计算机科学与技术学科的发展57页PPT文档课件.ppt

1、计算机科学与技术学科的发展计算机科学与技术学科的发展李师贤李师贤lnslsxmail.sysu.edu2019.12.14内容一、历史回顾二、计算机科学与技术的定义三、计算机科学与技术学科教育四、计算机科学与技术学科的基本问题五、发展趋势结束语一、历史回顾1、人类社会的发展阶段2、工程技术学科发展的三个阶段3、计算机科学与技术的发展4、Internet的发展5、计算机科学的发展1、人类社会的发展阶段 阶 段 生 产 要 素农业化社会 土 地工业化社会 资 本信息化社会 知 识2、工程技术学科发展的三个阶段科学 萌芽阶段 技术 成长阶段 工程化、产业化 成熟阶段科学 3、计算机科学与技术的发展(

2、1/2) 阶段时期 标志发展动力 发展速度科学1945年以前 数理逻辑数值计算图灵机知识驱动一般技术1945年至1980年一至四代计算机系统软件技术驱动快工程化、产业化 1980年至现在标准化、 批量生产性能价格比大幅度提高、开发环境日趋完善、工具软件丰富并普及应用市场(应用)驱动很快，但将逐步趋缓计算机科学与技术的发展(2/2)从整机和应用发展的角度划分变革阶段 技 术 应 用 导 向关键技术大型机时代 数值计算时代大型机硬件信息处理技术PC时代事务模拟时代计算机平台信息获取技术网络时代知识处理时代网络信息传输技术 4、Internet的发展因特网(Internet) 万维网(Web)网格(

3、Grid)第一个研究原型1969.10.11980-19892019第一个可用原型19701990.122019第一个标准1964.4(IMP) 1974.5(TCP/IP)1994.6(URI)2019.5(HTTP)还没有现在标准总数3180个RPC4611个工作组中国参与标准1(2019.3)0还没有特 征实现了计算机硬件的连通实现了网页的连通试图实现互联网上所有资源的全面连通5、计算机科学的发展 阶段时间主要事件 基本活动研究态度数据收集1950-1960硬件：元器件软件：大量程序语言和实现技术的发现与描述发现和描述计算现象经验科学的态度精细化和抽象1961-1969硬件：软件：对程序

4、语言精细化；发展操作语义和数学语义理论、语言定义技术和形式编译及执行过程模型的若干结构；从事着20世纪50年代发现的计算机和语言的扩充与精细化，发展说明计算机科学现象中已观察到的性质的抽象。数学的态度工艺学1970- 转向发展控制大程序的复杂性、价格和可靠性的工具和方法论。工程的态度二、计算机科学与技术的定义1、计算机科学的种种定义2、各发展方向的问题空间3、关于计算机科学定义的启示1、计算机科学的种种定义、计算机科学的种种定义1、计算机科学是研究与计算机有关现象的科学。（Newell, Perlis和Simon，1967）2、计算机科学是研究算法的科学。(Knuth, 1968)3、计算机科

5、学是研究信息结构的表示、变换和解释的科学。（Wegner, 1968）4、计算机科学是研究和管理复杂性的科学。（ Dijkstra, 1969）5、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、储存、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。Computing Curricula 2019Overview Report(2019.6.1) Guide to Undergraduate Degree Programs in Computing For undergraduate degree programs in Computer Engineering Comput

6、er Science Information Systems Information Technology Software Engineering Joint Task Force for Computing Curricula 2019 A cooperative project of ACM/AIS/IEEE-CS Strawman Draft 1 June 2019 这是在这是在CCCS2019的基础上，根据大家建议提出来的。的基础上，根据大家建议提出来的。 2 2、各发展方向的问题空间各发展方向的问题空间器件器件理论理论应用应用组织与系统行为组织与系统行为CSISITSECE摘自CC

7、20193、关于计算机科学定义的启示关于计算机科学定义的启示(1/3)计算机科学定义的内容：- 部分是关于经验地研究一类现象的科学；- 部分是关于若干类抽象结构的形式性质的数学；- 部分是关于价格上经济地设计和构造商业上和社会上有价值产品的工艺学。3、关于计算机科学定义的启示关于计算机科学定义的启示(2/3)计算机科学研究人员所持的研究态度：- 自然科学态度（经验科学态度）- 数学态度- 工程态度3、关于计算机科学定义的启示关于计算机科学定义的启示(3/3)计算机科学研究人员应具有的能力：- 有经验科学家追根问底的精神；- 有数学家建立模型和抽象的能力；- 有工程师建造工具和实现的能力。三、计

8、算机科学与技术学科教育三、计算机科学与技术学科教育1、专业方向 特点2、人才培养的基本定位3、问题空间4、知识领域的划分与核心学时分配5、能力要求6、课程体系示例7、计算机学科本科生应该具有的通用技能8、教学的三个过程9、实例1、专业方向专业方向 特点特点 专业内容相对突出计算的理论和算法，在计算理论以及相关的数学领域为学生打下较好的基础，要求学生掌握求解计算问题的有效方法 ，擅长算法分析与设计，对于应用的实际问题具有理性分析的能力。2、人才培养的基本定位人才培养的基本定位德、智、体、美全面发展掌握自然科学基础知识注重计算机科学基础理论，兼顾计算机系统及应用3 、问题空间问题空间理论理论原理原

9、理创新创新应用应用部署部署配置配置开发开发倾向理论倾向理论倾向应用倾向应用组织系统行为组织系统行为应用技术应用技术软件开发软件开发系统平台结构系统平台结构计算机硬件体系计算机硬件体系CSCS摘自CC20194、知识领域的划分与核心学时分配知识领域的划分与核心学时分配CS-AR计算机体系结构与组织（82）CS-AL算法与复杂性（54） CS-HC人机交互（12）CS-OS操作系统（40） CS-PF程序设计基础（69） CS-SP社会与职业问题（11） CS-SE软件工程（54）CS-DS离散结构（72）注： 红色为计算机科学特有或者重点知识领域（括弧内为每个领域核心学时数，全部领域共560学时

10、） CS-NC网络计算（48） CS-PL程序设计语言（54） CS-GV图形学与可视化计算（8） CS-IS智能系统（22） CS-IM信息管理（34）CS-CN数值计算 详细信息参见计算机科学与技术专业规范3.2.3小节的表3-15、能力要求、能力要求具备在计算机科学领域里分析问题、解决问题的能力具备实践能力具备良好外语运用能力团队精神与组织才能沟通能力与良好的人际关系表达能力6、课程体系示例课程体系示例(1/2)序号课程名称理论学习学时实践学时涵盖核心知识单元非核心知识单元1计算机导论248SP1,PL1,SE3,PL3,HC1,SE7,NC22程序设计基础4816PL1,PF1,PF2

11、,PF5,AL2,AL3,PL6 3离散结构72DS1,DS2,DS3,DS4,DS54算法与数据结构4816AL1,AL2,AL3,AL4,AL5,PF2,PF3,PF4 5社会与职业道德248SP1,SP2,SP3,SP4,SP5,SP6,SP7 SP8,SP9,SP10 6操作系统3216AL4,OS1,OS2,OS3,OS4,OS5 OS6,OS7,OS8,OS11 7数据库系统原理3216IM1,IM2,IM3,IM4,IM5,IM6 IM7,IM8,IM9,IM10,IM11,IM13,IM14 6、课程体系示例、课程体系示例(2/2) 序号课程名称理论学习学时实践学时涵盖核心知识

12、单元非核心知识单元8编译原理4016PL1,PL2,PL3,PL4,PL5,PL6 PL7,PL8 9软件工程3216SE1,SE2,SE3,SE4,SE5,SE6,SE7,SE8 SE9,SE10 10计算机图形学248HC1,HC2, GV1,GV2 HC5,GV3,GV4,GV5,GV6,GV7,GV8,GV9 11计算机网络3216NC1,NC2,NC3,NC4 NC5,NC6,NC8,NC9,AR9 12人工智能328IS1,IS2,IS3IS4,IS5,IS6,IS7 13数字逻辑3216AR1,AR2,AR314计算机组成基础4816AR2,AR3,AR4,AR5 15计算机体系

13、结构328AR5,AR6,AR7AR8,AR9 7、计算机学科本科生应该具有的 通用技能(毕业生的要求毕业生的要求)(1) 基本要求基本要求数学要求数学要求科学方法科学方法熟悉应用熟悉应用沟通技能沟通技能团队工作能力团队工作能力其它（职业道德、知识产权、法律等应其它（职业道德、知识产权、法律等应有足够的重视和了解）有足够的重视和了解）(2) 具体要求具体要求系统级的预测能力系统级的预测能力理论与实践间相互作用的判断理论与实践间相互作用的判断熟悉重复出现的概念熟悉重复出现的概念大项目的经验知识大项目的经验知识适应变化的能力适应变化的能力(3) 能力与技巧能力与技巧认知认知CS中的能力和技巧中的能

14、力和技巧实践实践CS中的能力和技巧中的能力和技巧其它能力和技巧（交流、团队协作、数其它能力和技巧（交流、团队协作、数据表达、自我管理、职业开发等）据表达、自我管理、职业开发等）(4) 典型标准典型标准对知识体的主领域和科学理论有较深刻的理解对知识体的主领域和科学理论有较深刻的理解对非形式描述的问题能进行准确的分析，并能用相关对非形式描述的问题能进行准确的分析，并能用相关的概念、理论和准则，还能有效地选择和使用相应的的概念、理论和准则，还能有效地选择和使用相应的技术和工具技术和工具能完成一个项目的分析、定义、设计和实现能完成一个项目的分析、定义、设计和实现能在极少指导下独立工作，以及作为团队或成

15、员进行能在极少指导下独立工作，以及作为团队或成员进行工作的能力工作的能力能从事专业的、合法的、合乎道德的正确的实践活动能从事专业的、合法的、合乎道德的正确的实践活动明确继续专业发展和终身学习的机制明确继续专业发展和终身学习的机制能在一个广泛的范围内综合地运用所学知识的能力能在一个广泛的范围内综合地运用所学知识的能力8、教学的三个过程、教学的三个过程(1) Theory Definition and Axioms, Theorems, Proof, Interpretation of result(2) Abstraction Data collection and Hypothesis for

16、mation, Modeling and Prediction, Design of an experiment, Analysis of results(3) Design Requirements, Specification, Design and Implementation, Testing and Analysis9、实例实例(1)理论理论 形式语言与自动机，包括语法分析和语言翻译形式语言与自动机，包括语法分析和语言翻译理论理论 Turing Machines （过程语言的基础）、过程语言的基础）、Post Systems （串处理语言的基础）、串处理语言的基础）、一一Calcul

17、us （函数语言的基础）函数语言的基础） 形式语义学：定义计算机数学模型的方法，以形式语义学：定义计算机数学模型的方法，以及模型、语言语法与实现之间的关系。主要方及模型、语言语法与实现之间的关系。主要方法包括符号、代数、操作和公理的语义学法包括符号、代数、操作和公理的语义学 作为支持领域：谓词逻辑、时态逻辑、近世代作为支持领域：谓词逻辑、时态逻辑、近世代数、及数学归纳法数、及数学归纳法(2)抽象抽象 基于语法和动态语义学模型的语言分类基于语法和动态语义学模型的语言分类: 静态类型、动态类型、函数、过程、面向对象、静态类型、动态类型、函数、过程、面向对象、逻辑、规格说明、消息传送和数据流逻辑、规

18、格说明、消息传送和数据流 按应用领域的语言分类按应用领域的语言分类 事务数据处理、模拟、表处理、及图形事务数据处理、模拟、表处理、及图形 对程序结构的基本语法和语义模型的分类：对程序结构的基本语法和语义模型的分类： 过程分层、功能组合、抽象数据类型、通信并行过程分层、功能组合、抽象数据类型、通信并行处理处理 各种基本语言类型的抽象实现模型各种基本语言类型的抽象实现模型 语法分析、编译、解释和代码优化的方法语法分析、编译、解释和代码优化的方法 语法分析器、扫描仪、编译器构件和编译器的自动语法分析器、扫描仪、编译器构件和编译器的自动生成方法生成方法(3) 设计设计 具体的语言把个别的抽象机器（语义

19、）装具体的语言把个别的抽象机器（语义）装配在一起形成可实现的整体配在一起形成可实现的整体过程式（过程式（Fortran、ALGOL、Cobol、Ada、C）函数式（函数式（Lisp）数据流（数据流（SISAL，VAL）面向对象的（面向对象的（Smalltalk、C+）逻辑式（逻辑式（Prolog）串式（串式（SNOBOL）并发（并发（CSP、OCCAM 、Concurrent Pascal 、Modula2） 特殊语言的具体实现方法：运行期模型、静态特殊语言的具体实现方法：运行期模型、静态和动态执行方法、打印校对、存储器和寄存器的和动态执行方法、打印校对、存储器和寄存器的分配、编译器、交叉编译

20、、解释器，及在程序中分配、编译器、交叉编译、解释器，及在程序中寻找并行性的系统寻找并行性的系统 编程环境编程环境 语法分析器和扫描生成器（语法分析器和扫描生成器（YACC，LEX）、）、编编译生成器译生成器 用于检查语法和语义错误的程序，程序特征表用于检查语法和语义错误的程序，程序特征表的产生、调试和跟踪的产生、调试和跟踪 编程语言用于文档处理功能的方法：如建表、编程语言用于文档处理功能的方法：如建表、图、化学公式、展开方程、图、化学公式、展开方程、I/O及数据处理。其及数据处理。其它应用：如统计处理它应用：如统计处理请仔细阅读并思考下列所示的五个程序段，指出它们的功能程序段1:maxv =

21、( b + a ) / 2 + abs( ( a - b ) / 2 );maxv = ( maxv + c ) / 2 + abs( ( maxv - c ) / 2 );程序段2:#include void main() int a; int b;int c;int maxv;cout a b c;if ( a b ) goto L1; if ( b c ) goto L2; maxv = c; goto L4;L1: if ( b c ) goto L3; if ( a c ) goto L3; maxv = c; goto L4;L2: maxv = b; goto L4;L3: ma

22、xv = a;L4: cout The max number is: maxv b ) if ( a c ) maxv = a; else maxv = c; else if ( b c ) maxv = b; else maxv = c;程序段4:maxv = a;if ( b maxv ) maxv = b;if ( c maxv ) maxv = c;程序段5:maxv = max( max( a, b ), c );【思考要点】在程序设计过程中，你觉得可以通过哪些方式提高程序的可理解性？程序的可理解性和编写程序所使用的程序设计语言有关。程序设计语言经历了机器语言、汇编语言、过程式程序设

23、计语言、面向对象程序设计语言的发展阶段，试分析这些语言各自的特点，并解释为什么越是后期出现的语言其编写出来的程序的可理解性会越强。四、四、计算机科学与技术学科的 基本问题1、基本问题、基本问题2、学科发展的主线、学科发展的主线3、学科形态、学科形态4、学科基本工作流程方式、学科基本工作流程方式1 1、基本问题基本问题计算的平台和环境问题计算的平台和环境问题计算模型问计算模型问题题计算过程的能行操作和效率问题计算过程的能行操作和效率问题算算法法 与程序问题与程序问题计算的正确性问题计算的正确性问题语义学问题语义学问题2 2、学科发展的主线学科发展的主线计算模型与计算机系统计算模型与计算机系统计算

24、模型、语言与软件开发方法学计算模型、语言与软件开发方法学应用数学与计算机应用应用数学与计算机应用3 3、学科形态学科形态理论：理论：关心的是以形式化方式揭示对象的性质和相互之间的关系抽象：抽象：关心的是以实验方式揭示对象的性质和相互之间的关系设计：设计：关心的是以生产方式对这些性质和关系的一些特定的实现，完成具体而有用的任务4 4、学科基本工作流程方式学科基本工作流程方式对现实世界中被研究的对象进行抽象，建立必对现实世界中被研究的对象进行抽象，建立必要的基本概念，运用数学工具和方法对其进行要的基本概念，运用数学工具和方法对其进行基础和应用基础研究，研究（对象）概念的基基础和应用基础研究，研究（

25、对象）概念的基本性质、概念与概念之间的关系，由此揭示对本性质、概念与概念之间的关系，由此揭示对象发展变化的内在规律，为实验设计和工程设象发展变化的内在规律，为实验设计和工程设计实现提供方法和技术，并开展实验和工程设计实现提供方法和技术，并开展实验和工程设计与实现工作。计与实现工作。其中，抽象（主要指抽象化过程）是理论、抽其中，抽象（主要指抽象化过程）是理论、抽象和设计三个基本学科形态中最重要的一个形象和设计三个基本学科形态中最重要的一个形态，它是连接学科科学研究与工程应用开发研态，它是连接学科科学研究与工程应用开发研究的重要环节。究的重要环节。 五、发展趋势w软件是一台计算设备的思维中枢。经过

26、数十年的发展，软件产业已经成为当今世界投资回报比最高的产业之一，而这一产业正在潜移然化地改变着我们赖以生存的这个星救的面貌。新世纪，软件产业的发展趋势：网络化趋势；服务化趋势；全球化趋势。 结束语结束语w学习什么学习什么?w专业面对的一个现实问题专业面对的一个现实问题w我们应该具有我们应该具有1. 学习什么学习什么?u发现未知事物(主要是计算机科学与技术的基础理论和专业知识);u发现自己的错误、不足、欠缺、需求和必须充实的东西;u发现自己的能与不能;u发现别人的智慧、才华、错误、缺点及其对自己的启示;发现美,丑、恶;等等这些都是学习过程的重要领悟.综合地说就是:学做人、学做事、学知识。学做人、

27、学做事、学知识。20年前：计算机毕业生知道这些差不多了摘自李晓明的ppt从10年前开始：似乎还需要知道这些摘自李晓明的ppt什么没有变？4年35-40门课150左右学分2000小时左右的课堂时间20年的进化并没有使人类在20年里变得聪明得很多大学生在校的时间大学生在校的时间摘自李晓明的ppt学习必然要经历艰苦的操练学习必然要经历艰苦的操练“读书、听课不是学习而是了解,只有动手做、进行实践才是学习”.只有把知识提升到实践才有价值.科学探究“是什么”; 技术解决“怎么做”; 艺术追求怎样“做得好,做得美”。就我们今天学习而言, 科学探究“计算机科学与技术专业是什么”; 技术解决“怎么学”;艺术追求

28、“怎样学好”2.专业面对的一个现实问题专业面对的一个现实问题: 软软危机软软危机l软软危机: 功能不强,性能欠佳,超时,超支lOS/360系统的负责人Brooks生动地描述了研制过程中的困难和混乱：“像巨兽在泥潭中作垂死挣扎，挣扎得越猛，泥浆就沾得越多，最后没有一个野兽能逃脱淹没在泥潭中的命运程序设计就像是这样一个泥潭一批批程序员在泥潭中挣扎没有人料到问题竟会这样棘手 ”软件开发项目成功与失败的现状 -斯坦迪什咨询集团的题为“混沌”的研究报告（美国）时间考查项目数成功率%失败率%有问题的%成本过高%超计划时间%性能/功能与需求吻合度%19948380163153201927403320192628462000282349201913522 34155143826720192918568464怎么办？怎么办？理论理论?技术技术?管理管理?3. 我们应该具有我们应该具有 高尚的品德和良好的人文素养高尚的品德和良好的人文素养 坚实的专业基础和深厚的功底坚实的专业基础和深厚的功底 创新意识，具有科学的思想方法创新意识，具有科学的思想方法-主人翁精神和团队精神主人翁精神和团队精神;- 经验科学家追根问底的精神；经验科学家追根问底的精神；- 数学家建立模型和抽象的能力；数学家建立模型和抽象的能力；- 工程师建造工具和实现的能力。工程师建造工具和实现的能力。 谢谢谢谢!