計(jì)算科學(xué)導(dǎo)論學(xué)科論文
論文摘要：計(jì)算科學(xué)主要講述了一種科學(xué)的思想方法，計(jì)算科學(xué)的基本概念、基本知識它的發(fā)展主線、學(xué)科分支、還有計(jì)算科學(xué)的特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律和趨勢。
論文關(guān)鍵字：計(jì)算科學(xué) 計(jì)算學(xué)科 計(jì)算機(jī)語言 計(jì)算機(jī)軟件 網(wǎng)絡(luò)和病毒
引言：隨著存儲程序式通用電子計(jì)算機(jī)在上世紀(jì)40年代的誕生，和計(jì)算科學(xué)的快速發(fā)展以及取得的大量成果。計(jì)算科學(xué)這一學(xué)科也也應(yīng)運(yùn)而生�！队�(jì)算科學(xué)導(dǎo)論》正如此書的名字，此書很好的詮釋了計(jì)算科學(xué)這一學(xué)科，并且指導(dǎo)了我們應(yīng)如何去學(xué)好這一學(xué)科。使得我們收獲頗多。并且讓我深深的反思了我的大學(xué)生活。正如趙老師書中所講的：“計(jì)算科學(xué)是年輕人的科學(xué)，一旦你選擇了計(jì)算科學(xué)作為你為之奮斗的專業(yè)類領(lǐng)域，就等于你選擇了一條布滿荊棘的道路。一個(gè)有志于從事計(jì)算科學(xué)研究與開發(fā)的學(xué)生，必須在大學(xué)幾年的學(xué)習(xí)中，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，才有可能在將來學(xué)科的高速發(fā)展中，或在計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)和快速更新?lián)Q代中有所作為。
<一>什么是計(jì)算科學(xué)和它的來歷
計(jì)算科學(xué)主要是對描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設(shè)計(jì)、效率分析、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的系統(tǒng)研究。全部計(jì)算科學(xué)的基本問題是，什么能（有效的）自動(dòng)運(yùn)行，什么不能（有效的）自動(dòng)運(yùn)行。本科學(xué)來源于對數(shù)理邏輯、計(jì)算模型、算法理論、自動(dòng)計(jì)算機(jī)器的研究，形成于20世紀(jì)30年代的后期。
隨著存儲程序式通用電子計(jì)算機(jī)在上世紀(jì)40年代的誕生，人類使用自動(dòng)計(jì)算裝置代替人的人工計(jì)算和手工勞動(dòng)的夢想成為現(xiàn)實(shí)。計(jì)算科學(xué)的快速發(fā)展以也取得大量成果，計(jì)算科學(xué)這一學(xué)科也也應(yīng)運(yùn)而生。
<二>計(jì)算科學(xué)的發(fā)展
a、首先先介紹圖靈機(jī)
圖靈機(jī)的發(fā)明打開了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的大門和發(fā)展之路。圖靈機(jī)通過一條兩端可無限延長的袋子，一個(gè)讀寫頭和一組控制讀寫頭的（控制器）組成它有一個(gè)狀態(tài)集和符號集，而此符號集一般只使用0和1兩個(gè)符號。而就是這個(gè)簡潔的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理隱含了存儲程序的原始思想，深刻的揭示了現(xiàn)代通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的核心內(nèi)容�，F(xiàn)在通用的計(jì)算機(jī)是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，而電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展是建立在圖靈機(jī)的基礎(chǔ)之上。他的二進(jìn)制思想使計(jì)算機(jī)的制作的簡化成只需兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)的元器件。這在今后的計(jì)算機(jī)制作上無論是二極管或集成電路上都顯示了明顯的優(yōu)越性。
b、計(jì)算機(jī)帶動(dòng)的計(jì)算學(xué)科
1946年隨著現(xiàn)代意義上的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)eniac的誕生。掀起了社會(huì)快速發(fā)展的嶄新一頁。計(jì)算機(jī)工作和運(yùn)行就擺在了人們的面前。
1、計(jì)算機(jī)語言
我們要用計(jì)算機(jī)求解一個(gè)問題，必須事先編好程序。因此就出現(xiàn)了最早的機(jī)器指令和匯編語言。20世紀(jì)50年代后，計(jì)算機(jī)的發(fā)展步入了實(shí)用化的階段。然而，在最初的應(yīng)用中，人們普遍感到使用機(jī)器指令編制程序不僅效率低下，而且十分別扭，也不利于交流和軟件維護(hù)，復(fù)雜程序查找錯(cuò)誤尤其困難，因此，軟件開發(fā)急需一種高級的類似于自然語言那樣的程序設(shè)計(jì)語言。1952年，第一個(gè)程序設(shè)計(jì)語言shortcode出現(xiàn)。兩年后，fortran問世。作為一種面向科學(xué)計(jì)算的高級程序設(shè)計(jì)語言，fortran的最大功績在于牢固地樹立了高級語言的地位，并使之成為世界通用的程序設(shè)計(jì)語言。algol60的誕生是計(jì)算機(jī)語言的研究成為一門科學(xué)的標(biāo)志。該語言的文本中提出了一整套的新概念，如變量的類型說明和作用域規(guī)則、過程的遞歸性及參數(shù)傳遞機(jī)制等。而且，它是第一個(gè)用嚴(yán)格的語法規(guī)則——巴科斯范式（bnf）定義語言文法的高級語言。還有用于支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的pascal語言，適合于軍隊(duì)各方面應(yīng)用的大型通用程序設(shè)計(jì)語言ada，支持并發(fā)程序設(shè)計(jì)的modula—2，支持邏輯程序設(shè)計(jì)的prolog語言，支持人工智能程序設(shè)計(jì)的lisp語言，支持面積對象程序變換的smalltalk、c等。
2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件開發(fā)方法
現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)絕不是一個(gè)簡單的計(jì)算機(jī)了而也包括了軟件（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件）。各種各樣的軟件使得計(jì)算機(jī)的用途大大增強(qiáng)。而軟件開發(fā)也成為了一個(gè)重要課題和發(fā)展方向。軟件開發(fā)的理論基礎(chǔ)即是計(jì)算模型。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理和多媒體的發(fā)展。在各種高級程序設(shè)計(jì)語言中增加并發(fā)機(jī)構(gòu)以支持分布式程序設(shè)計(jì)，在語言中通過擴(kuò)展繪圖子程序以支持計(jì)算機(jī)圖形學(xué)程序設(shè)計(jì)在程序設(shè)計(jì)語言中已非常的流行。之后，在模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換等接口技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的支持下，通過擴(kuò)展高級語言的程序庫又實(shí)現(xiàn)了多媒體程序設(shè)計(jì)的構(gòu)想。進(jìn)入20世紀(jì)90年代之后，并行計(jì)算機(jī)和分布式大規(guī)模異質(zhì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展又將并行程序設(shè)計(jì)語言、并行編譯程序、并行操作系統(tǒng)、并行與分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等試行軟件的.開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)依然與高級語言和計(jì)算模型密切相關(guān)，如各種并行、并發(fā)程序設(shè)計(jì)語言，進(jìn)程代數(shù)，petri網(wǎng)等，它們正是軟件開發(fā)方法和技術(shù)的研究中支持不同階段軟件開發(fā)的程序設(shè)計(jì)語言和支持這些軟件開發(fā)方法和技術(shù)的理論基礎(chǔ)——計(jì)算模型
3、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)
在計(jì)算機(jī)的硬件的迅速發(fā)展中。隨著它的存儲容量的增大，也掀起了計(jì)算機(jī)的巨大改革。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理技術(shù)的發(fā)展，促使圖形化界面的出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是使用計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)生圖形并對圖形進(jìn)行處理的科學(xué)。并由此推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（cai）、計(jì)算機(jī)輔助信息處理、計(jì)算機(jī)輔助測試（cat）等方向的發(fā)展。圖形化界面的出現(xiàn)，徹底改變了在一個(gè)黑色的dos窗口前敲代碼輸入控制命令的時(shí)代。同時(shí)也成就了一個(gè)偉大的公司microsoft。
4、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
隨著用戶迫切需要實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)上的軟硬件和信息資源共享。網(wǎng)絡(luò)就在我們的需求中誕生了。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和信息資源的交換使每臺計(jì)算都變成了網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。這也促進(jìn)計(jì)算機(jī)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
<三>計(jì)算機(jī)學(xué)科的主線及發(fā)展方向
圍繞著學(xué)科基本問題而展開的大量具體研究，形成學(xué)科發(fā)展的主流方向與學(xué)科發(fā)展主線和學(xué)科自身的知識組織結(jié)構(gòu)。計(jì)算學(xué)科內(nèi)容按照基礎(chǔ)理論、基本開發(fā)技術(shù)、應(yīng)用以及他們與硬件設(shè)備聯(lián)系的緊密程度分成三個(gè)層面：
1、計(jì)算科學(xué)應(yīng)用層
它包括人工智能應(yīng)用與系統(tǒng)，信息、管理與決策系統(tǒng)，移動(dòng)計(jì)算，計(jì)劃可視化，科學(xué)計(jì)算機(jī)等計(jì)算機(jī)應(yīng)用的各個(gè)方向。
2、計(jì)算科學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)層
它是為應(yīng)用層提供技術(shù)和環(huán)境的一個(gè)層面，包括軟件開發(fā)方法學(xué)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，程序設(shè)計(jì)科學(xué)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)。
3、計(jì)算科學(xué)的基礎(chǔ)層
它包括計(jì)算科學(xué)的數(shù)學(xué)理論，高等邏輯等內(nèi)容。其中計(jì)算的數(shù)學(xué)理論涵蓋可計(jì)算性與計(jì)算復(fù)雜性理論形式語言與計(jì)算機(jī)理論等。
<四>計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)安全
（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與病毒
一個(gè)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)被定義為包含存儲器、處理器、功能部件、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、匯編程序、編譯程序、操作系統(tǒng)、外部設(shè)備、通信通道等內(nèi)容的系統(tǒng)。
通過上面定義，我們發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也被加入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中。說明了網(wǎng)絡(luò)的重要以及普及性。21世紀(jì)是信息時(shí)代。信息已成為一種重要的戰(zhàn)略資。信息科學(xué)成為最活躍的領(lǐng)域之一，信息技術(shù)改變著人們的生活方式。現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、教育、企業(yè)生產(chǎn)、與經(jīng)營管理、信息服務(wù)等各個(gè)方面。全世界的互聯(lián)網(wǎng)internet正在爆炸性的擴(kuò)大，已經(jīng)成為覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施之一。
因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的快速發(fā)展與應(yīng)用，我們各行各業(yè)都在使用計(jì)算機(jī)。信息安全也顯得格外重要。而隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，來自計(jì)算機(jī)病毒和黑客的攻擊及其他方面的威脅也越來越大。其中計(jì)算機(jī)病毒更是很難根治的主要威脅之一。計(jì)算機(jī)病毒給我們帶來的負(fù)面影響和損失是刻骨銘心的，譬如1999年爆發(fā)的cih病毒以及2003年元月的蠕蟲王病毒等都給廣大用戶帶來巨大的損失。
我們想更好的讓計(jì)算機(jī)為我們服務(wù)，我們就必須很好的利用它，利用網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)我們也應(yīng)該建立起自己的防護(hù)措施，以抵抗外來信息的侵入，保護(hù)我們的信息不受攻擊和破壞。
�。�2）計(jì)算機(jī)病毒及它的防范措施：
計(jì)算機(jī)病毒是一組通過復(fù)制自身來感染其它軟件的程序。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，嵌入的病毒也隨之運(yùn)行并感染其它程序。一些病毒不帶有惡意攻擊性編碼，但更多的病毒攜帶毒碼，一旦被事先設(shè)定好的環(huán)境激發(fā)，即可感染和破壞。
<一>、病毒的入侵方式
1．無線電方式。主要是通過無線電把病毒碼發(fā)射到對方電子系統(tǒng)中。此方式是計(jì)算機(jī)病毒注入的最佳方式，同時(shí)技術(shù)難度也最大�？赡艿耐緩接校孩僦苯酉�?qū)Ψ诫娮酉到y(tǒng)的無線電接收器或設(shè)備發(fā)射，使接收器對其進(jìn)行處理并把病毒傳染到目標(biāo)機(jī)上。②冒充合法無線傳輸數(shù)據(jù)。根據(jù)得到的或使用標(biāo)準(zhǔn)的無線電傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，發(fā)射病毒碼，使之能夠混在合法傳輸信號中，進(jìn)入接收器，進(jìn)而進(jìn)人信息網(wǎng)絡(luò)。③尋找對方信息系統(tǒng)保護(hù)最差的地方進(jìn)行病毒注放。通過對方未保護(hù)的數(shù)據(jù)鏈路，將病毒傳染到被保護(hù)的鏈路或目標(biāo)中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和軟件中，然后把此硬件和軟件直接或間接交付給對方，使病毒直接傳染給對方電子系統(tǒng)，在需要時(shí)將其激活，達(dá)到攻擊目的。這種攻擊方法十分隱蔽，即使芯片或組件被徹底檢查，也很難保證其沒有其他特殊功能。目前，我國很多計(jì)算機(jī)組件依賴進(jìn)口，困此，很容易受到芯片的攻擊。
3．后門攻擊方式。后門，是計(jì)算機(jī)安全系統(tǒng)中的一個(gè)小洞，由軟件設(shè)計(jì)師或維護(hù)人發(fā)明，允許知道其存在的人繞過正常安全防護(hù)措施進(jìn)入系統(tǒng)。攻擊后門的形式有許多種，如控制電磁脈沖可將病毒注入目標(biāo)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)入侵者就常通過后門進(jìn)行攻擊，如目前普遍使用的windows98，就存在這樣的后門。
4．?dāng)?shù)據(jù)控制鏈侵入方式。隨著因特網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)病毒通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制鏈侵入成為可能。使用遠(yuǎn)程修改技術(shù)，可以很容易地改變數(shù)據(jù)控制鏈的正常路徑。
<二>病毒攻擊的防范的對策
1．建立有效的計(jì)算機(jī)病毒防護(hù)體系。有效的計(jì)算機(jī)病毒防護(hù)體系應(yīng)包括多個(gè)防護(hù)層。一是訪問控制層；二是病毒檢測層；三是病毒遏制層；四是病毒清除層；五是系統(tǒng)恢復(fù)層；六是應(yīng)急計(jì)劃層。上述六層計(jì)算機(jī)防護(hù)體系，須有有效的硬件和軟件技術(shù)的支持，如安全設(shè)計(jì)及規(guī)范操作。
2．嚴(yán)把收硬件安全關(guān)。國家的機(jī)密信息系統(tǒng)所用設(shè)備和系列產(chǎn)品，應(yīng)建立自己的生產(chǎn)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的國產(chǎn)化、系列化；對引進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要在進(jìn)行安全性檢查后才能啟用，以預(yù)防和限制計(jì)算機(jī)病毒伺機(jī)入侵。
3．防止電磁輻射和電磁泄露。采取電磁屏蔽的方法，阻斷電磁波輻射，這樣，不僅可以達(dá)到防止計(jì)算機(jī)信息泄露的目的，而且可以防止“電磁輻射式”病毒的攻擊。
4．加強(qiáng)計(jì)算機(jī)應(yīng)急反應(yīng)分隊(duì)建設(shè)。應(yīng)成立自動(dòng)化系統(tǒng)安全支援分隊(duì)，以解決計(jì)算機(jī)防御性的有關(guān)問題。
很多公司都有因?yàn)殡娔X被入侵而遭受嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的慘痛經(jīng)歷，不少普通用戶也未能避免電腦被破壞的厄運(yùn)，造成如此大損失的并不一定都是技術(shù)高超的入侵者所為，小小的字符串帶給我們的損失已經(jīng)太多。因此，如果你是數(shù)據(jù)庫程序開發(fā)人員、如果你是系統(tǒng)級應(yīng)用程序開發(fā)人員、如果你是高級計(jì)算機(jī)用戶、如果你是論壇管理人員……請密切注意有關(guān)字符漏洞以及其他各類漏洞的最新消息及其補(bǔ)丁，及時(shí)在你的程序中寫入防范最新字符漏洞攻擊的安全檢查代碼并為你的系統(tǒng)安裝最新的補(bǔ)丁會(huì)讓你遠(yuǎn)離字符帶來的危險(xiǎn)。經(jīng)常殺毒，注意外來設(shè)備在計(jì)算機(jī)上的使用和計(jì)算機(jī)對外網(wǎng)的鏈接。也可以大大有效的避免計(jì)算機(jī)被攻擊。
<五>總結(jié)
在學(xué)了計(jì)算科學(xué)導(dǎo)論之后，讓我更深入的了解了我將來要從事的學(xué)科。計(jì)算科學(xué)導(dǎo)論指導(dǎo)著我們該怎么學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)。讓我更清楚的知道我們信息安全專業(yè)的方向。正如計(jì)算科學(xué)這座大樓一樣，在不斷的成長。信息安全也必將隨著網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展而更多的被人們重視�？傊畬W(xué)習(xí)了這門課之后讓我受益匪淺，也知道自己應(yīng)該好好努力，爭取在自己的專業(yè)領(lǐng)域上有所成就。
參考文獻(xiàn)：
1、《計(jì)算科學(xué)導(dǎo)論》(第三版),趙志琢著,科學(xué)出版社2004版
2、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用于基礎(chǔ)》(第三版)丁愛萍著西安電子科技大學(xué)出版社2006版
3、《軟件工程》薩莫維爾著機(jī)械工業(yè)出版社2007版
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