计算机科学导论
计算机科学导论电子教案课堂PPT
对计算机科学者来说，除去数据的输入与输出，更关
心数据处理系统中的数据处理过程。因为包括数据的输入 与输出在内的整个数据处理都是计算机科学研究的对象。
美籍匈牙利数学家冯•诺伊曼(Von Neumann)于1945年 奠定了现代计算机科学的基本理论。
现代计算机的特点是具有速度快精度高、逻辑判断与
记忆功能的、高度的自动化与灵活性。
如：整数-25的Excess-127数据表示为01100110
D-25+D127=D102=B1100110=B01100110
.
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浮点数表示法
浮点数可以扩大数的表示范围。
浮点数由两部分组成，一部分用以表示数
据的有效位，称为尾数；一部分用于表示该数 的小数点位置，称为阶码。
一般阶码用整数表示，尾数大多用小数表
零的表示有两种：
正零为0.0…0，负零为1.1…1。
.
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Excess系统
特点:能同时存储正负数,易于二与十进制数转换。 正数（幻数）用于转换过程，在8位模式下幻数为 （2 n-1）=128 或（2 n-1）-1=127，并分别称 Excess-128与Excess-127。
Excess系统数据表示法（数据转换法）：将十进 制整数与幻数之和转换为二进制数，并补足N位。
4．第四代计算机（1974年至今）
其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机
的主要功能部件。
----------------- 注：与教材所讲有不同
.
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第二章 数据的表示
• 数据的类型 • 计算机内部的数据 • 表示数据 • 十六进制表示法 • 八进制表示法
.
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数据的类型
计算机能处理的数据分类为：
计算机科学导论
快速成形法(RP)
柔性制造系统(FMS) 产品数据管理系统(PDM) 企业资源计划系统(ERP)
CAD/CAM软件分类
根据产品性能及应用领域的不同大致可分为 CAD、CAM、CAD/CAM三大类
一、CAD类
主要是用于二维设计，以工程制图为主。主要提供零件库、符号库，完美的尺寸
、公差标注等，如AutoCAD、国内大部分自主版权开发的或二次开发的符合国情之CAD软件。
计算学科新的应用领域： 互联网、多媒体技术带来的新的应
用领域、嵌入式系统、人工智能。
目录页
PART TWO
操作系统概论
常见操作系统
操作系统的基本组成
操作系统（ operation system ）是控制计算机整体运行的软件。它提供了用户可以存储和检索 文件的方法，提供了用户可以请求执行程序的接口，还提供了执行被请求程序所必需的环境。
Unigraphics(UG)
UG是EDS公司的拳头产品。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实
体、线框和表面功能结合在一起，并被大多数CAD/CAM软件厂商所采用。 UG最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型 等功能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的 CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的发展。1997年10月EDS公 司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的SOLIDEDGE 软件统一到Parasolid平台上。2001年EDS公司收购I-Deas，实力进一步增强，由 此形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和WindowsNT微机版的较完善的 企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。
中科大计算机科学导论
调制是将基带信号转换为适合在信道中传输的已调信号的过程，解 调是调制的逆过程。
网络安全与隐私保护
网络安全概念
指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不因偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改 、泄露，确保系统连续可靠正常地运行，网络服务不中断。
网络安全威胁
包括计算机病毒、黑客攻击、网络钓鱼、恶意软件等。
常见算法与数据结构
常见的算法包括排序算法、查找算法、图论算法等；常见的数据结 构包括数组、链表、栈、队列、树、图等。
编程实例分析
实例一
冒泡排序算法实现。冒泡排序是一种简单的排序算法，通过不断比较相邻元素并交换位置 ，将最大（或最小）的元素逐渐“冒泡”到序列的一端。
实例二
二叉树遍历算法实现。二叉树是一种常见的数据结构，遍历二叉树是二叉树操作的基本算 法之一。常见的遍历方式有前序遍历、中序遍历和后序遍历。
隐私保护技术
包括数据加密、匿名化技术、访问控制等，旨在保护用户的个人隐私不被泄露或滥用。
06
人工智能与机器学习
人工智能概述
人工智能定义
人工智能是计算机科学的一个分支，旨在研究、开发能够模拟、延 伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统。
人工智能发展历程
人工智能的发展经历了符号主义、连接主义和深度学习等阶段，逐 渐从单一的算法研究向多领域交叉融合的方向发展。
云计算与大数据处理
01
云计算架构
通过虚拟化技术将计算资源池化， 提供按需、易扩展的计算服务。
02
大数据处理技术
采用分布式存储和计算框架，实 现对海量数据的快速处理和分析。
03
云计算与大数据融 合
结合云计算的弹性和大数据处理 的能力，提供高效、灵活的数据 处理和分析服务。
计算机科学导论和计算机科学概论
计算机科学导论和计算机科学概论一、计算机科学导论1. 什么是计算机科学导论计算机科学导论是一门介绍计算机科学基本概念和原理的课程，旨在使学生对计算机科学有一个基本的了解。
它涉及到计算机科学的基本概念、发展历史、核心技术以及相关的伦理和社会问题。
2. 计算机科学导论的学习内容计算机科学导论的学习内容包括计算机系统的基本组成、计算机网络原理、操作系统的功能与原理、软件工程基础知识、数据结构与算法、数据库原理与技术、计算机组成原理等等。
通过这些学习内容，学生可以对计算机科学的基本知识有一个系统的了解。
3. 计算机科学导论的重要性计算机科学导论是计算机专业的入门课程，它为后续学习打下了坚实的基础。
通过学习计算机科学导论，学生可以对计算机领域有一个整体的认识，为以后的深入学习和研究奠定了基础。
计算机科学导论还可以帮助学生养成系统性思维和问题解决能力。
二、计算机科学概论1. 计算机科学概论的定义计算机科学概论是一门介绍计算机科学发展及相关技术应用的课程，旨在使学生对计算机科学有一个整体的认识。
它包括了计算机科学的发展历史、核心技术及其应用领域、未来发展趋势等内容。
2. 计算机科学概论的学习内容计算机科学概论的学习内容包括计算机科学的发展历程、计算机科学的基本理论、计算机科学的应用技术、计算机科学的未来发展趋势等内容。
通过这些学习内容，学生可以对计算机科学有一个更加全面的认识，了解计算机科学在不同领域的应用。
3. 计算机科学概论的重要性计算机科学概论是一门综合性强的课程，它不仅可以帮助学生了解计算机科学的基本概念和原理，还可以帮助学生了解计算机科学的发展趋势和应用领域。
通过学习计算机科学概论，学生可以更好地把握计算机科学的脉络，为将来在计算机科学领域的研究和发展奠定基础。
总结计算机科学导论和计算机科学概论是计算机专业的基础课程，它们为学生对计算机科学的整体认识和系统学习打下了坚实的基础。
通过学习这两门课程，学生可以对计算机科学有一个全面而深入的了解，为以后的学习和研究打下了基础。
计算机科学导论第一章绪 论ppt课件
Wilkes 制造产生.
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国内第一台模拟电子计算机 1956年，东北大学教授李华天带领工作人员开发 研制出国内第一台模拟电子计算机。 全套设备占地面积 40 平方米，拥有 5 个 2.3 米高的
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5章我们将详细讨论计算机模型.
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数据 Data
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
Figure 1.5 冯.诺依曼模型
15
四个子系统 Four subsystems 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。
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存储的程序概念 The stored program concept
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
计算机科学导论 第一章_绪 论
计算机科学导论学习课件教学课件PPT
-6-
1、数据处理器
在讨论图灵模型之前，将计算机定义为数据处理器
计算机是一个接收输入数据、处理数据并产生输出数据 的黑盒
该模型过于宽泛，按照该模型定义，计算器也可以算做 一种计算机
-7-
2、可编程数据处理器
图灵模型是一种适用于通用计算机的模型
该模型增加了额外的元素：程序 程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合 输出数据依赖于两方面因素，即输入数据和程序
-32-
6、操作系统
在程序设计过程中，有一些指令序列对所有程序都 是公用的、通用的。
早期的操作系统是为程序访问计算机部件提供方便 的一种通用管理程序。
现代操作系统已经成为管理计算机软硬件及资源的 系统软件。(第7章讨论)
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本章内容安排
图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学
-18-
2、存储程序的概念
冯.诺依曼模型要求程序必须存储在存储器中，早 期的计算机只将数据存储在存储器中，执行程序通 过操作开关或改变配线完成。
现代计算机的存储器主要用来存储程序和数据。程 序和数据都以二进制(0和1的序列)模式存储在存储 器中。
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3、指令的顺序执行
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指令、解释指令、执行指令；指 令按照顺序执行
一条指令可能会请求跳转到前面或后面的某个地方去执 行，跳转后仍然会顺序执行。
-20-
本章内容安排
图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学
-21-
计算机组成
计算机系统由3大部分构成
计算机硬件 数据 计算机软件
《计算机科学导论》大纲
《计算机科学导论》大纲第一章介绍
1.1什么是计算机科学？
1.2计算机科学历史回顾
1.3当今的计算机科学
第二章编程规范和语言
2.1编程规范
2.2程序设计语言
2.3编程语言的分类
第三章操作系统
3.1定义操作系统
3.2操作系统的组成部分
3.3操作系统的功能
第四章算法
4.1算法的概念
4.2分析算法
4.3算法设计
第五章数据结构
5.1数据结构的定义
5.2数据结构的种类
5.3数据结构的实现方式第六章网络
6.1网络的概念
6.2网络分类
6.3网络协议
第七章存储器
7.1存储器的概念
7.2存储器的类型
7.3存储器管理
第八章数据库
8.1数据库的概念
8.2数据库的特性
8.3数据库技术
第九章计算机系统安全
9.1计算机系统安全的概念9.2计算机系统安全的分类9.3计算机系统安全的保护第十章编程环境
10.1编程环境的定义
10.2编程环境的类型
10.3编程环境的开发
第十一章调试
11.1调试的概念
11.2调试的类型
11.3调试技术
第十二章系统分析与设计12.1系统分析与设计的概念12.2系统分析与设计的过程12.3系统分析与设计的工具。
计算机科学导论PPT课件
第一讲 概述
• 主讲教师： 马 波 • 授课对象：2011级计算机学院学生 • 总学时数：1000003学2 时 • 理论教学学时数：11000学时24 • 上机学时8数：1000学时
2
《计算机科学导论》教材
• 教材
《计算机科学导论》
机械工业出版社
刘艺等译
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课程目标
• 展示计算机科学的全景 • 激发学习兴趣 • 为后续课程的学习做好必要的知识准备
学支撑平台” 进行
• 计算机科学导论教学网站：
/moodle/
• “网络教学支撑平台”的用法也请登录：
/moodle/
8
学习建议
• 内容多，用系统的思想学习，掌握基本概念、基
本原理、基本操作；
• 听讲与自学相结合，可以快速浏览几本书，有针
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冯•诺依曼与IAS, 1952
• 冯•诺依曼的 IAS 计算机诞生于
1952。
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计算机概述——计算机的发展历史
1 电子管时代（从ENIAC诞生到50年代后期） 2 晶体管时代（50年代中期到60年代中期） 3 集成电路时代（60年代中期到70年代前期） 4 大规模集成电路时代（70年代初到80年代初） 5 超大规模集成电路时代（80年代以后） 6 生物神经网络时代（人工智能）
1833, 又开始设计可编程的自
动机械数字计算机，也称分
析引擎 “ (Analytical
Engine )”。
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霍列瑞斯与卡片穿孔制表机，1890
计算机系统发展的重要一 步是1890年制表机的发明。 由霍列瑞斯发明，首次用 于全美的人口普查。
1896年，霍列瑞斯组织了 International Business Machines (IBM)。
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计算机计算机科学导科学导科学导论论第6章 信息管理系统分析与设计
本章导读：
本章本章从软件工程的角度介绍了信息管理系统设计的基本过程和各阶段的关键内容
本章主要知识点：
（1）信息管理系统的分类
（2）信息管理系统的开发过程和各阶段主要任务
（3）系统分析、系统设计、系统实施与维护
计算机计算机科学导科学导科学导论
论第6章 信息管理系统分析与设计
6.1 概述 6.2 系统分析 6.3 系统设计
6.4 系统实施与维护
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.1 概述
信息管理系统是通过输入数据、加工处理、输出信息的过来实现其目标的系统，简单说就是处理数据和信息的系统。
6.1.1 信息管理系统分类 6.1.2 信息管理系统开发过程
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.1 概述
6.1.1 信息管理系统分类
1．办公自动化系统
办公自动化系统是用信息管理技术来提高办公室工作效率，对办公室工作人员进行支持的系统，其主要功能如下： （1）收文管理 （2）拟文管理 （3）呈报文管理 （4）档案管理 （5）电子邮件系统 （6）个人事务管理 （7）系统管理
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.1 概述
6.1.1 信息管理系统分类
2．管理信息系统
（1）管理信息系统（Management Information System ，MIS ）是一个由人和计算机组成的能进行组织内部和外部信息的收集、传递、存储、加工、维护和使用，支持组织的作业控制、计划管理和辅助决策的信息管理系统。
管理信息系统主要指数据库管理系统，利用数据库技术实现各种管理业务。
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.1 概述
6.1.1 信息管理系统分类 2．管理信息系统 （2）主要功能
�数据处理功能
�计划功能�控制功能�预测功能�辅助决策功能
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.1 概述
6.1.1 信息管理系统分类 3.决策支持系统
�决策支持系统主要强调为管理者提供辅助决策的能力。
�决策支持系统综合利用各种数据、信息、知识、人工智能和模型技术辅助高层决策者解决半结构化或非结构化决策问题。
�决策支持系统以模型库为主体，通过定量分析进行辅助决策。
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.1 概述
6.1.2 信息管理系统开发过程 1、软件的生命周期 2、阶段划分�系统分析�系统设计�系统实施与维护
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.2 系统分析
6.2.1 问题定义 6.2.2 可行性研究 6.2.3 需求分析
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.2 系统分析
6.2.1 问题定义
问题定义阶段必须回答的关键问题是：“系统要解决的问
题是什么”。
系统分析员应该提出关于问题性质、工程目标和规模的书面报告。
6.2.2 可行性研究
1、可行性研究的目的就是用最小的代价在尽可能短的时间内确定问题是否能够解决。
2、可行性研究的内容
（1）经济可行性 （2）技术可行性 （3）法律可行性 （4）开发方案的选择
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.2 系统分析
6.2.2 可行性研究 3、可行性研究的步骤
� 明确新系统的实现目标，研究旧系统 � 分析问题，导出新系统模型
� 确定系统开发计划：包括进度计划、时间安排、人员和资金及软硬件资源的调配情况进行安排。
� 完成可行性研究报告
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.2 系统分析
6.2.3 需求分析
1、需求分析的任务
（1）确定目标系统的具体要求（2）建立目标系统的逻辑模型 （3）修正系统的开发计划（4）制定初步的系统测试计划（5）编写初步的用户手册 2、需求分析的步骤（1）进行调查研究
（2）分析和描述系统的逻辑模型（3）评审
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.3 系统设计
6.3.1 软件设计 6.3.2 编码 6.3.3 软件测试
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.3 系统设计
6.3.1 软件设计
1、划分
（1）总体设计 （2）详细设计 2、软件设计的过程
（1）确定目标系统的各种可能的不同的方案 （2）分析员向用户推荐最佳实现方案 （3）设计软件结构 （4）数据库设计 （5）制订测试计划 （6）编写文档
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.3 系统设计
6.3.1 软件设计
1、总体设计的图形描述工具 层次图、HIPO图、结构图
2、详细设计的图形描述工具
常用工具有：程序流程图、盒图（N-S图）、PAD图、过程设计语言PDL、判定表、判定树、Jackson图等
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.3 系统设计
6.3.2 编码
1．结构化程序设计的设计原则
（1）使用语言中的顺序、选择、循环等有限的基本控
制结构表示程序逻辑。
（2）选用的控制结构只有一个入口、一个出口。
（3）程序语句组成容易识别的块，每块只有一个入口和一个出口。
（4）复杂结构应用基本控制结构进行组合嵌套来实现。
（5）程序中没有的控制结构，可用一段等价的程序段来模拟，但要求程序段在整个系统中应前后一致。
（6）严格控制使用Goto语句。
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.3 系统设计
6.3.2 编码
2．程序设计语言的选择
除了选择结构化的程序设计语言，还应该考虑如下几个方面：
�
� 系统应用领域 �� 算法和计算的复杂性 �
� 软件执行环境 �
� 性能考虑 �� 数据结构的复杂性 �
� 软件开发人员的知识水平和心理因素计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.3 系统设计
6.3.2 编码
3．程序设计风格 （1）源程序文档化 * 标识符的命名 * 程序注释 * 程序的形象化组织（2）数据说明（3）语句结构
（4）输入/输出（I/O ）技术
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.3 系统设计
6.3.3 软件测试
1、软件测试的目标
（1）测试是为了发现程序中的错误而执行程序的过程
（2）好的测试方案是发现迄今为止尚未发现的错误 （3）成功测试是发现了至今为止尚未发现的错误的测试
2、软件测试的原则
（1）应当尽早地、不断地进行软件测试。
（2）测试用例应由测试输入数据和预期的输出结果两部分组成。
（3）程序员应避免检查自己的程序，开发小组和测试小组分开。
（4）注意测试中的群集现象，即程序中的错误往往集中在少量的模块中。
如果在某些模块中发现的错误数较多，应当对这些模块进行重点测试。
（5）测试用例应当包含合理的输入数据和不合理的输入数据。
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.3 系统设计
6.3.3 软件测试
3、软件测试的步骤
（1）单元测试 （2）集成测试 （3）确认测试 （4）平行运行 4、测试方法 （1）静态分析 （2）动态测试 （3）黑盒测试法 （4）白盒测试法
计算机计算机科学导科学导科学导论论6.3 系统设计
6.3.3 软件测试
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、测试和调试 （1）软件测试是为了发现错误而执行程序的过程。
（2）调试则是在进行了成功的测试之后才开始进行的，其目的是为了进一步诊断和改正程序中潜在的错误。
（3）软件调试工作包含两部分内容：
* 确定程序中错误的确切性质和位置。
* 对程序（设计、编码）进行修改，排除错误。
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.4 系统实施与维护
6.4.1 维护的分类
6.4.2 提高软件可维护性的方法 6.4.3 维护的过程
计算机计算机科学导科学导科学导论
论6.4 系统实施与维护
6.4.1 维护的分类
1、改正性维护
2、适应性维护
3、完善性维护
4、预防性维护
6.4.2 提高软件可维护性的方法
从软件的可理解性、可测试性、可修改性以及可移植性四个方面来衡量。