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第 5 章 课程体系及设置.25.1 课程体系结构.25.2 课程分级与实施策略.25.2.1 基础课程.25.2.2 主干课程.35.2.3 特色课程.45.3 核心课程介绍.45.3.1 核心课程选择原则.55.3.2 核心课程描述.55.4 培养目标与教学计划.185.4.1 培养规格与目标.185.4.2 制订教学计划的原则.205.4.3 课程的组织.225.4.4 教学计划的组织.23第5章 课 程 体 系 及 设 置知识体系的14个知识领域及相应的知识单元、知识点定义了计算机科学与技术专业教学的知识结构。但这并不就是实施教学的课程体系，14个知识领域并不恰好是1 4门课。课程体系的结构、分级与实施策略以及对主干课程的简要描述将在本章给出。5.1 课程体系结构完整的本科课程由三部分组成：奠定基础的基础课程，涵盖知识体系大部分核心单元的主干课程，以及用来完备课程体系的特色课程。基础课程在一、二年级开设，主干课程在二、三年级开设，特色课程则在高年级开设。基础课程和主干课程应该覆盖知识体系中的全部核心单元，当然还包括一些选修内容。如果某个核心单元未能包括在前两层的课程中，则应保证在特色课程中能找到。课程体系的三层结构见图5-1图7-1 课程结构基础课程命令优先对象优先函数优先晨算法优先硬件优先主干课程基于主题模式压缩模式基于系统模式一基于Web模式特色课程用以完备本科课程的一些附加课程5.2 课程分级与实施策略在上述三个层次的课程结构中展示的学科教育的6种入门模式与主干课程的4种设计模式将在本节中说明。5.2.1 基础课程不同的入门途径有着各自的长处和短处，体现了不同的课程特点。这些不同的入门模式将适应不同的学校和学生。我们已经习惯于程序设计优先的入门模式，并在此基础匕形成了实施多年、基本稳定的课程体系。由于程序设计常常是学习后续课程所必需的技能，又常常吸引着学生的兴趣，程序设计所提供的训练也提高了学生的能力，因此程序设计优先的入门模式有它的优点。但从计算机科学作为一门学科的角度看，程序设计优先的入门模式会推迟学生对学科的了解，把精力集中在细节上而不是本学科的概念性、思维性的一些基础上，而且程序设计也只是关注编码，很少涉及设计、分析和测试，因此程序设计优先的人门模式也有它的缺点。然而毕竟这是过去主要的入门模式，并且在这种模式基础上建立的课程体系已为我们所熟悉，因此它依然是一种重要选择。只是在面向对象技术被广泛采用后，程序设计优先的入门模式分成了传统的命令优先模式和对象优先模式。对象优先的入门模式从一开始就强调面向对象程序设计的原则，使学生尽早接触面向对象思想，并使之延续到算法、基本数据结构、软件工程等后续课程。但是对象式程序设计语言大量包含了比传统语言多得多的复杂细节。教学中不注意限制这些复杂细节，无疑对入门者设置了障碍。程序设计优先基于函数式程序设计，便形成了函数优先的入门模式。它区别于其他程序设计的是使用更抽象的方式来思考，所有入门者。都处于同一起跑线上接受新的思维方式。但抽象既可能是这种模式的优点，也可能是这种模式的缺点，即弱于抽象思维的学生将难以接受。为了给学生提供对计算机学科一个全局性的理解，面向学科的广度优先的入门模式首先自顶向下地向学生展示了各学科领域的概况，让学生一开始就具有学科全局观，既对日后深入学习作出选择，也对所选择的学科分支在学科全局中的位置与相互关系有通彻的了解。这是个理想的模式。然而人的思维常常是由具体到抽象、由特殊到一般，对一个人门者快速地自顶向卜地展示学科的各个领域，真有点倾盆大雨的样子，后果可能会是一知半解。既遵循人的认识习惯，又能让学生有效掌握学科哲学思想，是这一入门模式的关键点。面向算法的算法优先入门模式描述基本算法概念和结构的是一种伪语言，而不是一种特定的执行语言，可以不必过多关注程序实现的细节，使学生有坚实的算法基础，有利于以后的学习和尽早了解计算机学科。面向机器的硬件优先入门模式从模型机的电路、寄存器出发建立硬件基础，再继续进行高级程序设计等其他内容的学习。但是，强化硬件的努力和弱化硬件的趋势之间的统一是需要关注的问题。5.2.2 主干课程主干课程的组织形式也有不同的选择，但大致可以分为两类，一类是主题的模式，另一类是系统的模式。知识体系有14个知识领域，除了基础课程外，其余大致可以按领域划分成相应的课程，最直截了当的便是一个领域大致对应一门课，如算法和复杂性、计算机体系结构、操作系统等，这种实施模式称为基于主题模式。当然也可以由一、两个领域对应一门课，如操作系统和网络计算、人工智能和信息管理等。在这个过程中，一个领域中若干个知识单元可在课程A 中，另一些知识单元可在课程B 中，这种实施模式称为压缩模式。总之，在主题模式下领域和课程间有着较好的对应关系。另一类系统模式则是基于某些软件系统而组织的课程，如数据库系统、管理信息系统、编译系统、操作系统等，它们从各领域中抽取相关的知识单元，组成课程，最后形成的课程体系覆盖知识体系的知识单元，特别是核心知识单元。这种实施模式称为基于系统模式。由于网络的发展，主干课程的组织也可以采用更强调网络系统及其应用的基于W EB 的模式。但是，采用混合模式比采用单一模式组织中级课程可能会更有效些。充分考虑现有基础和我国的实际情况，组织主干课程会更适于操作。5.2.3 特色课程知识体系中的核心知识单元几乎都已组织到基础课程和主干课程之中了，但对于某些知识核心单元的深度仅体现了 般的要求。除此之外，还可能有一些选修知识单元未被组织到前两类课程中，何况还有很多反映发展、反映学科前沿、反映学校特色及教师特色的知识单元或者知识点并未被包含在知识体系中。我们建议，各校可以根据自己的特点，有选择地将这些内容组织到特色课程中。表5-1说明了各课程对核心知识单元和非核心知识单元的覆盖情况，其中的总学时为理论教学学时和实践（实习）学时，实践（实习）学时在执行时建议安排为标定数的2倍。为了和主干课程有所区别，我们把表5-1中罗列的课程称为核心课程，核心课程包含了基础课程和主干课程中那些最重要的内容。各校可以以核心课程为基础，制订适合本校实际的教学计划。此外，也可以以核心课程所包含的知识单元为基础，编写出各具特色的教材。表 5-1 计算机科学与技术学科专业核心课程序号课程名称总学时核心知识单元非核心知识单元1计算机导论36+16PL1、PL4、SE3、SE5、H C kNC2、SP1、SP2、SP4、SP5、SP6、SP72程序设计基础54+32PF1、PF2、PF5、P L1、P L6、AL2 AL33离散结构72+16DS1、DS2、DS3、DS4、DS54算法与数据结构72+16A L K AL2、AL3、A L4、A L5、PF2、PF3、PF4、5计算机组织与体系结构72+32A R K AR2、AR3、AR4、AR5、AR6 AR7AR86微型机系统与接口54+16AR3 AR4、AR57操作系统72+16AL4、0S1、0S2、0S3、0S4、0S5、0S6、0S7、0S80S118数据库系统原理54+32IM 1、IM 2、IM3 IM 4、IM 5、IM 6、IM7IM 8、IM 9、IM1O、IM 11、IM 13、IM149编译原理54+16PL1、PL2、PL3、PL4、PL5PL6、PL7 PL810软件工程54+32S E I、SE2、SE3、SE4、SE5、SE6、SE7、SE8SE9、SE1011计算机图形学54+16GV1、GV2、HC1、HC2HC5、GV3、GV4、GV5、GV6、GV7 GV8、GV912计算机网络54+16N C I、NC2、NC3、NC4、NC5、NC6NC6、NC8、NC9、AR913人工智能54+161S1、IS 2、IS 31S4、IS 5、IS 6、IS 7、IS814数字逻辑36+16A R K AR2、AR315计算机组成基础54+16AR4、AR5、AR6、16计算机体系结构54+32A R 4、A R 5、A R 6、AR7A R 8、A R 95.3 核心课程介绍上面给出了计算机科学与技术专业本科教学计划中的16门核心课程。本节给出这组课程的详细描述。5.3.1 核心课程选择原则根据国内计算机科学与技术学科教育的现状以及对典型课程设置的分析，参 考 ACM 和IEEECC2001中的核心课时、内容和课程设置，形成了目前的16门核心课程。核心课程的大纲描述了课程的基本要求，希望给相应教材的编写者提供个参考、但在教材编写时应考虑与国内原有体系的衔接和师资支持等问题。5.3.2 核心课程描述1.计算机导论为计算机科学与技术专业的新学生提供一个关于计算机科学与技术学科的入门介绍，使他们能对该学科有一个整体的认识，并了解该专业的学生应具有的基本知识和技能以及在该领域工作应有的职业道德和应遵守的法律准则。前导课程：无课程提纲：计算的历史；人和计算机；计算机系统的构成；冯诺依曼模型：基本组件；指令处理；输入与输出：基本I/O；键盘输入；显示器输出；程序设计和程序设计语言、机器语言、汇编语言和高级语言；操作系统概述；软件工程概述；系统软件和应用软件；通信与网络基础；计算机和社会；计算机系统在各行各业的应用；计算机科学与技术学科的内涵；计算机科学与技术学科学生的知识结构；计算机科学与技术学科学生的职业道德。涵盖知识单元：SPI计算历史PLI程序设计语言概论SE3软件设计PL4语言转换简介HC1人机交互基础SE5软件演化NC2通信与网络SP2计算的社会内容与表征SP4职业与道德责任SP5基于计算机的系统的风险与义务SP6知识产权SPT隐私权与民事权说明：本课程为计算机科学与技术专业的学生提供个关于计算机科学与技术学科的入门介绍，使他们能对该学科有-一个整体的认识，提高他们学习本专业的兴趣。除了技术之外，还要注意讲授学科内涵和该专亚学生应有的职业道德。2.程序设计基础本课程既培养学生解决问题（算法与程序设计）的能力，又使他们比较熟练地掌握一种程序设计语言。应注意介绍有关独立于任何特定编程语言的算法概念和结构，强化训练程序设计的经验和相关技术。应把重点放在程序设计实践及培养学生分析问题和解决问题的能力训练方面。前导课程：无课程提纲：编程历史的回顾、程序设计介绍（过程式，面向对象，函数式，逻辑式）；算法与问题求解：问题求解策略；问题求解过程中算法的角色；算法实现策略；变量；操作符；控制结构；条件结构；迭代循环结构；函数；调试：错误类型；调试技术：指针和数组；递归：递归的概念；递归的数学函数描述（例如：阶乘，斐波那契数列）：简单的递归过程（例如：汉诺塔、排序等）；分治法策略；递归的回归；递归的实现。面向对象程序设计：面向对象设计；封装和信息隐蔽；行为和实现分离；类，子类和继承；多态性；类层次；类的聚集和反复协议。涵盖知识单元：PL1程序设计语言概论PR 基本编程结构PF2算法与问题求解PF5事件驱动的程序设计AL2算法策略AL3基本计算理论PL6面向对象程序设计说明：本课程介绍程序设计的基本概念，应注意强调算法的重要性及其在程序设计中的作用。注意强调算法而不是语法细节。讲授程序设计语言的重点可以考虑用传统的过程式语言，也可用面向对象语言；事实上，使用面向对象语言介绍程序设计时;需要从这些语言的过程性语句开始。应注意使这门课程同面向对象的程序设计课程有所区别。在本课程中，对控制语句的讨论应先于对类、子类和继承等概念的讨论（面向对象程序设计部分建议用C+描述）。3.离散结构离散结构是计算机科学的基础内容。计算机的许多领域都要用到离散结构中的概念。离散结构包括了集合论、数理逻辑、图论和组合数学的重要内容。形式的数学证明贯穿此课程。数据结构和算法科学中有大量离散结构的内容。例如，在形式说明、验证、密码学中都需要有理解形式证明的能力。图论的概念被用于计算机网络、操作系统和编译原理等领域。集合论的概念被用在软件工程和数据库中。随着计算机科学的|益成熟，越来越多的分析技术被用于实践。为了理解将来的计算技术，学生需要对离散结构有深入的理解。前导课程：大学数学课程提纲：函数、关系和集合；命题逻辑；逻辑连接词；真值表；范式（合取式，析取式）；永真性；谓词逻辑；全称量词，存在量词；假言推理，否定式推理；谓词逻辑局限性；证明技巧；计数；鸽笼原理；排列组合；树；无向图；有向图；生成树；遍历策略；离散概率；代数结构。涵盖知识单元：DS1函数、关系与集合DS2基本逻辑DS3证明技巧DS4计数基础DS5图和树说明：计算机各个领域互有重叠，对于离散结构尤其如此。离散结构中有一些具有数学属性的内容需要深入理解。但是，一方面怎样区别离散结构与算法和复杂性，另一方面把哪些课题作为纯粹的数学支持工具，两方面不可避免地存在冲突。所以，也有一些学校会将离散结构与算法和复杂性统归于离散结构中。4.算法与数据结构介绍常用的数据表示和处理技术，包括顺序存储和链接存储的线性表、栈和队列的表示和操作；字符串的模式匹配算法，插入排序、选择排序、快速排序等常见的内部排序方法；顺序存储的数组的地址计算方法；树的存储结构、遍历和线性表示；二叉树的遍历、存储和查找；穿线树和穿线排序；查找树、平衡树、Huffman算法、B 树等常见树的表示和有关算法；图的表示、遍历及应用。前导课程：高级语言程序设计、离散结构课程提纲：算法、算法的时间复杂度和空间复杂度，最坏和平均的时间复杂度等概念；算法描述和算法分析方法；常用算法设计方法：迭代法、穷举搜索法、递推法、算法的递归描述技术、回溯法、贪婪法、分治法；数据结构的基本概念和术语：数据结构、数据类型、抽象数据类型、信息隐藏；线性表：线性表的存储结构；顺序、链接；栈、队列；串；多维数组和广义表；树型结构及其应用：树、森林、二叉树、线索二叉树、哈夫曼树；图及其应用：图的基本概念、图的存储结构、图的遍历、生成树和最小生成树、最短路径、拓扑排序；常用排序算法：插入排序、交换排序、选择排序、归并排序、外排序；常用查找技术：线性表上的查找、树的查找、散列技术；文件：顺序文件、索引文件、索引顺序文件、散列文件、多重表文件、倒排文件。涵盖知识单元：AL1算法分析基础AL2算法策略AL3基本算法AL4分布式算法AL5可计算性理论基础PF2算法和问题求解PF3基本数据结构PF4递归说明：无5.计算机组织与体系结构介绍计算机系统的组织结构，以 Von Neumann模型作为教学起点，进而介绍较新的计算机组织结构体系。前导课程：导论课程提纲：数字逻辑：基本的组成元件（逻辑门，触发器，计数器，寄存器，PLA）；逻辑表达式，最小化，寄存器传输的表示，物理特性（门延迟，扇人，扇出）；数值表示：位，字节和字；数值表示和数基；定点数和浮点数系统；有符号数和补码的两种表示方法；非数值数据的表示（如字符代码和图像数据）：记录和数组的表示，检错码和纠错码多媒体支持；组织层次：von Neumann机的基本组织；控制单元；指令读取；译码和执行；指令集和类型（数据操作，控制，输入输出）；汇编语言与机器语言编程；指令格式；操作码的编码寻址方式；子程序调用和返回机制；输入输出中断；存储器系统：存储系统和相关技术：层次化存储；主存组织和操作；延迟时间，周期时间，带宽和多体交叉存储技术，高速缓冲存储器（地址映射，块大小，替换策略和更新策略）;虚拟存储器（页表，TLB快表）；接口和通信：输入输出基本原理，信号交换，缓冲存储，程序查询I/O,中断驱动I/O；中断结构：向量中断和优先级中断；中断识别；外部存储器和物理组织及驱动；总线和总线协议，仲裁机构和直接存储器存取（DMA）：功能组织：简单的数据通路实现；控制单元：硬布线实现和微程序实现：指令流：指令级的并行性（ILP）；多处理器和其他的体系结构：介绍SIMD,MIMD,VLIW和 EPIC；网络互连（超立方体，洗牌交换，网状结构，交叉开关）；共享存储系统；cache 一致性；存储模型和存储一致性；性能提高：超标量体系结构；分支预测；指令预取；推测执行；多线程；可伸缩性。涵盖知识单元：AR1数字逻辑和计算机系统基础AR2数值表示和数据运算AR3汇编级机器组织AR4存储器系统组织结构AR5接口和通信AR6结构组织AR7多处理器和其他的系统结构AR8性能提高技术说明：无6.微型机系统与接口重点介绍微型计算机的实现技术，以常 用 的 P C 机系列为主线，详细介绍微型机技术的基础内容，适当分析、介绍微型机技术的新发展。应涵盖微处理器芯片、汇编语言程序设计。前导课程：计算机组织与体系结构基础课程提纲：现代微处理器技术概述:CISC与 RISC芯片;80 x86系列芯片；Pentium系列芯片;Itanium和 64位处理器；*汇编语言程序设计：指令系统；汇编语言程序设计方法；内存技术：内存芯片和内存条；系统内存接口技术；高速缓存（cache）技术；显存技术;输入输出（I/O）技术：I/O基础（信息、数据、控制、状态、传输），信息缓冲与锁存，程序控制I/O与 DMA：总线技术（总线协议，总线负我和总线仲裁）；程序控制1/0（查询传送技术）；中断技术（中断结构，向量中断，优先级中断，中断驱动I/O）；可编程I/O 接口芯片和芯片组技术：常用可编程接口芯片及其应用；芯片组技术；实用接口技术：主板技术；IDE接口和SCSI接口；USB与 IEEE1394；AGP与显卡；多媒体接口技术；即插即用；BIOS一软硬件的沟通。涵盖知识单元：AR3汇编级机器组织AR4存储器系统组织结构AR5接口和通信说明：无7.操作系统介绍操作系统的设计和实现，包括操作系统各组成部分的概述，互斥性和同步性，处理器实现，调度算法，存储管理，设备管理和文件系统。前导课程：算法与数据结构、计算机组织与体系结构基础课程提纲：概述：操作系统的地位和目的；操作系统的发展历史；一个典型操作系统的功能；设计问题（效率，鲁棒性，灵活性，可移植性，安全性，兼容性）；基本原则：结构模型；抽象、进程和资源；应用程序接口依门）；设备组织；中断；用户态和系统态的转换；并发性：并发执行的概念；状态和状态图表；实现结构（预备表，处理控制块）；调度和上下文转换；并发环境中的中断处理；互斥：互斥问题的定义；死锁检查利预防；解决策略；模型和机制（信号量，管程，条件变量和会合）；生产者一消费者问题，同步，多处理器问题；调度：抢占和非抢占调度；调度策略；进程和线程；存储管理：物理存储回顾和存储管理硬件；涵盖技术，交换技术和划分技术；分页和分段；页面替换和替换策略；工作集和系统失效；高速缓存；虚拟存储技术；设备管理：串行设备和并行设备的特点；抽象设备区分；缓冲存储策略；直接存储器存取；错误恢复；文件系统：基本概念（数据，元数据，操作，组织，缓存，顺序和非顺序文件）；目录的内容和结构；文件系统技术（划分，安装和卸载，虚拟文件系统）；存储映射文件：专用的文件系统；命名，搜索和存取；备份策略；安全和保护：系统安全概述；机制隔离；安全的保障方法和设备；保护，存取和认证;保护模式；存储器保护；加密技术；恢复的管理；实时系统和嵌入式系统；作业控制。case study：Windows 2000/Unix（含 Linux）涵盖知识单元：AL4分布式算法0S1操作系统概述0S 2操作系统原理0 S 3 并发性0 S 4 调度0 S 5 内存管理0 S 6 设备管理0 S 7 安全与保护0 S 8 文件系统O SU 系统性能评价说明：建议用Linux8.数据库系统原理介绍数据库系统的基本概念、原理、方法及应用，主要包括数据库系统概论（数据库技术的发展、数据模型、数据库体系结构等；关系数据模型、数据库查询语言SQL、函数依赖及关系规范化理论）：数据库管理系统实现技术（事务、并发控制、恢复、完整性和安全性等概念及有关实现机制）：数据库存储结构（文件组织、索引、散列技术等）：其他类型的数据库系统介绍（分布式数据库、面向对象数据库、对象关系数据库及数据库技术发展趋势等）。前导课程：数据结构与算法、离散数学课程提纲：不同类型数据资源的管理；商业前景；信息和数据库系统的历史和发展动力；信息存储和检索；信息管理应用软件；信息获取和表示；分析和索引；链接和导航；信息的隐私性，完整性，安全性和保存；可扩展性，效率和效力；数据库系统的构成要素；数据库管理系统（DBMS）的功能；数据库体系结构和数据独立性；信息模型和系统；数据建模；概念模型；面向对象模型；关系模型；关系演算；例子;SQL；查询优化；嵌入过程语言中的非过程查询；对象查询语言简介；建立数据库的基础方法学；数据库特有的问题：关系数据库设计；函数依赖；范式：多值依赖：连接依赖；表示理论；物理数据库设计；存储器和文件结构；索引文件：散列文件；签名文件；B 树；密集索引；变长记录文件；数据库的效率和调节；事务处理；错误和恢复；并发控制；分布式数据库：分布式数据存储；分布式查询处理；分布式事务模型；并发控制；同构和异构解决方案；客户机/服务器结构；信息系统的设计、开发和进化；安全和控制；特定用途的信息系统，包括局域网和外部网；信息检索；数据库新技术介绍（数据挖掘、数据仓库）。涵盖知识单元：IM1信息模型和信息系统IM2数据库系统IM3数据模型化IM4关系数据库IM5数据库查询语言IM6关系数据库设计IM7事务处理IM8分布式数据库IM9物理数据库设计IM10数据挖掘IM11信息存储和信息检索IM12多媒体信息和系统IM13数据库说明：这门课程建立在先导课程的基础之上。问题主要集中在怎样能够以简单自然的框架和方式有效地管理和储存复杂的信息，并能够进行方便的检索。信息系统的发展会产生各种需求，其中商业前景是非常重要的。因此，这门课程也应该向学生介绍商业、贸易与计算机在其中的应用。9.编译原理介绍编译原理的理论和实践，包括编译程序设计，词法分析，语法分析，符号表，声明和存储管理，代码生成以及优化技术。前导课程：程序设计、离散结构、算法与数据结构课程提纲：程序设计语言概述：程序设计语言的历史；程序范例纵览；语言分析在程序设计过程中的作用；语言设计的基础问题：语言设计的一般理论；设计目标；类型机制：数据模型；控制结构模型；抽象机制；虚拟机：虚拟机的概念；虚拟机的体系结构：中间语言；语言翻译的介绍：解释器和编译器的比较：语言翻译的阶段；基于机器的翻译和独立于机器的翻译；作为软件工程活动的语言翻译；词法分析：正则表达式在词法扫描器中的应用：手工编写码和自动生成扫描程序；单词符号的形式化定义；有限状态自动机的实现；语法分析：语法的形式化定义；自底向上语法分析和自顶向下语法分析；预测分析和递归下降分析程序；错误处理；预测分析程序的自动生成；LR分析和LR分析程序的自动生成；符号表管理；支持翻译过程的工具的使用；执行控制模型：子表达式的计算顺序；异常和异常处理；运行系统；声明，模块和存储管理：声明模型；参数化机制；类型参数化；声明的共享和限制访问机制；垃圾收集；类型系统：数据类型；类型检查模型；用户自定义类型的语义模型；参数多态性；子类型多态性；类型检查算法；解释：迭代解释和递归解释；中间代码的迭代解释；语法树的递归解释；代码生成：中间代码和目标代码；中间表示；代码生成器的实现；通过树遍历的代码生成；上下文有关翻译；寄存器的使用；优化：独立于机器的优化；数据流分析；循环优化；与机器有关的优化。涵盖知识单元：PL1程序设计语言概论PL2虚拟机PL3语言翻译简介PL4声明和类型PL5抽象机制PL6面向对象程序设计PL7函数式程序设计PL8语言转换系统说明：本课程有两个不同的但有联系的目标。第一，它研究了语言翻译的理论。第二，它展示了怎样应用这个理论去建立编译器、解释器和编译器生成程序。它既涉及人工编写翻译程序,又涉及用编译生成程序自动生成翻译程序。本课程应介绍并研究翻译程序设计的主要争论点。编译器和解释器的构造是这门课程中的一个必要组成部分，学生可以从中学到许多必要的技巧。然而，相应的课程设计常常有以下问题：编译器的实现比以前的课程中学生曾承担的课程设计要大得多；许多编译器生成程序是表驱动的，使得到的编译器难以调试。可以通过使用声明扫描程序和产生递归下降分析程序的生成程序使问题简化。1 0.软件工程介绍软件工程的概念、技术和方法，包括软件的开发模型、软件项目管理、软件质量度量、可行性分析、需求分析、软件设计、编码、测试、维护；面向数据流的分析与设计方法、面向数据结构的分析与设计方法、面向对象的分析与设计方法；对软件重用、快速原型技术作简要的介绍。前导课程：程序设计、算法与数据结构课程提纲：软件过程：软件生存周期和软件开发模型；过程建模技术，过程评估模型；软件过程度量；过程改进；软件需求和规约：需求获取技术；需求分析建模技术；功能和非功能需求规约；原型;形式化规约技术的基本概念；软件设计：基本的设计概念和原则；软件体系结构；/结构化设计；面向对象分析和设计(UML)：面向构件的设计，软件确认：确认计划；测试基础(包括测试计划的创建和测试案例生成)；黑盒和白盒测试技术；单元、集成、确认和系统测试；面向对象测试；审查；软件演化：软件维护；可维护软件的特征；逆向工程；再工程；遗产系统；软件复用；软件项目管理：团队管理；项目进度安排；软件测量和估算技术；风险分析；软件质量保证；软件配置管理；项目管理工具；软件工具和软件环境：软件开发工具；软件维护工具；软件管理工具；软件支持工具;集成型软件开发环境；基于构件的计算：基础；基本技术；应用：基于构件系统的体系结构；事件处理；中间件；形式化方法：形式化方法的观念；形式规约语言；可执行和不可执行的规约；前置和后置断言；形式化验证；软件可靠性：软件可靠性模型；冗余和容错；缺陷分类；分析的概率方法。涵盖知识单元：SE1软件设计SE2使用APISE3软件工具与环境SE4软件过程SE5软件需求与规格说明SE6软件验证SE7软件评估SE8软件项目管理SE9基于构件的计算SE10形式化方法说明：无1 1.计算机图形学介绍计算机图形学的原理和技术。预备课程：程序设计、离散数学课程提纲：图形学的基本技术：图形软件的层次；图形API的使用，简单色彩模式；相似协调；几何转换，视图转换：剪接技术；图形系统：光栅和矢量图形系统；视频演示设备；物理和逻辑输入设备；图形系统开发前景，图形通讯：动态色彩交互；视觉色彩矫正；色彩分析，使用高效预置调色板；构建高效的视觉理解；视频矫正；使用色彩等视觉数据的关键信息注解；使用图像文本表示信息；图形化操作的反馈；几何建模：三维物体的多边形描述；参数多项式曲线和曲面；实心儿何体的描述；曲线和曲面的模糊表示；空间细分；过程模型；可变形模式；曲面细分；多解决方案模型，重显；基本的多媒体着色技术：线生成算法；字体生成，光源和材料特性；周围环境，传播和反射；伪反射模型；多边曲面着色：平面、明暗处理；纹理映射图；凹凸纹理；光线轨迹;图像合成：取样技术：反走样技术；工具使用：图像处理的API；图像标准；计算机动画：关键帧动画；摄影动画；脚本系统；链接结构的动画；图像捕获；过程动画；变形技术；可视化：可视化技术的基本理论；向量场，张量场和流动数据的可视化；标量空间和高度域的可视化；直接数据着色；信息可视化：虚拟现实：立体演示；强制反馈模拟；触觉设备；视频跟踪：能见度计算；多层次细节；基于图像的虚拟现实系统；分布式虚拟现实；计算机网络合作；互动模式；用户界面，机器应用，模拟和训练；计算机视觉：图像获取；数字图像及其特性；图像预处理；分段；形状描述及对象识别；动作分析；计算机辅助软件工程学习。覆盖单元：H C 1人机交互基础HC2简单图形用户界面的创建HC5图形用户界面的设计V I图形学的基本技术V2图形系统V3图形变换V4几何建模V5基本的图形生成方法V6高级的图形生成方法V7先进技术V8计算机动画V9可视化说明：无1 2.计算机网络介绍数据通信的基本概念和计算机网络的基本原理，包括计算机网络的体系结构、数据通信的基本方法和协议、计算机网络的主要应用协议；同时介绍计算机网络系统的安全和管理知识，使学生对数据通信和计算机网络有一个全面理解。前导课程：计算机导论、计算机组成、操作系统、算法与数据结构课程提纲：数据通信和计算机网络概述：数据通信基本模型、数字信号传送、网络拓扑结构；网络体系结构：分层模型，开放系统互连，网络的层次结构和处理方式，各层次的服务和功能，协议，I n t e r n e t网络体系；物理层概念：理论基础，传输媒体和方式，多路复用，服务，标准：数据链路层概念：帧同步，误差控制，数据流控制，媒体协议标准，媒体访问控制；网络的互联：交换技术，互连技术，互连设备，路山选择算法，拥挤控制，数据包和数据流；传输层服务：连接的建立和维护，端到端的数据传送服务，服务类型和服务质量；无线通信：无线网络，卫星通信，移 动I P：网络应用：域名服务，电子邮件，文件传输，浏览服务，多媒体信息服务；网络安全：密码学基础，认证，数字签名，网络访问控制，网络安全检测；网络管理：网络管理概论，网络管理模型，网络管理协议，管理信息库。覆盖知识单元：NC1网络中心计算入门NC2通信和连网技术N C3网络安全NC4客户机一服务器计算举例NC5构建web应用N C6网络管理N C8多媒体技术NC9无线计算和移动计算AR9网络和分布式系统的结构说明：本课程系统地介绍数据通信和计算机网络的概念、体系结构和基本原理，覆盖以网络为中心的计算的基本内容，重点放在对通信和网络的原理的了解和掌握上。希望有实验配合。1 3.人工智能介绍人工智能(A1)的基本概念和技术前导课程：高级语言程序设计，离散结构教学大纲：基础：A I的历史；哲学思考；智能系统定义；模式世界，试探性启发式学习；A I研究方向：讨论范围；最差搜索；优先搜索；双人游戏；受限满足；知识表示和推理：谓词演算，逻辑命题的证明；非单调分析；概率统计推理；Bayes理论；高级搜索：遗传算法；模拟造型；本地搜索；高级知识表示和推理：结构表示；非单调分析；行为推理；时空推理；不确定性；知识表示的论断；定性表示；机器学习和神经网络：机器学习的定义和例子；监督学习；学习策略树；神经网络；学习简易网；最邻近算法；学习理论；过度的问题；无监管的学习；增强性学习；新技术简介：KDD、认知科学涵盖课程：IS1智能系统基本问题IS2搜索和约束满足IS3知识表示和知识推理IS4高级搜索IS5高级知识表示和知识推理IS6主体187自然语言处理技术*IS8机器学习和神经网络*为可选说明：无14.数字逻辑本课程作为电路设计的基础课程，介绍数字系统设计的基本方法，包括数制与码制、逻辑代数、组合电路的分析与设计、时序电路的分析与设计以及逻辑门陈列等知识。前导课程：计算机导论课程提纲：数制与码制：进位计数制，数制转换，带符号的代码表示，卜 进制数的代码表示，ASCII码、汉字码的表示，校验码；逻辑代数：逻辑运算基本定义，基本公式，逻辑函数及真值表，逻辑函数的化简（代数化简和卡诺图化简法）；逻辑电路表示：逻辑门电路的表示方法，逻辑函数、真值表、门电路的关系；组合电路分析与设计：组合电路分析方法，组合电路设计方法，加法器、译码器、比较器等组合电路的分析设计及应用，组合电路的竞争与险象；时序电路分析与设计：触发器及应用，同步和异步时序电路的分析方法，同步和异步时序电路的设计方法，寄存器、计数器等常用时序电路的设计与应用；逻辑门陈列：采用只读存储器实现逻辑设计的方法，可编程序逻辑陈列的设计方法。覆盖知识单元：A R I数字逻辑和数字系统AR2数据的机器级表示AR3汇编级机器组织说明：无15.计 算机组成基础本课程以vonNeumann计算机模型为出发点，介绍计算机的组织结构和工作原理，剖析计算机的运算器、存储器、控制器和输入输出设备的结构、工作原理与相互关系。前导课程：计算机导论、数字逻辑课程提纲：数值的机器层次表示：定点数与浮点数表示，带符号数与不带符号数的表示，机器数与真值，字符与字符串的表示，汉字的表示，校验码；数值的机器运算：定点数加法，加法电路的实现，定点数的乘法，原码和补码并行乘法的电路实现，定点数的除法，并行除法电路的实现，A I.U运算器的基本结构与工作原理，浮点数运算及浮点数运算器的实现；存储系统和结构：存储系统的组成，RAM、ROM、cache,磁介质存储器的性能，主存的组织与操作，存储器的访问周期，多体交叉存储技术，高速缓存的地址映射、替换策略和更新策略等技术，虚拟存储器及页表、快表等技术：指令系统与中央处理器：指令格式，指令和数据的寻址方式，指令周期，中央处理器的功能与组成，时序产生器和控制方式，微程序控制器及微程序设计技术，中央处理器的流水线技术，C P U的RISC技术；I/O接口与外围设备：常用输入设备和输出设备，磁盘存储器设备，磁带存储器设备，外围设备与主机的定时方式和信息交换方式，程序中断方式、D M A方式、通道方式；总线：总线信息的传送方式，总线的仲裁和定时，实用总线标准。覆盖知识单元：AR2数据的机器级表示AR3汇编级机器组织AR4存储系统组织和结构AR5接口和通讯AR6功能组织说明：无16.计算机体系结构本课程除了应涵盖“计算机组成基础”课程的内容外，其他要求建议由那些对计算机体系结构有特殊需要的院校自定。5.4 培养目标与教学计划5.4.1 培养规格与目标高等学校计算科学专业本科以上教育主要是为计算机产业，重要部门的计算机应用，中、高等学校教学和研究院所的科研工作培养人才。毕业生的主要流向应该是计算机公司，产品技术含量较高的工业企业，各行各业计算中心，中等以上学校和科研院所。但是，市场经济的发展规律并不能保证毕业生按照预设的目标流向和分布。方面，由于社会不同行业，不同层次的单位对计算科学人才的需求和市场经济规律的作用，必然有相当大批毕业生将进入以一般性计算机具体应用为主的岗位，只有少数毕业生会继续深造，或从事科学技术研究、开发和高等学校教学工作；另一方面，由于计算科学发展异常迅速，研究与开发内容的不断深化导致学科的知识组织结构变化很快，特别是学科知识组织结构中构造性数学基础和计算科学理论知识I I渐积淀，并正在对学科研究与开发产生重要影响。因此，在高等学校，本科计算科学（专业）教育常存在两种基本的教学计划和办学模式，以适应社会对计算科学人才的不同要求。首先需要说明的是，本书中关于计算科学硕士研究生教育、本科生教育的培养规格和目标是以我们关于面向2 1世纪教学内容与课程体系改革项目的研究工作为参照的，尚未得到国家教育委员会的认可。但是，应该看到，国家教育委员会颁布的计算科学硕士研究生教育、本科生教育的培养规格和目标是一种最基本的要求，作为国内具有较高起点的高等学校的计算机科学系，显然不能满足于这样种要求。我们相信，高起点和高标准的要求不仅能够为读者提供参考，而且对读者今后从事计算科学事业，参与国际竞争是有益的。高等学校计算科学专业研究生教育培养适应计算科学学科发展，国家社会发展与进步事业实际需要，德、智、体、美全面发展，具有良好的科学素养和文化修养，系统地、较好地掌握本学科公共基础知识，较好地掌握本学科基本概念、基本原理、基本方法、基本技术等基础理论知识；理论联系实际，受到良好的计算科学基本实验技术与技能等实践能力的基本训练，受到科学研究与实际应用训练的计算科学专门人才。除了对各级毕业生在德育、体育、外语、文化方面的要求外，对专业业务要求应有如下具体培养规格和目标。1.计算科学硕士研究生培养规格和目标为未来从事计算科学学科教学、研究、应用与开发提供一个深入开展工作的坚实的理论、方法和技术基础；毕业生应了解整个学科当前的发展现状和未来的发展趋势，了解学科发展的一般规律,掌握学科深入发展所需的研究生一级的核心基础知识和某一专业化方向的基本原理、基本技术和基本方法；具有在较高的起点上，即能够在阅读和正确理解相当于国际重要学术刊物，包括国内计算机学报、软件学报、计算机研究与发展等同档刊物(注：以国务院学位委员会评估文件为准)一个方向上若干学术论文和技术报告的起点上，独立开展学术研究或专业技术工作的能力；具有对一些计算科学技术项目所提出的思想、方法、技术和工程技术路线的能行性作出准确估计的能力；理
