计算机技术前沿总结

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4．信息技术（Information Technology）
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• 信息技术主要用于管理和处理信息所采用的各种技术 的总称。
– 它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装 和实施信息系统及应用软件。 – 与信息系统学科的重点在于“信息”相对，信息技术学科 的重点在于“技术”。
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• 计算机科学研究的范围很广，从理论和算法基础到机 器人开发、计算机视觉、智能系统、生物信息等。主 要包括：
– 寻找求解计算问题的有效方法 – 构建使用计算机的新方法 – 软件的设计与实现
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2．计算机工程（Computer Engineering）
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第1章 概述
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在1895年出版的Darwin（达尔文）名著《物种起源》（The Origin of Species）第一版扉页上写道：“作为生物进化论的完整理论体系，《物种 起源》主要讨论两个问题：一个是形形色色的生命是否由进化而来，二是 进化的主要机理是什么 ”。达尔文对第一个问题的回答是肯定的，对第二 个问题的回答是“自然选择”。
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第2章 计算机硬件的发展
知识概要
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• 计算机发展的历史回顾 • 我国计算机发展史
• 新型计算机的发展
• CPU和GPU的发展
多核计算的发展趋势
多核技术的发展
---多核上将集成更多结构简单、低功耗的核心。 ---异构多核是一个重要的方向。
第1章 概述 第2章 计算机硬件的发展 第3章 高性能计算 第4章 现代操作系统 第5章 计算机网络新技术 第6章 数据库技术的发展 第7章 数据挖掘及其应用
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第8章 人工智能前沿 第9章 搜索引擎技术 第10章 集体智慧与Web 2.0 第11章 云计算 第12章 物联网技术 第13章 服务科学与服务计算 第14章 智慧地球
• 计算机科学教育缺乏创新，计算机课程体系的陈旧
– 针对学生特别是本科学生的培养上，充分强调以兴趣为主 – 大学提供的是一种机会，让学生自己做真正喜欢的事情
• 从狭义工具论到计算思维的转变
– 计算机和信息科技的普及实际上是在全社会传播一种计算思维 – 计算思维是一种普适的思维，是每个人的基本技能
• 计算机科学人才的匮乏
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计算机科学前沿技术
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知识框架
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3．软件工程（Software Engineering）
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• 软件工程的主要目标是开发系统模型和按时并在有限 预算下生产高质量软件的可靠技术。
– 软件工程寻找计算机科学中科学与工程原理的结合，探讨 以工程的规范有效地开发和管理软件系统。
第三代中小规模集成电路计算机研制（1973─20世纪80年代初）
第四代超大规模集成电路计算机研制（80年代中期至今）
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光计算机 量子计算机 纳米计算机
DNA计算机
3 新型计算机的发展
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4 CPU和GPU的发展
• 根本问题
– Nicklaus Wirth：在较高的认识层次上，硬件和软件是一样的。 – 计算机学科的根本问题：什么能、且如何被有效地自动计算。
• 基本特征
– 计算机学科具有“理论、抽象、设计”三个学科形态
形式化、模型化 符号 符号变换 抽象思维、逻辑思维
描述手段
表示形式
求解方式
思维方式
“程序”的非物理特征
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1.3 计算机科学发展的趋势
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• “高”：性能越来越高，速度越来越快
– 提高器件速度
– 并行处理
• “广”：计算机的无处不在
– 网络化与向各个领域的渗透 – 普适计算（Pervasive Computing）
• “深”：信息的智能化发展
Intel Pentium Pro Intel Pentium II
Intel Celeron（赛扬）
Intel Pentium III Intel Pentium IV
双核处理器
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4 CPU和GPU的发展
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• 量子力学
• 相对论
• 宇宙大爆炸模型 • DNA双螺旋结构 • 板块构造理论 • 计算机科学
计算机科学是现代科学体系的主要基石之一
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21世纪计算机科学和信息技术发展的新取向
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5．信息系统（Information System）
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• 信息系统学科可以理解为是基于技术的商务开发
– 该学科强调信息技术中的“信息”，而将“技术”看成是 产生、处理和分发所需的工具。
– 他们面对的信息系统一般都是庞大和复杂的，既要懂技术 ，又要明白组织因素，知道如何有效地利用这类系统。
– 企业、政府等部门都需要计算机人才
– 德智体合格，在团队精神、敬业态度、工作能力等方面都能胜任
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计算思维
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• 计算思维强调一切皆可计算，从物理世界到人类社会模拟， 从人类社会再到智能活动，都可认为是计算的某种形式。 • 计算思维是概念化思维，是人的思维，是数学和工程互补融 合的思维，是面向所有人的思维。
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• 设计和构建计算机系统和基于计算机的系统，包括研 究硬件、软件、通信以及它们之间的交互。
– 学科内容集中在传统的电子工程、数学等相关领域的理论 、原理和实践。 – 强调的是硬件而不是软件，而且具有很强的工程特性。
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• 计算机科学与技术学科，简称计算机科学 • ACM/IEEE-CS 的专家们认为，目前已经无法继续 用计算机学科来称谓它，而改称其为计算学科（ Computing Discipline）
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计算机科学（Computer Science）
• 更加重视技术的多样性、开放性和个性化 • 更加重视计算机技术惠及大众
• 更加重视生态和环境影响
• 更加重视医学及与人类健康有关的科学技术 • 将更加重视计算机科学的交叉研究 • 更加重视与人文艺术的结合 • 更加重视计算机科学与信息技术伦理道德方面的研 究和对社会作用的法制化管理与监督
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计算机科学（Computer Science）
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1.2 计算机科学概述
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• 计算机学科的特点 • 基本学科能力
• 计算机学科发展和分支学科的划分
• 计算机科学与其他学科之间的关系
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1.2.1 计算机学科的特点
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2 我国计算机发展史
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第一代电子管计算机研制（1958─1964）
第二代晶体管计算机研制（1965─1972）
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2 我国计算机发展史
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早期计算机：机械式计算工具、机电式计算机
1 计算机发展的历史回顾
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电子计算机的诞生
电子管、晶体管和集成电路
1 计算机发展的历史回顾
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1 计算机发展的历史回顾
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现代计算机发展历程
第一代电子管计算机（1945─1956） 第二代晶体管计算机 (1956─1963) 第三代集成电路计算机 (1963─1971) 第四代大规模集成电路计算机 (1971至今)
——Charles Darwin
知识概要
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• 计算机科学面临的问题 • 计算机学科概述
–计算机学科的特点 –基本学科能力
–计算机学科发展和分支学科的划分
–计算机科学与其他学科之间的关系
• 计算机科学发展的趋势
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六大科学理论的突破
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wenku.baidu.com
计算机科学怎样成为一种科学？
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科学Science
艺术Art
原理（Principles）
基本原理的重复性（Fundamental recurrences） 解释说明（Explanation） 发现（Discovery） 分析（Analysis） 剖析（Dissection）
• 计算机科学（Computer Science） • 计算机工程（Computer Engineering） • 软件工程（Software Engineering） • 信息技术（Information Technology） • 信息系统（Information System）
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1．计算机科学（Computer Science）
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1.2.2 基本学科能力
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• 计算思维能力 • 算法设计与分析能力 • 程序设计与实现能力 • 系统分析、开发与应用能力
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1.2.3 计算机学科发展和分支学科的划分
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CPU的发展
Intel 4004和8080 Intel 8086、Intel 80286、Intel 80386、Intel 80486 Intel Pentium
Intel Pentium MMX
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• Wikipedia：与计算相关的多种学科的集合，包括理论和实际 两方面：涉及信息和计算的理论基础、语言理论、算法分析 和开发、计算系统的实现、计算机图形学、数据库、数据通 信等。 • 美国的网络和信息技术研究与发展国家办公室：计算系统和 计算的语义研究。 • 美国计算机学会（ACM）：计算机和算法过程的研究，包括 它们的原理、它们的硬件和软件设计、它们的应用以及它们 对社会的影响。
实践（Practice）
熟练运用（Skilled performance） 行动（Action） 发明（Invention） 合成（Synthesis） 构造（Construction）
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1.1 计算机科学面临的问题
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