计算机科学导论课程框架
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目录
CATALOGUE
02.
硬件系统基础
04.
网络技术体系
05.
计算技术应用
01.
计算机科学概述
03.
软件系统架构
06.
前沿发展方向
计算机科学概述
01
学科定义与核心领域
学科定义
计算机科学是研究信息处理和信息计算的科学，包括理论、实验和应用三个方面。
01
计算机科学的核心领域包括算法、数据结构、计算机组成原理、操作系统、编译原理等。
02
研究方法
计算机科学研究方法包括理论分析、实验验证和系统设计等。
03
核心领域
计算机发展历程
经典时期
从20世纪40年代到50年代，计算机科学处于萌芽期，主要关注计算机硬件的研制和数学理论的研究。
现代化阶段
初期发展
20世纪60年代到70年代，计算机科学逐渐发展成为一门独立的学科，出现了许多重要的算法和数据结构，如快速排序、堆排序、二叉树等。
从20世纪80年代至今，计算机科学得到了快速发展，出现了许多新的技术和应用领域，如互联网、人工智能、大数据等。
研究计算机之间的通信和数据传输，包括网络协议、网络安全、网络编程等。
研究让计算机能够像人类一样思考、学习和推理的技术，包括机器学习、深度学习、图像识别等。
研究如何高效地存储、管理和访问大量数据，包括关系数据库、非关系数据库、数据挖掘等。
研究计算机图形图像处理和多媒体技术，包括计算机绘图、虚拟现实、图像处理等。
现代技术分支演化
计算机网络
人工智能
数据库技术
图形学与多媒体
硬件系统基础
02
计算机组成要素
输入设备
键盘、鼠标、扫描仪等，用于将数据和指令输入计算机。
01
输出设备
显示器、打印机、音响等，用于将计算机处理的结果输出给用户。
02
中央处理器
执行程序中的指令，进行数据处理和计算，包括控制整个计算机的运作。
03
存储设备
存储程序和数据，包括硬盘、内存、光盘等。
04
中央处理器工作原理
中央处理器工作原理
指令周期
控制器
运算器
寄存器
包括取指令、解码指令、执行指令和存储结果等步骤，是中央处理器工作的基本流程。
负责进行各种算术和逻辑运算，如加、减、乘、除、与、或、非等。
负责从存储器中取出指令，并控制计算机的各部分执行指令，是中央处理器的核心部分。
暂时存储运算结果或指令，是中央处理器内部的重要组件。
内存储器
外存储器
包括RAM和ROM，RAM用于暂时存储数据和程序，ROM用于永久保存数据和程序。
包括硬盘、光盘、U盘等，用于长期存储数据和程序，即使计算机关闭也能保留数据。
存储设备技术分类
闪存存储器
结合了内存和外存的优点，具有高速读写、存储容量大、可靠性高等特点，常用于移动设备中。
磁盘存储器
利用磁性材料记录数据，包括硬盘和软盘，硬盘存储容量大、速度快，是计算机主要的存储设备之一。
软件系统架构
03
操作系统核心功能
操作系统通过管理计算机硬件资源，包括处理器、存储器、输入输出设备等，保证系统正常运行。
资源管理
操作系统提供程序执行环境，包括处理器调度、内存分配、设备驱动等，确保程序能够高效、安全地运行。
程序执行
操作系统提供图形界面、命令行接口等，方便用户与计算机进行交互。
用户接口
操作系统负责文件的存储、检索、共享和保护，提供方便的文件操作接口。
文件管理
应用软件开发流程
需求分析
明确软件的功能、性能、安全等方面的需求，与用户、开发团队等进行沟通。
设计阶段
设计软件的整体架构、模块划分、接口定义等，制定详细的设计文档。
编码与测试
根据设计文档进行编码实现，并对软件进行测试，确保软件质量。
维护与升级
上线后的软件需要进行维护，修复漏洞、更新功能等，保证软件的稳定性和可用性。
编程语言发展图谱
机器语言与汇编语言
面向对象编程语言
高级编程语言
脚本与配置语言
早期计算机编程使用的语言，直接与计算机硬件交互，操作复杂且难以维护。
如Fortran、Cobol、Pascal等，提高了编程效率，使得程序更加易于编写和维护。
如C、Java、Python等，支持面向对象编程，增强了代码的复用性和可扩展性。
如JavaScript、PHP、Shell等，用于编写自动化脚本和配置文件，简化开发流程。
网络技术体系
04
局域网拓扑结构
以太网、令牌环网、无线局域网等不同类型的拓扑结构及其特点。
广域网连接方式
点对点连接、租用线路、分组交换等广域网技术及其优缺点。
网络协议与标准
TCP/IP协议、HTTP、FTP、SMTP等常见协议及其在网络通信中的作用。
网络设备与功能
路由器、交换机、集线器等网络设备的作用与配置方法。
网络拓扑结构与协议
01
02
03
04
宽带接入、光纤接入、移动互联网等不同接入方式的特点与应用。
互联网基础架构
互联网接入技术
物联网、云计算、大数据等新兴技术对互联网的影响与