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(shí)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(shì)。
論文關(guān)鍵字：計(jì)算科學(xué) 計(jì)算學(xué)科 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言 計(jì)算機(jī)軟件 網(wǎng)絡(luò)和病毒
引言：隨著存儲(chǔ)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(shū)的名字，此書(shū)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(shū)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(zhuān)業(yè)類(lèi)領(lǐng)域，就等于你選擇了一條布滿(mǎn)荊棘的道路。一個(gè)有志于從事計(jì)算科學(xué)研究與開(kāi)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(lái)學(xué)科的高速發(fā)展中，或在計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的開(kāi)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(lái)歷
計(jì)算科學(xué)主要是對(duì)描述和變換信息的算法過(guò)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(wèn)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(lái)源于對(duì)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(chǔ)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(lèi)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(mèng)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(kāi)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的大門(mén)和發(fā)展之路。圖靈機(jī)通過(guò)一條兩端可無(wú)限延長(zhǎng)的袋子，一個(gè)讀寫(xiě)頭和一組控制讀寫(xiě)頭的（控制器）組成它有一個(gè)狀態(tài)集和符號(hào)集，而此符號(hào)集一般只使用0和1兩個(gè)符號(hào)。而就是這個(gè)簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理隱含了存儲(chǔ)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(jiǎn)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(wú)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(yè)。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(yǔ)言
我們要用計(jì)算機(jī)求解一個(gè)問(wèn)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(yǔ)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(kāi)發(fā)急需一種高級(jí)的類(lèi)似于自然語(yǔ)言那樣的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。1952年，第一個(gè)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言shortcode出現(xiàn)。兩年后，fortran問(wèn)世。作為一種面向科學(xué)計(jì)算的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，fortran的最大功績(jī)?cè)谟诶喂痰貥?shù)立了高級(jí)語(yǔ)言的地位，并使之成為世界通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。algol60的誕生是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的研究成為一門(mén)科學(xué)的標(biāo)志。該語(yǔ)言的文本中提出了一整套的新概念，如變量的類(lèi)型說(shuō)明和作用域規(guī)則、過(guò)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(yǔ)法規(guī)則——巴科斯范式（bnf）定義語(yǔ)言文法的高級(jí)語(yǔ)言。還有用于支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的pascal語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)言，支持人工智能程序設(shè)計(jì)的lisp語(yǔ)言，支持面積對(duì)象程序變換的smalltalk、c等。
2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)方法
現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)絕不是一個(gè)簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)也成為了一個(gè)重要課題和發(fā)展方向。軟件開(kāi)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(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(yǔ)言中通過(guò)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(yǔ)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(kù)技術(shù)的支持下，通過(guò)擴(kuò)展高級(jí)語(yǔ)言的程序庫(kù)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(yǔ)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(kù)系統(tǒng)等試行軟件的.開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)依然與高級(jí)語(yǔ)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(yǔ)言，進(jìn)程代數(shù)，petri網(wǎng)等，它們正是軟件開(kāi)發(fā)方法和技術(shù)的研究中支持不同階段軟件開(kāi)發(fā)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和支持這些軟件開(kāi)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(chǔ)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(duì)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(cè)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(hù)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(tái)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(wèn)題而展開(kāi)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(shí)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(kāi)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(zhuān)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(kāi)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(yǔ)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(chǔ)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(guò)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(shuō)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(yíng)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(lái)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(lái)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(lái)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(chóng)王病毒等都給廣大用戶(hù)帶來(lái)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(lái)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(guò)復(fù)制自身來(lái)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(wú)線電方式。主要是通過(guò)無(wú)線電把病毒碼發(fā)射到對(duì)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(wú)線電接收器或設(shè)備發(fā)射，使接收器對(duì)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(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。根據(jù)得到的或使用標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)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(hào)中，進(jìn)入接收器，進(jìn)而進(jìn)人信息網(wǎng)絡(luò)。③尋找對(duì)方信息系統(tǒng)保護(hù)最差的地方進(jìn)行病毒注放。通過(guò)對(duì)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(duì)方，使病毒直接傳染給對(duì)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(méi)有其他特殊功能。目前，我國(guó)很多計(jì)算機(jī)組件依賴(lài)進(jìn)口，困此，很容易受到芯片的攻擊。
3．后門(mén)攻擊方式。后門(mén)，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(guò)正常安全防護(hù)措施進(jìn)入系統(tǒng)。攻擊后門(mén)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(guò)后門(mén)進(jìn)行攻擊，如目前普遍使用的windows98，就存在這樣的后門(mén)。
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(guò)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(duì)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(wèn)控制層；二是病毒檢測(cè)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(guó)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(guó)產(chǎn)化、系列化；對(duì)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(wèn)題。
很多公司都有因?yàn)殡娔X被入侵而遭受?chē)?yán)重經(jīng)濟(jì)損失的慘痛經(jīng)歷，不少普通用戶(hù)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(kù)程序開(kāi)發(fā)人員、如果你是系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員、如果你是高級(jí)計(jì)算機(jī)用戶(hù)、如果你是論壇管理人員……請(qǐng)密切注意有關(guān)字符漏洞以及其他各類(lèi)漏洞的最新消息及其補(bǔ)丁，及時(shí)在你的程序中寫(xiě)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(lái)的危險(xiǎn)。經(jīng)常殺毒，注意外來(lái)設(shè)備在計(jì)算機(jī)上的使用和計(jì)算機(jī)對(duì)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(lái)要從事的學(xué)科。計(jì)算科學(xué)導(dǎo)論指導(dǎo)著我們?cè)撛趺磳W(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)。讓我更清楚的知道我們信息安全專(zhuān)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(zhǎng)。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(mén)課之后讓我受益匪淺，也知道自己應(yīng)該好好努力，爭(zhēng)取在自己的專(zhuān)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(ài)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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