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武汉大学计算机学院第六章计算机学科以及主要研究方向武汉大学计算机学院科学领域的三个层次：基础理论、技术科学和应用技术一级学科:计算机科学与技术0812二级学科:计算机系统结构081201计算机软件与理论081202计算机应用技术081203信息安全081220软件工程081221数字影视技术081224计算机科学技术是研究计算机的设计与制造,利用计算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制和传输等的理论、原则、方法和技术的学科。武汉大学计算机学院★包括科学与技术两方面：科学侧重于研究现象、揭示规律；技术则侧重于研制计算机,和研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。科学是技术的依据，技术是科学的体现。科学与技术相辅相成、互为作用，二者高度融合是计算机科学与技术学科的突出特点。★计算机科学技术学科还具有较强的工程性，因此，它是一门科学性与工程性并重的学科，表现为理论性和实践性紧密结合的特征。武汉大学计算机学院计算机学科概述包含了计算机科学、计算机工程、软件工程、信息工程等领域，计算机科学技术的迅猛发展，除了源于微电子学等相关学科的发展外，主要源于其应用的广泛性与巨大的需求。它已逐渐渗透到人类社会的各个领域，成为经济发展的倍增器，科学文化与社会的催化剂。应用是计算机科学技术发展的动力、源泉和归宿，而计算机科学技术又不断为应用提供日益先进的方法、设备与环境。武汉大学计算机学院•计算机学科与电子科学、工程以及数学有很深地渊源。计算机科学家一向被认为是独立思考、富有创造性和想象力的。•数学是计算机科学与技术学科的重要基础之一，数学及其形式化描述、严密的表达和计算是计算机科学与技术学科所用的重要工具.•建立物理符号系统并对其实施变换是计算机科学与技术学科进行问题描述和求解的重要手段。武汉大学计算机学院计算机科学技术的研究范畴•计算机科学技术的研究范畴包括计算机理论、硬件、软件、网络及应用等，按照研究的内容，也可以划分为基础理论、专业基础和应用3个层面。在这些研究领域中，有些方面已经研究得比较透彻，取得了许多成果；有些方面则还不够成熟和完备，需要进一步去研究、完善和发展。武汉大学计算机学院计算机理论的研究内容（1）离散数学由于计算机所处理得对象是离散型的，所以离散数学是计算机科学的理论基础，主要研究数理逻辑、集合论、近世代数和图论等。（2）算法设计与分析主要研究算法设计与分析中的数学方法与理论，如组合数学、概率论、数理统计等，用于分析算法的时间复杂性和空间复杂性。（3）形式语言与自动机研究程序设计语言以及自然语言的形式化定义、分类、结构等有关理论以及识别各类语言的形式化模型（自动机模型）及其相互关系。武汉大学计算机学院（4）程序设计语言理论运用数学和计算机科学的理论研究程序设计语言的基本规律，包括形式语言文法理论、形式语义学（如代数语义、公理语义、操纵语义、指称语义等）和计算机语言学等。（5）程序设计方法学研究如何从好结构的程序定义出发，通过对构成程序的基本结构的分析，给出能保证高质量程序的各种程序设计规范化方法等。武汉大学计算机学院计算机硬件的研究内容（1）元器件与存储介质研究构成计算机硬件的各类电子的、磁性的、机械的、超导的元器件和存储介质。（2）微电子技术研究构成计算机硬件的各类集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路芯片的结构和制造技术等。（3）计算机组成原理研究通用计算机的硬件组成结构以及运算器、控制器、存储器、输入和输出设备等各部件的构成和工作原理。武汉大学计算机学院（4）微型计算机技术研究目前使用最为广泛的微型计算机的组成原理、结构、芯片、接口及其应用技术。（5）计算机体系结构研究计算机硬件的总体结构、计算机的各种新型体系结构（如并行处理机系统、精简指令系统计算机、共享存储结构计算机、阵列计算机、集群计算机、网络计算机、容错计算机等）以及进一步提高计算机性能的各种新技术。武汉大学计算机学院计算机软件的研究内容（1）程序设计语言的设计根据实际需要设计新颖的程序设计语言，即定义程序设计语言的词法规则、语法规则和语义规则。（2）数据结构与运算研究数据的逻辑结构和物理结构，以及它们之间的关系，并对这些结构定义相应的运算，设计出实现这些运算的算法，而且确保经过这些运算后所得到的新结构仍然是原来的结构类型。（3）程序设计语言翻译系统研究程序设计语言翻译系统（如编译程序）的基本理论、原理和实现技术。包括：词法规则和语法规则的形式化定义、程序设计语言翻译系统的体系结构及其各模块（如词法分析、语法分析、中间代码生产、优化和目标代码生成）的实现技术。武汉大学计算机学院（4）操作系统研究如何自动地对计算机系统的软硬件资源进行有效的管理，并最大限度地方便用户。研究内容包括进程管理、处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、以及现代化操作系统中地一些新技术（如多任务、多线程、多处理机环境、网络操作系统、分布式操作系统等）。（5）数据库系统主要研究数据模型以及数据库系统地实现技术。包括层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型、E－R数据模型、面向对象数据模型、基于逻辑的数据模型、数据库语言、数据库管理系统、数据库的存储结构、查询处理、查询优化、事务管理、数据库安全性和完整性约束、数据库设计、数据库管理、数据库应用、分布式数据库系统、多媒体数据库以及数据仓库等。武汉大学计算机学院（7）软件工程学是指导计算机软件开发和维护的学科，研究如何采用工程的概念、原理、技术和方法来开发和维护软件。包括软件开发和维护中所使用的技术和描述工具。（8）可视化技术是研究如何用图形和图像来直观地表征数据，即用计算机来生成、处理、显示能在屏幕上逼真运动地三维形体，并能与人进行交互式对话。它不仅要求计算结果的可视化，而且要求计算过程地的可视化。使人们可以更加直观、全面地观察和分析数据。武汉大学计算机学院计算机网络的主要研究内容（1）网络结构研究局域网、远程网、Internet、Intranet等各种类型网络地拓扑结构和构成方法及接入方式。（2）数据通信与网络协议研究实现连接在网络上的计算机之间进行数据通信（如有线、无线、光纤、宽带、微波、卫星通信等）的介质、原理、技术以及通信双方必须共同遵守的各种协议。（3）网络服务研究如何为网络用户提供方便地远程登录、文件传输、电子邮件、信息浏览、文档查询、网络新闻以及全球范围内地超媒体信息浏览等服务。（4）网络安全研究网络的设备安全、软件安全、信息安全以及病毒防治等技术，以提供计算机网络的可靠性和安全性。武汉大学计算机学院计算机应用的主要研究内容（1）软件开发工具研究软件开发工具的有关技术（如软件描述技术、程序验证与测试技术、程序调试技术、代码优化技术、软件重用技术等）以及研制各种新型程序设计语言及其翻译程序、文字和处理工具、数据库开发工具、多媒体开发工具，以及如CAD等计算机辅助工程使用的工具软件等。（2）完善既有应用系统根据新的技术平台和实际需求，对既有的应用系统进行升级、改造，使其功能更加强大、更加便于使用。（3）开拓新的应用领域研究如何打破计算机的传统应用领域，扩大计算机在国民经济以及社会生活中的应用范畴。武汉大学计算机学院人－机工程•研究人与计算机的交互和协同技术，为人使用计算机提供一个更加友好的环境和界面，人与计算机更好地共同完成预定地任务。武汉大学计算机学院计算机学科的教育•计算机学科的发展非常迅速，计算机软、硬件系统的不断更新，使得本学科的教育已经完全不能通过跟踪流行系统的变化来跟踪学科的发展，更不能以流行的系统来确定教学内容。对计算机学科而言，“有限的在校学习时间与不断增长的知识的矛盾”更为突出。另一方面，经过几十年的发展，本学科目前正在逐步走向深入，这给计算机学科的教育既提出了新的要求，也提供了新的机遇。武汉大学计算机学院技术的变化•影响计算机学科变化的大部分因素来自于技术的进步。Inter公司创造人戈登·摩尔在1965年预测：微处理器芯片的密度将每十八个月翻一番，称之为“摩尔定律”。该定律目前继续成立。•可以看到，计算机系统的计算能力是以指数速度增加的，这使得几年前还无法解决的问题在近期得到解决成为可能，而且使用起来更加方便。计算机学科其他方面的变化更大，例如(万维网)出现后，网络技术迅速发展，给人们的工作和生活提供了新的方式。所有这些都要求计算机学科教育所需的知识体系能够紧跟技术的进步。武汉大学计算机学院在技术方面变化比较大的主要有•网络技术包括基于TCP/IP的技术，万维网及其应用•图形学和多媒体技术•嵌入式系统•数据库技术•互操作性•面向对象程序设计•应用程序接口（API）的使用•人－机交互技术•软件安全和信息安全•不断扩大的应用领域武汉大学计算机学院文化的变化•计算机的教育除了受到计算机技术发展的影响外，还受到文化与社会发展的影响。例如（1）新技术带来的教学法的改变例如，计算机网络使远程教育在广播、电视之后，又有了更方便的手段，它使得远程的在线交互成为现实，从而导致这一领域的更快发展。网络还使得地理位置相隔甚远的教学单位之间能方便地共享课程资源。新技术还影响到教学法的变革。演示软件、计算机投影、实验室工作站都显著地改变了传统地教学方法。（2）全世界计算机数量和用户直接可用的计算功能大幅增加计算机在近十年迅速普及。美国商务部的一项研究显示，已有超过三分之二的美国人能访问Internet。在其他大多数发达国家也有类似的情况。在我国，这一方面的发展更是令人瞩目。随着使用计算机获取信息和处理事务的机会增多，使得人们对计算机技术有了更多更新的认识。武汉大学计算机学院（3）计算机技术增长的经济影响高技术产业的良好发展势头，社会的极大需求所导致的极具吸引力的高待遇的良好就业前景，吸引了一大批人希望走入计算机领域。在我国，相应产业的发展现状影响着人才市场对毕业生的要求，也使得更多的学生选择计算机学科作为所学专业，这些因素都或多或少地影响着计算机学科地教育。（4）学科的拓宽当计算机学科不断发展并逐渐成为基础技术学科时，其应用范围更加广泛。近年来，计算机学科已变得更宽广、内容更丰富，计算机学科地教育必须对此有所体现。例如，社会对各类复合人才地需求要求必须对学科交叉、应用需求等进行考虑。武汉大学计算机学院对计算机学科毕业生的基本要求•计算机学科最初源于数学学科和电子学科。所以，该学科的毕业生除了要掌握计算机科学与技术学科的各个知识领域的基本知识和技术之外，还必须具有扎实的数学功底、掌握科学地研究方法、熟悉计算机的实际应用，并且具有良好的沟通技能及和谐的团队工作能力。武汉大学计算机学院知识、能力和素质•“知识”是基础、是载体、是表现形式。一个具有较强能力和良好素质的人必须掌握丰富的知识，而一个掌握丰富的知识的人并不一定具有较强的能力和良好的素质。•知识还具有“载体”的属性，能力和素质的培养与教育必须部分地通过具体知识的传授来实施。•在许多场合下，能力与素质，尤其是专业能力和专业素质，是通过知识表现出来的。武汉大学计算机学院•“能力”是技能化的知识，是知识的综合体现。在教学中，应强调运用知识发现问题、分析问题、解决问题的能力，反对只读书、读死书。要保证知识运用的综合性、灵活性与探索性，就需要有丰富的知识为支撑。•一般说来，知识越丰富，就越容易具有更强的能力。反过来，能力增强后，又有利于学习更多的知识。武汉大学计算机学院•“素质”是知识和能力的升华。高素质可使知识和能力更好地发挥作用，同时还可促使知识和能力得到不断的扩展和增强。因此，教育绝对不能只停留在书本的表面知识上，一定要去挖掘深层的内容，重视科学的世界观和方法论的启迪。武汉大学计算机学院•知识、能力、素质是进行高科技创新的基础。只有将三者融会贯通于教育的全过程，才可能培养出高水平人才。•爱因斯坦说过，想象力比知识更重要。应当说，丰富的想象力加上扎实的基本功构成创新的源泉。对飞速发展和不断变化的计算机学科更是如此。在大学里，除了通常意义下的素质外，重点是依据学科进行学科综合能力的提高和学科综合素质的培养，突出工科兼理科这个特征。武汉大学计算机学院检验标准•为毕