计算机导论1

第1章计算机导论欢迎学习计算机科学。

你将会探索一个精彩和令人兴奋的世界——这个世界提供了充满挑战和趣味的职业。

但是必须意识到计算机工作要求你付出很多。

如果想在计算机方面取得成功，必须很有计划性：能够在复杂条件下恰当地工作，同时要能够洞察和理解所工作的环境。

在本章中，我们将介绍计算机科学的概念，特别是应用于计算机编程方面的概念。

我们将会学习计算机系统的概念以及它与计算机软件和硬件的关系。

同时本章会讲述计算机编程语言的简短历史，以便于理解它们的发展以及C++的位置。

接着讲解如何编程。

首先我们学习编程用到的工具和步骤，然后学习系统开发方法。

1.1计算机系统现在计算机随处可见。

计算机快和电视机一样普及了。

那么什么是计算机呢？计算机是由硬件和软件这两个主要部分组成的系统。

计算机硬件是物理设备。

软件是使硬件工作的程序（指令）集合。

图1-1演示了计算机系统。

计算机系统硬件软件图1-1 计算机系统1.2计算机硬件计算机硬件包括五个部分：输入设备、中央处理器（CPU）、主存储器或内存、输出设备和辅助存储设备（见图1-2）。

输入设备主要是把程序和数据输入计算机的键盘。

其他输入设备有鼠标、光笔、触摸屏，以及声音输入装置。

中央处理器（CPU）的功能是执行指令，例如数学计算、数据比较和数据在系统中的移动。

主存储器是在进程中暂时存储程序和数据的地方。

当关机时存储在主存储器中的数据就被删除了。

输出设备通常是显示器或是打印机。

如果是在显示器上显示，就是软复制。

如果是在打印机上打印出来，就是硬复制。

辅助存储器可以输入也可以输出。

它可以永久保存程序和数据。

当关机时，程序和数据仍然保2计算机科学——C++软件工程方法（第２版）存在辅助存储器中，以便下次使用。

图1-2 基本的硬件组成1.3 计算机软件计算机软件分为两大类：系统软件和应用软件。

不管硬件系统体系结构如何，软件都分为这两类。

系统软件管理计算机资源。

它在用户和硬件之间建立了一个接口，但并不直接为用户服务。

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计算机科学与技术学科
计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计 算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制等的理论、 原则、方法和技术的学科。它包括科学与技术两方面。科 学侧重于研究现象、揭示规律；技术则侧重于研制计算机 和研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。科学 是技术的依据,技术是科学的体现；技术得益于科学,它又 向科学提出新的课题。科学与技术相辅相成、互为作用,二 者高度融合是计算机科学技术学科的突出特点。计算机科 学技术除了具有较强的科学性外,还具有较强的工程性，因 此，它是一门科学性与工程性并重的学科。表现为理论性 和实践性紧密结合的特征。
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信息化社会的挑战
信息化社会的特征： 建立完善的信息基础设施 采用先进的信息技术 建立广泛的信息产业 拥有高素质的信息人才 构建良好的信息环境 信息化社会不仅是科学技术进步的产物，而且也是社会管 理体制和政策激励的结果。如果没有现代化的市场体制和 相关的政策、法规，信息化社会将无法正常运作。
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计算机科学与技术学科的教育
计算机科学与技术学科的发展速度是非常快的,计
算机软、硬件系统的不断更新，使得学科的教育已经完 全不能通过跟踪流行系统的变化来跟踪学科的发展，更
不能以流行的系统来确定我们的教学内容。对计算机科
学和技术学科而言，“有限的在校时间与不断增长的知 识的矛盾”更为突出。另一方面，经过几十年的发展，
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优秀学生
学校应该为有才华的学生提供发挥全部潜能的机会， 使这些有才华的学生能应用课程中学到的原理进行有创 造性的工作，能在分析、设计、开发适应需求的复杂系 统过程中做出有创意的贡献；他们能够对自己和他人的 工作进行确切的评价与检验。这些优秀的人未来将有可 能领导这门学科的发展。这需要在对学生的教育过程中 有意识地为他们的成长提供帮助和锻炼的机会，更要鼓 励他们树立起强烈的创新的意识和信心，鼓励他们去探 索。

大学计算机导论大一知识点计算机导论是大学计算机科学与技术专业的基础课程，旨在为学生提供计算机科学的概览性知识。

在大一阶段，学生将学习一些基本的计算机概念和技术，为后续更深入的学习打下基础。

以下是大学计算机导论中涵盖的一些重要知识点：一、计算机体系结构和组成1. 计算机硬件的基本组成：中央处理器（CPU）、内存（RAM）、输入设备、输出设备等。

2. 冯·诺伊曼体系结构：包括存储程序、以及指令和数据存储在同一存储器中。

3. 运算器、控制器和存储器的功能及相互协作原理。

4. 计算机的层次结构：硬件层、操作系统层、应用软件层。

二、计算机中的数据表示和处理1. 二进制和十进制的转换，以及在计算机中的表示方法。

2. 计算机中的整数表示：原码、反码、补码。

3. 浮点数的表示和浮点运算：尾数、阶码和符号位的含义，浮点数运算的规则和误差。

4. 逻辑运算和位操作：与、或、非、异或等逻辑运算，移位和旋转等位操作。

三、计算机网络和通信1. 计算机网络的基本概念和组成：服务器、路由器、交换机等网络设备的功能和作用。

2. 网络协议的基本原理和常见协议：TCP/IP协议族、HTTP协议、DNS协议等。

3. 局域网（LAN）和广域网（WAN）的区别和应用。

4. 互联网的发展和应用：Web、电子邮件、即时通信等。

四、操作系统和系统软件1. 操作系统的概念和作用：资源管理、进程管理、文件管理等。

2. 多道程序设计和时间片轮转调度算法：进程的概念、进程调度的原理和策略。

3. 内存管理技术：分区存储管理、页式存储管理、虚拟内存等。

4. 文件系统的组织和管理：文件的基本操作、目录管理、文件共享与保护等。

五、算法和数据结构1. 算法的基本概念和特性：输入、输出、确定性、可行性等。

2. 常见的算法设计方法：穷举法、递归法、分治法、贪心法、动态规划法等。

3. 常用的数据结构：数组、链表、栈、队列、树、图等。

4. 常见的算法和数据结构应用：排序、查找、图的遍历、最短路径算法等。

计算机导论第1章计算机基础知识教学目标1.了解信息技术的相关概念2.了解计算机的发展历程、特点、应用和分类3.掌握计算机系统的组成（重点）4.掌握信息在计算机中的表示形式（重点、难点）第一节计算机概述一、什么是计算机？计算机是一种能够接收和存储信息，并把存储在内部的程序对输入信息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化设备。

巴比奇在马洪发明的逻辑演示器的影响下，于1822年开始设计差分机（difference engine），其目标是能计算具有20位有效数字的6次多项式的值。

这是第一台可自动进行数学变换的机器，因此他被称为“计算之父”。

计算理论的奠基人（图灵）●Alan Turing（1912~1954）1936年上研究生时发表的一篇论文中提出了图灵机（Turing Machine），奠定了计算机的理论基础。

●第二次世界大战中，Turing 领导的小组制造出了破译德军Enigma 密码的计算机，并成功地完成了任务。

●Turing 与Church 合作给出了数学证明，断言未来计算机能够象人那样具有思维能力（因而汉语中有了“电脑”）。

●计算机学科的最高荣誉是ACM（美国计算机学会）图灵奖。

●图灵测验：一个人在不接触对象的情况下，进行一系列的提问，如果他根据这些回答无法判断对象是人还是机器，则这种计算机具有与人相当的智力。

世界上第一台电子数字计算机●1946年，在宾夕法尼亚大学Moore 学院，J. Eckert 和J. Mauchly 为实现弹道计算研制成功了ENIAC（“电子数字积分计算机”，Electronic NumericalIntegrator and Computer），它用了19000 个电子管，重30 吨，耗电200 千瓦。

●现在所谓的计算机就是电子数字计算机。

计算机体系结构的创始人（冯·诺依曼）●1946年，John von Neumann（1903~1957）发表了第一篇关于电子计算机程序存储的论文，描述了如何用（可被存储、读出和执行的）数字来表示逻辑操作（程序）。