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計算機科學與技術是什么專業(yè)干什么的(計算機科學與技術是學什么的-從事什么專業(yè)就業(yè)前景)

發(fā)布時間:2024-08-21 16:11:13 學習方法 347次 作者:合肥育英學校

更新時間:2020/05/13

(更新在最后

計算機科學與技術是什么專業(yè)干什么的(計算機科學與技術是學什么的-從事什么專業(yè)就業(yè)前景)

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計算機科學與技術(CS),顧名思義,是研究與計算機相關的科學原理和專業(yè)技術的學科。從廣義上講,計算機是對輸入信息進行計算然后輸出的機器。計算本身可以看作是一個處理信息的過程。

因此,計算機應包含用于輸入信息的輸入設備(鍵盤、鼠標)、用于處理信息的計算設備(主機)以及用于輸出信息的輸出設備(顯示器、揚聲器)。無論你在電腦上做什么,無論是玩游戲、聽音樂還是看電視節(jié)目,還是上網學習,電腦要做的本質上都是布爾運算。這是計算機上最基本的操作,就像大腦思維過程的本質一樣。以上與無數(shù)神經元之間信號的接收和傳輸是一樣的。布爾運算可以實現(xiàn)我們熟悉的加、減、乘等簡單運算。這些是計算機的指令。大量的指令組成一個集合,可以完成特定的任務。我們稱之為程序(程序,如PPT、QQ、瀏覽器等)。將計算機完成的功能分解為一組指令是最自然的想法,因為這樣我們就可以靈活編寫多種程序來完成不同的任務。因此,計算機可以用于各個方面。編寫程序的過程稱為編程。(編程)。馮·諾依曼于1946年提出了存儲程序原理,將程序本身視為數(shù)據。程序和程序處理的數(shù)據以同樣的方式存儲。計算機按順序執(zhí)行程序。這就是馮諾依曼架構。(馮諾依曼架構)。為了存儲程序和數(shù)據,上面提到的計算設備應該包括存儲設備(主存、磁盤),為了執(zhí)行程序指令,計算設備還應該包括實現(xiàn)算術運算和邏輯運算的運算單元,以及作為命令各個組件有序地協(xié)同工作的控制器。

馮·諾依曼架構(來源見水?。┯嬎銠C總是分為軟件和硬件。下面,我將從軟件和硬件的粗略邊界,先向下(底層硬件),再向上(應用、網絡)一一介紹計算機科學與本科技術專業(yè)相關的主要專業(yè)的基礎課程,然后介紹基礎知識本專業(yè)所需的數(shù)學課程。

1、軟硬件接口

當一臺計算機同時運行多個程序時,如何有效地管理和分配計算機的軟硬件資源就成為一個復雜的問題,于是人們引入了操作系統(tǒng)的概念。操作系統(tǒng)是最底層的軟件。它為應用程序和用戶提供調用計算機資源的接口和使用計算機的交互界面。需要實現(xiàn)的功能主要有內存管理、進程調度、文件系統(tǒng)等。學習操作系統(tǒng)理論原理和技術實現(xiàn)的課程叫做《操作系統(tǒng)原理》。

計算機應該包含哪些部件?每個組件執(zhí)行什么功能?哪些功能是由硬件子系統(tǒng)完成的,哪些功能是由軟件完成的?回答這些問題的課程就是《計算機體系結構》。計算機體系結構是程序員所看到的計算機的屬性,即概念結構和功能特征(1964,C.M.Amdahl)。一般包括數(shù)據表示、尋址方式、寄存器組織、指令集、存儲系統(tǒng)、中斷機制、輸入輸出結構、信息保護等。

2.硬件

計算機體系結構確定后,如何實現(xiàn)各個組件的功能以及組件之間的連接關系,就是“計算機組成原理”。例如,當我們確定計算機的指令集中應包含乘法指令時,是應該使用加法電路來實現(xiàn),還是應該使用加法和移位電路一起來實現(xiàn)乘法指令?本題屬于計算機組成原理范疇。計算機組成原理包括CPU中指令的具體執(zhí)行過程、基本數(shù)值運算、存儲系統(tǒng)和結構、外圍設備、I/O接口等概念和原理。

借助計算機組成原理的理論知識,《微機接口技術》進一步帶我們了解它們的工程實現(xiàn),例如對現(xiàn)有通用或專用芯片的理解和實現(xiàn)。本課程將涉及特定CPU(如Interx86系列)的引腳功能、總線周期、I/O端口的地址分配等詳細的工程知識。

CPU、存儲器等組件的構建離不開組合邏輯電路、時序電路等基本電路單元?;具\算,即布爾運算,離不開AND或NOT等邏輯門電路。如何用晶體管來實現(xiàn)這些電路是“數(shù)字電子學”的關鍵?!凹夹g基礎”,而晶體管的原理是在“模擬電子技術基礎”中學習的。本課程還教授基本放大電路、波形生成和轉換以及常用半導體器件相關的其他知識。其中,電路的基本概念和理論知識是《電路分析基礎》中所講授的內容,接下來就是單電子的運動。這些知識包含在《大學物理》的電磁場部分。

3、軟件

如前所述,程序是大量指令的集合。用于編寫程序的語言稱為編程語言。計算機能夠直接識別和執(zhí)行的是二進制機器語言(機器指令編碼)。早期的程序員直接編寫機器語言。顯然,這是極其低效的。后來,人們用助記符來代替指令的操作碼,用地址符號或標號來代替指令或操作數(shù)的地址。這催生了匯編語言。匯編語言與硬件相關性較高,是一種低級語言,后來發(fā)展了c/c++、JAVA、Python等編寫效率更高、抽象層次更高的高級語言。大多數(shù)學校都會提供高級編程語言課程作為入門。例如,受訪者就讀的學校是“基礎編程(C語言)”。介紹完之后,還會開設一門課程《匯編語言編程》來幫助我們理解編程。語言和指令集之間的關系,以及對程序執(zhí)行的本質過程的理解。大多數(shù)學校也會選擇面向對象語言作為面向對象編程的入門。例如,受訪者就讀的學校是“面向對象編程(C++)”。學習了編程語言后,如何將高級語言翻譯成機器可以識別的機器語言?更一般地說,如何將源語言翻譯成另一種目標語言?這就是《編譯原理與設計》中要學習的知識。

當然,僅僅會寫程序還不夠。計算資源是有限的。如何降低程序運行的時間和空間復雜度已經成為必然。這就需要我們學習“計算理論和算法分析設計”,掌握基本的復雜性。分析方法、經典算法思想、以及圖靈機、NP完備性等更抽象的計算理論。在使用算法時,我們經常需要按照特定的結構來組織數(shù)據。這就是“數(shù)據結構”的知識。數(shù)據結構是指彼此之間具有一種或多種特定關系的數(shù)據元素的集合。精心選擇的數(shù)據結構往往可以帶來更高的操作或存儲效率。

當軟件變得更大、更復雜時,開發(fā)、測試、更新和維護軟件就變得非常困難。研究使用工程方法來構建和維護有效、實用和高質量軟件的學科是軟件工程。這方面的概念基礎課是《軟件工程基礎》。將數(shù)據和軟件分離,以一定方式存儲在一起,實現(xiàn)多個用戶共享的統(tǒng)一管理的數(shù)據集合稱為數(shù)據庫。學習相關理論和技術的課程是《數(shù)據庫原理與設計》。

到目前為止,我們只停留在一臺計算機上。如何連接不同地理位置的多臺計算機?計算機網絡是多臺計算機連接起來以共享資源和傳輸信息的計算機系統(tǒng)。就像一個城市的交通系統(tǒng)有很多交通規(guī)則一樣,很多計算機也需要制定標準化的“交通規(guī)則”來相互通信。這是一個協(xié)議。人們將計算機網絡劃分為多個協(xié)議層?!队嬎銠C網絡》課程的主要內容是各層協(xié)議。

計算機網絡的不同協(xié)議層次結構4、數(shù)學基礎

未完待續(xù).(劃掉)

數(shù)學是一種思維方式,也可以說是我們人類發(fā)明的一種工具,它可以讓我們更方便地表達和研究問題。工欲善其事,必先利其器。學好數(shù)學自然對學計算機有百利而無一害。CS本科生的必修基礎數(shù)學課程不多,包括:《線性代數(shù)》、《工程數(shù)學分析》、《離散數(shù)學》、《概率與組合統(tǒng)計》、《數(shù)值分析》。這些可以說是基礎中的基礎。也許你在學習的時候,會覺得不知道學這些有什么用,但是以后,你會越來越發(fā)現(xiàn)它們其實很有用……

下面對上述數(shù)學基礎課程進行簡單介紹:

線性代數(shù):線性代數(shù)研究線性空間和線性變換(你不明白嗎?是的,我也不懂)。然而,工科專業(yè)本科階段學習的線性代數(shù)基本上是為了理解一個新的概念比如矩陣(就像理解一個新的數(shù)據結構一樣)。Matrix在計算機領域非常非常有用,請認真學習!

工程數(shù)學分析:即高等數(shù)學,簡單的微積分知識(只比數(shù)學系簡單……)。

離散數(shù)學:包含了圖論、數(shù)論、抽象代數(shù)等一些非?;A的知識,可以說是大雜燴。離散數(shù)學被稱為計算機的核心數(shù)學,因為當今的數(shù)字電子計算機本身就是離散結構,只能處理離散或離散化的數(shù)量關系。

概率與數(shù)理統(tǒng)計:開始理解概率。數(shù)理統(tǒng)計是歸納的、后驗的,而概率論是演繹的、先驗的。使用計算機模擬現(xiàn)實生活中的問題時,經常會用到概率論知識。

數(shù)值分析:簡單來說,就是研究如何利用計算機進行數(shù)值計算、解決數(shù)學問題的學科。如果你不太理解,你可以嘗試編寫自己的代碼來模擬三體運動。

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