信息技術導論

華商學院信息工程系信息技術導論1課程內容計算機和信息技術的基本概念和基礎知識計算機硬件組成、軟件系統、發展簡史信息的表示與處理、信息的輸入與輸出、信息的存儲操作系統初步、計算機網絡與互聯網軟件開發與程序語言、文件系統與數據庫系統程序設計初步上機操作Windows操作系統和常用軟件工具VC++語言編程環境和C語言編程課程內容計算機和信息技術的基本概念和基礎知識2課程結束需要掌握的知識理論個人計算機的基本組成及各部件的功能操作系統的引導及其主要功能信息的表示、處理、存儲的基本原理互聯網的基本功能和原理計算機程序的工作原理及開發過程實踐Windows操作系統的使用常用軟件的操作–收發電子郵件、搜索引擎的使用、

office（Word,Excel,Powerpoint）VC++編程環境及C語言編程課程結束需要掌握的知識理論3授課方式與成績評定課上講授和演示復習、自學和書面作業上機實習并完成上機作業考試成績評測期中考試 20%期末考試 40%平時成績(作業、課堂表現)40%授課方式與成績評定課上講授和演示4第1章信息、信息科學與信息技術第1章信息、信息科學與信息技術5內容提要本章介紹信息的基本概念，討論了信息的定義、信息的基本性質；信息科學與信息技術的內容；信息技術與與計算學科之間的關系；計算學科的專業方向與理論、抽象、設計三個過程的學習方法。內容提要本章介紹信息的基本概念，討論了信息的定義、信息的基本61.1信息的基本概念1.1.1信息的定義1.1.2信息的特性1.1.3信息論的產生

1.1信息的基本概念1.1.1信息的定義71.1.1信息的定義就一般意義而言，信息可以理解成消息、情報、知識、見聞、通知、報告、事實、數據等等。1.1.1信息的定義就一般意義而言，信息可以理解成消息、情8中國首次涉及“信息”的詩兩葉愁眉愁不開，獨含惆悵上層臺。碧云空斷雁行處，紅葉已雕人未來。塞外音書無信息，道傍車馬起塵埃。功名待寄凌煙閣，力盡遼城不肯回。——杜牧《寄遠》

中國首次涉及“信息”的詩9李中《碧云集·暮春懷故人》池館寂寥三月盡，落花重疊蓋莓苔。惜春眷戀不忍掃，感悟心情無計開。夢斷美人沉信息，目穿長路倚樓臺。瑯軒繡瑕安可得，流水浮云共不還。

——唐代詩人李中《碧云集·暮春懷故人》李中《碧云集·暮春懷故人》池館寂寥三月盡，落花重疊蓋莓苔。10在國外，據說最早討論數據、信息、知識與智慧之間關系的，不是數學家，也不是計算機科學家，而是詩人T.S.Eliot。他說：

信息迷失在數據中，知識迷失在信息中，而智慧迷失在知識中。在國外，據說最早討論數據、信息、知識與智慧之間關系的，不是數11他的原話出現于1934年的“TheRock”中，下面的后三句話是他的，前一句話是好事者加上去的：

WhereistheLifewehavelostinliving?Whereisthewisdomwehavelostinknowledge?Whereistheknowledgewehavelostininformation?"Whereistheinformationwehavelostindata?

有人譯為：

生活中啊，我們消逝的生命在哪里？知識中啊，我們失去的智慧在哪里？信息中啊，我們遺漏的知識在哪里？數據中啊，我們丟失的信息在哪里？

他的原話出現于1934年的“TheRock”中，下面的后三12“信息”的一些定義下面是對于“信息”的一些定義：“信息是事物之間的差別。”“信息是接收者事先不知道的東西。”“信息是事物及其屬性標識的集合”“信息就是信息，信息是物質、能量、信息及其屬性的標示。”“信息是確定性的增加。即肯定性的確認。”香農（ClaudeElwoodShannon，1916-2001）給出的定義是：“狹義地說，信息是用來消除不確定性的東西。”“信息”的一些定義下面是對于“信息”的一些定義：13廣義地說，信息是認識主體（人、生物、機器））所所感受感受的事物運動狀態和變換方式的事物運動狀態和變換方式。廣義信息的三個層次：語法（（SyntacticSyntactic））信息語義（Semantic）信息語用（Pragmatic）消息廣義地說，信息是認識主體（人、生物、機器））所所感141.1.2信息的特性信息雖然似乎非常抽象，卻可以被觀察者（人以及人造的機器、儀器、生物等）所感知、識別、提取、檢測、存儲、顯示、檢索、傳遞、分析、變換處理和利用。信息是知識的來源、決策的依據、思維的材料、控制的基礎和管理的保證。1.信息的非消費性2.共享性3.積累效果性4.信用價值性5.信息與能量息息相關當然，信息還有其他一些屬性，如事實性，滯后性，不完全性，時效性，替代性，擴散性等等。1.1.2信息的特性信息雖然似乎非常抽象，卻可以被觀察者（151.1.3信息論的產生信息論是應用近代概率論和數理統計方法研究信息傳輸和信息處理系統中一般規律的新興學科，核心問題是信息傳輸的有效性和可靠性以及兩者間的關系。。信息論是研究信息的基本性質及度量方法，研究信息的獲取、傳輸、存儲和處理的一般規律的科學。1.1.3信息論的產生信息論是應用近代概率論和數理統計方法16信息的重要性現代化學者認為，人類文明經歷了四次意義深遠的革命：

時間意義工具的制造 約250萬年前 人類區別于動物農業革命 約1萬年前年前 原始社會——農業社會工業革命 約200年前 農業社會——工業社會信息革命 約20多年前 工業社會——信息社會信息的重要性現代化學者認為，人類文明經歷了四次意義深遠的革17信息的重要性客觀世界三大基本要素：物質——材料科學能量——能源科學信息——信息科學Withoutmaterialnothingexists,Withoutenergynothinghappens,withoutinformationnothingmakessense.信息的重要性客觀世界三大基本要素：181.信息論的研究范疇信息論作為一門科學理論，發端于通信工程。它具有廣義和狹義兩個概念：狹義信息論是應用統計方法研究通訊系統中信息傳遞和信息處理的共同規律的科學，即研究概率性語法信息的科學；廣義信息論是應用數學和其他有關科學方法研究一切現實系統中信息傳遞和處理、信息識別和利用的共同規律的科學，即研究語法信息、語義信息和語用信息的科學。

1.信息論的研究范疇信息論作為一門科學理論，發端于通信工19信息的概念物質、能量和信息是構成客觀世界的三大要素。信息是物質和能量在空間和時間上分布的不均勻程度，或者說信息是關于事物運動的狀態和規律通信系統中形式上傳輸的是消息，實質上傳輸的是信息，消息中包含信息，消息是信息的載體。信息的概念物質、能量和信息是構成客觀世界的三大要素。信息是物20對于信息論的研究，一般劃分為三個不同的范疇：廣義信息論，包括信息論在自然和社會中的新的應用，如模式識別、機器翻譯、自學習自組織系統、心理學、生物學、經濟學、社會學等一切與信息問題有關的領域。實用信息論，研究信息傳輸和處理問題，也就是狹義信息論方法在調制解調、編碼譯碼以及檢測理論等領域的應用。狹義信息論，即通信的數學理論，主要研究狹義信息的度量方法，研究各種信源、信道的描述和信源、信道的編碼定理。對于信息論的研究，一般劃分為三個不同的范疇：212.通信系統模型香農提出：信息的傳播過程是“信源”（信息的發送者）把要提供的信息經過“信道”傳遞給“信宿”（信息的接收者），信宿接收這些經過“譯碼”（即解釋符號）的信息符號的過程。并由此建立了通信系統模型。通信系統模型2.通信系統模型香農提出：信息的傳播過程是“信源”（信息的22這個模型包括以下五個部分：3.信道信道是信息傳輸和存儲的媒介。4.譯碼器譯碼是編碼的逆變換，分為信道譯碼和信源譯碼。5.信宿信宿是消息的接收者。2.編碼器編碼器是將消息變成適合于信道傳送的信號的設備。1.信源信源是產生消息的源。編碼器信源編碼器，提高傳輸效率信道編碼器，提高傳輸可靠性6.干擾源（噪聲）：是指信息傳遞中的干擾，它對信息的發送與接受產生影響，使兩者的信息意義發生改變。這個模型包括以下五個部分：3.信道信道是信息傳輸和存儲的233.香農對信息的定義和度量“信息論”，又稱為“通信的數學理論”，是研究信息的傳輸、存儲、處理的科學。信息論的中心問題：為設計有效而可靠的通信系統提供理論依據。通信系統所要解決的具體問題是：問題一：信源消息常常不能夠完全發送。（否則發送量巨大，如：無盡的天空。因此優先撿有用的發送）問題二：信道因干擾而出現差錯，如何進行檢錯和糾錯。具體實現是進行信源編碼和信道編碼。3.香農對信息的定義和度量24Shannon信息論的中心問題香農認為：信息是人們對事物了解的不確定性(Uncertainty)的消除或減少。為了通訊實踐的需要，哈特萊提出應該用對數單位來度量信息，單位是比特。而香農用概率論來測量信息的量。Shannon信息論的中心問題香農認為：信息是人們對事物了解25信息的直觀認識（一）概率：計算隨機時間發生的可能性大小的量。事件發生的概率越小，此事件含有的信息量就越大

例：事件“中國足球隊3:0力克韓國足球隊”

小概率事件發生了，事件信息量大例：事件“中國足球隊0:1負于韓國足球隊”

大概率事件發生了，事件信息量小信息的直觀認識（一）概率：計算隨機時間發生的可能性大小的量26概率概率27連續打出六個雙蛋黃概率萬億分之一

連續打出六個雙蛋黃概率萬億分之一28信息的直觀認識（二）表示信息的隨機變量的隨機性越大，此隨機變量含有的信息量就越大量含有的信息量就越大。例：X=“中國足球隊與韓國足球隊比賽的結果”——X含有的信息量小（隨機性小，可預見性大，因此信息量小）例：X=“意大利足球隊與德國足球隊比賽的結果”——X含有的信息量大（隨機性大，可預見性小，因此信息量大）信息的直觀認識（二）表示信息的隨機變量的隨機性越大，此隨機變29信息的直觀認識（三）兩個隨機變量的相互依賴性越大，它們的互信息就越大（這里指的是絕對值大）。例：X=深圳明天的平均氣溫,Y=廣州明天的平均氣溫，Z=哈爾濱明天的平均氣溫，W=紐約明天的平均氣溫。X與Y互信息量大，X與與Z互信息量小得多，X與W互信息量幾乎為0。信息的直觀認識（三）兩個隨機變量的相互依賴性越大，它們的互信30信息的度量（信息量）和不確定性消除的程度有關，消除了多少不確定性，就獲得了多少信息量；不確定性就是隨機性，可以用概率論和隨機過程來測度不確定性的大小，出現概率小的事件，其不確定性大，反之，不確定性小；由以上兩點可知：概率小——>信息量大，即信息量是概率的單調遞減函數；此外，信息量應該具有可加性；信息的度量（信息量）和不確定性消除的程度有關，消除了多少不確31香農把“熵”這個概念引入信息的度量。熵是一個系統的不確定性或無序的程度，系統的紊亂程度越高，熵就越大；反之，系統越有序，熵就越小。控制論創始人維納說：“一個系統的熵就是它的無組織程度的度量。”熵這個概念與信息聯系在一起后，獲得這樣的思路：信息的獲得意味著熵的減少，要使紊亂的系統（熵大的系統）有序化（減少熵）就需要有信息，當一個系統獲得信息后，無序狀態減少或消除（熵減少）；而如果信息丟失了，則系統的紊亂程度增加。一個系統有序程度越高，則熵就越小，所含信息量就越大，反之無序程度越高，則熵越大，信息量就越小，信息與熵是互補的，信息就是負熵，兩者互為負值。信息量=系統狀態原有的熵-系統狀態確定后的熵香農把“熵”這個概念引入信息的度量。321.2信息科學與信息技術信息和控制是信息科學的基礎和核心。“科學”是指探知事物的本質、特征、內在規律以及與其他事物的聯系,是關于自然、社會和思維的發展與變化規律的知識體系。“技術”則是運用科學規律解決實現某一目的的手段和方法,泛指根據生產實踐經驗和科學原理而發展形成的各種工藝操作方法、技能和技巧。工程是指將科學原理應用到工農業等生產部門中去而形成的各門學科的總稱。1.2信息科學與信息技術信息和控制是信息科學的基礎和核心。33科學就是整理事實，從中發現規律，做出結論。科學要發現人所未知的事實，并以此為依據，實事求是，而不是脫離現實的純思維的空想。規律，則是指客觀事物之間內在的本質的必然聯系。因此，科學是建立在實踐基礎上，經過實踐檢驗和嚴密邏輯論證的，關于客觀世界各種事物的本質及運動規律的知識體系。科學就是整理事實，從中發現規律，做出結論。341.2.1信息科學關于什么是信息科學（Informationscience），有著不同的定義：定義1：信息科學是研究信息的產生、獲取、變換、傳輸、存儲、處理、顯示、識別和利用的科學，是一門結合了數學、物理、天文、生物和人文等基礎學科的新興與綜合性學科”。定義2：以信息為主要研究對象，以信息的運動規律和應用方法為主要研究內容，以計算機等技術為主要研究工具，以擴展人類的信息功能為主要目標的一門新興的綜合性學科。1.2.1信息科學關于什么是信息科學（Informatio35信息科學研究的基本內容可歸納為五個方面：(1)探討信息的基本概念和本質。(2)研究信息的數值度量方法。(3)闡明信息感知、識別、變換、傳遞、存儲、檢索、處理、再生、表示、施效(控制)等過程的一般規律。(4)揭示利用信息來描述系統和優化系統的方法和原理(5)尋求通過加工信息來生成智能的機制和途徑。信息科學研究的基本內容可歸納為五個方面：36從信息科學的研究內容來劃分，我們可以將信息科學的基本科學體系分為三個層次：信息科學的哲學層次，其中包括信息的哲學本質、智能的哲學本質、信息與反映的關系、信息與認識的關系、人工智能與人類智能的關系等等。信息科學的基礎理論層次，它的主要任務是研究信息的一般理論。信息科學的技術應用層次，主要研究如何應用信息科學理論在技術上拓展人類的信息功能（特別是其中的智力功能）的問題。從信息科學的研究內容來劃分，我們可以將信息科學的基本科學體系371.2.2信息技術信息作為—種資源，它的無限性，共享性和開發性，使它對于人類具有特別重要的意義。迄今為止，人類社會已發生過四次信息技術革命：第一次革命是人類創造了語言和文字，接著現出了文獻；第二次革命是造紙和印刷術的出現；第三次革命是電報、電話、電視及其他通信技術的發明和應用；第四次革命是電子計算機和現代通信技術在信息工作中的應用。1.2.2信息技術信息作為—種資源，它的無限性，共享性和開381.信息技術的定義對信息技術的定義，因人們使用的目的、范圍、層次不同而有不同的表述：定義1：信息技術是指有關信息的收集、識別、提取、變換、存貯、傳遞、處理、檢索、檢測、分析和利用等的技術。定義2：現代信息技術“以計算機技術、微電子技術和通信技術為特征”。定義3：信息技術是指在計算機和通信技術支持下用以獲取、加工、存儲、變換、顯示和傳輸文字、數值、圖像以及聲音信息，包括提供設備和提供信息服務兩大方面的方法與設備的總稱。可以認為：信息技術是指開發和利用，采集，傳輸控制和處理信息的技術手段。也可以把信息技術直接定義為獲取，傳遞，處理，再生和使用信息的技術。1.信息技術的定義對信息技術的定義，因人們使用的目的、范圍392.信息技術的“四基元”（1）傳感技術——信息的采集技術，對應于人的感覺器官功能的延長。（2）通信技術——信息的傳遞技術，對應于人的傳導神經網絡功能的延長。（3）計算機和智能技術——信息的處理和存儲技術，對應于人的思維器官功能的延長。（4）控制技術——信息的使用技術，對應于人的效應器官功能的延長。2.信息技術的“四基元”（1）傳感技術——信息的采集技術，403.信息技術主要支撐技術──微電子技術當代的信息技術，主要是指采用電子技術來采集，傳遞，控制和處理信息的技術，所以也可稱作電子信息技術，即與電子計算機和通信設備的設計制造以及信息的設計，處理，傳輸，變換，存取有關的技術。計算機是信息處理的工具，通信是信息傳播手段，微電子技術是信息技術的基礎。集成電路的高集成化，高密度化和高速度化，帶來了電子計算機的小型化，微型化，高性能化和價格低廉化。信息技術的發展速度非常迅速，五十年代，信息技術的主要標志是編程計算，六十年代是數據處理，七十年代是計算機網絡，八十年代是模式識別，到了九十年代，專家系統和人工智能便成為突出的代表。3.信息技術主要支撐技術──微電子技術當代的信息技術，主要411.2.3信息化與社會信息化信息化是一種社會的經濟形態，是指從事獲取，傳輸，處理，提供應用信息的部門，以及其他各部門對信息的應用，在國民經濟中的貢獻和占用的勞動力等超過了工業，農業等物質資料生產所占的比重。另一方面，信息化又是一個過程，即上述與信息有關的各部門相對信息的應用在國民經濟中所占比重不斷上升，最終超過工、農業的全過程。信息技術的發展，為社會信息化提供了強有力的手段，社會信息化以電子計算機，通信，軟件為三大技術要素，以工廠自動化，辦公室自動化，農業自動化，家庭自動化為重要應用領域，正深刻地改變著社會面貌。1.2.3信息化與社會信息化信息化是一種社會的經濟形態，是421.3計算與計算科學1.3.1計算本質的認識歷史1.3.2現代計算機的產生以及計算學科的定義1.3.3計算學科的傳統應用領域1.3.4計算學科的新領域以及未來的展望1.3計算與計算科學1.3.1計算本質的認識歷史431.3.1計算本質的認識歷史計算學科根本問題的認識過程與人們對計算過程的認識是緊密聯系在一起的。因此要分析計算學科的根本問題，首先要分析人們對計算本質的認識過程。1.3.1計算本質的認識歷史計算學科根本問題的認識過程與人44史前文明：計數的開端結繩記事（計數）是原始先民廣泛使用的以繩結形式反映客觀經濟活動及其數量關系的記錄方式。文獻記載：“上古結繩而治，后世圣人易以書契，百官以治，萬民以察”（《易·系辭下》）。

進制計數一般是10進制，也有20進制（古瑪雅人）12進制（打）24進制（時間）16進制（中國古代的1斤=16兩）史前文明：計數的開端結繩記事（計數）是原始先民廣泛使用的以45計算工具的出現中國最早的計算工具是算籌。算籌可認為是世界上最古老的計算工具，最早可追溯到中國春秋時代，紅籌表示正數，黑籌表示負數計算工具的出現中國最早的計算工具是算籌。算籌可認為是世界上最46新的計算工具——算盤一旦遇到復雜運算，使用算籌常弄得繁雜混亂，讓人感到不便。公元600年左右，中國出現新的計算工具——算盤。算盤作為主要的計算工具流行了相當長的一段時間。新的計算工具——算盤一旦遇到復雜運算，使用算籌常弄得繁雜混亂47古代中國的算法化思想很早以前國的學者就認為：對于一個數學問題，只有當確定了其可用算盤解算它的規則時，這個問題才算可解。古代中國的算法化思想蘊含著中國古代學者對計算的根本問題即可計算性問題的理解，這種理解對現代計算學科的研究仍具有重要的意義。古代中國的算法化思想很早以前國的學者就認為：對于一個數學問題48世界上第一臺加法計算機（1642）17世紀，歐洲出現了計算尺和機械式計算機。世界上第一臺加法計算機（1642）17世紀，歐洲出現了計算尺49通用計算機的基本設計思想19世紀英國數學家巴貝奇(1792-1871)提出通用計算機的基本設計思想。1834年：巴貝奇提出了分析機的概念，機器共分為三個部分：堆棧，運算器，控制器。通用計算機的基本設計思想50巴貝奇1822年研制的差分機巴貝奇1822年研制的差分機51布爾和布爾代數19世紀中葉，英國杰出的數學家，哲學家布爾(1824-1898)和其它杰出的科學家一起，通過對人類思維進行數學化精確地刻畫，奠定了智慧機器的思維結構與方法，今天計算機內使用的邏輯基礎——布爾代數，正是他所創立的。布爾和布爾代數19世紀中葉，英國杰出的數學家，哲學家布爾(152圖靈24歲提出圖靈機理論31歲參與COLOSSUS（破譯德軍密碼的機器）的研制33歲設想仿真系統35歲提出自動程序設計概念38歲設計“圖靈測驗”圖靈獎：美國計算機協會于1966年設立圖靈24歲提出圖靈機理論53圖靈機的藝術表示紙帶讀寫頭程序（有窮控制器）3個部件：有窮控制器、無窮帶和讀寫頭3個動作：改寫當前格、左移或右移一格圖靈機的藝術表示紙帶讀寫頭程序（有窮控制器）3個部件：有窮控54圖靈機可以讀入一系列的零和一，這些數字代表了解決某一問題所需要的步驟，按這個步驟走下去，就可以解決某一特定的問題。讀寫頭有窮控制器存儲帶…………圖靈機模型圖靈機可以讀入一系列的零和一，這些數字代表了解決某一問題所需55在圖靈看來，只需要保留一些最簡單的指令，一個復雜的工作只用把它分解為這些最簡單的操作就可以實現了，圖靈機理論上是通用機。他相信：有一個算法可以解決大部分問題，困難的部分則是如何確定最簡單的指令集，怎么樣的指令集才是最少的，而且又能頂用還有一個難點是如何將復雜問題分解為這些指令。圖靈在理論上奠定了計算機產生的基礎。在圖靈看來，只需要保留一些最簡單的指令，一個復雜的工作只用把56圖靈機是一種可計算的用數學方法精確定義的計算模型，現代計算機正是這種模型的具體實現。計算學科各分支領域中的抽象和理論兩個過程關心的是解決具有可計算性和有效性的模型問題，設計過程關心的是模型的具體實現問題。計算學科中的3個過程是不可分割、密切相關的。由于圖靈對計算科學所作出的杰出貢獻，ACM于1966年設立了以圖靈名字命名的計算機科學大獎——圖靈獎，以紀念這位杰出的科學家。圖靈機被公認為是現代計算機的原型。后人也將圖靈譽為計算機科學之父。圖靈機是一種可計算的用數學方法精確定義的計算模型，現代計算機571.3.2計算機系統概述計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對數據進行輸入、處理、輸出和存儲的系統。1.3.2計算機系統概述計算機是一種能夠按照事先存儲的程581.計算機系統計算機系統由計算機硬件系統和計算機軟件系統兩大部分組成。1.計算機系統計算機系統由計算機硬件系統和計算機軟件系統兩59(1)計算機硬件系統計算機硬件系統是由一系列電子元器件按照一定邏輯關系聯接而成，它是計算機系統的物質基礎。計算機的基本工作原理是存儲程序和程序控制。該原理最初是由匈牙利數學家馮·諾依曼于1946年提出來的，故稱為馮·諾依曼原理。按照馮·諾依曼原理構造的計算機又稱馮·諾依曼計算機，其體系結構稱為馮·諾依曼結構。目前計算機已發展到了第四代，基本上仍然遵循著馮·諾依曼原理和結構。但是，為了提高計算機的運行速度，實現高度并行化，當今的計算機系統已對馮·諾依曼結構進行了許多變革，如指令流水線技術。(1)計算機硬件系統計算機硬件系統是由一系列電子元器件按照60(2)計算機軟件系統計算機軟件的定義：軟件是指用來指揮計算機運行的各種程序的總和以及開發、使用和維護這些程序所需的技術資料。沒有配備任何軟件的硬件計算機稱為裸機。裸機向外部世界提供的界面只是機器指令。用戶及其他程序都通過系統軟件來使用計算機。

(2)計算機軟件系統計算機軟件的定義：軟件是指用來指揮計61計算機軟件系統的層次結構用戶系統應用程序操作系統機器語言硬件系統計算機軟件系統的層次結構用戶系統應用程序操作62一般把靠近內層、為方便使用和管理計算機資源的軟件，稱為系統軟件。計算機系統軟件由操作系統、語言處理系統、以及各種軟件工具等各種軟件程序組成。計算機軟件指揮、控制計算機硬件系統按照預定的程序運行、工作，從而達到預定的目標。簡單的說，系統軟件的功能主要是簡化計算機操作，擴展計算機處理能力和提高計算機的效益。一般把靠近內層、為方便使用和管理計算機資源的軟件，稱為系統軟63應用軟件是用戶利用計算機軟、硬件資源為解決各類應用問題而編寫的軟件。應用軟件一般包括用戶程序及其說明性文件資料。隨著計算機應用的推廣與普及，應用軟件將會逐步地標準化、模塊化，并逐步地按功能組合成各種軟件包以方便用戶的使用。應用軟件的存在與否并不影響整個計算機系統的運作，但它必須在系統軟件的支持下才能工作。應用軟件是用戶利用計算機軟、硬件資源為解決各類應用問題而編寫64（3）計算機的基本運作方式計算機的基本運作方式可概括為所謂的“IPOS循環”。即：輸入（Input）處理（Processing）輸出（Output）存儲（Storage）它反映了計算機進行數據處理的基本步驟。（3）計算機的基本運作方式計算機的基本運作方式可概括為所謂65IPOS循環輸入。接受由輸入設備（如鍵盤、鼠標器、掃描儀等）提供的數據。處理。對數值、邏輯、字符等各種類型的數據進行操作，按指定的方式進行轉換。輸出。將處理所產生的結果等數據由輸出設備（如顯示器、打印機、繪圖儀等）進行輸出。存儲。計算機可以存儲程序和數據。IPOS循環輸入。接受由輸入設備（如鍵盤、鼠標器、掃描儀等）662.計算機的分類根據計算機工作原理和運算方式的不同，以及計算機中信息表示形式和處理方式的不同，計算機可分為數字式電子計算機（digitalcomputer）、模擬式電子計算機（analogcomputer）和數字模擬混合計算機（hybridcomputer）。當今廣泛應用的是數字計算機，因此，常把數字式電子計算機(ElectronicDigitalComputer)簡稱為電子計算機或計算機。2.計算機的分類根據計算機工作原理和運算方式的不同，以及67按計算機的用途可分為通用計算機（generalpurposecomputer）和專用計算機（specialpurposecomputer）兩大類。通用計算機能解決多種類型問題，是具有較強通用性的計算機。一般的數字式電子計算機多屬此類。專用計算機是為解決某些特定問題而專門設計的計算機，如嵌入式系統。按計算機的用途可分為通用計算機（generalpurpos68根據計算機的總體規模(按照計算機的字長、運算速度、存儲量大小、功能強弱、配套設備多少、軟件系統的豐富程度)對計算機分類，可分為巨型機（supercomputer）、大/中型計算機（mainframe）、小型計算機（minicomputer）、微型計算機（microcomputer）和網絡計算機（networkcomputer）五大類。常見的微型機還可以分為臺式機、便攜機、筆記本電腦、掌上型電腦等多種類型。根據計算機的總體規模(按照計算機的字長、運算速度、存儲量大小693.計算機的發展3.計算機的發展70計算機發展的四個階段按照電子器件劃分，計算機大致已經歷了四代：第一代計算機（1946年～1957年）。邏輯器件使用電子管；用穿孔卡片機作為數據和指令的輸入設備；用磁鼓或磁帶作為外存儲器。在1949發明了可以存儲程序的計算機。這些計算機使用機器語言編程，可存儲信息和自動處理信息。人類存儲和處理信息的方法開始發生革命性的變化。計算機發展的四個階段按照電子器件劃分，計算機大致已經歷了四代71第二代計算機（1958年～1964年）。使用晶體管代替了電子管；內存儲器采用了磁芯體；引入了變址寄存器和浮點運算硬件；利用I/O處理機提高了輸入輸出能力；在軟件方面配置了子程序庫和批處理管理程序，并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高級程序設計語言及相應的編譯程序。第二代計算機（1958年～1964年）。使用晶體管代替了電子72第三代計算機（1965年～1971年）。用小規模或中規模集成電路來代替晶體管等分立元件；用半導體存儲器代替磁芯存儲器；使用微程序設計技術簡化處理機的結構；在軟件方面則廣泛地引入多道程序、并行處理、虛擬存儲系統和功能完備的操作系統，同時還提供了大量的面向用戶的應用程序。第三代計算機（1965年～1971年）。用小規模或中規模集成73第四代計算機（1972年～現在）。使用了大規模集成電路和超大規模集成電路。微型計算機、筆記本型和掌上型等超微型計算機的誕生是超大規模集成電路應用的直接結果。完善的系統軟件、豐富的系統開發工具和商品化的應用程序的大量涌現，以及通信技術和計算機網絡的飛速發展，使得計算機進入了一個大發展的階段。第四代計算機（1972年～現在）。使用了大規模集成電路和超大74計算機發展的四個階段時代年份器件軟件應用一46-57電子管匯編語言科學計算二58-64晶體管高級語言數據處理工業控制三65-71集成電路操作系統文字處理圖形處理四72年迄今大規模集成電路數據庫、網絡等社會的各個領域計算機發展的四個階段時代年份器件軟件應用一46-57電子管75計算機發展趨勢微型化巨型化網絡化智能化ENIAC計算機發展趨勢微型化巨型化網絡化智能化ENIAC76Altair8800計算機發展趨勢——微型化計算機不再是單一的計算機器，而是一種信息機器，一種個人的信息機器。Altair8800計算機發展趨勢——微型化計算機不再是單77CRAY-Ⅱ計算機發展趨勢——巨型化中國超級計算機：國防科技大學研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家智能計算機中心推出的“曙光1000”和“曙光200I”銀河Ⅱ運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-I”超級計算機應用：天氣預報、地震機理研究、石油和地質勘探，衛星圖像處理等大量科學計算的高科技領域。CRAY-Ⅱ計算機發展趨勢——巨型化中國超級計算機：銀河Ⅱ運78計算機發展趨勢——網絡化計算機網絡：計算機技術與通信技術結合的產物。計算機網絡的發展動力：使用遠程資源，共享程序、數據和信息資源，網絡用戶的通訊和合作。計算機發展趨勢——網絡化計算機網絡：79計算機發展趨勢——智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機械’來”。

——笛卡爾（1637）人類第一個“工業機器人”：

一頭在紡織機上挑紗的“驢”（1742年）第一代機器人

機械手（1962年出現）第二代機器人

具有“感覺”的機器人第三代機器人

裝有啟發式計算機的“智能機器人”計算機發展趨勢——智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一80未來計算機的研究目標是試圖打破計算機現有的體系結構，使得計算機能夠具有像人那樣的思維、推理和判斷能力。已經實現的非傳統計算技術有：超導計算、量子計算、生物計算、光計算等。未來的計算機可能是超導計算機、量子計算機、生物計算機、光計算機或納米計算機、DNA計算機等。未來計算機的研究目標是試圖打破計算機現有的體系結構，使得計算814.計算機的特點（1）運算速度快、精度高現在世界上最快的計算機每秒可以運算幾十億次以上。計算機的字長越長，其精度越高。對于氣象預報等精度要求高、時間性強的工作，沒有計算機進行數據處理，靠手工已無法實現。（2）具有邏輯判斷和記憶能力計算機有準確的邏輯判斷能力和高超的記憶能力。可以把龐大的國民經濟信息或一個大圖書館的全部文獻資料目錄和索引存儲在計算機系統中，隨時提供情報檢索服務。計算機的計算能力、邏輯判斷能力和記憶能力三者的結合，使之可以模仿人的某些智能活動。因此，計算機已經遠遠不只是計算的工具，而是人類的腦力延伸。（3）高度的自動化和靈活性計算機采取存儲程序方式工作，即把編好的程序輸入計算機，機器便可依次逐條執行。這就使計算機實現了高度的自動化和靈活性。4.計算機的特點（1）運算速度快、精度高82每臺計算機提供的基本功能是有限的，這是在設計和制造時就決定了的。但計算機可以在人的精心編排設計下，用這些有限的功能，快速自動地完成多種多樣的基本功能序列，從而實現計算機的通用性，達到計算機應用的各種目的。計算機系列產品多，其外形、性能指標及功能強弱差異很大，但基本工作原理都屬于科學家馮·諾依曼早年提出的“存儲程序、順序執行指令”的原理，即所謂馮·諾依曼原理。計算機結構的基本組成是根據馮·諾依曼原理設計的，因此計算機也稱為馮·諾依曼型計算機。每臺計算機提供的基本功能是有限的，這是在設計和制造時就決定了831.3.3計算學科的傳統應用領域計算機的傳統應用領域大致可分為以下五個方面：1.科學計算和科學研究2.信息處理3實時控制（也稱過程控制）4CAD/CAM/CAI5人工智能1.3.3計算學科的傳統應用領域計算機的傳統應用領域大致841.科學計算和科學研究使用計算機來完成科學研究和工程技術中的數學問題的計算稱為科學計算，也稱為數值計算。(1)科學計算科學計算是使用計算機完成在科學研究和工程技術領域中所提出的大量復雜的數值計算問題，是計算機的傳統應用之一。科學計算通常的步驟為：構造數學模型、選擇計算方法、編制計算機程序、上機計算、分析結果。專門從事計算方法研究的科技工作者研究出了許多高效率、高精度的用于科學計算的算法，積累了許多科學計算用的程序，并且將這些程序匯集成為軟件包，供科技工作者選用。

1.科學計算和科學研究使用計算機來完成科學研究和工程技術85(2)科技文獻的存儲與查詢在當前信息化的社會中，科技文獻正在以爆炸性的速度急劇地增加，在這浩如煙海的信息世界，如果不使用計算機來存儲和檢索信息，將無法正常地進行科學研究和科技成果的交流。電子圖書館是利用計算機技術和網絡技術，將圖書、文獻、資料等信息以電子化和數字化的形式存儲和傳遞，建立信息采集、加工、存儲和提供的電子化信息環境，使信息的載體和服務方式都發生了重大的變化。(2)科技文獻的存儲與查詢86(3)計算機仿真計算機仿真是一門利用模型進行實驗研究的技術，可以應用于用其他方法需要進行繁復的實際實驗或者無法進行實際實驗的場合。例如，在汽車制造業中可對汽車的碰撞性能進行仿真，從而大大節省了試驗的成本。又如可對交通基礎設施、控制方式、車輛運行調度等進行仿真，為交通基礎設施的改擴建以及運營組織提供科學的決策支持。(3)計算機仿真872.信息處理所謂信息處理就是使用計算機對數據進行輸入、分類、加工、整理、合并、統計、制表、檢索以及存儲等，又稱為數據處理。(1)座位預訂與售票系統(2)零售業中的應用(3)辦公自動化事務型辦公自動化系統。文字處理、日程安排、文檔管理、行文管理、郵件處理、排版與印刷、視頻會議。管理型辦公自動化系統。該系統是既能支持各種辦公事務工作又能進行信息管理的辦公自動化系統。決策型辦公自動化系統。該系統是辦公自動化系統的最高層次，它以事務處理和信息管理為基礎，主要是提供輔助決策支持的功能。2.信息處理所謂信息處理就是使用計算機對數據進行輸入、分類883.實時控制（也稱過程控制）

實時控制能及時地采集檢測數據、使用計算機快速地進行處理并自動地控制被控對象的動作，實現生產過程的自動化。例如：(1)空中交通控制（ATC）系統(2)病員監護與健康護理3.實時控制（也稱過程控制）實時控制能及時地采集檢測數據894.CAD/CAM/CAI(1)計算機輔助設計計算機輔助設計CAD是使用計算機來輔助人們完成產品或工程的設計任務的一種方法和技術。其主要技術：圖形處理技術、工程分析技術、數據管理技術、軟件設計與接口技術等。(2)計算機輔助制造計算機輔助制造CAM是使用計算機輔助人們完成工業產品的制造任務，能通過直接或間接地與工廠生產資源接口的計算機來完成制造系統的計劃、操作工序控制和管理工作的計算機應用系統。主要技術：數字控制、可編程序邏輯設計、計算機輔助編制加工、機器人工程學、制造質量控制技術等。4.CAD/CAM/CAI(1)計算機輔助設計90(3)計算機輔助教學計算機輔助教學CAI是把計算機用作教學媒體，使它充當指導者、工具和學習者角色，學生通過與計算機的對話進行學習的一種新型教學技術。計算機輔助教學系統由三部分組成：硬件系統、系統軟件和課件。硬件系統包括計算機主機及其附屬外部設備，硬件提供了輔助教學的物質基礎。軟件是在硬件設備上運行的各種程序及相關的文檔資料，包括系統軟件和應用軟件。課件是為實現教學目標而設計的應用軟件、有關教材、文檔資料等。(3)計算機輔助教學915.人工智能人工智能（AI）這個英文單詞最早是在1956年的一次會議上提出的。所謂人工智能，就是讓計算機能夠象人一樣思考，讓計算機代替人類進行簡單的智力活動，把人類解放用于其它更有益的工作。人工智能是包括十分廣泛的科學，它由不同的領域組成，如機器學習，計算機視覺、自然語言理解、專家系統、機器翻譯、機器人、定理自動證明等。AI是一門極富挑戰性的科學。從事人工智能工作的人必須懂得計算機知識，心理學和哲學。5.人工智能人工智能（AI）這個英文單詞最早是在1956年92在1963年，為了在冷戰中保持對蘇聯的均衡，美國政府和美國國防部資助麻省理工學院進行人工智能的研究，使人工智能得到了巨大的發展。麻省理工大學開發出了可以解決代數問題的STUDENT系統；在70年代出現的專家系統使計算機可以代替人類專家進行一些工作。由于計算機硬件性能的提高，計算機開始有了簡單的思維和視覺，人工智能得以進行一系列重要的活動，如統計分析數據，參與醫療診斷等等，它作為生活的重要方面開始改變人類生活。在理論方面，70年代也是大發展的一個時期，誕生了另一個人工智能語言Prolog，Prolog和LISP一起幾乎成了人工智能工作者不可缺少的工具。模糊控制，決策支持等等方面都有人工智能的影子。現在已經有軟件可以通過圖靈測試的子測試，可以解決一些人類智力的問題。在1963年，為了在冷戰中保持對蘇聯的均衡，美國政府和美國國931.3.4計算學科新的應用領域及未來的展望近年來，由于計算機科學技術的迅速發展，特別是網絡技術和多媒體技術的迅速發展，計算機不斷地拓展新的應用領域。通信技術與計算機技術的結合，產生了計算機網絡和Internet；衛星通信技術與計算機技術的結合，產生了全球衛星定位系統（GPS），地理信息系統（GIS）；多媒體技術的發展更是如日中天，在音樂、舞蹈、電影、電視和娛樂、虛擬現實、輔助設計、輔助教學中得到了廣泛的應用。1.3.4計算學科新的應用領域及未來的展望近年來，由于計941.Internet帶來的深刻影響20世紀90年代以來，計算機網絡技術得到了飛速發展，信息的處理和傳遞突破了時間和地域的限制，網絡化與全球化成為不可抗拒的世界潮流，Internet已進入社會生活的各個領域和環節，并愈來愈成為人們關注的焦點。Internet最大的優點是消除了地域上的障礙，大大促進了現代社會信息化、全球化的進程，對社會政治、經濟、生活帶來了深刻的影響。我國目前已經實施的和正在實施的“金橋”、“金關”、“金卡”、“金稅”、“金企”、“金農”、“金衛”等“金系列”工程，大大地促進了國家信息基礎設施的建設，加快了社會信息化的進程。1.Internet帶來的深刻影響20世紀90年代以來，計952.多媒體技術帶來的新的應用領域計算機多媒體系統不僅有計算機的存儲記憶、高速運算、邏輯判斷、自動運行的功能，還能將符號、文本、聲音、圖形、動畫和圖像等多種媒體信息有機地集成于一體，使人通過多個感官獲取相關信息，不僅提高信息的傳播效率，同時由于多媒體的圖形交互界面和窗口交互操作，使人機交互能力大大提高，實現信息雙向交流。多媒體系統最突出的領域是計算機虛擬現實技術的應用。在制造業、科學研究中，多媒體可實現試驗的可視化；在教育與培訓、遙控操作、心理測試、通信與協同工作和藝術中，多媒體也得到了廣泛的應用；多媒體還可以圖像與聲音的集成形式提供最新的娛樂和游戲的方式。2.多媒體技術帶來的新的應用領域計算機多媒體系統不僅有計963.嵌入式系統

嵌入式系統是指操作系統和功能軟件集成于計算機硬件系統之中。簡單的說就是系統的應用軟件與系統的硬件一體化。它具有軟件代碼小，高度自動化，響應速度快等特點。特別適合于要求實時的和多任務的體系。當今，計算機的速度越來越快，體積越來越小，其應用領域也越來越擴大。許多機器和設備上都裝上了嵌入式計算機。智能汽車、信息家電和數字儀器已經成為人們工作和日常生活中不可缺少的助手。3.嵌入式系統嵌入式系統是指操作系統和功能軟件集成于計算974.人工智能人工智能是由計算機來模擬或部分模擬人類的智能，包括自然語言理解、專家系統、機器人、神經網絡以及遺傳算法等。深藍是美國IBM公司研制的一臺高性能并行計算機，它由多個專為國際象棋比賽設計的微處理器組成，該系統每秒可計算2億步棋。1997年5月初，在美國紐約公平大廈，深藍與國際象棋冠軍卡斯帕羅夫交戰，深藍以兩勝一負三平戰勝卡斯帕羅夫。4.人工智能人工智能是由計算機來模擬或部分模擬人類的智能，98目前的機器人已經具有一定的視覺、聽覺、觸覺和行走的能力，但其智能還十分有限。未來的機器人的視覺、聽覺、觸覺、行走能力及其所具有的智能都將進一步提高，在工業界、航天航空、宇宙探索乃至服務業等領域將得到更加廣泛的應用。神經網絡是人工智能領域的一個重要的分支，它用計算機處理單元來模擬人腦的神經元，并將這些處理單元像人腦的神經元那樣互相連接起來，構成一個網絡，采用神經網絡設計的計算機與傳統的馮?諾依曼型的計算機截然不同。目前的機器人已經具有一定的視覺、聽覺、觸覺和行走的能力，但其99遺傳算法（GI）是一種借鑒生物界自然選擇和進化機制發展起來的高度并行、隨機、自適應搜索算法。遺傳算法在單件生產車間調度、流水線生產車間調度、生產規劃、任務分配等方面已得到了有效的應用。在自動控制領域有許多與優化相關的問題（如航空控制系統、模糊控制器、參數辨識、人工神經網絡結構等）都顯示出遺傳算法應用的可能性。如移動機器人路徑規劃、關節機器人運動軌跡規劃、機器人的結構優化和行動協調等。其他在諸如圖像處理、模式識別、機器學習等領域也得到了成功的應用。遺傳算法（GI）是一種借鑒生物界自然選擇和進化機制發展起來的1001.4計算學科的專業方向與知識領域計算學科是從電子學、科學、數理邏輯和計算數學的交界處發展起來的。計算(Computing)學科長期以來被認為代表了兩個重要的領域，一個是計算機科學，另一個是計算機工程，兩者曾經分別作為軟件和硬件領域的代名詞。1991年ACM/IEEE計算機課程體系CC91提出了計算機學科的九個子領域，每個子領域都有理論基礎、抽象和程序設計三個過程，貫穿于九個子領域的始終；并提出計算機教育的重點應放在用于開發計算機應用的軟、硬件工具的開發，而不是應用的本身。1.4計算學科的專業方向與知識領域計算學科是從電子學、科學101ACM與IEEE聯合起草的CC2001課程標準主要體現了技術的發展變化，特別是計算機網絡與通信和多媒體技術的發展。IEEE/ACM在CC2001中將計算學科分為四個領域，分別是計算機科學（ComputerScience-CS）、計算機工程（ComputerEngineering-CE）、軟件工程（SoftwareEngineering-SE）、信息系統(InformationSystem-IS)。CC2001中把學科所包含的教學內容歸結為14個知識單元，在技術方面增加了網絡技術及應用、軟件安全和嵌入式系統等內容，提煉出了更精簡的核心知識單元。在課程方面，除了提出對算法、離散結構應加強外，還將計算機學科中許多以前的研究成果（如視覺、圖形學、模式識別等）也列入了本科課程。此外，在CC2001的14個子領域中還專門列有一個對學生人文知識和職業道德等方面內容的傳授，包括貫徹愛國主義教育的研究、培養辯證唯物主義觀點的研究及培養學生優良品德和科學態度的研究等。ACM與IEEE聯合起草的CC2001課程標準主要體現了技術102近期的CC2004報告，在上述四個領域的基礎上，增加了一個信息技術信息技術(InformationTechnology-IT)專業學科領域，并預留了未來的新發展領域。各個專業都針對本科生的教育，提出了相應的知識領域、知識單元和知識點，并給出了相應的參考教學計劃和課程設置。近期的CC2004報告，在上述四個領域的基礎上，增加了一個信1031.4.1計算機科學技術學科的知識領域01.離散結構（Discrete

Structures-DS）02.程序設計基礎（Programming

Fundamentals-PF）03.算法和復雜性（Algorithms

&

Complexity-AL）04.

程序設計語言（Programming

Languages-PL）05.計算機結構與組織（Architecture

&

Organization-AR）06.

操作系統（Operating

Systems-OS）07.人-機交互（Human-Computer

Interaction-HC）08.圖形學與可視計算（Graphics

&

Visual

Computing-GR）09.

智能系統（Intelligent

Systems-IS）10.

信息管理（Information

Management-IM）11.

以網絡為中心的計算（Net-Centric

Computing-NC）12.

軟件工程（Software

Engineering-SE）13.數值計算科學（Computational

Science-CN）14.社會道德和職業問題（Social

&

Professional

Issues-SP）1.4.1計算機科學技術學科的知識領域01.離散結構（Di1041.4.2計算機工程學科的知識領域01.計算機體系結構和組織（ComputerArchitecture&Organization-CAO）02.計算機系統工程（ComputerSystemEngineering-CSE）03.電路與信號（Circuit&Signals-CSG）04.數據庫系統（DatabaseSystem-DBS）05.數字邏輯（DigitalLogic-DIG）06.數字信號處理（DigitalSignalProcessing-DSP）07.電子學（Electronics-ELE）08.嵌入式系統（EmbeddedSystems-ESY）09.算法和復雜性（Algorithms&Complexity-ALG）10.人機交互（HumanComputerInteraction-HCI）11.計算機網絡（ComputerNetworks-NWK）12.操作系統（OperatingSystems-OPS）13.程序設計基礎（ProgrammingFundamentals-PRF）14.社會和職業問題（Social&ProfessionalIssues-SPR）15.軟件工程（SoftwareEngineering-SWE）16.VLSI設計與構造（VLSIDesign&Fabrication-VLS）17.離散結構（DiscreteStructures-DSC）18.概率和統計（Probability&Statistics-PRS）1.4.2計算機工程學科的知識領域01.計算機體系結構和組1051.4.3軟件工程學科的知識領域針對CC2004報告，IEEE/ACM軟件工程學科組于2004年5月21日公布了軟件工程教育知識體系（SoftwareEngineeringEducationKnowledge-SEEK）的最終報告，這份報告針對軟件工程本科教育的課程知識領域，給出了相關的領域方向的課程知識單元和知識點的配置，以及參考課程計劃。2004年6月23日，IEEE的另一個學科組，也公布了軟件工程知識體系（SoftwareEngineeringBodyofKnowledge-SWEBOK）的更新版，它被軟件行業稱為軟件工程教育的基本法。SEEK僅僅是針對本科生教育的知識領域，是SWEBOK在教育實施中的一個子集。這兩個知識體系分別面向本科軟件工程教育和軟件工程行業教育和從業要求。1.4.3軟件工程學科的知識領域針對CC2004報告，IE1061.SEEK（CCSE）的知識領域覆蓋點01.計算的本質（ComputingEssentials-CMP）02.數學與工程基礎（Mathematical&EngineeringFundamentals-FND）03.職業訓練（ProfessionalPractice）04.軟件建模與分析（SoftwareModeling&Analysis-MAA）05.軟件設計（SoftwareDesign-DES）06.軟件驗證（SoftwareVerification&Validation-VAV）07.軟件進化（SoftwareEvolution-EVL）08.軟件過程（SoftwareProcess-PRO）09.軟件質量（SoftwareQuality-QUA）10.軟件管理（SoftwareManagement-MGT）11.系統與應用專題（System&ApplicationSpecialties-SAS）1.SEEK（CCSE）的知識領域覆蓋點01.計算的本質107IEEE/ACM強調了工程教育的基本要求，這些要求是：(1)系統觀點：要求學生熟悉系統設計、構造和分析過程。(2)知識的深度和廣度：要求學生知識面寬，但應當在一個或多個領域方向上能夠深入。(3)設計經驗：期望學生參與設計活動，具有項目(尤其是大項目)開發概念。(4)工具使用：要求學生能夠使用(軟硬件)工具，分析和解決實際問題。(5)職業訓練：要讓學生了解職業需求，具有“產品”的判斷力。這里，產品的概念是廣義的，包括軟件、系統、行業和應用服務等方面的知識、技能與判斷力。(6)交流技巧：訓練學生能夠以合適的形式(書面、口頭、圖形等)進行交流與溝通。上述的基本要求，明顯地體現了工科學校對工程型人才培養的基本要求，它們不僅僅針對軟件工程領域，也針對計算機工程學科、信息系統學科和信息安全學科。

IEEE/ACM強調了工程教育的基本要求，這些要求是：1082．軟件工程知識體系(SWEBOK)IEEE公布的軟件工程知識體系(SWEBOK)2004更新版本是一個覆蓋整個軟件行業和領域的知識體系。SWEBOK-2004較SWEBOK-2001版本進行了較大的修改和更新，這些變化和修改有助于了解國際上軟件工程領域的思維觀念、領域范疇、技術發展和相關聯系。01.軟件需求(SoftwareRequirements-SWR)02.軟件設計(SoftwareDesign-SWD)03.軟件構造(SoftwareConstruction-SWC)04.軟件測試(SoftwareTesting-SWT)05.軟件維護(SoftwareMaintenance-SWM)06.軟件配置管理(SoftwareConfigurationManagement-SCM)07.軟件工程管理(SoftwareEngineeringManagement-SEM)08.軟件工程過程(SoftwareEngineeringProcess-SEP)09.軟件工程工具和方法(SoftwareEngineeringTools&Methods-STM)10.軟件質量(SoftwareQuality-SWQ)11.相關學科知識(KnowledgeAreasofRelatedDisciplines)2．軟件工程知識體系(SWEBOK)IEEE公布的軟件工程知1091.4.4信息系統學科的知識領域1.4.4信息系統學科的知識領域1101.4.5信息技術學科的知識領域信息技術學科（IEEE/ACM-CCIT）的知識領域是：01.信息技術基礎02.人機交互03.程序設計基礎04.信息保障與安全05.信息管理06.集成程序設計技術07.計算機網絡08平臺技術09系統管理與維護10系統集成和體系結構11.信息技術與社會環境12.系統和技術1.4.5信息技術學科的知識領域信息技術學科（IEEE/A1111.5計算學科的三個過程1.5.1《計算作為一門學科》報告對三個過程的論述1.5.2理論、抽象、設計三個過程的學習方法1.5計算學科的三個過程1.5.1《計算作為一門學科》1121.5.1《計算作為一門學科》報告對三個過程的論述《計算作為一門學科》報告的實質是學科方法論的思想，其關鍵問題是抽象、理論和設計三個過程相互作用的問題。（1）理論源于數學。應用數學家們認為科學的進展都是建立在數學基礎之上。它的研究內容表現在兩個方面：一方面是建立完整的理論體系，另一方面是在現有理論的指導下，建立具體問題的數學模型，從而實現對客觀世界的理性認識。1.5.1《計算作為一門學科》報告對三個過程的論述《計算作113（2）抽象源于現實世界。抽象建模是自然科學的根本。科學家們認為科學的進展過程主要是通過形成假說，然后系統地按照建模過程對假說進行驗證和確認取得的。它的研究內容表現在兩個方面；一方面是建立對客觀事物進行抽象描述的方法，另一方面是要采用現有的抽象方法建立具體問題的概念模型，從而實現對客觀世界的感性認識。（2）抽象源于現實世界。抽象建模是自然科學的根本。科學家們認114（3）設計源于工程。設計是工程的根本。工程師們認為工程的進展主要是通過提出問題并系統地按照設計過程通過建立模型而加以解決的。它的研究內容同抽象理論一樣也表現在兩個方面。一方面是在對客觀世界的感性認識和理性認識的基礎上，完成一個具體的任務。另一方面是要對工程設計中所遇到的問題進行總結，提出問題，由理論界去解決它。同時也要將工程設計中所積累的經驗和教訓進行總結，最后形成方法。如計算機組成結構的設計方法。（3）設計源于工程。設計是工程的根本。工程師們認為工程的進展115抽象理論和設計三個過程的劃分，有助于正確地理解學科三個過程的地位和作用。在計算學科中，人們可以獨立地從理論、抽象和設計三個過程出發，開展工作。這種工作方式可以使研究人員將精力集中在所關心的過程中。計算機科學側重理論和抽象形態，計算機工程側重設計和抽象形態，它們都在促進計算理論研究的深入和計算技術的發展。抽象理論和設計三個過程的劃分，有助于正確地理解學科三個過程的1161.5.2理論、抽象、設計三個過程的學習方法

所謂學習方法通常是指人們為了獲得或達到一定目標或成果而進行學習所采用的有意識的、合乎邏輯的一系列行動。在計算機科學與技術課程的學習過程中，學習方法主要有以下幾個方面。1.5.2理論、抽象、設計三個過程的學習方法所謂學習方法1171.學習計劃的制定計劃是學習策略的具體化，學習策略決定后，就要通過制定計劃來體現。有計劃學習與無計劃學習的效果迥然不同。有效的學習計劃，能統籌兼顧地安排好各科學習，是優秀生的共同點。目前，學生學習上的無計劃性、盲目性、隨意性十分嚴重。有的同學認為，學校和老師的教育教學是有計劃的，自己不必再定學習計劃，跟著老師走、按學校要求就行了。這種想法不對。每個學生除了遵照執行學校和老師的教育教學計劃外，還應該針對自己的學習情況和個性特點，更具體地制定個人學習計劃，與之相適應配合，方能收到更好的學習效果，學習成績才能提高。1.學習計劃的制定計劃是學習策略的具體化，學習策略決定后，1182.常規學習方法常規學習方法就是依次地按照“預習→上課→復習→作業→小結”五個環節推進。這五個環節形成一個周期，各個周期銜接交替，不斷地循環往復。一般說來五個環節都不能缺少，先后次序也不能顛倒。2.常規學習方法常規學習方法就是依次地按照“預習→上課→復119預習：預習也叫預學，是上課前的一種準備。上課：上課要全神貫注，做到：眼到、心到、耳到、手到。其中關鍵是心到，要積極開動腦筋，進行思維活動。復習：復習是溫習已經學過的教材。作業與操作：作業和操作的基本目的是通過實驗將知識轉化為技能、技巧，由獲得知識進而運用知識，鍛煉分析和解決問題的能力。計算機科學技術課程是離不開上機實驗的課程。重視和加強上機操作能使學生主動地學習，切實掌握學科的基礎知識和基本技能，提高分析問題和解決問題的能力。開拓視野：應盡量開拓視野，培養舉一反三的遷移能力和創新精神。小結：小結是指階段總結性的系統復習，亦即綜合性的總復習。預習：預習也叫預學，是上課前的一種準備。1203.理論、抽象、設計三個過程的學習方法計算專業的學生如能在大學的學習中系統地接受學科方法論的指導，以了解懂得研究工作的一般程序、操作、技術與正確的思維方法，無疑有助于自己的成長。計算機科學與技術學科的學習是一個極其復雜的過程。要把學習過程的各個環節有機地結合，以保證學習過程的統一性、完整性和高效性。概括起來就是理論、抽象、設計三個過程的學習方法。3.理論、抽象、設計三個過程的學習方法計算專業的學生如能在121在以前，學習是指導的結果：這是一個線性的、分層的過程，作為專家的教師向順從的學生的大腦中灌輸知識。當今是一個“知識爆炸”的的世界，所學習的“專業知識”很快就會過時；每個人必須迎接學習的挑戰。掌握學習的方法要比學習知識本身更為重要。計算機專業的學生不僅要掌握某一方面的專業知識，更要求具有利用現代技術不斷學習、善于思考、積極探索、努力創新的能力。在以前，學習是指導的結果：這是一個線性的、分層的過程，作為專122(1)理論第一個過程叫作理論。它與數學的方法類似。其主要要素是：定義和公理、定理、證明、結果的解釋。(1)理論123數學的三個基本特征數學具有以下三個基本特征：高度的抽象性。數學的抽象程度大大超過自然科學中一般的抽象。它最大的特點在于拋開現實事物的物理、化學和生物學等特性而僅保留其量的關系和空間的形式。邏輯的嚴密性。數學高度的抽象性和邏輯的嚴密性是緊密相關的。若數學沒有邏輯的嚴密性，那么用數學方法對現實世界進行抽象就失去了意義。正是由于數學的邏輯嚴密性，需要在運用數學工具解決問題時只有嚴格遵守形式邏輯的基本法則，充分保證邏輯的可靠性才能保證結論的正確性。普遍的適用性。數學的高度抽象性決定了它的普遍適用性。數學廣泛地應用于其他科學與技術甚至人們的日常生活之中。數學的三個基本特征數學具有以下三個基本特征：124計算機學科本科生先在數學課中遇到理論，然后在算法（復雜性理論）、程序設計語言（形式文法和自動機）、系統結構（邏輯）中進一步遇到理論。對于計算機專業人士來說，學習數學和對純粹抽象的物體和結構進行過嚴格推演，完成嚴格的、數學化的“理論”過程，是提高自己思維能力的方法。在高度抽象的領域工作時，這種思維能力能讓抽象的東西開始變得具體，因而變得比較容易對付。計算機學科本科生先在數學課中遇到理論，然后在算法（復雜性理論125(2)抽象第二個過程叫作抽象。它來源于實驗科學。其主要要素是：數據采集法和假設的形式說明、模型的構造和預測、實驗設計、結果分析。在為可能的算法、數據結構和系統結構等構造模型時，要有很好的算法和數學修養，還要善于使用歸納、演繹、綜合分析等思維方法，使用抽象過程，然后對所建模型的假設、不同的設計決策、所依據的理論進行實驗。例如，馮·諾伊曼模型是計算機的基本抽象，可把這種模型與具體的計算機對照比較。強調抽象過程的實驗應著重分析和探索計算的局限性、新計算模型的特性，以及對未加證明理論預測進行驗證。(2)抽象第二個過程叫作抽象。它來源于實驗科學。其主要要素126(3)設計第三個過程叫作設計。它來源于工程學。用來開發求解給定問題的系統或設備。其主要要素是：需求說明、規格說明、設計和實現方法、測試和分析。“計算機學科”的專業人員進行設計時，對系統的概念受現實世界的制約，學生可以通過直接的實踐和研究別人的設計來學習設計。實驗課中很多實驗是面向設計的，使學生具有開發解決某個特定問題的一個系統或系統的某些成分的直接經驗。這些實驗項目側重于問題求解的綜合，要求學生按現實制約的情況來評估設計、成本和性能。學生通過閱讀和討論范例設計以及收集對自己設計的反饋意見來提高這種評估能力。(3)設計第三個過程叫作設計。它來源于工程學。用來開發求解1274.確定有計劃的有效的學習方法，提高學習質量

確定有計劃的有效的學習方法，對于提高學習成績是很重要的。學習方法應該根據學習者掌握知識的深廣度和智能的發展水平而采取多樣化的方法，而不能千篇一律。學習方法應根據本人特點，又借鑒他人的經驗而有所創新，不能生搬硬套。例如學生在學習完某門課程的某一章以后，可寫出知識的小結或知識的要點，以培養自己的文字概括能力。學生自己動手做實驗，進行練習，以提高計算機實驗技能等。4.確定有計劃的有效的學習方法，提高學習質量確定有計劃的128老師對學生學習方法的指導，具有重要的作用，不容忽視。例如，老師指導、啟發學生進行聯想，把一個問題的上下左右相關聯的知識串聯起來，理成線、織成網，總結出規律性的東西，同時進行相互間的討論。這樣既可以提高學生學習計算機科學技術的積極性、促