高等教育中計(jì)算機(jī)簇式知識(shí)點(diǎn)的戰(zhàn)略思考

賈韶華

計(jì)算機(jī)教育的復(fù)雜性不僅僅來(lái)源于計(jì)算機(jī)本身的知識(shí)，而在于它所涵蓋的各種分支的大量知識(shí)交互式二次涵蓋，在高等教育尤其是尖端人才的培養(yǎng)上，處于戰(zhàn)略層面的思考，我認(rèn)為簇式知識(shí)點(diǎn)的教育模式更有利于使人才思路清晰的把握學(xué)習(xí)方向，研究方向，以及非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)員對(duì)本專業(yè)所需的相關(guān)計(jì)算機(jī)知識(shí)有一個(gè)準(zhǔn)確而清晰的判斷。

1.簇式知識(shí)點(diǎn)

什么是簇？文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器之間的接口，當(dāng)操作系統(tǒng)被請(qǐng)求從讀取一個(gè)文件硬盤里時(shí)，相應(yīng)的文件系統(tǒng)會(huì)請(qǐng)求（如FAT 12/24/NTFS）打開文件。磁盤最小的物理 存儲(chǔ)單元 是扇區(qū)，但由于操作系統(tǒng)無(wú)法對(duì)數(shù)目眾多的扇區(qū)進(jìn)行尋址，所以操作系統(tǒng)就將相鄰的扇區(qū)組合在一起，形成一個(gè)簇，然后再對(duì)簇進(jìn)行管理。顯然，簇是操作系統(tǒng)所使用的邏輯概念，而非磁盤的物理特性。為了更好地管理磁盤空間和更高效地從硬盤讀取數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)規(guī)定一個(gè)簇中只能放置一個(gè)文件的內(nèi)容，因此文件所占用的空間，只能是簇的整數(shù)倍；而如果文件實(shí)際大小小于一簇，它也要占一簇的空間。

我所提出的簇式概念就是模糊的引入了物理概念，將交互式的知識(shí)相對(duì)獨(dú)立的，強(qiáng)制性的分類，因?yàn)閷W(xué)員的知識(shí)水平還不足以面對(duì)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)多學(xué)科知識(shí)融合，簇式分類不但不會(huì)下降學(xué)員的創(chuàng)造力，反之會(huì)令其對(duì)知識(shí)體系分型產(chǎn)生清晰，準(zhǔn)確的概念。

2、計(jì)算機(jī)科學(xué)中的數(shù)學(xué)理論簇

計(jì)算機(jī)學(xué)科最基本的基礎(chǔ)簇就是數(shù)學(xué)理論簇。計(jì)算機(jī)硬件制造的基礎(chǔ)是電子 科學(xué) 和技術(shù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，所以數(shù)學(xué)和電子學(xué)知識(shí)是計(jì)算機(jī)學(xué)科重要的基礎(chǔ)知識(shí)。計(jì)算機(jī)學(xué)科在基本的定義、定理、公理和證明技巧等很多方面都要依賴數(shù)學(xué)方法和數(shù)學(xué)知識(shí)。數(shù)學(xué)是利用符號(hào)語(yǔ)言研究數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化以及空間模型等概念的一門學(xué)科。數(shù)學(xué)， 反映了人們積極進(jìn)取的意志、縝密周詳?shù)倪壿嬐评砑皩?duì)完美境界的追求， 成為人類思維的表達(dá)形式。而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展遇到了很大的瓶頸就是理論數(shù)學(xué)的發(fā)展出現(xiàn)了滯后。計(jì)算機(jī)直接能識(shí)別的語(yǔ)言仍然是0、1二進(jìn)制代碼。數(shù)學(xué)更多的是一種抽象的概念是一門重要的工具學(xué)科。人類利用一些固定的定律形成理論及抽象的概念，而人類發(fā)展學(xué)習(xí)的初衷并不是脫離實(shí)際應(yīng)用的概念，而是利用它們來(lái)指導(dǎo)數(shù)學(xué)，化抽象為實(shí)體。而計(jì)算機(jī)就由此演化。計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)理論簇是計(jì)算機(jī)技術(shù)首先要學(xué)習(xí)的。它大概可分類為：高等數(shù)學(xué)，線性代數(shù)，概率論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)。

高等數(shù)學(xué)。高等數(shù)學(xué)主要包含函數(shù)與極限、 微積分 、導(dǎo)數(shù)與微分、微分中值定理與導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用、不定積分、定積分及應(yīng)用、空間解析幾何與向量代數(shù)、多元函數(shù)微分法及其應(yīng)用、重積分、曲線積分與曲面積分、無(wú)窮級(jí)數(shù)、常微分方程。一般以微積分學(xué)和級(jí)數(shù)理論為主，各種微積分的運(yùn)算正是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的基礎(chǔ)。

線性代數(shù)。線性代數(shù)主要包含行列式、矩陣及其運(yùn)算、矩陣的初等變換與線性方程組、向量組的線性相關(guān)性、相似矩陣及二次型、線性空間與線性變換。

概率論。概率空間，隨機(jī)變量與概率分布，隨機(jī)向量、抽樣分布、數(shù)字特征與特征函數(shù)，隨機(jī)極限理論，隨機(jī)過(guò)程，隨機(jī)分析，應(yīng)用概率論，回歸分析金融數(shù)學(xué)等。概率論是研究隨機(jī)現(xiàn)象客觀規(guī)律并付諸應(yīng)用的數(shù)學(xué)學(xué)科，處理隨機(jī)現(xiàn)象的基本方法和思想，培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

數(shù)理統(tǒng)計(jì)。樣本 及 抽樣 分布； 假設(shè)檢驗(yàn) ， 參數(shù)估計(jì) ， 方差分析 及 回歸分析 ， 是數(shù)學(xué)系各專業(yè)的一門重要課程。應(yīng)用概率論的結(jié)果更深入地分析研究 統(tǒng)計(jì)資料 ，通過(guò)對(duì)某些現(xiàn)象的 頻率 的觀察來(lái)發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律性，并作出一定精確程度的判斷和預(yù)測(cè)；將這些研究的某些結(jié)果加以歸納整理，逐步形成一定的 數(shù)學(xué) 概型，這些組成了數(shù)理統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容 樣本 及 抽樣 分布；數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)備知識(shí)：概率論 、 線性代數(shù) 、 數(shù)學(xué)分析 。

3、計(jì)算機(jī)科學(xué)中的計(jì)算理論簇

計(jì)算理論是關(guān)于計(jì)算和計(jì)算機(jī)械的數(shù)學(xué)理論。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)主要包括如： 匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言、，JAVA、編譯語(yǔ)言，的基本概念、順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)、循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、函數(shù)、數(shù)組、指針、聯(lián)合以及枚舉類型、編譯預(yù)處理、位運(yùn)算、文件等內(nèi)容，掌握和利用各種編程語(yǔ)言，進(jìn)行各種程序設(shè)計(jì)的基本方法，以及編程技巧。計(jì)算理論是編程的核心，數(shù)學(xué)運(yùn)算又是編程的基礎(chǔ)。包括：算法是解題過(guò)程的精確描述，算法學(xué)是系統(tǒng)的研究算法的分析， 設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的學(xué)科，計(jì)算復(fù)雜性理論是用數(shù)學(xué)方法研究計(jì)算機(jī)各類問(wèn)題的復(fù)雜性學(xué)科，可計(jì)算性理論是指研究計(jì)算的一般性質(zhì)的數(shù)學(xué)理論，自動(dòng)機(jī)理論是以研究離散數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及兩者之關(guān)系為主要內(nèi)容的數(shù)學(xué)理論，形式語(yǔ)言理論是用數(shù)學(xué)方法研究自然語(yǔ)言和人工語(yǔ)言的融合性語(yǔ)法理論[1]，計(jì)算幾何學(xué)是研究幾何外形 信息 的計(jì)算機(jī)數(shù)字化表示。計(jì)算理論的形式化方法是建立在嚴(yán)格數(shù)學(xué)運(yùn)算上的軟件開發(fā)方法。軟件開發(fā)的過(guò)程中，從需求分析， 設(shè)計(jì)，規(guī)約，編程，程序系統(tǒng)集成，測(cè)試，軟件生成，維護(hù)各個(gè)階段，都是采用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)語(yǔ)言，并且具有精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)義的方法[2]。并行計(jì)算問(wèn)題是 “同時(shí)執(zhí)行”多個(gè)計(jì)算程序。延伸學(xué)科有： 并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、并行編譯程序、并行算法、并行處理系統(tǒng)、并行數(shù)據(jù)庫(kù)。

4、計(jì)算機(jī)科學(xué)中的數(shù)據(jù)庫(kù)簇

數(shù)據(jù)庫(kù)指的是以一定方式儲(chǔ)存在一起、具有盡可能小的 冗余度 、能為多個(gè)用戶共 享 、與應(yīng)用程序彼此獨(dú)立的數(shù)據(jù) 集合 。是存放二級(jí) 存儲(chǔ)器 中的數(shù)據(jù)集合[3]，并且依照某種 數(shù)據(jù)模型 組織。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 獨(dú)立于使用它的 應(yīng)用程序 ，對(duì)數(shù)據(jù)的刪、增、改和檢索由數(shù)據(jù)庫(kù) 軟件 進(jìn)行管理和控制。內(nèi)容包括數(shù)據(jù)整體，數(shù)據(jù)共享，基本結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)分三個(gè)層次，⑴物理 數(shù)據(jù)層 。⑵概念 數(shù)據(jù)層 。⑶邏輯 數(shù)據(jù)層 。主要特點(diǎn)：⑴實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。⑵減少數(shù)據(jù)的冗余度。⑶數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。⑷數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中控制。⑸ 數(shù)據(jù)一致性 和可維護(hù)性，以確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。⑹故障恢復(fù)。數(shù)據(jù)種類[4]分為：層次式數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系式數(shù)據(jù)庫(kù)三種。

5、計(jì)算機(jī)科學(xué)中的網(wǎng)絡(luò)簇

計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)（computer networks）從整體上來(lái)說(shuō)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是把分布在不同地理區(qū)域的計(jì)算機(jī)與專門的外部設(shè)備用通信線路互聯(lián)成一個(gè)規(guī)模大、功能強(qiáng)的系統(tǒng)，從而使眾多的計(jì)算機(jī)可以方便地互相傳遞信息，共享 硬件 、軟件、數(shù)據(jù)信息等資源。是一些相互連接的、以 共享資源 為目的的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。另外，從 邏輯 功能上看， 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 是以傳輸信息為 基礎(chǔ) 目的，利用 通信線路 將地理上分散的、具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信設(shè)備按不同的形式連接起來(lái)[5]，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件及協(xié)議實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。它是一個(gè)能為用戶自動(dòng)管理的網(wǎng)絡(luò) 操作系統(tǒng) 。由它調(diào)用完成用戶所調(diào)用的資源。它可以按連接定義，按需求定義， Internet 的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大體經(jīng)歷了三個(gè)階段的演進(jìn)，從單個(gè)網(wǎng)絡(luò)ARPAnet向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，建立三級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)，多級(jí)結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)。大致可分為五個(gè)接入級(jí)[6]：網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)NAP，多個(gè)公司經(jīng)營(yíng)的國(guó)家主干網(wǎng)，地區(qū)ISP，本地ISP，校園網(wǎng)、企業(yè)或家庭PC機(jī)上網(wǎng)用戶。它可以從事資源共享（resource sharing），強(qiáng)大的通信媒介（communication medium）， 電子商務(wù) 活動(dòng)，移動(dòng)用戶的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，組成分類包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)、應(yīng)用軟件四部分。各種網(wǎng)絡(luò)類型劃分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)四種。為了減少網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于規(guī)定信息的格式以及如何發(fā)送和接收信息的一套規(guī)則稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（network protocol）或通信協(xié)議（communication protocol）。絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)采用分層設(shè)計(jì)方法。將網(wǎng)絡(luò)的整體功能分解為一個(gè)個(gè)的功能層[7]，不同機(jī)器上的同等功能層之間采用相同的協(xié)議，同一機(jī)器上的相鄰功能層之間通過(guò)接口進(jìn)行信息傳遞。在整個(gè)過(guò)程中，主要涉及到了三個(gè)子系統(tǒng)、即用戶子系統(tǒng)，郵政子系統(tǒng)和運(yùn)輸子系統(tǒng)。同一計(jì)算機(jī)的不同功能層之間的通信規(guī)則稱為接口（ i n t e r f a c e），在第N層和第（N+ 1）層之間的接口稱為N /（N+ 1）層接口?？偟膩?lái)說(shuō)，協(xié)議是不同機(jī)器同等層之間的通信約定，而接口是同一機(jī)器相鄰層之間的通信約定。常用網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)（Ethernet）、令牌網(wǎng)（Token Ring）、FDDI網(wǎng)、異步傳輸模式網(wǎng)（ATM）、無(wú)線局域網(wǎng)等幾類，按傳輸介質(zhì)劃分為有線網(wǎng)，光纖網(wǎng)，無(wú)線網(wǎng)。按數(shù)據(jù)交換方式劃分為 電路交換 網(wǎng)，報(bào)文交換網(wǎng)，分組交換網(wǎng)。該文原載于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)》雜志http：//www.ems86.com總第539期2014年第07期-----轉(zhuǎn)載須注名來(lái)源按通信方式劃分為廣播式傳輸網(wǎng)絡(luò)，點(diǎn)到點(diǎn)式傳輸網(wǎng)絡(luò)。按服務(wù)方式劃分為客戶機(jī)，服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)等網(wǎng)。

6、計(jì)算機(jī)科學(xué)中的信息安全簇

計(jì)算機(jī)信息安全分為廣義安全與狹義安全兩個(gè)層次，廣義的信息安全是從傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)安全到信息安全，是對(duì)安全發(fā)展的延伸，不是單純的技術(shù)問(wèn)題，而是將技術(shù)、管理、法律等應(yīng)用于 計(jì)算機(jī) 、 通信 、 電子商務(wù) 、 電子政務(wù) 、 電子金融 等領(lǐng)域問(wèn)題相結(jié)合的產(chǎn)物。狹義的安全是建立在以密碼論為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域。專業(yè)基礎(chǔ)主要集合與圖論、代數(shù)與邏輯、密碼學(xué)原理、編碼理論、信息論基礎(chǔ)、信息安全體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通信原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全管理、信息安全概論、網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)與防范技術(shù)、病毒機(jī)制與防護(hù)技術(shù)、數(shù)字鑒別及認(rèn)證系統(tǒng)、防火墻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)等。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是保證計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)真實(shí)性，保密性，完整性，可用性，不可抵賴性，可控制性，可審查性。安全威脅主要是信息泄露，破壞信息的完整性，拒絕服務(wù)，非法使用（非授權(quán)訪問(wèn)），竊聽，業(yè)務(wù)流分析，假冒，旁路控制，授權(quán)侵犯，特洛伊木馬，陷阱門，抵賴，重放，計(jì)算機(jī)病毒，人員不慎，媒體廢棄，物理侵入，竊取，業(yè)務(wù)欺騙。主要來(lái)源為自然災(zāi)害、意外事故；計(jì)算機(jī)犯罪；人為錯(cuò)誤；"黑客" 行為；內(nèi)部泄密；外部泄密；信息丟失；電子諜報(bào)，比如信息流量分析、信息竊取等；信息戰(zhàn)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自身缺陷；嗅探[8]。策略是指DG圖文檔加密，能夠智能識(shí)別計(jì)算機(jī)所運(yùn)行的涉密數(shù)據(jù)，自動(dòng)強(qiáng)制對(duì)所有涉密數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作，先進(jìn)的信息安全技術(shù)，用戶對(duì)自身面臨的威脅進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，嚴(yán)格的安全管理，企業(yè)和單位應(yīng)建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全管理辦法，制訂嚴(yán)格的法律、法規(guī)。

7、計(jì)算機(jī)科學(xué)中的人工智能簇

計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)研究 Artificial Intelligence and Robotics Research 是前沿的研究領(lǐng)域，內(nèi)容包括：智能機(jī)器人，機(jī)器翻譯，模式識(shí)別與智能系統(tǒng)，語(yǔ)音識(shí)別與合成，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用，系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)過(guò)程建模與智能控制[9]，知識(shí)發(fā)現(xiàn)與機(jī)器學(xué)習(xí)，智能計(jì)算與機(jī)器博弈，人工智能理論，計(jì)算機(jī)感知，圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)，建筑智能化技術(shù)與應(yīng)用，狀態(tài)空間表示，知識(shí)推理技術(shù)，模糊邏輯技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，專家系統(tǒng)，機(jī)器學(xué)習(xí)，群集智能[10]。

8、計(jì)算機(jī)科學(xué)中的應(yīng)用簇

計(jì)算機(jī)應(yīng)用 技術(shù)，Technology of Computer Application，對(duì)各種軟件的各種設(shè)置屬性和功能有足夠的應(yīng)用能力，可以駕馭 計(jì)算機(jī) 高效率的為不同人群提供需要的各種服務(wù)。主要包括： 計(jì)算機(jī) 軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)、Linux 操作系統(tǒng) 、 微型計(jì)算機(jī) 安裝調(diào)試維修、 工程經(jīng)濟(jì) 、 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 與C 程序設(shè)計(jì) 、 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) SQL、 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 、單片機(jī)原理與技術(shù)、 多媒體 軟件應(yīng)用、高級(jí)語(yǔ)言匯編、VB. net程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)站建設(shè)、Delphi程序設(shè)計(jì)、圖形圖像應(yīng)用處理（PhotoShop）、 Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 、Flash動(dòng)畫制作、辦公室軟件應(yīng)用操作。

計(jì)算機(jī)科學(xué)一直在不斷地從多學(xué)科的概念、方法和理論中吸取營(yíng)養(yǎng)，反過(guò)來(lái)，計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展也為多學(xué)科研究提供新的方法和工具。計(jì)算機(jī)簇式知識(shí)點(diǎn)理論有助于將復(fù)雜的知識(shí)體系清晰化，僅就教學(xué)而言，我認(rèn)為是戰(zhàn)略性的，我們的考試評(píng)價(jià)體系以及專業(yè)技術(shù)認(rèn)證體系應(yīng)當(dāng)進(jìn)行簇式單項(xiàng)的認(rèn)證，對(duì)應(yīng)用型人才又可以多項(xiàng)簇考核的總成績(jī)結(jié)果組合成不同的分類認(rèn)證師。這樣的考核和教學(xué)模式更有利于計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)。

（作者單位：空軍工程大學(xué)理學(xué)院）