程序设计是按照一定的规则

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1、11J第1章绪论绪论程序设计是按照一定的规则，使用计算机指令控制计算机为人们提供服务的过程。从1946年第一台数字电子计算机诞生以来，程序设计伴随着计算机科学的发展不断进步，特别是20世纪50年代第一代高级程序设计语言出现后，出现了成千上万种程序设计语言和各种各样的程序设计方法：从0和1组成的机器语言到FORTRAN、ALGOL、COBOL，到C、PASCAL、Java；从结构化程序设计到面向对象程序设计，到构件。这些程序语言和方法丰富了程序设计的内容，使程序设计的应用更加广泛，同时也增加了学习程序设计的困惑：无论打开哪一个搜索引擎搜索“程序设

2、计”，都会出现多种不同的关键词，如网络程序设计、汇编程序设计、并行程序设计、极限程序设计、嵌入式程序设计……众多的概念使人们不知道从哪里开始学习；刚学习完了C程序设计又出现了C#语言，刚学会ASP又开始使用ASP.Net，快速的更新使人们不知道如何追赶。实际上，所有的计算机程序语言以及方法的最终目的都是一样的，就是良好地控制计算机按照人们的意愿去工作，共同的目的使各种各样的语言和方法有了共同的知识基础，所以在学习程序设计的时候，只要首先掌握程序设计的基础方法和规则，就能够触类旁通、举一反三。本章将介绍程序设计的一些基本概念和知识，后续章节将详细

3、讨论程序设计的各个方面，目的是分析程序设计的本质和特性，从更抽象的角度介绍程序设计知识，并不限于某种特殊的语言或者方法，当然在这个过程中会用一些具体的例子来使这些知识容易理解。1.1程序设计的应用学习任何一门学科之前，首先要明确学习它的意义，而了解程序设计的应用是了解程序设计的意义的最好方法。11J第1章绪论计算机学科是一门与应用紧密结合的学科，计算机学科的发展扩展了其应用范围，而计算机的应用也促进了学科自身的发展。计算机学科和数学、物理学、统计学、逻辑学等学科紧密相连，可以说计算机学科是一门包容性强的综合性学科，而无论计算机应用在哪个方面，往

4、往还是需要通过程序的运行来实现，从某个角度说，计算机的应用也就是程序设计的应用，而随着手机和一些嵌入式设备的普及，程序设计的应用已经不仅仅限于传统的计算机。本节将从多个方面介绍程序设计的应用。1.1.1科学计算科学计算是程序设计最早也是最重要的应用领域。实际上，在计算机技术发展的初期，计算机主要用于军事领域，操作计算机的也都是经过训练的专家。“科学计算”一词首先出现在1983年，由美国国防部、能源部、国家科学基金会以及一个由美国著名数学家拉克斯（P.Lax）为首的不同学科的专家委员会向美国政府提出的报告中，强调“科学计算是关系到国家安全、经济发

5、展和科技进步的关键性环节，是事关国家命脉的大事。”当时轰动美国朝野，总统科学顾问随即到国会作证，政府迅速采取措施。1984年美国政府大幅度增加科学计算经费，美国国家科学基金会（NSF）建立了“先进科学计算办公室”（OASC），制定全面高级科学计算发展规划，连续5年累计拨款2.5亿美元。新建成5个国家级超级计算中心（分别在普林斯顿大学、圣地亚哥、伊里诺大学、康奈尔大学和匹兹堡），配备当时最高性能的计算机，建立NSFnet新网络。1987年起NSF把“科学与工程计算”、“生物工程”和“全局性的科学”作为三大优先重点支持的领域。1990年美国国家研究

6、委员会发表了《振兴美国数学：90年代的计划》，建议对由计算引发的数学给予特殊的鼓励和资助。因为这种数学将成为有效地使用已在运转的或已设计好的许多超级计算机所必需的工具。关于算法或计算方法的研究是高度数学性的，涉及数学科学的许多分支。计算机为数学提供了一条通往科学和工程技术各个领域的重要通道，也开辟了一个数学时代。报告指出，由于大容量存储的高速计算机的使用，已经导致了科学和技术方面的两大突出进展：一是大量用于设计工作的实验逐步被数学模型的研究所取代，如航天飞机设计、反应堆设计、人工心脏瓣膜设计等；二是能获取和存储空前大量的数据，并能提取隐秘的信息

7、，如计算机层析X射线摄影、核磁共振等。1991年以美国总统的名义提出了“高性能计算与通信（HPCC）计划”。这是为了保持和提高美国在计算和网络等先进领域中的领导地位而制定的。该计划为期5年，由美国8个重要部门负责实施。投资的重点（43%）是发展先进的软件技术与并行算法，关键技术是可扩展的大规模并行计算。要求到1996年高性能计算能力提高14倍，达到万亿次每秒浮点运算速度（TOPS）；计算机网络通信能力提高100倍，达到109位每秒（Gbps）。该计划中列举的“挑战”项目有：磁记录技术、药物设计、催化、燃烧、海洋模拟、臭氧洞、空气污染、高速民用运

8、输机、数字解剖、蛋白质结构设计和金星成像等。1993年初美国总统发布“发展信息高速公路”（NII）的总统令。1994年4月美国总统发布“建立国家（地球