计算机专业知识体系

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1、 第 3章 计算机专业知识体系 作为计算机专业的学生，在 4年的学习中应具 备什么样的知识结构和能力才能成为一名合格的 大学毕业生，才能适应工作的需要。本章在这些 方面作些介绍，使学生在大学生活的开始就知道 构建一个什么样的知识体系及如何构建这个知识 体系。同时对 高级语言程序设计 、 数据结 构 、 编译原理 、 计算机组成原理 、 操作系统 、 计算机网络 、 数据库原 理 、 软件工程 等核心专业课程的内容作了 简要介绍。帮助学生尽早建立一个完整的计算机 概念。 第 3章 计算机专业知识体系 目录 3.1 素质培养与知识体系 3.2 学科基础知识 3.1 素质培养与知识体系 为了适应 2

2、1世纪经济建设、社会发展对 人才的需要，各高等学校都及时的修订、 完善了培养方案、教学计划。虽然各学校 根据自身的特点各有不同，但大体上都遵 循了一个基本原则。简要描述为：在现代 教育理念指导下，以素质教育为基础，以 创新教育为核心，贯彻以学生为主体、教 师为主导的教育思想；加强基础，拓宽专 业，强化能力，注重创新； 由 “ 重专业、轻素质 ” 向全面推进素质教育 转变，由单纯传授知识向促进学生全面素质 的提高转变。为经济建设和社会发展培养基 础理论扎实、知识面宽、素质高、能力强、 富有创新精神和创业能力的高素质人才。 一个人事业的成功，特别是从事计算机事 业的成功，只靠专业知识是远远不够的。

3、 王选特别强调了情商的重要性。国外的研 究表明，一个人的成就只有 20%来自智商， 而 80%都取决于情商，其中就包括团队精 神。他举例说，他的一位大学同学当时成 绩很一般，智商并不突出，但情商很好， 为人大度、坦诚，对人友善，同学们都乐 于和他交往。后来那位同学在核技术领域 奋斗了 40余年后，最终被选为中国工程院 院士。 获得 2000年国家最高科学技术奖的吴文俊 和 2002年国家最高科学技术奖的金怡濂所 取得的成就都是几十年持之以恒、艰苦奋 斗的结果。中国科学院数学研究所的一位 研究员曾亲眼目睹， 20世纪 80年代末的一 个农历除夕晚上 8点多钟，吴文俊还在计算 机房上机。那时计算机

4、尚未进入家庭，上 机条件也是比较苦的，而年近古稀的吴文 俊在大年三十晚上还在继续钻研课题。 从以上事例可以看出，综合素质对于一个 人事业成功的重要性，这也是教育领域一再 强调素质教育的原因所在。 综合素质应体现在如下几个方面： （ 1）品德素质：热爱祖国，热爱人民；具 有远大理想和抱负；尊纪守法，严以律己， 宽以待人，团结合作，勤奋努力。 （ 2）文化素质：从人类一切优秀文化中汲 取营养，陶冶情操，提高自身的文学素质、 科学素质、美学素质。 （ 3）心理素质：树立科学的世界观和人生 观，能适应顺境和逆境环境下的自我调整， 既不为一时的成功而沾沾自喜，也不为一 时的挫折而灰心丧气。 （ 4）专业

5、素质：具备扎实的基础理论，掌 握计算机学科的基本概念和方法，较强的 实践能力，了解计算机学科的发展方向和 应用前景，具备较强的独立分析问题、解 决问题的能力。 （ 5）身体素质：注意锻炼身体，具备良好的身 体素质，应对日常工作及超强度工作的需要。 具备如下几个方面的能力： （ 1）自学能力：从小学到中学主要是以教师传 授知识为主，进入大学后，要逐步由以教师传授 知识为主向自主获取知识为主过渡，掌握必要的 文献检索、资料查询的基本方法鹤能力，掌握从 图书馆、资料室、互连网等重要的信息源获取信 息的能力，注重自学能力的提高，为日后走向社 会独立的创造性工作打下基础。 （ 2）自控能力：自我控制约束

6、能力是一 个人基本素质的体现，进入大学，个人自 由空间变大了、自由时间变多了，更需要 自我约束控制能力。作为一个大学生，应 该知道目前的主要任务是什么，应该知道 该作什么、不该作什么，注意锻炼自己的 意志力和自我控制能力，强化社会责任感 和历史使命感，这也是日后事业有成的重 要基础。 （ 3）创新能力：现在的社会是一个竞争 的社会，要想在竞争中处于有利地位，创 新是基础。理论创新、技术创新、制度创 新、管理创新、教育创新，无论日后从事 什么工作都需要创新，没有创新思维和创 新能力就不具备竞争力。 （ 4）表达能力：包括文字表达能力和口 头表达能力，作为社会中的人，总是要和 其他人交流的，特别是

7、在日益走进信息化 社会的今天，表达能力更显重要。特别要 说明的是，从事计算机领域的工作（不管 是科学研究、技术开发还是商业经营）， 英语表达能力尤为重要，要注重英语的听、 说、读、写、译能力的提高，这对于及时 了解计算机学科的最新成果、正确把握计 算机学科的发展趋势都是非常重要的。 （ 5）组织能力：大学毕业走向社 会，总是要工作在一个单位（团队） 中，总要涉及到合作问题，组织协 调能力对于充分调动成员的积极性， 高质量完成合作性工作是非常必要 的。 知识、能力、素质是相互联系、相互影 响的，没有合理的知识体系支撑，就不可 能有强能力和高素质，知识是能力和素质 的基础，具备了较强的能力和较高的

8、素质 又可以更好、更快的获取知识。 根据素质和能力培养的要求，计算机专 业知识体系主要应包括 公共基础知识 、 学 科基础知识 和 专业知识几个模块 。 公共基础知识模块 主要开设树立科学的世 界观、培养高尚的道德情操和良好的心理 素质、增强法制观念等方面的课程，大学 语文、大学英语、大学体育等课程也属于 该模块。 学科基础知识模块 主要开设数学和电子学 方面的课程，在 3.2节中列出了高等数学、 线性代数、概率论与数理统计、离散数学， 普通物理学、电路分析、模拟电路、数字 电路等主要学科基础课程的知识点。 专业知识模块 涉及到的课程比较多，包括计算 机导论、高级语言程序设计、计算机组成原理、

9、 数据结构、操作系统、数据库原理、软件工程、 编译原理、计算机网络、汇编语言程序设计、 微机接口技术、计算机体系结构、计算机控制 技术、网络安全及管理、人工智能、模式识别、 数字图象处理、计算机图形学、面向对象程序 设计、多媒体技术等。在第 46章中分 3个模 块（软硬件系统知识模块、程序设计知识模块、 软件开发知识模块）分别对计算机组成原理、 操作系统、计算机网络、高级语言程序设计、 数据结构、编译原理、数据库原理、软件工程 等核心专业课程的主要内容分别作了简要介绍。 3.2 学科基础知识 目录 3.2.1 数学知识 3.2.2 物理学及电子学知识 3.2.1 数学知识 数学技巧和形式化的数

10、学推理已在 计算机学科领域中占有重要位置。计算 机学科在基本的定义、公理、定理和证 明技巧等很多方面都要依赖数学知识和 数学方法。而且，数学提供了一门研究 计算机学科相关思想的语言、一组用于 分析与验证的特殊工具以及一个理解重 要计算思想得理论框架。 一、高等数学 通过本课程的学习，系统的获得 一元函 数微积分学 、 多元函数微积分学 （包括向量 代数和空间解析几何）、 常微分方程 、 级数 （包括常数项级数、幂级数和傅里叶级数） 的基本知识、理论和方法。在学习过程中要 对各部分内容的基本概念、基本理论必须透 彻理解，基本方法必须熟练掌握。掌握熟练 的运算能力、分析问题和解决问题的能力， 同时

11、还要逐步提高抽象思维、逻辑思维和自 学能力，从而为学习其它课程和扩大数学知 识面打好必要的基础。 课程主要内容如下： 1、 函数与极限 主要包括：映射与函数、数列的极 限、函数的极限、无穷小 与无穷大、 极限运算法则、极限存在准则、无穷 小的比较、函数的连续性与间断点、 连续函数的运算与初等函数的连续性、 闭区间上连续函数的性质等内容。 2、 导数与微分 主要包括：导数概念、函数的求导法则、 高阶导数、隐函数及由参数方程所确定的 函数的导数、函数的微分等内容。 3、 微分中值定理与导数的应用 主要包括：微分中值定理、洛必达定理、 泰勒公式、函数的单调性与曲线的凹凸性、 函数的极限与最大值最小值

12、、函数图形的 描绘、曲率、方程的近似解等内容 4、 不定积分 主要包括：不定积分的概念与性质、 换元积分法、分部积分法、有理函数的积 分、积分表的使用等内容。 5、 定积分及应用 主要包括：定积分的概念与性质、微 积分基本公式、定积分的换元法和分部积 分法、反常积分、定积分的元素法、定积 分在几何学上的应用、定积分在物理学上 的应用等内容。 6、 空间解析几何与向量代数 主要包括：向量及其线性运算、数量 积 -向量积 -混合积、曲及其方程、空间曲线 及其方程、平面及其方程、空间直线及其 方程等内容。 7、 多元函数微分法及其应用 主要包括：多元函数的基本概念、偏 导数、全微分、多元复合函数的求

13、导法则、 隐函数的求导公式、多元函数微分学的几 何应用、方向导数与梯度、多元函数的极 值及其求法、二元函数的泰勒公式、最小 二乘法等内容。 8、 重积分 主要包括：二重积分的概念与性质、 二重积分的计算法、三重积分、重积分 的应用、含参变量的积分等内容。 9、 曲线积分与曲面积分 主要包括：对弧长的曲面积分、对 坐标的曲线积分、格林公式及其应用、 对面积的曲面积分、对坐标的曲面积分、 高斯公式等内容。 10、 无穷级数 主要包括：常数项级数的概念 和性质、常数项级数的审敛法、幂 级数、函数展开成幂级数、函数的 幂级数展开式的应用、函数项级数 的一致收敛性及一致收敛级数的基 本性质、傅里叶级数、

14、一般周期函 数的傅里叶级数等内容。 11、 微分方程 主要包括：微分方程的基本概念、 可分离变量的微分方程、齐次方程、一 阶线性微分方程、全微分方程、可降阶 的高阶微分方程、高阶线性微分方程、 常系数齐次线性微分方程、常系数非齐 次线性微分方程、欧拉方程、微分方程 的幂级数解法、常系数线性微分方程组 解法举例等内容。 二、线性代数（ Linear Algebra） 线性代数是一门基础数学课程，是在 生产实践中产生发展起来的，广泛应用 于工程技术、物理、经济及其他领域。 本课程的教学目的在于培养学生运用线 性代数的内容解决实际问题的能力，适 当训练其逻辑思维能力和推理能力。 课程主要内容如下：

15、1、 行列式 主要包括：行列式的定义及性质、行 列式的计算、克莱姆法则等内容。 2、 矩阵 主要包括：高斯消元法、矩阵的加法 -乘法、矩阵的转置 -对称矩阵、可逆矩阵 的逆矩阵、矩阵的初等变换和初等矩阵、 分块矩阵等内容。 3、 线性方程组 主要包括： n维向量及其线性相关性、 矩阵的秩、齐次线性方程组有非零解的条 件及其结构、非齐次线性方程组有非零解 的条件及其解的结构等内容。 4、 向量空间与线性变换 主要包括： n维向量空间的基与向量关 于基的坐标、 n维向量空间中的内积、标 准正交基和正交矩阵等内容。 5、 特征值与特征向量 主要包括：矩阵的特征值与特 征向量、相似矩阵、矩阵可对角化

16、的条件、实对称矩阵的对角化等内 容。 6、 二次型 主要包括：二次型的定义和矩 阵表示、合同矩阵、化二次型为标 准形、正定二次型和正定矩阵等内 容。 三、概率论与数理统计 （ probability theory and mathematical statistics） 介绍概率论和数理统计的基本知识 和基本方法，培养学生运用概率论和 数理统计基本知识和方法分析问题、 解决问题的能力，培养学生的逻辑思 维能力，为进一步学习打下坚实的基 础。 课程主要内容如下： 1、 随机事件与概率 主要包括：随机事件、概率、条件 概率与独立性、全概率公式与贝叶斯公 式等内容。 2、 随机变量的分布和数字特征

17、主要包括：随机变量及其分布、随 机变量函数的分布、随机变量的数字特 征、几种重要的随机变量等内容。 3、 随机向量 主要包括：二维随机向量的分布、随 机向量的数字特征、二维正态分布、中心 极限定理、大数定律等内容。 4、 抽样分布 主要包括：统计量、抽样分布等内容。 5、 统计估计 主要包括：点估计、最大似然估计法、 矩估计、正态总体参数的区间估计、比率 的区间估计等内容。 6、 假设检验 主要包括：一个正态总体的假设 检验、比率的比较、非参数检验等内 容。 7、 回归分析 主要包括：一元线性回归的经验 公式与最小二乘法、一元线性回归效 果的显著性检验、一元线性回归的预 测与控制、非线性问题的

18、线性化、多 元线性回归等内容。 四、离散数学（ Discrete Mathematics） 通过本课程的学习，掌握离散数学的 基本概念和基本原理，初步掌握处理离散 结构所必须的描述工具和方法。同时，培 养学生问题抽象能力、缜密概括、推理能 力、利用数学模型解决问题的能力，从而 使学生具有良好的专业理论的素质和使用 所学知识，分析和解决实际问题的能力。 课程主要内容如下： 1、 命题逻辑 主要包括：命题及表示、联结词、命 题公式与翻译、真值表与等价公式、重言 式与蕴涵式、其他联结词、对偶与范式、 推理理论等内容。 2、 谓词逻辑 主要包括：谓词的概念与表示、命题 函数与量词、谓词公式与翻译、变量

19、的约 束、谓词演算的等价式与蕴涵式、前束范 式、谓词演算的推理理论等内容。 3、 集合与关系 主要包括：集合的概念与表 示、集合的运算、包含排斥原理、序 偶与笛卡尔积、关系及表示、关系的 性质、复合关系和逆关系、关系的闭 包运算、集合的划分和覆盖、等价关 系与等价类、相容关系、序关系等内 容。 4、 函数 主要包括：函数的概念、逆函数和 复合函数、特征函数与模糊子集、基数 的概念、可数集与不可数集、基数的比 较等内容。 5、 代数结构 主要包括：代数系统的引入、运算 及性质、半群、群与子群、阿贝尔群和 循环群、倍集与拉格朗日定理、同态与 同构、环和域等内容。 6、 格与布尔代数 主要包括：格的

20、概念、分配格、 有补格、布尔代数、布尔表达式等内 容。 7、 图论 主要包括：图的基本概念、路与 回路、图的矩阵表示、欧拉图与汉密 尔顿图、平面图、对偶图与着色、树 与生成树、根树及其应用等内容。 3.2.2 物理学及电子学知识 物理学及电子学知识是 深刻理解计算机硬件结构 及其工作原理的重要基础。 一、普通物理学（ Common Physics） 物理学是研究物质的基本结构、相互 作用和物质最基本最普遍的运动形式及 其相互转化规律的学科。通过本课程的 教学，使学生系统地掌握物理学的基本 原理和基本知识，培养学生分析问题、 解决问题的能力，帮助学生建立辨证唯 物主义观点。 课程主要内容如下：

21、1、 力学 主要包括：参照系和坐标系、质点、 位置矢量、位移、速度、加速度、直线运动、 运动迭加原理、抛体运动、圆周运动、相对 位移与相对速度、牛顿第二定律的微分形式、 动量定理和动能定理、惯性系和非惯性系、 惯性力、保守力、势能、功能原理、机械能 守恒定律、动量守恒定律、碰撞、刚体的定 轴转动、转动动能、转动惯量、力矩、转动 定律、力矩的功、刚体定轴转动中的动能定 理、动量矩和冲量矩、动量矩守恒定律等内 容。 2、 电场和磁场 主要包括：库仑定律、电场强度、 电力线、电通量、高斯定理、电场力的功、 电势、电场强度和电势梯度的关系、带电 粒子在电场中的运动、电场中的导体、电 容、电容器。电场中

22、的电介质、电介质的 极化、有介质时的高斯定理、电位移、电 场的能量、稳恒电流、电流密度、一段电 路的欧姆定律及其微分形式、电流的功和 功率、焦耳 -楞次定伴、电动势、闭合电路 和一段含源电路的欧姆定律、基尔霍夫走 体及其应用、 金属导电的经典电子论的基本概念、基本 磁现象、磁场、磁感应强度、磁力线、磁 通量、毕奥 -萨代尔定律、安培环路定律、 运动电荷之磁场、磁场对载流导线的作用 力、安培定律、磁场对载流线圈的作用、 磁力的功、平行电流间的相互作用力、洛 仑兹力、带电粒子在电场或磁场中的运动、 电磁感应的基本定律、在磁场中运动的导 线内的感应电动势、在磁场中转动的线圈 内的感应电动势和感应电流

23、、涡旋电场、 涡电流、自感应、互感应、磁场能量、位 移电流、麦克斯韦方程组、电磁场的物质 性等内容。 3、 振动和波动 主要包括：振动的一般概念、简谐振 动、无阻尼自由振动、谐振子、阻尼振动、 受迫振动、共振、电磁振荡、同方向的简 谐振动的合成、相互垂直的简谐振动的合 成、机械波的产生和传播、简谐波、波的 传播速度、波长、波的周期和频率、波动 方程、波的能量、能流密度、波的吸收、 电磁波、惠更斯原理、波的反射和折射、 波的迭加原理、波的干涉、驻波、波的绕 射和散射等内容 。 二、电路分析（ Circuit Analysis） 通过本课程的学习，使学生掌握 电路分析的基本概念、理论和方法， 具有

24、初步的分析、解决电路问题的能 力，为继续学习后续电路及相关计算 机硬件课程打下坚实的基础。 课程主要内容如下： 1、 电路模型及电路定律 主要包括：电路和电路模型、电 流和电压的参考方向、电功率和能量、 电路元件、电阻元件、电容元件、电 感元件、电压源和电流源、受控电源、 基尔霍夫定律等内容。 2、 电阻电路的等效变换 主要包括：电路的等效变换、电 阻的串联合并联、电阻的形连接和 形连接的等效变换、电压源 /电流源的 串联和并联、实际电源的两种模型及其 等效变换、输入电阻等内容。 3、 电阻电路的一般分析 主要包括：电路的图、和 的独立方程数、支路电流法、 网孔电流法、回路电流法、结点电压 法

25、等内容。 4、 电路定理 主要包括：叠加定理、替代定理、 戴维宁定理和诺顿定理等内容。 5、 含有运算放大器的电阻电路 主要包括：运算放大器的电路模型、 比例电路的分析、含有理想运算放大器的 电路的分析等内容。 6、 一阶电路和二阶电路 主要包括：动态电路的方程及其初始 条件、一阶电路的零输入响应、一阶电路 的零状态响应、一阶电路的全响应、一阶 电路的阶跃响应、二阶电路的零输入响应 等内容。 7、 相量法 主要包括：复数、正弦量、相量法 的基础、电路定律的相量形式等内容。 8、 正弦稳态电路的分析 主要包括：阻抗和导纳、阻抗 (导纳 ) 的串联和并联、电路的相量图、正弦稳 态电路的分析、正弦稳

26、态电路的功率、 最大功率传输、串联电路的谐振、并联 电路的谐振等内容。 9、 含有耦合电感的电路 主要包括：互感、含有耦合电感电 路的计算、空心变压器、理想变压器等 内容。 三、模拟电路（ Analog Electronic Circuits） 通过本课程的学习，使学生掌握主要 半导体器件的原理、特性及参数；基本放 大电路的工作原理及分析方法；负反馈放 大电路的原理及分析方法；集成运算放大 器的原理及应用。低频半导体模拟电子线 路的基本概念、基本原理和基本分析方法， 具有初步分析、设计实际电子线路的能力， 并为其它专业课的学习打下基础。 课程主要内容如下： 1、 半导体器件 主要包括：半导体的

27、特性、半导体 二级管、双极性三级管、场效应管三极管 等内容。 2、 放大电路的基本原理 主要包括：单管共发射极放大电路、 放大电路的技术指标、放大电路的分析方 法、工作点的稳定问题、放大电路的三种 基本组态、场效应管放大电路、多级放大 电路、放大电路的频率响应等内容。 3、 集成运算放大电路 主要包括：集成放大电路的特点、集 成运放的基本组成部分、集成运放的典型 电路、集成运放的主要技术指标、理想集 成运放、各类集成运放的性能特点等内容。 4、 放大电路中的反馈 主要包括：负反馈对放大电路性能的 影响、负反馈放大电路的分析计算、负反 馈放大电路的自激振荡等内容。 5、 模拟信号运算电路与信号处

28、理电路 主要包括：比例运算电路、求和电路、 积分和微分电路、有源滤波器、电压比较 器等内容。 6、 波形发生电路与功率放大电路 主要包括：正弦波振荡电路的分析方 法、 RC正弦波振荡电路、非正弦波发生 电路、功率放大电路、互补对称式功率放 大电路等内容。 7、 直流电源 主要包括：整流电路、滤波电路、稳 压电路等内容。 四、数字电路（ Digital Circuit） 通过本课程的学习，熟悉数字电路的基 础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工 作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和 设计方法，具有应用数字逻辑电路，初步 解决数字逻辑问题的能力，为以后学习计 算机组成原理、微机原理、单片机原理等 后

29、续课程的学习以及从事数字电子技术领 域的工作打下扎实的基础。 课程主要内容如下： 1、 代数基础 主要包括：逻辑函数的化简方法、 逻辑函数的表示方法及其相互之间的转 换等内容。 2、 门电路 主要包括：半导体二极管、三极管 和 MOS管的开关特性、分立元件门电路、 CMOS集成门电路、 TTL集成门电路等内 容。 3、 组合逻辑电路 主要包括：组合电路的基本分析和设 计方法、加法器和数值比较器、编码器和译 码器、数据选择器和分配器、用中规模集成 电路实现组合逻辑函数、只读存储器 （ ROM）、组合电路中的竞争冒险等内容。 4、 触发器 主要包括：基本触发器、同步触发器、 主从触发器、边沿触发器

30、、时钟触发器的功 能分类及转换、触发器逻辑功能表示方法及 转换、触发器的电气特性等内容。 5、 时序逻辑电路 主要包括：时序电路的基本分析和设 计方法、计数器、寄存器和读 /写存储器、 顺序脉冲发生器、三态逻辑和微型计算机 总线接口、可编程时序逻辑电路等内容。 6、 脉冲的产生和整形电路 主要包括：多谐振荡器、施密特触发 器、单稳态触发器等内容。 7、 数模与模数转换电路 主要包括： D/A转换器、 A/D转换器 等内容。 思考题 1、计算机专业学生应具备什么样的 知识结构。 2、计算机专业学生应具备什么样的 能力和素质。 3、简述数学知识对计算机学科的主 要作用。 4、简述电子学知识对计算机学科的 主要作用。