計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是什么專業(yè)干什么的(計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是學(xué)什么的-從事什么專業(yè)就業(yè)前景)

更新時(shí)間：2020/05/13

（更新在最后

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計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（CS），顧名思義，是研究與計(jì)算機(jī)相關(guān)的科學(xué)原理和專業(yè)技術(shù)的學(xué)科。從廣義上講，計(jì)算機(jī)是對(duì)輸入信息進(jìn)行計(jì)算然后輸出的機(jī)器。計(jì)算本身可以看作是一個(gè)處理信息的過(guò)程。

因此，計(jì)算機(jī)應(yīng)包含用于輸入信息的輸入設(shè)備（鍵盤(pán)、鼠標(biāo)）、用于處理信息的計(jì)算設(shè)備（主機(jī)）以及用于輸出信息的輸出設(shè)備（顯示器、揚(yáng)聲器）。無(wú)論你在電腦上做什么，無(wú)論是玩游戲、聽(tīng)音樂(lè)還是看電視節(jié)目，還是上網(wǎng)學(xué)習(xí)，電腦要做的本質(zhì)上都是布爾運(yùn)算。這是計(jì)算機(jī)上最基本的操作，就像大腦思維過(guò)程的本質(zhì)一樣。以上與無(wú)數(shù)神經(jīng)元之間信號(hào)的接收和傳輸是一樣的。布爾運(yùn)算可以實(shí)現(xiàn)我們熟悉的加、減、乘等簡(jiǎn)單運(yùn)算。這些是計(jì)算機(jī)的指令。大量的指令組成一個(gè)集合，可以完成特定的任務(wù)。我們稱之為程序（程序，如PPT、QQ、瀏覽器等）。將計(jì)算機(jī)完成的功能分解為一組指令是最自然的想法，因?yàn)檫@樣我們就可以靈活編寫(xiě)多種程序來(lái)完成不同的任務(wù)。因此，計(jì)算機(jī)可以用于各個(gè)方面。編寫(xiě)程序的過(guò)程稱為編程。（編程）。馮·諾依曼于1946年提出了存儲(chǔ)程序原理，將程序本身視為數(shù)據(jù)。程序和程序處理的數(shù)據(jù)以同樣的方式存儲(chǔ)。計(jì)算機(jī)按順序執(zhí)行程序。這就是馮諾依曼架構(gòu)。（馮諾依曼架構(gòu)）。為了存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，上面提到的計(jì)算設(shè)備應(yīng)該包括存儲(chǔ)設(shè)備（主存、磁盤(pán)），為了執(zhí)行程序指令，計(jì)算設(shè)備還應(yīng)該包括實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的運(yùn)算單元，以及作為命令各個(gè)組件有序地協(xié)同工作的控制器。

馮·諾依曼架構(gòu)（來(lái)源見(jiàn)水印）計(jì)算機(jī)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(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)）一一介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)與本科技術(shù)專業(yè)相關(guān)的主要專業(yè)的基礎(chǔ)課程，然后介紹基礎(chǔ)知識(shí)本專業(yè)所需的數(shù)學(xué)課程。

1、軟硬件接口

當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序時(shí)，如何有效地管理和分配計(jì)算機(jī)的軟硬件資源就成為一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)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(yīng)用程序和用戶提供調(diào)用計(jì)算機(jī)資源的接口和使用計(jì)算機(jī)的交互界面。需要實(shí)現(xiàn)的功能主要有內(nèi)存管理、進(jìn)程調(diào)度、文件系統(tǒng)等。學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)理論原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的課程叫做《操作系統(tǒng)原理》。

計(jì)算機(jī)應(yīng)該包含哪些部件？每個(gè)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(wèn)題的課程就是《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)的屬性，即概念結(jié)構(gòu)和功能特征（1964，C.M.Amdahl）。一般包括數(shù)據(jù)表示、尋址方式、寄存器組織、指令集、存儲(chǔ)系統(tǒng)、中斷機(jī)制、輸入輸出結(jié)構(gòu)、信息保護(hù)等。

2.硬件

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)確定后，如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)組件的功能以及組件之間的連接關(guān)系，就是“計(jì)算機(jī)組成原理”。例如，當(dāng)我們確定計(jì)算機(jī)的指令集中應(yīng)包含乘法指令時(shí)，是應(yīng)該使用加法電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，還是應(yīng)該使用加法和移位電路一起來(lái)實(shí)現(xiàn)乘法指令？本題屬于計(jì)算機(jī)組成原理范疇。計(jì)算機(jī)組成原理包括CPU中指令的具體執(zhí)行過(guò)程、基本數(shù)值運(yùn)算、存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、外圍設(shè)備、I/O接口等概念和原理。

借助計(jì)算機(jī)組成原理的理論知識(shí)，《微機(jī)接口技術(shù)》進(jìn)一步帶我們了解它們的工程實(shí)現(xiàn)，例如對(duì)現(xiàn)有通用或?qū)Ｓ眯酒睦斫夂蛯?shí)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(xì)的工程知識(shí)。

CPU、存儲(chǔ)器等組件的構(gòu)建離不開(kāi)組合邏輯電路、時(shí)序電路等基本電路單元?；具\(yùn)算，即布爾運(yùn)算，離不開(kāi)AND或NOT等邏輯門(mén)電路。如何用晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)這些電路是“數(shù)字電子學(xué)”的關(guān)鍵。“技術(shù)基礎(chǔ)”，而晶體管的原理是在“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”中學(xué)習(xí)的。本課程還教授基本放大電路、波形生成和轉(zhuǎn)換以及常用半導(dǎo)體器件相關(guān)的其他知識(shí)。其中，電路的基本概念和理論知識(shí)是《電路分析基礎(chǔ)》中所講授的內(nèi)容，接下來(lái)就是單電子的運(yùn)動(dòng)。這些知識(shí)包含在《大學(xué)物理》的電磁場(chǎng)部分。

3、軟件

如前所述，程序是大量指令的集合。用于編寫(xiě)程序的語(yǔ)言稱為編程語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)能夠直接識(shí)別和執(zhí)行的是二進(jìn)制機(jī)器語(yǔ)言（機(jī)器指令編碼）。早期的程序員直接編寫(xiě)機(jī)器語(yǔ)言。顯然，這是極其低效的。后來(lái)，人們用助記符來(lái)代替指令的操作碼，用地址符號(hào)或標(biāo)號(hào)來(lái)代替指令或操作數(shù)的地址。這催生了匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言與硬件相關(guān)性較高，是一種低級(jí)語(yǔ)言，后來(lái)發(fā)展了c/c++、JAVA、Python等編寫(xiě)效率更高、抽象層次更高的高級(jí)語(yǔ)言。大多數(shù)學(xué)校都會(huì)提供高級(jí)編程語(yǔ)言課程作為入門(mén)。例如，受訪者就讀的學(xué)校是“基礎(chǔ)編程（C語(yǔ)言）”。介紹完之后，還會(huì)開(kāi)設(shè)一門(mén)課程《匯編語(yǔ)言編程》來(lái)幫助我們理解編程。語(yǔ)言和指令集之間的關(guān)系，以及對(duì)程序執(zhí)行的本質(zhì)過(guò)程的理解。大多數(shù)學(xué)校也會(huì)選擇面向?qū)ο笳Z(yǔ)言作為面向?qū)ο缶幊痰娜腴T(mén)。例如，受訪者就讀的學(xué)校是“面向?qū)ο缶幊蹋–++）”。學(xué)習(xí)了編程語(yǔ)言后，如何將高級(jí)語(yǔ)言翻譯成機(jī)器可以識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言？更一般地說(shuō)，如何將源語(yǔ)言翻譯成另一種目標(biāo)語(yǔ)言？這就是《編譯原理與設(shè)計(jì)》中要學(xué)習(xí)的知識(shí)。

當(dāng)然，僅僅會(huì)寫(xiě)程序還不夠。計(jì)算資源是有限的。如何降低程序運(yùn)行的時(shí)間和空間復(fù)雜度已經(jīng)成為必然。這就需要我們學(xué)習(xí)“計(jì)算理論和算法分析設(shè)計(jì)”，掌握基本的復(fù)雜性。分析方法、經(jīng)典算法思想、以及圖靈機(jī)、NP完備性等更抽象的計(jì)算理論。在使用算法時(shí)，我們經(jīng)常需要按照特定的結(jié)構(gòu)來(lái)組織數(shù)據(jù)。這就是“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的知識(shí)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指彼此之間具有一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。精心選擇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)往往可以帶來(lái)更高的操作或存儲(chǔ)效率。

當(dāng)軟件變得更大、更復(fù)雜時(shí)，開(kāi)發(fā)、測(cè)試、更新和維護(hù)軟件就變得非常困難。研究使用工程方法來(lái)構(gòu)建和維護(hù)有效、實(shí)用和高質(zhì)量軟件的學(xué)科是軟件工程。這方面的概念基礎(chǔ)課是《軟件工程基礎(chǔ)》。將數(shù)據(jù)和軟件分離，以一定方式存儲(chǔ)在一起，實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共享的統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集合稱為數(shù)據(jù)庫(kù)。學(xué)習(xí)相關(guān)理論和技術(shù)的課程是《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與設(shè)計(jì)》。

到目前為止，我們只停留在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。如何連接不同地理位置的多臺(tái)計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接起來(lái)以共享資源和傳輸信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。就像一個(gè)城市的交通系統(tǒng)有很多交通規(guī)則一樣，很多計(jì)算機(jī)也需要制定標(biāo)準(zhǔn)化的“交通規(guī)則”來(lái)相互通信。這是一個(gè)協(xié)議。人們將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)協(xié)議層?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程的主要內(nèi)容是各層協(xié)議。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同協(xié)議層次結(jié)構(gòu)4、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

未完待續(xù).（劃掉）

數(shù)學(xué)是一種思維方式，也可以說(shuō)是我們?nèi)祟惏l(fā)明的一種工具，它可以讓我們更方便地表達(dá)和研究問(wèn)題。工欲善其事，必先利其器。學(xué)好數(shù)學(xué)自然對(duì)學(xué)計(jì)算機(jī)有百利而無(wú)一害。CS本科生的必修基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程不多，包括：《線性代數(shù)》、《工程數(shù)學(xué)分析》、《離散數(shù)學(xué)》、《概率與組合統(tǒng)計(jì)》、《數(shù)值分析》。這些可以說(shuō)是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。也許你在學(xué)習(xí)的時(shí)候，會(huì)覺(jué)得不知道學(xué)這些有什么用，但是以后，你會(huì)越來(lái)越發(fā)現(xiàn)它們其實(shí)很有用……

下面對(duì)上述數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程進(jìn)行簡(jiǎn)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(xué)習(xí)的線性代數(shù)基本上是為了理解一個(gè)新的概念比如矩陣（就像理解一個(gè)新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一樣）。Matrix在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域非常非常有用，請(qǐng)認(rèn)真學(xué)習(xí)！

工程數(shù)學(xué)分析：即高等數(shù)學(xué)，簡(jiǎn)單的微積分知識(shí)（只比數(shù)學(xué)系簡(jiǎn)單……）。

離散數(shù)學(xué)：包含了圖論、數(shù)論、抽象代數(shù)等一些非?；A(chǔ)的知識(shí)，可以說(shuō)是大雜燴。離散數(shù)學(xué)被稱為計(jì)算機(jī)的核心數(shù)學(xué)，因?yàn)楫?dāng)今的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)本身就是離散結(jié)構(gòu)，只能處理離散或離散化的數(shù)量關(guān)系。

概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)：開(kāi)始理解概率。數(shù)理統(tǒng)計(jì)是歸納的、后驗(yàn)的，而概率論是演繹的、先驗(yàn)的。使用計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到概率論知識(shí)。

數(shù)值分析：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是研究如何利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的學(xué)科。如果你不太理解，你可以嘗試編寫(xiě)自己的代碼來(lái)模擬三體運(yùn)動(dòng)。