計算科學導論學科論文
論文摘要：計算科學主要講述了一種科學的思想方法，計算科學的基本概念、基本知識它的發(fā)展主線、學科分支、還有計算科學的特點、發(fā)展規(guī)律和趨勢。
論文關鍵字：計算科學 計算學科 計算機語言 計算機軟件 網(wǎng)絡和病毒
引言：隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，和計算科學的快速發(fā)展以及取得的大量成果。計算科學這一學科也也應運而生。《計算科學導論》正如此書的名字，此書很好的詮釋了計算科學這一學科，并且指導了我們應如何去學好這一學科。使得我們收獲頗多。并且讓我深深的反思了我的大學生活。正如趙老師書中所講的：“計算科學是年輕人的科學，一旦你選擇了計算科學作為你為之奮斗的專業(yè)類領域，就等于你選擇了一條布滿荊棘的道路。一個有志于從事計算科學研究與開發(fā)的學生，必須在大學幾年的學習中，打下堅實的基礎，才有可能在將來學科的高速發(fā)展中，或在計算機產(chǎn)品的開發(fā)和快速更新?lián)Q代中有所作為。
<一>什么是計算科學和它的來歷
計算科學主要是對描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設計、效率分析、實現(xiàn)和應用的系統(tǒng)研究。全部計算科學的基本問題是，什么能（有效的）自動運行，什么不能（有效的）自動運行。本科學來源于對數(shù)理邏輯、計算模型、算法理論、自動計算機器的研究，形成于20世紀30年代的后期。
隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，人類使用自動計算裝置代替人的人工計算和手工勞動的夢想成為現(xiàn)實。計算科學的快速發(fā)展以也取得大量成果，計算科學這一學科也也應運而生。
<二>計算科學的發(fā)展
a、首先先介紹圖靈機
圖靈機的發(fā)明打開了現(xiàn)代計算機的大門和發(fā)展之路。圖靈機通過一條兩端可無限延長的袋子，一個讀寫頭和一組控制讀寫頭的（控制器）組成它有一個狀態(tài)集和符號集，而此符號集一般只使用0和1兩個符號。而就是這個簡潔的結構和運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)字計算機的核心內(nèi)容。現(xiàn)在通用的計算機是電子數(shù)字計算機，而電子數(shù)字計算機的發(fā)展是建立在圖靈機的基礎之上。他的二進制思想使計算機的制作的簡化成只需兩個穩(wěn)定態(tài)的元器件。這在今后的計算機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、計算機帶動的計算學科
1946年隨著現(xiàn)代意義上的電子數(shù)字計算機eniac的誕生。掀起了社會快速發(fā)展的嶄新一頁。計算機工作和運行就擺在了人們的面前。
1、計算機語言
我們要用計算機求解一個問題，必須事先編好程序。因此就出現(xiàn)了最早的機器指令和匯編語言。20世紀50年代后，計算機的發(fā)展步入了實用化的階段。然而，在最初的應用中，人們普遍感到使用機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，復雜程序查找錯誤尤其困難，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計語言。1952年，第一個程序設計語言shortcode出現(xiàn)。兩年后，fortran問世。作為一種面向科學計算的高級程序設計語言，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計語言。algol60的誕生是計算機語言的研究成為一門科學的標志。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)傳遞機制等。而且，它是第一個用嚴格的語法規(guī)則——巴科斯范式（bnf）定義語言文法的高級語言。還有用于支持結構化程序設計的pascal語言，適合于軍隊各方面應用的大型通用程序設計語言ada，支持并發(fā)程序設計的modula—2，支持邏輯程序設計的prolog語言，支持人工智能程序設計的lisp語言，支持面積對象程序變換的smalltalk、c等。
2、計算機系統(tǒng)和軟件開發(fā)方法
現(xiàn)代意義上的計算機絕不是一個簡單的計算機了而也包括了軟件（系統(tǒng)軟件、應用軟件）。各種各樣的軟件使得計算機的用途大大增強。而軟件開發(fā)也成為了一個重要課題和發(fā)展方向。軟件開發(fā)的理論基礎即是計算模型。隨著計算機網(wǎng)絡、分布式處理和多媒體的發(fā)展。在各種高級程序設計語言中增加并發(fā)機構以支持分布式程序設計，在語言中通過擴展繪圖子程序以支持計算機圖形學程序設計在程序設計語言中已非常的流行。之后，在模數(shù)/數(shù)模轉換等接口技術和數(shù)據(jù)庫技術的支持下，通過擴展高級語言的程序庫又實現(xiàn)了多媒體程序設計的構想。進入20世紀90年代之后，并行計算機和分布式大規(guī)模異質計算機網(wǎng)絡的發(fā)展又將并行程序設計語言、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)的關鍵技術依然與高級語言和計算模型密切相關，如各種并行、并發(fā)程序設計語言，進程代數(shù)，petri網(wǎng)等，它們正是軟件開發(fā)方法和技術的研究中支持不同階段軟件開發(fā)的程序設計語言和支持這些軟件開發(fā)方法和技術的理論基礎——計算模型
3、計算機圖形學
在計算機的硬件的迅速發(fā)展中。隨著它的存儲容量的增大，也掀起了計算機的巨大改革。計算機圖形學、圖像處理技術的發(fā)展，促使圖形化界面的出現(xiàn)。計算機圖形學是使用計算機輔助產(chǎn)生圖形并對圖形進行處理的科學。并由此推動了計算機輔助設計（cad）、計算機輔助教學（cai）、計算機輔助信息處理、計算機輔助測試（cat）等方向的發(fā)展。圖形化界面的出現(xiàn)，徹底改變了在一個黑色的dos窗口前敲代碼輸入控制命令的時代。同時也成就了一個偉大的公司microsoft。
4、計算機網(wǎng)絡
隨著用戶迫切需要實現(xiàn)不同計算機上的軟硬件和信息資源共享。網(wǎng)絡就在我們的需求中誕生了。網(wǎng)絡的發(fā)展和信息資源的交換使每臺計算都變成了網(wǎng)絡計算機。這也促進計算機的發(fā)展和廣泛應用。
<三>計算機學科的主線及發(fā)展方向
圍繞著學科基本問題而展開的大量具體研究，形成學科發(fā)展的主流方向與學科發(fā)展主線和學科自身的知識組織結構。計算學科內(nèi)容按照基礎理論、基本開發(fā)技術、應用以及他們與硬件設備聯(lián)系的緊密程度分成三個層面：
1、計算科學應用層
它包括人工智能應用與系統(tǒng)，信息、管理與決策系統(tǒng)，移動計算，計劃可視化，科學計算機等計算機應用的各個方向。
2、計算科學的專業(yè)基礎層
它是為應用層提供技術和環(huán)境的一個層面，包括軟件開發(fā)方法學，計算機網(wǎng)絡與通信技術，程序設計科學，計算機體系結構、電子計算機系統(tǒng)基礎。
3、計算科學的基礎層
它包括計算科學的數(shù)學理論，高等邏輯等內(nèi)容。其中計算的數(shù)學理論涵蓋可計算性與計算復雜性理論形式語言與計算機理論等。
<四>計算機的網(wǎng)絡的發(fā)展及網(wǎng)絡安全
�。�1）計算機網(wǎng)絡與病毒
一個現(xiàn)代計算機被定義為包含存儲器、處理器、功能部件、互聯(lián)網(wǎng)絡、匯編程序、編譯程序、操作系統(tǒng)、外部設備、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)絡也被加入到計算機當中。說明了網(wǎng)絡的重要以及普及性。21世紀是信息時代。信息已成為一種重要的戰(zhàn)略資。信息科學成為最活躍的領域之一，信息技術改變著人們的生活方式。現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)絡已經(jīng)廣泛應用于科研、教育、企業(yè)生產(chǎn)、與經(jīng)營管理、信息服務等各個方面。全世界的互聯(lián)網(wǎng)internet正在爆炸性的擴大，已經(jīng)成為覆蓋全球的信息基礎設施之一。
因為互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展與應用，我們各行各業(yè)都在使用計算機。信息安全也顯得格外重要。而隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全受到嚴重的挑戰(zhàn)，來自計算機病毒和黑客的攻擊及其他方面的威脅也越來越大。其中計算機病毒更是很難根治的主要威脅之一。計算機病毒給我們帶來的負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。
我們想更好的讓計算機為我們服務，我們就必須很好的利用它，利用網(wǎng)絡。同時我們也應該建立起自己的防護措施，以抵抗外來信息的侵入，保護我們的信息不受攻擊和破壞。
�。�2）計算機病毒及它的防范措施：
計算機病毒是一組通過復制自身來感染其它軟件的程序。當程序運行時，嵌入的病毒也隨之運行并感染其它程序。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。此方式是計算機病毒注入的最佳方式，同時技術難度也最大�？赡艿耐緩接校孩僦苯酉驅Ψ诫娮酉到y(tǒng)的無線電接收器或設備發(fā)射，使接收器對其進行處理并把病毒傳染到目標機上。②冒充合法無線傳輸數(shù)據(jù)。根據(jù)得到的或使用標準的無線電傳輸協(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，進入接收器，進而進人信息網(wǎng)絡。③尋找對方信息系統(tǒng)保護最差的地方進行病毒注放。通過對方未保護的數(shù)據(jù)鏈路，將病毒傳染到被保護的鏈路或目標中。
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)，在需要時將其激活，達到攻擊目的。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，我國很多計算機組件依賴進口，困此，很容易受到芯片的攻擊。
3．后門攻擊方式。后門，是計算機安全系統(tǒng)中的一個小洞，由軟件設計師或維護人發(fā)明，允許知道其存在的人繞過正常安全防護措施進入系統(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系統(tǒng)。計算機入侵者就常通過后門進行攻擊，如目前普遍使用的windows98，就存在這樣的后門。
4．數(shù)據(jù)控制鏈侵入方式。隨著因特網(wǎng)技術的廣泛應用，使計算機病毒通過計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制鏈侵入成為可能。使用遠程修改技術，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．建立有效的計算機病毒防護體系。有效的計算機病毒防護體系應包括多個防護層。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)恢復層；六是應急計劃層。上述六層計算機防護體系，須有有效的硬件和軟件技術的支持，如安全設計及規(guī)范操作。
2．嚴把收硬件安全關。國家的機密信息系統(tǒng)所用設備和系列產(chǎn)品，應建立自己的生產(chǎn)企業(yè)，實現(xiàn)計算機的國產(chǎn)化、系列化；對引進的計算機系統(tǒng)要在進行安全性檢查后才能啟用，以預防和限制計算機病毒伺機入侵。
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，不僅可以達到防止計算機信息泄露的目的，而且可以防止“電磁輻射式”病毒的攻擊。
4．加強計算機應急反應分隊建設。應成立自動化系統(tǒng)安全支援分隊，以解決計算機防御性的有關問題。
很多公司都有因為電腦被入侵而遭受嚴重經(jīng)濟損失的慘痛經(jīng)歷，不少普通用戶也未能避免電腦被破壞的厄運，造成如此大損失的并不一定都是技術高超的入侵者所為，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)級應用程序開發(fā)人員、如果你是高級計算機用戶、如果你是論壇管理人員……請密切注意有關字符漏洞以及其他各類漏洞的最新消息及其補丁，及時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)安裝最新的補丁會讓你遠離字符帶來的危險。經(jīng)常殺毒，注意外來設備在計算機上的使用和計算機對外網(wǎng)的鏈接。也可以大大有效的避免計算機被攻擊。
<五>總結
在學了計算科學導論之后，讓我更深入的了解了我將來要從事的學科。計算科學導論指導著我們該怎么學習計算機。讓我更清楚的知道我們信息安全專業(yè)的方向。正如計算科學這座大樓一樣，在不斷的成長。信息安全也必將隨著網(wǎng)絡的進一步發(fā)展而更多的被人們重視�？傊畬W習了這門課之后讓我受益匪淺，也知道自己應該好好努力，爭取在自己的專業(yè)領域上有所成就。
參考文獻：
1、《計算科學導論》(第三版),趙志琢著,科學出版社2004版
2、《計算機應用于基礎》(第三版)丁愛萍著西安電子科技大學出版社2006版
3、《軟件工程》薩莫維爾著機械工業(yè)出版社2007版
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