计算机科学导论

计算机科学导论读书报告

学号: 040730110

姓名：陈韬

班级: 0407310

专业: 计算机科学与技术

自1946年以来，世界上第一台计算机问世以来，经过60多年的发展计算机已经走进千家万户，成为人类社会不可或缺的一部分，这不得不说是一个奇迹。从电子管计算机到超大规模集成电路计算机，从笨重的ENIAC到现在的微型型计算机，从最初仅仅应用于科学计算到现在应用到人类社会的方方面面，计算机的发展带了一场数字化革命。如今社会快速发展，随着计算机的普及，它在生活中的发挥的作用越来越大。它的广泛使用促进了生产力的发展，逐步改变了人们的生活方式。使人们的工作、学习和生活变得非常便捷、舒适和高效。进入21世纪，计算机更是笔记本化、微型化和专业化，每秒运算速度超过100万次，不但操作简易、价格便宜，而且可以代替人们的部分脑力劳动，甚至在某些方面扩展了人的智能。于是，今天的微型电子计算机就被形象地称做电脑了。世界上第一台个人电脑由IBM于1981年推出。IBM推出以英特尔的x86为硬体架构，以微软公司的MS-DOS为操作系统的个人电脑，并制定以PC/A T为PC的规格。之后，由英特尔推出的微处理器以及微软推出的操作系统的发展几乎等同于个人电脑的发展历史。Wintel 架构全面取代了IBM在个人电脑世界的主导地位。个人计算机的普及和应用进一步奠定了计算机不可动摇的重要地位。

随着计算机的不断发展，它已成为现代化国家各行各业广泛使用的强有力信息处理工具。计算机使当代社会的经济、政治、军事、科研、教育、服务等方面在概念和技术上发生了革命性的变化，对人类社会的进步已经并还将产生极为深刻的影响。目前，计算机是世界各发达国家激烈竞争的科学技术领域之一。

对计算机问题的研究形成了一门新的学科“计算机科学”，它正是在于寻求一个科学基础，在这个基础上可以从事包括计算机设计、计算机编程、信息处理、问题的求解算法、运算过程本身以及它们之间互相关系的研究。计算机科学理论来源于计算机工程技术，并指导计算机实践向更高阶段前进。计算机科学是一个充满了挑战和发展机遇的年轻学科，是21世纪科研的重要领域。

在这个数字化的时代几乎每个人都与计算紧密联系，掌握计算机基本知识就显得尤为重要，尤其是计算专业的学生如何快速的对计算机科学与技术有一个初步的认识。《计算机科学导论》这门课程的学习很好的解决了这个问题。计算科学导论这门课由浅入深，系统全面地介绍了计算机科学的学科特点，包括历史渊源、发展变化、基础知识、知识结构、分类体系、应用领域，以及相关新理论、新技术的研究和发展方向，又能使学习者的计算机基本操作能力得到必要的训练。

导论是为了计算机专业入门学生设计的，它包含了计算机科学的所有领域。全书分为五个部分：计算机和数据、计算机硬件、计算机软件、数据组织和高级主题。

1.计算机和数据。

课程第一部分作为入门部分，介绍了计算机的发展历程：第一代计算机到现在的第五代，最早的基于运算器为中心的冯诺一曼模型，现在的主流计算机都是基于存储器为中心的多总线结构。而这里的数据是指信息在计算机内的表示方式，如何将人类能够识别的语言、图形、音频信息转化为计算机能够识别的机器信息。

最早的计算机要追溯到盘算时代，但通常上我们把第一台电子计算机ENIAC的出现作

为第一代计算机的开端。我们把计算机的发展划分为四个时代，主要是依据计算机硬件材料的发展。1946~1957这段时期的计算都是第一代计算机，主要特点是：利用真空电子管制造元器件，用穿孔卡作为主要的存储介质，体积庞大，重量惊人，主要依靠人工操作，使用不便，对于程序员的要求的很高。第二代计算1958～1964：使用晶体管作为主要电子元件的计算机称之为第二代计算机。和真空管相比，晶体管计算机无论是耗电量还是产生的热量都大大降低，而可靠性和计算机能力则是大为提高。主存储器均采用磁芯存储器，磁鼓和磁盘开

始作为主要的辅助存储器。第三代计算机1965～1975年：使用集成电路代替晶体管，使用硅半导体材料制造主存储器。广泛使用为程序技术，简化处理器设计。系列化通用化和标准化是这一时期计算机设计的基本思想。第四代计算机1972年～至今：大规模、超大规模集成电路迅速代替中小规模集成电路。产生了为处理器和微型计算机。产生了字长4位、8位、16位、32位和64位的微型计算机，计算机的性能迅速提高。计算机技术的快速发展现在已经可以期望未来新一代的计算机：生物计算机是、量子计算机、光量子计算机、超导计算机。

人类社会中用自然语言作为传递信息的主要形式，而我们也能够轻松的识别图像、音频、视频。但是计算机是使用0，1编码的二进制形式表示数据的，怎样让计算机能够识别这些信息，有怎样把计算机内的数据展现成人类能够识别的形式。这就是“数据”：数据的表示形式要研究的问题。通过将自然语言中的符号进行二进制编码来实现符号语言到机器语言的映射常用的方式是七ASCⅡ编码。数据在机器内的实际形式则是将7位的ASCⅡ码扩展为8位的原码、反码、补码。

2.计算机硬件。

计算机硬件部分主要分为计算机组成和计算机网络，分别对应《计算机组成原理》和《计算机网络》。计算机组成部分通过对中央处理器CPU、主存储器、I/O设备、指令系统的介绍让计算机专业初学者对于PC机的经典硬件组成及其工作原理有了初步的认识，甚至对计算机体系结构也有了一定了解。现在的计算机不在是一个单独意义上的PC，而是广义的互相连接的存在于互联网络中的计算机。计算机网络实现不同地域资源的快速共享，加快了信息的传递，使世界的变得更近。计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。计算机网络依据OSI标准划分为7层结构，而广泛使用的商业模型TCP/IP构架是4层模型：应用层、传送层、网际IP 层、网络接口层。计算机网络按覆盖的范围可划分：广域网、城域网、局域网。计算机网络部分对于网络的体系，网络分类以及网络互联做了系统的阐述。

3.计算机软件

计算机软件主要包括操作系统、算法、程序设计语言、软件工程。分别对应的课程《计算机操作系统》、《算法分析与设计技巧》、《程序设计语言C》（C++）、《软件工程》。这些都是计算机相关专业的核心课程有一定的难度，当然导论不可能在这里对这些内容做深入的阐述，只能做一些浅显的描述。导论在这里用通俗易懂的语句基本涵盖了整个大学阶段计算机专业软件方面全部的知识要点。操作系统是计算机硬件基础上做的的第一层扩展，合理的分配计算机资源，提供用户和主机接口，实现了人机交互。算法、程序设计语言在计算机领域扮演了重要的角色，是使用计算机解决实际问题的关键。甚至可以说对于计算机科学就是关于算法问题的学问。算法是计算机解决问题的策略，而程序设计语言则是把种策略用符号的形式记录下来。程序并不等于软件，会写算法甚至是能熟练的编程并不代表着能开发出优秀的软件来。软件不仅仅就是程序，软件有一个生命周期，软件的开发需要包含各种文档，软件开发出来还要后续的维护。一个大型的软件开发是多人的协调合作的结果，需要一个合理的开发策略。合理的开发策略能节约大量的人力、物力浪费，能够大大速度软件的开发时间爱你。

4.数据组织。

数据组织不是数据的表示，主要是指数据的组织形式：数据结构、数据库和文件系统。数据结构是数据在逻辑层次上的组织形式，“结构”是一个相关变量的集合，而这些变量能够单独作为一个整体被访问。换句话说，数据结构代表了有特殊关系的数据的集合。数据结构有数组、记录、链表以及抽象数据类型的线性表、栈、队列、树和图等。有了抽象数据类型之后用户不再关心任务是如何完成的，而是关心能够完成那些任务。换句话说，就是抽象

数据类型定义了一组定义，使得编程者可以使用这些函数，但是却屏蔽了实现过程。这种定义方式有利于过程化的面向对象的编程。文件是数据在计算机外外存的存储形式，由于内存容量小速度快，而外存的容量，大断电不会丢失数据，计算机短期内不会使用的大量的数据都会存储在外存。文件的存取方式，文件的存储组织形式以及文件管理有助于到人机矛盾的解决和高效的利用计算机存储空间。数据库是数据在逻辑上的集合，而不强调其在物理上的相关。一个组织的数据很少会单独地活或孤立的存储着，通常它们是存储在数据库实体中。现在数据库不再仅仅是存储和管理数据，而转变成用户所需要的各种数据管理的方式以及的数据的处理。

5.高级主题

高级主题讨论了3个在计算机科学中愈来愈重要的高级主题：数据压缩、安全、计算机理论。计算机网络中充斥着越来越多的数据，如果不能找到一个合理的存储策略将会导致“数据爆炸”，压缩存储的方式在某种程度上延缓了这种危机的到来。数据压缩有两种方式：无损压缩和有损压缩。在互联网时代，越来越多的数据在网络上交换，资源共享越来越频繁，而安全问题也原来越重要。安全问题是一个广泛的主题。数据安全包含4个方面的内容：保密、验证、完整和不否认性。计算机理论主要回答了计算机不是万能的，计算机可以解决一部分问题，而另一部分问题是没法用程序来回答的。

总体来说计算科学导论是对《计算机组成原理》、《编译原理》、《算法分析与设计》《数据结构》、《计算操作系统》等后续课程的概述，用简明易懂的语句帮助初学者认识计算机原理，也为后续课程的学习奠定了基础。即使完成大学的学业，回头来看看这本书也是很有启发的。