disk”,闪存盘通常也被称作优盘,U盘,闪盘,是一个通用串行总线USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品,它采用的存储介质为闪存存储介质(Flash Memory)。闪存盘一般包括闪存(Flash Memory)、控制芯片和外壳。闪存盘具有可多次擦写、速度快而且防磁、防震、防潮的优点。闪盘采用流行的USB接口,体积只有大拇指大小,重量约20克,不用驱动器,无需外接电源,即插即用,不同电脑之间进行文件交流,存储容量从1128GB不等,满足不同的需求。

移动存储卡及读卡器

存储卡是利用闪存(Flash Memory)技术达到存储电子信息的存储器,一般应用在数码相机、掌上电脑、MP3MP4等小型数码产品中作为存储介质,所以样子小巧,犹如一张卡片,所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用,闪存卡有Smart MediaSM卡)、Compact FlashCF卡),Multi Media CardMMC卡),Secure DigitalSD卡)、Memory Stick(记忆棒),TF卡等多种类型,这些闪存卡虽然外观、规格不同,但是技术原理都是相同的。由于闪存卡本身并不能直接被电脑辨认,读卡器就是一个两者的沟通桥梁。读卡器Card Reader)可使用很多种存储卡,如Compact Flash or Smart Media or Microdrive存储卡等,作为存储卡的信息存取装置。读卡器使用USB1.1/USB2.0的传输介面,支持热拔插。与普通USB设备一样,只需插入电脑的USB端口,然后插用存储卡就可以使用了。 按照速度来划分有USB1.1USB2.0以及USB3.0,按用途来划分,有单一读卡器和多合一读卡器。

软件系统

所谓软件是指为方便使用计算机和提高使用效率而组织的程序以及用于开发、使用和维护的有关文档。软件系统可分为系统软件和应用软件两大类。

1系统软件

系统软件System software,由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成,其主要功能包括:启动计算机,存储、加载和执行应用程序,对文件进行排序、检索,将程序语言翻译成机器语言等。实际上,系统软件可以看作用户与计算机的接口,它为应用软件和用户提供了控制、访问硬件的手段,这些功能主要由操作系统完成。此外,编译系统和各种工具软件也属此类,它们从另一方面辅助用户使用计算机。下面分别介绍它们的功能。

1)操作系统(Operating SystemOS

操作系统是管理、控制和监督计算机软、硬件资源协调运行的程序系统,由一系列具有不同控制和管理功能的程序组成,它是直接运行在计算机硬件上的、最基本的系统软件,是系统软件的核心。操作系统是计算机发展中的产物,它的主要目的有两个:一是方便用户使用计算机,是用户和计算机的接口。比如用户键入一条简单的命令就能自动完成复杂的功能,这就是操作系统帮助的结果;二是统一管理计算机系统的全部资源,合理组织计算机工作流程,以便充分、合理地发挥计算机的效率。操作系统通常应包括下列五大功能模块:

1)处理器管理:当多个程序同时运行时,解决处理器(CPU)时间的分配问题。

2)作业管理:完成某个独立任务的程序及其所需的数据组成一个作业。作业管理的任务主要是为用户提供一个使用计算机的界面使其方便地运行自己的作业,并对所有进入系统的作业进行调度和控制,尽可能高效地利用整个系统的资源。

3)存储器管理:为各个程序及其使用的数据分配存储空间,并保证它们互不干扰。

4)设备管理:根据用户提出使用设备的请求进行设备分配,同时还能随时接收设备的请求(称为中断),如要求输入信息。

5)文件管理:主要负责文件的存储、检索、共享和保护,为用户提供文件操作的方便。

操作系统的种类繁多,依其功能和特性分为分批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统等;依同时管理用户数的多少分为单用户操作系统和多用户操作系统;适合管理计算机网络环境的网络操作系统。

微机操作系统随着微机硬件技术的发展而发展,从简单到复杂。Microsoft公司开发的DOS是一单用户单任务系统,而Windows操作系统则是一多户多任务系统,经过十几年的发展,已从Windows 3.1发展Windows NTWindows 2000Windows XPWindows vistaWindows 7Windows 8等等。它是当前微机中广泛使用的操作系统之一。Linux是一个源码公开的操作系统,程序员可以根据自己的兴趣和灵感对其进行改变,这让Linux吸收了无数程序员的精华,不断壮大,已被越来越多的用户所采用,是Windows操作系统强有力的竞争对手。

2)语言处理系统(翻译程序)

人和计算机交流信息使用的语言称为计算机语言或称程序设计语言。计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。如果要在计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序(下简称翻译程序)。翻译程序本身是一组程序,不同的高级语言都有相应的翻译程序。翻译的方法有两种:

一种称为解释。早期的BASIC源程序的执行都采用这种方式。它调用机器配备的BASIC“解释程序,在运行BASIC源程序时,逐条把BASIC的源程序语句进行解释和执行,它不保留目标程序代码,即不产生可执行文件。这种方式速度较慢,每次运行都要经过解释,边解释边执行。

另一种称为编译,它调用相应语言的编译程序,把源程序变成目标程序(以.OBJ为扩展名),然后再用连接程序,把目标程序与库文件相连接形成可执行文件。尽管编译的过程复杂一些,但它形成的可执行文件(以.exe为扩展名)可以反复执行,速度较快。运行程序时只要键入可执行程序的文件名,再按Enter键即可。

对源程序进行解释和编译任务的程序,分别叫作编译程序和解释程序。如FORTRANCOBOLPASCALC等高级语言,使用时需有相应的编译程序;BASICLISP等高级语言,使用时需用相应的解释程序。

3)服务程序

服务程序能够提供一些常用的服务性功能,它们为用户开发程序和使用计算机提供了方便,像微机上经常使用的诊断程序、调试程序、编辑程序均属此类。

4)数据库管理系统

数据库是指按照一定联系存储的数据集合,可为多种应用共享。数据库管理系统(Data Base Management SystemDBMS)则是能够对数据库进行加工、管理的系统软件。其主要功能是建立、消除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。数据库系统主要由数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)以及相应的应用程序组成。数据库系统不但能够存放大量的数据,更重要的是能迅速、自动地对数据进行检索、修改、统计、排序、合并等操作,以得到所需的信息。这一点是传统的文件柜无法作到的。

数据库技术是计算机技术中发展最快、应用最广的一个分支。可以说,在今后的计算机应用开发中大都离不开数据库。因此,了解数据库技术犹其是微机环境下的数据库应用是非常必要的。

2、应用软件

为解决各类实际问题而设计的程序系统称为应用软件。从其服务对象的角度,又可分为通用软件和专用软件两类。

主要特点

运算速度快:计算机内部电路组成,可以高速准确地完成各种算术运算。当今计算机系统的运算速度已达每秒万亿次,微机也可达每秒亿次以上,使大量复杂的科学计算问题得以解决。例如:卫星轨道的计算、大型水坝的计算、24小时天气算需要几年甚至几十年,而在现代社会里,用计算机只需几分钟就可完成。

计算精确度高:科学技术的发展特别是尖端科学技术的发展,需要高度精确的计算。计算机控制的导弹之所以能准确地击中预定的目标,是与计算机的精确计算分不开的。一般计算机可以有十几位甚至几十位(二进制)有效数字,计算精度可由千分之几到百万分之几,是任何计算工具所望尘莫及的。

逻辑运算能力强:计算机不仅能进行精确计算,还具有逻辑运算功能,能对信息进行比较和判断。计算机能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来,并能根据判断的结果自动执行下一条指令以供用户随时调用。

存储容量大:计算机内部的存储器具有记忆特性,可以存储大量的信息,这些信息,不仅包括各类数据信息,还包括加工这些数据的程序。

自动化程度高:由于计算机具有存储记忆能力和逻辑判断能力,所以人们可以将预先编好的程序组纳入计算机内存,在程序控制下,计算机可以连续、自动地工作,不需要人的干预。

性价比高:几乎每家每户都会有电脑,越来越普遍化、大众化,21世纪电脑必将成为每家每户不可缺少的电器之一。计算机发展很迅速,有台式的还有笔记本。

主要分类

超级计算机

超级计算机Supercomputers)通常是指由数百数千甚至更多的处理器(机)组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机,是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。超级计算机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、航天、探矿等领域承担大规模、高速度的计算任务。在结构上,虽然超级计算机和服务器都可能是多处理器系统,二者并无实质区别,但是现代超级计算机较多采用集群系统,更注重浮点运算的性能,可看着是一种专注于科学计算的高性能服务器,而且价格非常昂贵。

网络计算机

1服务器

专指某些高性能计算机,能通过网络,对外提供服务。

 相对于普通电脑来说,稳定性、安全性、性能等方面都要求更高,因此在CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通电脑有所不同。服务器是网络的节点,存储、处理网络上80%的数据、信息,在网络中起到举足轻重的作用。它们是为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机,其高性能主要表高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。服务器的构成与普通电脑类似,也有处理器、硬盘、内存、系统总线等,但因为它是针对具体的网络应用特别制定的,因而服务器与微机在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面存在差异很大。服务器主要有网络服务器(DNSDHCP)、打印服务器、终端服务器、磁盘服务器、邮件服务器、文件服务器等。

2工作站

是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础,主要面向专业应用领域,具备强大的数据运算与图形、图像处理能力,为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。工作站最突出的特点是具有很强的图形交换能力,因此在图形图像领域特别是计算机辅助设计领域得到了迅速应用。典型产品有美国Sun公司的Sun系列工作站。

无盘工作站是指无软盘、无硬盘、无光驱连入局域网的计算机。在网络系统中,把工作站端使用的操作系统和应用软件被全部放在服务器上,系统管理员只要完成服务器上的管理和维护,软件的升级和安装也只需要配置一次后,则整个网络中的所有计算机就都可以使用新软件。所以无盘工作站具有节省费用、系统的安全性高、易管理性和易维护性等优点,这对网络管理员来说具有很大的吸引力。

无盘工作站的工作原理是由网卡的启动芯片(Boot ROM)以不同的形式向服务器发出启动请求号,服务器收到后,根据不同的机制,向工作站发送启动数据,工作站下载完启动数据后,系统控制权由Boot ROM转到内存中的某些特定区域,并引导操作系统。

根据不同的启动机制,比较常用无盘工作站可分为RPL PXERPL Remote Initial Program Load 的缩写,此技术常用于Windows95 中。PXE RPL 的升级品,它是Preboot Execution Environment的缩写。两者不同之处在于RPL 是静态路由,而PXE 是动态路由,其通信协议采用TCP/IP,实现了与Internet 连接高效而可靠,它常用于Windows98Windows NTWindows2000Windows XP 

3集线器

集线器(HUB)是一种共享介质的网络设备,它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网,HUB 本身不能识别目的地址。集线器上的所有端口争用一个共享信道的宽带,因此随着网络节点数量的增加,数据传输量的增大,每节点的可用带宽将随之减少。另外,集线器采用广播的形式传输数据,即向所有端口传送数据。如当同一局域网内的主机给主机传输数据时,数据包在以HUB 为架构的网络上是以广播方式传输的,对网络上所有节点同时发送同一信息,然后再由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。其实接收数据的一般来说只有一个终端节点,而对所有节点都发送,在这种方式下,很容易造成网络堵塞,而且绝大部分数据流量是无效的,这样就造成整个网络数据传输效率相当低。另一方面由于所发送的数据包每个节点都能侦听到,容易给网络带来一些不安全隐患。

4交换机

交换机Switch)是按照通信两端传输信息的需要,用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备,它是集线器的升级换代产品,外观上与集线器非常相似,其作用与集线器大体相同。但是两者在性能上有区别:集线器采用的是共享带宽的工作方式,而交换机采用的是独享带宽方式。即交换机上的所有端口均有独享的信道带宽,以保证每个端口上数据的快速有效传输,交换机为用户提供的是独占的、点对点的连接,数据包只被发送到目的端口,而不会向所有端口发送,其它节点很难侦听到所发送的信息,这样在机器很多或数据量很大时,不容易造成网络堵塞,也确保了数据传输安全,同时大大的提高了传输效率,两者的差别就比较明显了。

5路由器

路由器Router)是一种负责寻径的网络设备,它在互联网络中从多条路径中寻找通讯量最少的一条网络路径提供给用户通信。路由器用于连接多个逻辑上分开的网络,为用户提供最佳的通信路径,路由器利用路由表为数据传输选择路径,路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单,路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径,路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径。路由器是产生于交换机之后,就像交换机产生于集线器之后,所以路由器与交换机也有一定联系,并不是完全独立的两种设备。路由器主要克服了交换机不能向路由转发数据包的不足。

交换机、路由器是一台特殊的网络计算机,它的硬件基础CPU、存储器和接口,软件基础是网络互联操作系统IOS

交换机、路由器和PC机一样,有中央处理单元CPU,而且不同的交换机、路由器,其CPU一般也不相同,CPU是交换机、路由器的处理中心。

内存是交换机、路由器存储信息和数据的地方,CISCO交换机、路由器有以下几种内存组件:

ROMRead Only Memory)存储交换机、路由器加电自检(POSTPower-On Self-Test)、启动程序(Bootstrap Program)和部分或全部的IOS。交换机、路由器中的ROM是可擦写的,所以IOS是可以升级的。

RAMRandom Access Memory)与PC机上的随机存储器相似,提供临时信息的存储,同时保存着当前的路由表和配置信息。

NVRAMNonvolatile Random Access Memory)存储交换机、路由器的启动配置文件。NVRAM是可擦写的,可将交换机、路由器的配置信息拷贝到NVRAM中。

FLASH闪存,是可擦写的,也可编程,用于存储CISCO IOS的其它版本,用于对交换机、路由器的IOS进行升级。

接口用作将交换机、路由器连接到网络,可以分为局域网接口和广域网接口两种。由于交换机、路由器型号的不同,接口数目和类型也不尽一样。常见的接口主要有以下几种:

高速同步串口,可连接DDN,帧中继(Frame Relay),X.25PSTN(模拟电话线路)。

同步/异步串口,可用软件将端口设置为同步工作方式。

AUI端口,即粗缆口。一般需要外接转换器(AUI-RJ45),连接10/100Base-T以太网络。

ISDN端口,可以连接ISDN网络(2B+D),可作为局域网接入Internet 之用。

AUX端口,该端口为异步端口,主要用于远程配置,也可用于拔号备份,可与MODEM连接。支持硬件流控制(Hardware Flow Control)。

Console端口,该端口为异步端口,主要连接终端或运行终端仿真程序的计算机,在本地配置交换机、路由器。不支持硬件流控制。

工业控制

是一种采用总线结构,对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的计算机系统总称。简称工控机。它由计算机和过程输入输出(I/O)通过两大部分组成。计算机是由主机、输入输出设备和外部磁盘机、磁带机等组成。在计算机外部又增加一部分过程输入/输出通道,用来完成工业生产过程的检测数据送入计算机进行处理;另一方面将计算机要行使对生产过程控制的命令、信息转换成工业控制对象的控制变量的信号,再送往工业控制对象的控制器去。由控制器行使对生产设备运行控制。工控机的主要类别有:IPCPC总线工业电脑)、PLC(可编程控制系统)、DCS(分散型控制系统)、FCS(现场总线系统)及CNC(数控系统)五种。

1IPC

即基于PC总线的工业电脑。据2000IDC统计PC机已占到通用计算机的95%以上,因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富,已被广大的技术人员所熟悉和认可,这正是工业电恼热的基础。其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成,如CPU卡、I/O卡等。并采取全钢机壳、机卡压条过滤网,双正压风扇等设计及EMCElectro Magnetic Compatibility)技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。

IPC有以下特点:

可靠性:工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性,其MTTRMean Time to Repair)一般为10万小时以上。

实时性,工业PC对工业生产过程进行实时在线检测与控制,对工作状况的变化给予快速响应,及时进行采集和输出调节(看门狗功能这是普通PC所不具有的),遇险自复位,保证系统的正常运行。

扩充性,工业PC由于采用底板+CPU卡结构,因而具有很强的输入输出功能,最多可扩充20个板卡,能与工业现场的各种外设、板卡如与道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连,以完成各种任务。

兼容性,能同时利用ISAPCIPICMG资源,并支持各种操作系统,多种语言汇编,多任务操作系统。

2、可编程序控制器(PLC

PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制系统(ProgrammableLogicController)是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置,是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展,可编程控制器更多地具有了计算机的功能,不仅能实现逻辑控制,还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程,而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点,已广泛应用于工业控制的各个领域,大大推进了机电一体化的进程。

3、分散型控制系统(DCS

是一种高性能、高质量、低成本、配置灵活的分散控制系统系列产品,可以构成各种独立的控制系统、分散控制系统DCS、监控和数据采集系统(SCADA),能满足各种工业领域对过程控制和信息管理的需求。系统的模块化设计、合理的软硬件功能配置和易于扩展的能力,能广泛用于各种大、中、小型电站的分散型控制、发电厂自动化系统的改造以及钢铁、石化、造纸、水泥等工业生产过程控制。

4、现场总线系统(FCS

是全数字串行、双向通信系统。系统内测量和控制设备如探头、激励器和控制器可相互连接、监测和控制。在工厂网络的分级中,它既作为过程控制(如PLCLC等)和应用智能仪表(如变频器、阀门、条码阅读器等)的局部网,又具有在网络上分布控制应用的内嵌功能。由于其广阔的应用前景,众多国外有实力的厂家竞相投入力量,进行产品开发。国际上已知的现场总线类型有四十余种,比较典型的现场总线有:FFProfibusLONworksCANHARTCC-LINK等。

5、数控系统(CNC

现代数控系统是采用微处理器或专用微机的数控系统,由事先存放在存储器里系统程序(软件)来实现控制逻辑,实现部分或全部数控功能,并通过接口与外围设备进行联接,称为计算机数控,简称CNC系统。

数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品;其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。

个人电脑

1、台式机(Desktop

 

也叫桌面机,是一种独立相分离的计算机,完完全全跟其它部件无联系,相对于笔记本和上网本体积较大,主机、显示器等设备一般都是相对独立的,一般需要放置在电脑桌或者专门的工作台上。因此命名为台式机。为非常流行的微型计算机,多数人家里和公司用的机器都是台式机。台式机的性能相对较笔记本电脑要强。台式机具有如下特点:

散热性。台式机具有笔记本计算机所无法比拟的优点。台式机的机箱具有空间大、通风条件好的因素而一直被人们广泛使用。

扩展性。台式机的机箱方便用户硬件升级,如光驱、硬盘。如台式机箱的光驱驱动器插槽4-5个,硬盘驱动器插槽是4-5个。非常方便用户日后的硬件升级。

保护性。台式机全方面保护硬件不受灰尘的侵害。而且防水性就不错;在笔记本中这项发展不是很好。

明确性。台式机机箱的开、关键、重启键、USB、音频接口都在机箱前置面板中,方便用户的使用。

但台式机的便携性差,相比笔记本是非常方便。

2电脑一体机

电脑一体机,是由一台显示器、一个电脑键盘和一个鼠标组成的电脑。它的芯片、主板与显示器集成在一起,显示器就是一台电脑,因此只要将键盘和鼠标连接到显示器上,机器就能使用。随着无线技术的发展,电脑一体机的键盘、鼠标与显示器可实现无线链接,机器只有一根电源线。这就解决了一直为人诟病的台式机线缆多而杂的问题。有的电脑一体机还具有电视接收、AV功能,也整合专用软件,可用于特定行业专用机。

3、笔记本电脑(NotebookLaptop

也称手提电脑或膝上型电脑,是一种小型、可携带的个人电脑,通常重1-3公斤。笔记本电脑除了键盘外,还提供了触控板(TouchPad)或触控点(Pointing Stick),提供了更好的定位和输入功能。

笔记本电脑可以大体上分为6类:商务型、时尚型、多媒体应用、上网型、学习型、特殊用途。商务型笔记本电脑一般可以概括为移动性强、电池续航时间长、商务软件多;时尚型外观主要针对时尚女性;多媒体应用型笔记本电脑则有较强的图形、图像处理能力和多媒体的能力,尤其是播放能力,为享受型产品。而且,多媒体笔记本电脑多拥有较为强劲的独立显卡和声卡(均支持高清),并有较大的屏幕。上网本(Netbook)就是轻便和低配置的笔记本电脑,具备上网、收发邮件以及即时信息(IM)等功能,并可以实现流畅播放流媒体和音乐。上网本比较强调便携性,多用于在出差、旅游甚至公共交通上的移动上网。学习型机身设计为笔记本外形,采用标准电脑操作,全面整合学习机、电子辞典、复读机、点读机、学生电脑等多种机器功能。特殊用途的笔记本电脑是服务于专业人士,可以在酷暑、严寒、低气压、高海拔、强辐射、战争等恶劣环境下使用的机型,有的较笨重,比如奥运会前期在华硕珠峰大本营IT服务区使用的华硕笔记本电脑。

4、掌上电脑(PDA

掌上电脑是一种运行在嵌入式操作系统和内嵌式应用软件之上的、小巧

 

、轻便、易带、实用、价廉的手持式计算设备。它无论在体积、功能和硬件配备方面都比笔记本电脑简单轻便。掌上电脑除了用来管理个人信息(如通讯录,计划等),而且还可以上网浏览页面,收发Email,甚至还可以当作手机来用外,还具有:录音机功能、英汉汉英词典功能、全球时钟对照功能、提醒功能、休闲娱乐功能、传真管理功能等等。掌上电脑的电源通常采用普通的碱性电池或可充电锂电池。掌上电脑的核心技术是嵌入式操作系统,各种产品之间的竞争也主要在此。

在掌上电脑基础上加上手机功能,就成了智能手机(Smartphone)。智能手机除了具备手机的通话功能外,还具备了PDA分功能,特别是个人信息管理以及基于无线数据通信的浏览器和电子邮件功能。智能手机为用户提供了足够的屏幕尺寸和带宽,既方便随身携带,又为软件运行和内容服务提供了广阔的舞台,很多增值业务可以就此展开,如股票、新闻、天气、交通、商品、应用程序下载、音乐图片下载等等。

5、平板电脑

平板电脑是一款无须翻盖、没有键盘、大小不等、形状各异,却功能完整的电脑。其构成组件与笔记本电脑基本相同,但它是利用触笔在屏幕上书写,而不是使用键盘和鼠标输入,并且打破了笔记本电脑键盘与屏幕垂直的型设计模式。它除了拥有笔记本电脑的所有功能外,还支持手写输入或语音输入,移动性和便携性更胜一筹。 平板电脑由比尔盖茨提出,至少应该是X86架构,从微软提出的平板电脑概念产品上看,平板电脑就是一款无须翻盖、没有键盘、小到足以放入女士手袋,但却功能完整的PC

嵌入式

即嵌入式系统( Embedded Systems ,是一种以应用为中心、以微处理器为基础,软硬件可裁剪的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成。它是计算机市场中增长最快的领域,也是种类繁多,形态多种多样的计算机系统。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备,如掌上pda、计算器、电视机顶盒、手机、数字电视、多媒体播放器、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。

嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器,分成4类,即嵌入式微控制器( Micro Contrller Unit MCU,俗称单片机)、嵌入式微处理器( Micro Processor Unit MPU )、嵌入式DSP 处理器( Digital Signal ProcessorDSP 和嵌入式片上系统( System on ChipSOC)。嵌入式微处理器一般具备4个特点:

1、对实时和多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度;

2、具有功能很强的存储区保护功能,这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊断;

3、可扩展的处理器结构,以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器;

4、嵌入式微处理器的功耗必须很低,尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此,功耗只能为mw 甚至μw 级。

应用领域

 

信息管理

信息管理是以数据库管理系统为基础,辅助管理者提高决策水平,改善运营策略的计算机技术。信息处理具体包括数据的采集、存储、加工、分类、排序、检索和发布等一系列工作。信息处理已成为当代计算机的主要任务。是现代化管理的基础。据统计,80%以上的计算机主要应用于信息管理,成为计算机应用的主导方向。信息管理已广泛应用与办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书馆里、电影电视动画设计、会计电算化等各行各业。

计算机的应用已渗透到社会的各个领域,正在日益改变着传统的工作、学习和生活的方式,推动着社会的科学计算

科学计算是计算机最早的应用领域,是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数值计算问题。在现代科学技术工作中,科学计算的任务是大量的和复杂的。利用计算机的运算速度高、存储容量大和连续运算的能力,可以解决人工无法完成的各种科学计算问题。例如,工程设计、地震预测、气象预报、火箭发射等都需要由计算机承担庞大而复杂的计算量。

过程控制

过程控制是利用计算机实时采集数据、分析数据,按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。采用计算机进行过程控制,不仅可以大大提高控制的自动化水平,而且可以提高控制的时效性和准确性,从而改善劳动条件、提高产量及合格率。因此,计算机过程控制已在机械、冶金、石油、化工、电力等部门得到广泛的应用。

辅助技术

计算机辅助技术包括CADCAMCAI

1、计算机辅助设计(Computer Aided Design,简称CAD

计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计,以实现最佳设计效果的一种技术。CAD技术已应用于飞机设计、船舶设计、建筑设计、机械设计、大规模集成电路设计等。采用计算机辅助设计,可缩短设计时间,提高工作效率,节省人力、物力和财力,更重要的是提高了设计质量。

2、计算机辅助制造(Computer Aided ManufacturingCAM

计算机辅助制造是利用计算机系统进行产品的加工控制过程,输入的信息是零件的工艺路线和工程内容,输出的信息是刀具的运动轨迹。将CADCAM技术集成,可以实现设计产品生产的自动化,这种技术被成为计算机集成制造系统。有些国家已把CAD和计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing)、计算机辅助测试(Computer Aided Test)及计算机辅助工程(Computer Aided Engineering)组成一个集成系统,使设计、制造、测试和管理有机地组成为一体,形成高度的自动化系统,因此产生了自动化生产线和无人工厂

3、计算机辅助教学(Computer Aided Instruction,简称CAI

计算机辅助教学是利用计算机系统进行课堂教学。教学课件可以用PowerPointFlash等制作。CAI不仅能减轻教师的负担,还能教学内容生动、形象逼真,能够动态演示实验原理或操作过程激发学生的学习兴趣,提高教学质量,为培养现代化高质量人才提供了有效方法。

翻译

1947年,美国数学家、工程师沃伦·韦弗与英国物理学家、工程师安德鲁·布思提出了以计算机进行翻译(简称机译)的设想,机译从此步入历史舞台,并走过了一条曲折而漫长的发展道路。机译被列为21世纪世界十大科技难题。与此同时,机译技术也拥有巨大的应用需求。

机译消除了不同文字和语言间的隔阂,堪称高科技造福人类之举。但机译的译文质量长期以来一直是个问题,离理想目标仍相差甚远。中国数学家、语言学家周海中教授认为,在人类尚未明了大脑是如何进行语言的模糊识别和逻辑判断的情况下,机译要想达到信、达、雅的程度是不可能的。这一观点恐怕道出了制约译文质量的瓶颈所在。

多媒体应用

随着电子技术特别是通信和计算机技术的发展,人们已经有能力把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种媒体综合起来,构成一种全新的概念—“多媒体Multimedia)。在医疗、教育、商业、银行、保险、行政管理、军事、工业、广播、交流和出版等领域中,多媒体的应用发展很快。

计算机网络

计算机网络是由一些独立的和具备信息交换能力的计算机互联构成,以实现资源共享的系统。计算机在网络方面的应用使人类之间的交流跨越了时间和空间障碍。计算机网络已成为人类建立信息社会的物质基础,它给我们的工作带来极大的方便和快捷,如在全国范围内的银行信用卡的使用,火车和飞机票系统的使用等。可以在全球最大的互联网络——Internet上进行浏览、检索信息、收发电子邮件、阅读书报、玩网络游戏、选购商品、参与众多问题的讨论、实现远程医疗服务等。

发展趋势

 

随着科技的进步,各种计算机技术、网络技术的飞速发展,计算机的发展已经进入了一个快速而又崭新的时代,计算机已经从功能单一、体积较大发展到了功能复杂、体积微小、资源网络化等。计算机的未来充满了变数,性能的大幅度提高是不可置疑的,而实现性能的飞跃却有多种途径。不过性能的大幅提升并不是计算机发展的唯一路线,计算机的发展还应当变得越来越人性化,同时也要注重环保等等。

计算机从出现至今,经历了机器语言、程序语言、简单操作系统和LinuxMacosBSDWindows等现代操作系统四代,运行速度也得到了极大的提升,第四代计算机的运算速度已经达到几十亿次每秒。计算机也由原来的仅供军事科研使用发展到人人拥有,计算机强大的应用功能,产生了巨大的市场需要,未来计算机性能应向着微型化、网络化、智能化和巨型化的方向发展。

巨型化

巨型化是指为了适应尖端科学技术的需要,发展高速度、大存储容量和功能强大的超级计算机。随着人们对计算机的依赖性越来越强,特别是在军事和科研教育方面对计算机的存储空间和运行速度等要求会越来越高。此外计算机的功能更加多元化。

微型化

随着微型处理器(CPU)的出现,计算机中开始使用微型处理器,使计算机体积缩小了,成本降低了。另一方面,软件行业的飞速发展提高了计算机内部操作系统的便捷度,计算机外部设备也趋于完善。计算机理论和技术上的不断完善促使微型计算机很快渗透到全社会的各个行业和部门中,并成为人们生活和学习的必须品。四十年来,计算机的体积不断的缩小,台式电脑、笔记本电脑、掌上电脑、平板电脑体积逐步微型化,为人们提供便捷的服务。因此,未来计算机仍会不断趋于微型化,体积将越来越小。

网络化

互联网将世界各地的计算机连接在一起,从此进入了互联网时代。计算机网络化彻底改变了人类世界,人们通过互联网进行沟通、交流(OICQ、微博等),教育资源共享(文献查阅、远程教育等)、信息查阅共享(百度、谷歌)等,特别是无线网络的出现,极大的提高了人们使用网络的便捷性,未来计算机将会进一步向网络化方面发展。

人工智能化

计算机人工智能化是未来发展的必然趋势。现代计算机具有强大的功能和运行速度,但与人脑相比,其智能化和逻辑能力仍有待提高。人类不断在探索如何让计算机能够更好的反应人类思维,使计算机能够具有人类的逻辑思维判断能力,可以通过思考与人类沟通交流,抛弃以往的依靠通过编码程序来运行计算机的方法,直接对计算机发出指令。

多媒体化

传统的计算机处理的信息主要是字符和数字。事实上,人们更习惯的是图片、文字、声音、像等多种形式的多媒体信息。多媒体技术可以集图形、图像、音频、视频、文字为一体,使信息处理的对象和内容更加接近真实世界。

技术结合

计算机微型处理器CPU)以晶体管为基本元件,随着处理器的不断完善和更新换代的速度加快,计算机结构和元件也会发生很大的变化。随着光电技术、量子技术和生物技术的发展,对新型计算机的发展具有极大的推动作用。

20世纪80年代以来ALU和控制单元(二者合成中央处理器,即CPU)逐渐被整合到一块集成电路上,称作微处理器。这类计算机的工作模式十分直观:在一个时钟周期内,计算机先从存储器中获取指令和数据,然后执行指令,存储数据,再获取下一条指令。这个过程被反复执行,直至得到一个终止指令。由控制器解释,运算器执行的指令集是一个精心定义的数目十分有限的简单指令集合。

中国发展

中国现在已成为电子信息产品的制造大国,并逐步确立在全球产业分工体系中的重要地位,中国计算机产业未来将呈现六大发展趋势。

·             大容量磁盘、环保型显示器走向普及;

·             笔记本显示器走向两极分化;

·             内存技术换代,软驱退出市场;

·             无线应用成为主流;

·             IA服务器市场份额将进一步提高;

·             服务器低端市场细分化加剧。

未来发展

 

分子

分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息,并以更有效的方式进行组织排列。分子计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。转换开关为酶,而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下,甚至在生物有机体中运行,并能以其它分子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。分子芯片体积大大减小,而效率大大提高, 分子计算机完成一项运算,所需的时间仅为10微微秒,比人的思维速度快100万倍。分子计算机具有惊人的存贮容量,1立方米的DNA溶液可存储1万亿亿的二进制数据。分子计算机消耗的能量非常小,只有电子计算机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子,所以分子计算机既有自我修复的功能,又可直接与分子活体相联。

量子型

量子计算机是利用原子所具有的量子特性进行信息处理的一种全新概念的计算机。量子理论认为,非相互作用下,原子在任一时刻都处于两种状态,称之为量子超态。原子会旋转,即同时沿上、下两个方向自旋,这正好与电子计算机01完全吻合。如果把一群原子聚在一起,它们不会像电子计算机那样进行的线性运算,而是同时进行所有可能的运算,例如量子计算机处理数据时不是分步进行而是同时完成。只要40个原子一起计算,就相当于今天一台超级计算机的性能。量子计算机以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存,其运算速度可能比奔腾4芯片快10亿倍,就像一枚信息火箭,在一瞬间搜寻整个互联网,可以轻易破解任何安全密码,黑客任务轻而易举,难怪美国中央情报局对它特别感兴趣。

光子

1990年初,美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。

光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。光子计算机的基本组成部件是集成光路,要有激光器、透镜和核镜。由于光子比电子速度快,光子计算机的运行速度可高达一万亿次。它的存贮量是现代计算机的几万倍,还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。

许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合,在不久的将来,光子计算机将成为人类普遍的工具。

纳米

纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件尺寸在几到几十纳米范围, 质地坚固,有着极强的导电性, 能代替硅芯片制造计算机。纳米是一个计量单位, 一个纳米等于10的(-9)次方米, 大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域,最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子,制造出具有特定功能的产品。纳米技术正从微电子机械系统起步,把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片,其体积只有数百个原子大小,相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源, 而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。

生物

20世纪80年代以来,生物工程学家对人脑、神经元和感受器的研究倾注了很大精力,以期研制出可以模拟人脑思维、低耗、高效的第六代计算机——生物计算机。用蛋白质制造的电脑芯片,存储量可以达到普通电脑的10亿倍。生物电脑元件的密度比大脑神经元的密度高100万倍,传递信息的速度也比人脑思维的速度快100万倍。其特点是可以实现分布式联想记忆.并能在一定程度上模拟人和动物的学习功能。它是一种有知识、会学习、能推理的计算机,具有能理解自然语言、声音、文字和图像的能力,并且具有说话的能力,使人机能够用自然语言直接对话,它可以利用已有的和不断学习到的知识,进行思维、联想、推理,并得出结论,能解决复杂问题,具有汇集、记忆、检索有关知识的能力。

 

 

计算机科学(Computer Science简写为;CS),研究计算机及其周围各种现象和规律的科学,亦即研究计算机系统结构、程序系统(即软件)、人工智能以及计算本身的性质和问题的学科。计算机科学是一门包含各种各样与计算和信息处理相关主题的系统学科,从抽象的算法分析、形式化语法等等,到更具体的主题如编程语言、程序设计、软件和硬件等。计算机科学分为理论计算机科学和实验计算机科学两个部分。后者常称为计算机科学而不冠以实验二字。前者有其他名称,如计算理论、计算机理论、计算机科学基础、计算机科学数学基础等。数学文献中一般指理论计算机科学。

简介

计算机科学(英语:computer science,有时缩写为CS)是系统性研究信息与计算的理论基础以及它们在计算机系统中如何实现与应用的实用技术的学科。它通常被形容为对那些创造、描述以及转换信息的算法处理的系统研究。计算机科学包含很多分支领域;有些强调特定结果的计算,比如计算机图形学;而有些是探讨计算问题的性质,比如计算复杂性理论;还有一些领域专注于怎样实现计算,比如编程语言理论是研究描述计算的方法,而程序设计是应用特定的编程语言解决特定的计算问题,人机交互则是专注于怎样使计算机和计算变得有用、好用,以及随时随地为人所用。 [1] 

有时公众会误以为计算机科学就是解决计算机问题的事业(比如信息技术),或者只是与使用计算机的经验有关,如玩游戏、上网或者文字处理。其实计算机科学所关注的,不仅仅是去理解实现类似游戏、浏览器这些软件的程序的性质,更要通过现有的知识创造新的程序或者改进已有的程序。 [1] 

研究领域

计算机是一种进行算术和逻辑运算的机器,而且对于由若干台计算机联成的系统而言还有通信问题,并且处理的对象都是信息,因而也可以说,计算机科学是研究信息处理的科学。计算机科学分为理论计算机科学和实验计算机科学两个部分。在数学文献中所说的计算机科学,一般是指理论计算机科学。实验计算机科学还包括有关开辟计算机新的应用领域的研究。 [1] 

计算机科学的大部分研究是基于·诺依曼计算机图灵机的,它们是绝大多数实际机器的计算模型。作为此模型的开山鼻祖,邱奇-图灵论题(Church-Turing Thesis)表明,尽管在计算的时间,空间效率上可能有所差异,现有的各种计算设备在计算的能力上是等同的。尽管这个理论通常被认为是计算机科学的基础,可是科学家也研究其它种类的机器,如在实际层面上的并行计算机和在理论层面上概率计算机、oracle 计算机和量子计算机。在这个意义上来讲,计算机只是一种计算的工具:著名的计算机科学家 Dijkstra 有一句名言计算机科学之关注于计算机并不甚于天文学之关注于望远镜。 [1] 

科学领域

作为一个学科,计算机科学涵盖了从算法的理论研究和计算的极限,到如何通过硬件和软件实现计算系统。CSAB(以前被叫做Computing Sciences Accreditation Board),由Association for Computing MachineryACM)和IEEE Computer SocietyIEEE-CS)的代表组成,确立了计算机科学学科的4个主要领域:计算理论,算法与数据结构,编程方法与编程语言,以及计算机元素与架构。CSAB还确立了其它一些重要领域,如软件工程,人工智能,计算机网络与通信,数据库系统,并行计算,分布式计算,人机交互,机器翻译,计算机图形学,操作系统,以及数值和符号计算。 [1] 

理论计算机

主条目:理论计算机科学

广义的理论计算机科学包括经典的计算理论和其它专注于更抽象、逻辑与数学方面的计算。 [1] 

计算理论

主条目:计算理论

按照Peter J. Denning的说法,计算机科学的最根本问题是什么能够被有效地自动化?计算理论的研究就是专注于回答这个根本问题,关于什么能够被计算,去实施这些计算又需要用到多少资源。为了试图回答第一个问题,递归论检验在多种理论计算模型中哪个计算问题是可解的。而计算复杂性理论则被用于回答第二个问题,研究解决一个不同目的的计算问题的时间与空间消耗。 [1] 

著名的“P=NP?”问题,千禧年大奖难题之一,是计算理论的一个开放问题。

信息编码论

主条目:信息论编码理论

信息论与信息量化相关,由Claude E. Shannon创建,用于寻找信号处理操作的根本极限,比如压缩数据和可靠的数据存储与通讯。编码理论是对编码以及它们适用的特定应用性质的研究。编码(code)被用于数据压缩,密码学,前向纠错,也被用于网络编码。研究编码的目的在于设计更高效、可靠的数据传输方法。 [1] 

算法

算法指定义良好的计算过程,它取一个或一组值作为输入,经过一系列定义好的计算过程,得到一个或一组输出。算法是计算机科学研究的一个重要领域,也是许多其他计算机科学技术的基础。算法主要包括数据结构计算几何图论等。除此之外,算法还包括许多杂项,如模式匹配、部分数论等。 [1] 

程序设计理论

主条目:程序设计语言理论

程序设计语言理论是计算机科学的一个分支,主要处理程序设计语言的设计、实现、分析、描述和分类,以及它们的个体特性。它属于计算机科学学科,既受影响于也影响着数学软件工程语言学。它是公认的计算机科学分支,同时也是活跃的研究领域,研究成果被发表在众多学术期刊,计算机科学以及工程出版物。 [1] 

形式化方法

主条目:形式化方法

形式化方法是一种特别的基于数学的技术,用于软件硬件系统的形式规范、开发以及形式验证。在软件和硬件设计方面,形式化方法的使用动机,如同其它工程学科,是通过适当的数学分析便有助于设计的可靠性和健壮性的期望。但是,使用形式化方法会带来很高的成本,意味着它们通常只用于高可靠性系统,这种系统中安全保安security)是最重要的。对于形式化方法的最佳形容是各种理论计算机科学基础种类的应用,特别是计算机逻辑演算,形式语言自动机理论和形式语义学,此外还有类型系统、代数数据类型,以及软件和硬件规范和验证中的一些问题。 [1] 

并发,并行和分布式系统

主条目:并行性分布式计算

并行性(concurrency)是系统的一种性质,这类系统可以同时执行多个可能互相交互的计算。一些数学模型,如Petri进程演算PRAM模型,被创建以用于通用并发计算。分布式系统将并行性的思想扩展到了多台由网络连接的计算机。同一分布式系统中的计算机拥有自己的私有内存,它们之间经常交换信息以达到一个共同的目的。 [1] 

数据库和信息检索

主条目:数据库数据库管理系统

数据库是为了更容易地组织、存储和检索大量数据。数据库由数据库管理系统管理,通过数据库模型和查询语言来存储、创建、维护和搜索数据。 [1] 

应用计算机科学

尽管计算机科学(computer science)的名字里包含计算机这几个字,但实际上计算机科学相当数量的领域都不涉及计算机本身的研究。因此,一些新的名字被提议出来。某些重点大学的院系倾向于术语计算科学(computing science),以精确强调两者之间的不同。丹麦科学家Peter Naur建议使用术语"datalogy",以反映这一事实,即科学学科是围绕着数据和数据处理,而不一定要涉及计算机。第一个使用这个术语的科学机构是哥本哈根大学Datalogy学院,该学院成立于1969年,Peter Naur便是第一任教授。这个术语主要被用于北欧国家。同时,在计算技术发展初期,《ACM通讯》建议了一些针对计算领域从业人员的术语:turingineerturologistflow-charts-manapplied meta-mathematicianapplied epistemologist 三个月后在同样的期刊上,comptologist被提出,第二年又变成了hypologist。术语computics也曾经被提议过。在欧洲大陆,起源于信息(information)和数学或者自动(automatic)的名字比起源于计算机或者计算(computation)更常见,如informatique(法语),Informatik(德语),informatika斯拉夫语族)。 [1] 

著名计算机科学家Edsger Dijkstra曾经指出:计算机科学并不只是关于计算机,就像天文学并不只是关于望远镜一样。"Computer science is no more about computers than astronomy is about telescopes.")设计、部署计算机和计算机系统通常被认为是非计算机科学学科的领域。例如,研究计算机硬件被看作是计算机工程的一部分,而对于商业计算机系统的研究和部署被称为信息技术或者信息系统。然而,现如今也越来越多地融合了各类计算机相关学科的思想。计算机科学研究也经常与其它学科交叉,比如心理学认知科学语言学数学物理学统计学经济学 [1] 

计算机科学被认为比其它科学学科与数学的联系更加密切,一些观察者说计算就是一门数学科学。早期计算机科学受数学研究成果的影响很大,如Kurt GödelAlan Turing,这两个领域在某些学科,例如数理逻辑范畴论域理论代数,也不断有有益的思想交流。 [1] 

计算机科学和软件工程的关系是一个有争议的话题,随后关于什么是软件工程,计算机科学又该如何定义的争论使得情况更加混乱。David Parnas从其它工程和科学学科之间的关系得到启示,宣称计算机科学的主要重点总的来说是研究计算的性质,而软件工程的主要重点是具体的计算设计,以达到实用的目的,这样便构成了两个独立但又互补的学科。 [1] 

人工智能

主条目:人工智能

这个计算机科学分支旨在创造可以解决计算问题,以及像动物和人类一样思考与交流的人造系统。无论是在理论还是应用上,都要求研究者在多个学科领域具备细致的、综合的专长,比如应用数学逻辑符号学电机工程学精神哲学神经生理学社会智力,用于推动智能研究领域,或者被应用到其它需要计算理解与建模的学科领域,如金融或是物理科学。人工智能领域开始变得正式源于Alan Turing这位人工智能先驱提出了图灵试验,以回答这样一个终极问题:计算机能够思考吗? [1] 

机器翻译

主条目:机器翻译

1947年,美国数学家工程师沃伦·韦弗与英国物理学家、工程师安德鲁·布思提出了以计算机进行翻译(简称机译)的设想,机器翻译从此步入历史舞台,并走过了一条曲折而漫长的发展道路。机译被列为21世纪世界十大科技难题。与此同时,机译技术也拥有巨大的应用需求。 [1] 

机译消除了不同文字和语言间的隔阂,堪称高科技造福人类之举。但机译的译文质量长期以来一直是个问题,离理想目标仍相差甚远。中国数学家、语言学家周海中教授认为,在人类尚未明了大脑是如何进行语言的模糊识别和逻辑判断的情况下,机译要想达到信、达、雅的程度是不可能的。这一观点恐怕道出了制约译文质量的瓶颈所在。 [2] 

计算机体系结构与工程

主条目:计算机体系结构计算机工程

计算机系统结构,或者数字计算机组织,是一个计算机系统的概念设计和根本运作结构。它主要侧重于CPU的内部执行和内存访问地址。这个领域经常涉及计算机工程和电子工程学科,选择和互连硬件组件以创造满足功能、性能和成本目标的计算机。[1] 

计算机图形与视觉

主条目:计算机图形学

计算机图形学是对于数字视觉内容的研究,涉及图像数据的合成和操作。它跟计算机科学的许多其它领域密切相关,包括计算机视觉图像处理计算几何,同时也被大量运用在特效电子游戏 [1] 

计算机安全和密码学

主条目:计算机安全密码学

计算机安全是计算机技术的一个分支,其目标包括保护信息免受未经授权的访问、中断和修改,同时为系统的预期用户保持系统的可访问性和可用性。密码学是对于隐藏(加密)和破译(解密)信息的实践与研究。现代密码学主要跟计算机科学相关,很多加密和解密算法都是基于它们的计算复杂性。 [1] 

计算科学

计算科学(或者科学计算)是关注构建数学模型量化分析技术的研究领域,同时通过计算机分析和解决科学问题。在实际使用中,它通常是计算机模拟计算等形式在各个科学学科问题中的应用。 [1] 

信息科学

主条目:信息科学

软件工程

主条目:软件工程

软件工程是对于设计、实现和修改软件的研究,以确保软件的高质量、适中的价格、可维护性,以及能够快速构建。它是一个系统的软件设计方法,涉及工程实践到软件的应用。 [1] 

研究课题

、计算机程序能做什么和不能做什么(可计算性);

、如何使程序更高效的执行特定任务(算法和复杂性理论);

、程序如何存取不同类型的数据(数据结构和数据库);

、程序如何显得更具有智能(人工智能);

、人类如何与程序沟通(人机互动和人机界面)。

相关奖项

计算机科学领域的最高荣誉是ACM设立的图灵奖,被誉为是计算机科学的诺贝尔奖。它的获得者都是本领域最为出色的科学家和先驱。华人中首获图灵奖的是姚期智先生.他于2000年以其对计算理论做出的诸多根本性的、意义重大的贡献而获得这一崇高荣誉。 [1] 

系统分类

计算机系统可划分为软件系统与硬件系统两大类。

硬件

结构控制和指令系统、算法和逻辑结构、存储器结构、·诺伊曼结构

哈佛结构、输入/输出和数据通信、数字逻辑、逻辑设计集成电路

计算机系统组织、计算机系统结构计算机网络分布式计算网络安全

计算机系统实现

软件

系统软件、操作系统编译器应用软件计算机游戏办公自动化

网络软件、CAD软件、计算机程序、程序设计和程序设计实践、

面向对象技术程序设计语言、软件工程、软件复用、驱动程序、

计算机模拟程序设计方法学、数据和信息系统、数据结构、

数据存储表示、数据加密数据压缩、编码与信息论、文件信息系统

管理信息系统决策支持系统-、专家系统、信息存储和数据存取、

信息交互与表达、数据库、主要的研究领域、形式化基础、逻辑学

谓词逻辑、模态逻辑、时序逻辑描述逻辑数学、泛代数递归论

模型论概率论和数理统计逻辑代数布尔代数离散数学

组合数学图论、网论、信息论、理论计算机科学、形式语言

自动机、可计算性、算法、计算复杂性、描述复杂性、编译器、

程序设计理论、信息论、类型理论、指称语义、微程序、遗传算法

并行计算、计算方法学、人工智能、机器翻译计算机图形学

图像处理与计算机视觉模式识别语音识别、文字识别、签名识别、

人脸识别指纹识别、仿真与建模、数字信号处理、档与文本处理、

计算机应用、数值计算、数值分析、定理机器证明计算机代数

工程计算计算机化学、计算机物理、生物信息论、计算生物学

非数值计算、工厂自动化、办公室自动化、人工智能、信息存储与检索

符号语言处理、计算机辅助科学、计算机辅助设计计算机辅助教学

计算机辅助管理、计算机辅助软件工程机器人学多媒体技术

人机交互、电子商务、特定技术、测试基准、机器视觉、数据压缩、

软件设计模式、数字信号处理、文件格式信息安全国际互联网络

超大规模集成电路设计网络传输协议、网络处理器技术、整数运算器、

浮点运算器、矩阵运算处理器网格、计算科学史、计算机历史、

软件业历史、编程思想 [1] 

 

专业院校

美国开设计算机科学专业的院校

普渡大学西拉法叶分校,弗吉尼亚大学密西根大学安娜堡分校乔治城大学维克森林大学耶鲁大学哥伦比亚大学华盛顿大学卡内基梅隆大学佐治亚理工学院加州理工学院,麻省理工学院,斯坦福大学,加州大学伯克利分校,伊利诺伊大学香槟分校,威斯康星大学麦迪逊分校,伦斯勒理工学院,哈佛大学,俄勒冈大学。 [1] 

相关学科

计算机科学与另外的一些学科紧密相关。这些学科之间有明显的交叉领域,但也有明显的差异。

信息科学 - 软件工程 - 信息系统 - 计算机工程 - 信息安全 -密码学数学 -工程学语言学 - 逻辑学 [1] 

发展历史

计算机科学中的理论部分在第一台数字计算机出现以前就已存在。计算机科学根植于电子工程、数学和语言学,是科学、工程和艺术的结晶。它在20世纪最后的三十年间兴起成为一门独立的学科,并发展出自己的方法与术语 [1] 

30年代

英国数学家A.M.图灵和美国数学家E.L.波斯特几乎同时提出了理想计算机的概念(图灵提出的那种理想机在后来的文献中称为图灵机)。 [1] 

40年代

数字计算机产生后,计算技术(即计算机设计技术与程序设计技术)和有关计算机的理论研究开始得到发展。这方面构成了所说的理论计算机科学。至于图灵机理论,则可以看作是这一学科形成前的阶段。至于计算机科学一词则到60年代初才出现,此后各国始在大学中设置计算机科学系。学科内容 计算机科学是一门年轻的科学,它究竟包括哪些内容,还没有一致公认的看法。一般认为,计算机科学主要包括理论计算机科学、计算机系统结构、软件工程的一部分和人工智能。理论计算机科学 理论计算机科学是在20世纪30年代发展起来的。40年代机电的与电子的计算机出现后,关于现实计算机及其程序的数学模型性质的研究以及计算复杂性(早期称作计算难度)的研究迅速发展起来,形成自动机论、形式语言理论、程序设计理论、算法设计与分析计算复杂性理论几个领域。计算机系统结构 [1] 

50年代

50年代以来,计算机的性能在计算速度和编址空间方面已提高了几个数量级。但大部分是通过元件更新而获得的。在系统结构方面基本上仍是属于40年代后期形成的存储程序型,即所谓诺伊曼型机器。这种结构的主要特点是它属于控制流型。在这种结构中,一项计算先做什么后做什么是事先确定了的,程序中指令的顺序是事先确定了的。为了在计算机的性能方面取得大的进展,需要突破这种旧的形式。计算机系统结构方面的重要课题之一,是探索非诺伊曼型机器的设计思想。在非诺伊曼型机器中,有一种是70年代初提出的数据流机器(又名数据驱动机器)。美国、苏联和英国都已制成这种机器。这种机器的特点是,在一项计算中先做什么后做什么不是事先确定,所执行的指令是动态排序的。排序的原则是操作数已准备就绪的先做,因而称作数据驱动机器。这种类型的机器更便于实现并行计算。软件工程 程序设计在相当长的时间内是一种类似手艺而不是类似现代工程的技术。 [1] 

60年代

60年代以来出现了大程序。这些大程序的可靠性很难保证。到60年代后期,西方国家出现了软件危机。这是指有些程序过于庞大(包含几十万条以至几百万条指令),成本过高而可靠性则比较差。于是提出了软件工程的概念,目的在于使软件开发遵守严格的规范,使用一套可靠的方法,从而保证质量。现代软件工程的方向是形式化和自动化,而形式化的目的在于自动化。这里所说的自动化就是将程序设计中可以由机器来完成的工作,尽量交给机器去做。中心课题之一是程序工具和环境的研究。程序工具是指辅助人编程序的程序,如编译程序、编辑程序、排错程序等;程序环境则是指一套结合起来使用的用来辅助人编程序的程序工具。人工智能 用计算机模拟人的智能,特别是模拟思维活动的技术及其有关理论。由于人的思维活动离不开语言,而且人对于某一类问题进行思索和探索解法时,总是需要以关于这一类问题的基本知识(专业知识或常识)作为出发点。于是,知识表示和机器对自然语言的理解就构成人工智能的两个重要领域。所谓知识表示,是指将原来用自然语言表示的知识转换成用符号语言表示的,从而可以储存在机器内供机器使用的知识。人工智能的研究角度有探索法的角度和算法的角度。通常所说的解题算法是指机械的和总是有结果的方法,而这里所说的算法却是广义的,包括那些机械的而在使用时不一定有结果的算法。这种方法时常称作半可判定的方法。 [1] 

人在解决问题时,时常采用探索法。这种方法具有试错法的性质,也就是说,试验若干条途径,一条路走不通时再试另一条,直到问题得到解决时为止。机器可以模拟人用探索法解题的思维活动。但由于可能途径的数目非常之大,不可能进行穷举式的探索。人一般是只选出一些最有希望得到结果的途径去进行探索。人的这种能力,就是进行创造性思维的能力。这是机器极难模拟的事情。采用算法角度,使用特定的解题算法或半可判定的方法时,会遇到另一方面的困难。那就是当问题的复杂程度较高时(比如说是指数的),即使问题是有结果的,机器也无法在实际可行的时间内得到结果。在计算机出现的初期,人们曾寄希望于机器的高速度,以为在模拟人的思维时,机器可能用它的高速度来换取它所不具有的创造性思维。但通过组合性爆炸问题(组合性爆炸是指一些组合数学中的问题,在参数增大时,计算时间的增长率时常是指数的,甚至高于指数),人们认识到,单纯靠速度不能绕过组合性爆炸所产生的障碍。有无办法来克服这种困难,尚有待于进一步研究。与其他学科的关系 计算机是由物理元件构成的,迄今主要是由电子元件构成的。因此,物理学的一些分支和电子工程便构成计算机科学的基础。同时,计算机科学在一定意义上是算法的科学,而算法是一个数学概念。因此,数学的某些分支如算法理论(即可算性理论,又名递归函数论)也构成计算机科学的基础。但计算机科学已发展成为一门独立的技术科学,既不是电子学的一个分支,也不是数学的一个分支。这是就这个学科的整体而言。至于理论计算机科学,由于它可以看作是计算机科学的数学基础,在一定意义上,可以看作是数学的一个分支。另一个与计算机科学有密切关系的学科是控制论。控制论作为应用数学方法来研究机械系统和生命系统中的控制和通信现象的学科,同计算机科学有内容上的交叉,但后者不是它的一部分。自从40年代制成数字计算机以来,计算机的性能有了很大的提高。但在系统结构方面变化不大。一些计算技术发达国家正在研制新一代的计算机。这种计算机的系统结构将与过去40年的机器很不相同,所用的程序设计语言也将是新型的。计算机科学将研究由此出现的新问题,如有关并行计算的问题。 [1] 

对计算的数学性质的研究大都还是关于串行计算的,对并行计算性质的研究自70年代才发展起来,预计将成为计算机科学的中心课题之一。另一个问题是程序设计的自动化问题。在程序设计方面,明显的趋势是将机器能做的尽量交给机器去做。程序环境的研究构成了软件工程的一个中心课题。形式化方法越来越受到重视,因为它是提高自动化程度所必需的。 [1] 

早期,虽然英国的剑桥大学和其他大学已经开始教授计算机科学课程,但它只被视为数学或工程学的一个分支,并非独立的学科。剑桥大学声称有世界上第一个传授计算的资格。世界上第一个计算机科学系是由美国的普渡大学1962年设立,第一个计算机学院于1980年由美国的东北大学设立。多数大学都把计算机科学系列为独立的部门,一部分将它与工程系、应用数学系或其他学科联合。 [1] 

著名高校

在计算机科学领域排名世界前五的大学:

1. Carnegie Mellon University卡内基梅隆大学
  2. Massachusetts Institute of Technology麻省理工学院
  3. Stanford University斯坦福大学
  4. University of California -Berkeley加州大学伯克利分校
  5. Cornell University康奈尔大学
  5. University of Illinois-Urbana Champaign伊利诺伊大学香槟分校

专业介绍

培养目标

本专业培养德、智、体全面发展,具有计算机应用技术的基础理论知识,具备计算机及相关设备的维护与维修、行业应用软件、平面图像处理、广告设计制作、动画制作、计算机网络及网站建设与管理、数据库管理与维护等应用能力和操作能力的高等技术应用性人才。 [1] 

主要课程

计算机应用基础、计算机组装与维护、计算机局域网络的建设与管理、网络工程、操作系统、服务器、数据库的开发与应用、网站建设与网页设计、C/C++语言、Visual Basic语言、平面设计、3D图形设计、多媒体设计、专业英语。 [1] 

就业方向

毕业生主要面向交通系统各单位、交通信息化与电子政务建设与应用部门、各类计算机专业化公司、广告设计制作公司、汽车营销技术服务等从事IT行业工作。 [1]

 


沈律(shenlu,1962—)


作者简介

沈律(1962-)男、安徽人、中国科技大学毕业、研究生学历;

皖南医学院科学技术学研究所所长、曾任皖南医学院恩普科技咨询公司经理。

研究方向:科学技术学与科技管理、科学计量学、经济计量学、生物计量学(生物数学)、生命科学与医学。

QQ:528591384;E-mail528591384@qq.com

 

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为创立和发展科学技术学事业而努力奋斗

(http://blog.sciencenet.cn/blog-38450-803272.html )

现代生命科学与医学概述

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