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什么是计算科学和它的来?

什么是计算科学和它的来历

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2013-12-07

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    也许大家不相信,今天我们的生活已无法离开计算机!来看看我们的身边吧。我们每天看到的电视节目是由计算机来制作编排的;我们每天看到的报纸是由计算机来排版的;我们所生活的城市的建筑是由计算机来辅助设计的;我们出门乘坐的火车是由计算机来调度安排的;商店里出售的五颜六色的衣服是由计算机裁剪设计的;而许多少年朋友喜爱的动画片、电子游戏以及电影中的许多特技镜头是由计算机制作的。
    在学校,利用计算机进行电子教学已日益普及;在企业,利用计算机进行生产管理大大提高了工作效率;在政府机关,利用计算机进行办公可实现办公自动化,减轻了工作人员的负 担;在医院,医生利用计算机进行病情诊断,既准确又迅速……计算机的应用已经深入到了各个行业,几乎无所不包。
     然而,你知道吗?从第一台计算机诞生,至今只有50年的历史,而揭开信息革命序幕的第一台电子管计算机如今已成了博物馆中珍藏的文物。 计算机的历史和未来在第二次世界大战期间,美国宾夕法尼亚大学摩尔电工学院为陆军计算炮火火力表,提出了高速计算工具的紧迫需求,于1943年开始研制第一台电子计算机,设计师是美国计算机界的先驱Mauchly和Eckter。
    在他们的共同努力下,世界上第一台电子计算机EN1-AC于1946年2月投入运行。这台计算机用了13000个电子管,重30多吨,耗电150千瓦,占地面积达9.1×12.2平方米,每秒钟仅能完成5000次加减运算,做一次乘法需要3毫秒。
  它的性能虽然还不如目前一台微型计算机的性能高,然而在当时却是划时代的创举,成为计算机的始祖。  从此,计算机进入了一个飞速发展的崭新时代。 自EN1HC诞生起,50年间,计算机的发展经历了四代,从最初房间大小的计算机到今天台式、笔记本计算机,计算机的发展可谓迅猛。
  推动计算机发展的因素很多,电子器件的发展可以说起着决定性的作用。 第一代计算机从1946年到1954年,它的特征是采用电子管作为元件。  从EN1AC机占地面积111平方米,可以想象,第一代计算机的占地面积很惊人,一台计算机要占据整个房间。
   第二代计算机从1955年到1964年,它的特征是用晶体管代替了电子管,缩小了计算机的体积,从而对计算机的普及和应用产生了深刻的影响。 第三代计算机从1965年到1974年,它的特征是用集成电路代替了分立晶体管,从而使电子器件的集成度提高了。
    一般用的集成电路是小规模集成电路和中规模集成电路,在每平方毫米的面积上可以分布几十个晶体管。在这期间,除了推出大型计算机系列外,小型计算机也大量出现。由于小型机成本低,性能好,适用范围广,在计算机推广普及方面起了巨大的作用。
   第四代计算机从1975年至今,它的特征是以大规模集成电路为计算机的主要功能部件。  它的密度可达每平方毫米上分布几百个到几千个电子元件,可以想象,在黄豆大小的芯片上竟能分布数以千计的电子元件。
  70年代末,首先在美国兴起了数据宽度为32位的超级小型机,只经过六七年的时间,就有十几家公司竞相研制,近20个机种投入市场。目前这种机型已成为国际计算机市场上最活跃、最有生命力的一种机型。  超级小型机之所以受到普遍的欢迎,是因为它既保持了小型机的特点,又兼有大型通用机的优点,从而在速度、容量、功能等各方面都可与大型机进行较量。
   第四代计算机的另一个重要分支是以大规模集成电路为基础而发展起来的微处理机和微型计算机。微型机体积小、功耗低、成本低,明显优于其他类型计算机,因而得到广泛应用和迅速普及。  在80年代和90年代期间,计算机工业保持高速度的发展。
  第四代计算机的系统性能不断提高,各种类型的计算机都正在向各自的高档机发展,每隔二三年就研制出一个改进型,成本不断降低,价格不断下降。而以超大规模集成电路为基础的高度智能化的第五代计算机系统即将面世,这将是科学技术发展的必然趋势。
     值得一提的是,无论从数量上还是从应用广度和深度上讲,80年代和90年代将是微型计算机的天下。微型机是各类计算机中发展最快、人们最感兴趣的一个分支,其性能已达到甚至超过一般小型机水平。
  目前,微机的销量日益增大,走入家庭已是大势所趋. 最近两三年,计算机界在计算机的核心部件——微处理器上大做文章。  微处理器由运算器和控制器组成,分别完成对数据的算术运算、逻辑运算、逻辑判断和控制计算机各部件有序工作,自动执行程序命令。
  因此,微处理器的设计技术对改善计算机的性能起关键作用。现在,各计算机厂商正展开微处理器大竞赛,在设计工艺、集成度、速度、功耗上一争高低,为计算机的发展将又添新彩。   随着计算机网络和数据通讯技术的迅速发展,计算机的应用将进入一个新的时期。
  各行各业的人员,特别是不懂计算机的人员,都可以熟练地使用计算机。处身于这个离不开计算机的社会,少年朋友一定要扎扎实实地学好数理化、外语等基础知识,为推广计算机的应用,使计算机能更好地服务于我们这个社会做好充分准备。
     虽然提问者要求不要讲算盘,还是得从那谈起。 中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策,又被叫做算筹.这种算筹多用竹子制成,也有用木头,兽骨充当材料的.约二百七十枚一束,放在布袋里可随身携带. 直到今天仍在使用的珠算盘,是中国古代计算工具领域中的另一项发明,明代时的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎相同. 17世纪初,西方国家的计算工具有了较大的发展,英国数学家纳皮尔发明的"纳皮尔算筹",英国牧师奥却德发明了圆柱型对数计算尺,这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方运算,甚至可以计算三角函数,指数函数和对数函数,这些计算工具不仅带动了计算器的发展,也为现代计算器发展奠定了良好的基础,成为现代社会应用广泛的计算工具. 1642年,年仅19岁的法国伟大科学家帕斯卡引用算盘的原理,发明了第一部机械式计算器,在他的计算器中有一些互相联锁的齿轮,一个转过十位的齿轮会使另一个齿轮转过一位,人们可以像拨电话号码盘那样,把数字拨进去,计算结果就会出现在另一个窗口中,但是只能做加减计算。
    1694年,莱布尼兹在德国将其改进成可以进行乘除的计算。此后,一直要到1950年代末才有电子计算器的出现。 请给好评谢谢您。

2014-01-04

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    计算科学主要讲述了一种科学的思想方法,计算科学的基本概念、基本知识它的发展主线、学科分支、还有计算科学的特点、发展规律和趋势。   引言:随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生,和计算科学的快速发展以及取得的大量成果。
  计算科学这一学科也也应运而生。《计算科学导论》 正如此书的名字,此书很好的诠释了计算科学这一学科,并且指导了我们应如何去学好这一学科。  使得我们收获颇多。并且让我深深的反思了我的大学生活。
  正如赵老师书中所讲的:“计算科学是年轻人的科学,一旦你选择了计算科学作为你为之奋斗的专业类领域,就等于你选择了一条布满荆棘的道路。一个有志于从事计算科学研究与开发的学生,必须在大学几年的学习中,打下坚实的基础,才有可能在将来学科的高速发展中,或在计算机产品的开发和快速更新换代中有所作为。
       什么是计算科学和它的来历   计算科学主要是对描述和变换信息的算法过程,包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统研究。全部计算科学的基本问题是,什么能(有效的)自动运行,什么不能(有效的)自动运行。
  本科学来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究,形成于20世纪30年代的后期。     随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生,人类使用自动计算装置代替人的人工计算和手工劳动的梦想成为现实。
  计算科学的快速发展以也取得大量成果,计算科学这一学科也也应运而生。   计算科学的发展   a、首先先介绍图灵机   图灵机的发明打开了现代计算机的大门和发展之路。  图灵机通过一条两端可无限延长的袋子,一个读写头和一组控制读写头的(控制器)组成它有一个状态集和符号集,而此符号集一般只使用0和1两个符号。
  而就是这个简洁的结构和运行原理隐含了存储程序的原始思想,深刻的揭示了现代通用电子数字计算机的核心内容。现在通用的计算机是电子数字计算机,而电子数字计算机的发展是建立在图灵机的基础之上。  他的二进制思想使计算机的制作的简化成只需两个稳定态的元器件。
  这在今后的计算机制作上无论是二极管或集成电路上都显示了明显的优越性。   b、计算机带动的计算学科   1946年随着现代意义上的电子数字计算机ENIAC的诞生。掀起了社会快速发展的崭新一页。
  计算机工作和运行就摆在了人们的面前。     1、计算机语言   我们要用计算机求解一个问题,必须事先编好程序。因此就出现了最早的机器指令和汇编语言。20世纪50年代后,计算机的发展步入了实用化的阶段。
  然而,在最初的应用中,人们普遍感到使用机器指令编制程序不仅效率低下,而且十分别扭,也不利于交流和软件维护,复杂程序查找错误尤其困难,因此,软件开发急需一种高级的类似于自然语言那样的程序设计语言。
    1952年,第一个程序设计语言Short Code出现。两年后,Fortran问世。作为一种面向科学计算的高级程序设计语言,Fortran的最大功绩在于牢固地树立了高级语言的地位,并使之成为世界通用的程序设计语言。
  Algol60的诞生是计算机语言的研究成为一门科学的标志。  该语言的文本中提出了一整套的新概念,如变量的类型说明和作用域规则、过程的递归性及参数传递机制等。而且,它是第一个用严格的语法规则——巴科斯范式(BNF)定义语言文法的高级语言。
  还有用于支持结构化程序设计的PASCAL语言,适合于军队各方面应用的大型通用程序设计语言ADA,支持并发程序设计的MODULA-2,支持逻辑程序设计的PROLOG语言,支持人工智能程序设计的LISP语言,支持面积对象程序变换的SMALLTALK、C等。
       2、计算机系统和软件开发方法   现代意义上的计算机绝不是一个简单的计算机了而也包括了软件(系统软件、应用软件)。各种各样的软件使得计算机的用途大大增强。而软件开发也成为了一个重要课题和发展方向。
  软件开发的理论基础即是计算模型。随着计算机网络、分布式处理和多媒体的发展。  在各种高级程序设计语言中增加并发机构以支持分布式程序设计,在语言中通过扩展绘图子程序以支持计算机图形学程序设计在程序设计语言中已非常的流行。
  之后,在模数/数模转换等接口技术和数据库技术的支持下,通过扩展高级语言的程序库又实现了多媒体程序设计的构想。进入20世纪90年代之后,并行计算机和分布式大规模异质计算机网络的发展又将并行程序设计语言、并行编译程序、并行操作系统、并行与分布式数据库系统等试行软件的开发的关键技术依然与高级语言和计算模型密切相关,如各种并行、并发程序设计语言,进程代数,PETRI网等,它们正是软件开发方法和技术的研究中支持不同阶段软件开发的程序设计语言和支持这些软件开发方法和技术的理论基础----计算模型   3、计算机图形学   在计算机的硬件的迅速发展中。
    随着它的存储容量的增大,也掀起了计算机的巨大改革。计算机图形学、图像处理技术的发展,促使图形化界面的出现。计算机图形学是使用计算机辅助产生图形并对图形进行处理的科学。并由此推动了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助教学(CAI)、计算机辅助信息处理、计算机辅助测试(CAT)等方向的发展。
    图形化界面的出现,彻底改变了在一个黑色的DOS窗口前敲代码输入控制命令的时代。同时也成就了一个伟大的公司Microsoft 。   4、计算机网络   随着用户迫切需要实现不同计算机上的软硬件和信息资源共享。
  网络就在我们的需求中诞生了。网络的发展和信息资源的交换使每台计算都变成了网络计算机。  这也促进计算机的发展和广泛应用。   计算机学科的主线及发展方向   围绕着学科基本问题而展开的大量具体研究,形成学科发展的主流方向与学科发展主线和学科自身的知识组织结构。
  计算学科内容按照基础理论、基本开发技术、应用以及他们与硬件设备联系的紧密程度分成三个层面:   1、计算科学应用层   它包括人工智能应用与系统,信息、管理与决策系统,移动计算,计划可视化,科学计算机等计算机应用的各个方向。
       2、计算科学的专业基础层   它是为应用层提供技术和环境的一个层面,包括软件开发方法学,计算机网络与通信技术,程序设计科学,计算机体系结构、电子计算机系统基础。   3、计算科学的基础层   它包括计算科学的数学理论,高等逻辑等内容。
  其中计算的数学理论涵盖可计算性与计算复杂性理论形式语言与计算机理论等。     计算机的网络的发展及网络安全   (1)计算机网络与病毒   一个现代计算机被定义为包含存储器、处理器、功能部件、互联网络、汇编程序、 编译程序、操作系统、外部设备、通信通道等内容的系统。
     通过上面定义,我们发现互联网络也被加入到计算机当中。说明了网络的重要以及普及性。  21世纪是信息时代。信息已成为一种重要的战略资。信息科学成为最活跃的领域之一,信息技术改变着人们的生活方式。
  现在互联网络已经广泛应用于科研、教育、企业生产、与经营管理、信息服务等各个方面。全世界的互联网Internet 正在爆炸性的扩大,已经成为覆盖全球的信息基础设施之一。     因为互联网的快速发展与应用,我们各行各业都在使用计算机。
  信息安全也显得格外重要。而随着计算机网络的发展,计算机网络系统的安全受到严重的挑战,来自计算机病毒和黑客的攻击及其他方面的威胁也越来越大。其中计算机病毒更是很难根治的主要威胁之一。计算机病毒给我们带来的负面影响和损失是刻骨铭心的,譬如1999年爆发的CIH病毒以及2003年元月的蠕虫王病毒等都给广大用户带来巨大的损失。
       我们想更好的让计算机为我们服务,我们就必须很好的利用它,利用网络。同时我们也应该建立起自己的防护措施,以抵抗外来信息的侵入,保护我们的信息不受攻击和破坏。   ( 2 )计算机病毒及它的防范措施:   计算机病毒是一组通过复制自身来感染其它软件的程序。
  当程序运行时,嵌入的病毒也随之运行并感染其它程序。  一些病毒不带有恶意攻击性编码,但更多的病毒携带毒码,一旦被事先设定好的环境激发,即可感染和破坏。   、病毒的入侵方式   1.无线电方式。
  主要是通过无线电把病毒码发射到对方电子系统中。此方式是计算机病毒注入的最佳方式,同时技术难度也最大。可能的途径有:①直接向对方电子系统的无线电接收器或设备发射,使接收器对其进行处理并把病毒传染到目标机上。
    ②冒充合法无线传输数据。根据得到的或使用标准的无线电传输协议和数据格式,发射病毒码,使之能够混在合法传输信号中,进入接收器,进而进人信息网络。③寻找对方信息系统保护最差的地方进行病毒注放。
  通过对方未保护的数据链路,将病毒传染到被保护的链路或目标中。   2.“固化”式方法。  即把病毒事先存放在硬件(如芯片)和软件中,然后把此硬件和软件直接或间接交付给对方,使病毒直接传染给对方电子系统,在需要时将其激活,达到攻击目的。
  这种攻击方法十分隐蔽,即使芯片或组件被彻底检查,也很难保证其没有其他特殊功能。目前,我国很多计算机组件依赖进口,困此,很容易受到芯片的攻击。     3.后门攻击方式。后门,是计算机安全系统中的一个小洞,由软件设计师或维护人发明,允许知道其存在的人绕过正常安全防护措施进入系统。
  攻击后门的形式有许多种,如控制电磁脉冲可将病毒注入目标系统。计算机入侵者就常通过后门进行攻击,如目前普遍使用的WINDOWS98,就存在这样的后门。     4.数据控制链侵入方式。
  随着因特网技术的广泛应用,使计算机病毒通过计算机系统的数据控制链侵入成为可能。使用远程修改技术,可以很容易地改变数据控制链的正常路径。   病毒攻击的防范的对策   1.建立有效的计算机病毒防护体系。
  有效的计算机病毒防护体系应包括多个防护层。  一是访问控制层;二是病毒检测层;三是病毒遏制层;四是病毒清除层;五是系统恢复层;六是应急计划层。上述六层计算机防护体系,须有有效的硬件和软件技术的支持,如安全设计及规范操作。
     2.严把收硬件安全关。国家的机密信息系统所用设备和系列产品,应建立自己的生产企业,实现计算机的国产化、系列化;对引进的计算机系统要在进行安全性检查后才能启用,以预防和限制计算机病毒伺机入侵。
       3.防止电磁辐射和电磁泄露。采取电磁屏蔽的方法,阻断电磁波辐射,这样,不仅可以达到防止计算机信息泄露的目的,而且可以防止“电磁辐射式”病毒的攻击。   4.加强计算机应急反应分队建设。
  应成立自动化系统安全支援分队,以解决计算机防御性的有关问题。   很多公司都有因为电脑被入侵而遭受严重经济损失的惨痛经历,不少普通用户也未能避免电脑被破坏的厄运,造成如此大损失的并不一定都是技术高超的入侵者所为,小小的字符串带给我们的损失已经太多。
    因此,如果你是数据库程序开发人员、如果你是系统级应用程序开发人员、如果你是高级计算机用户、如果你是论坛管理人员。。。。。。请密切注意有关字符漏洞以及其他各类漏洞的最新消息及其补丁,及时在你的程序中写入防范最新字符漏洞攻击的安全检查代码并为你的系统安装最新的补丁会让你远离字符带来的危险。
    经常杀毒,注意外来设备在计算机上的使用和计算机对外网的链接。也可以大大有效的避免计算机被攻击。   总结   在学了计算科学导论之后,让我更深入的了解了我将来要从事的学科。
  计算科学导论指导着我们该怎么学习计算机。让我更清楚的知道我们信息安全专业的方向。正如计算科学这座大楼一样,在不断的成长。  信息安全也必将随着网络的进一步发展而更多的被人们重视。
  总之学习了这门课之后让我受益匪浅,也知道自己应该好好努力,争取在自己的专业领域上有所成就。 请给好评谢谢您。

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