软件知识结构.doc

操作系统、软件工程、设计模式、数据结构、数据库系统、网络安全)CC2001 把计算学科分成 14 个主要领域:一.DS. Discrete StructuresDS1. Functions, relations, and setsDS2. Basic logicDS3. Proof techniquesDS4. Basics of countingDS5. Graphs and treesDS6. Discrete probability介绍:主要内容包括集合论,数理逻辑,近世代数,图论以及组合数学等.该领域与计算学科各主领域有着紧密的联系,CC2001 为了强调它的重要性,特意将它列 为计算学科的第一个主领域.该主领域以“抽象“和“理论“两个学科形态出现在计算学科中,它为计算 学科各分支领域解决其基本问题提供了强有力的数学工具.二.PF. Programming FundamentalsPF1. Fundamental programming constructsPF2. Algorithms and problem-solvingPF3. Object-oriented programmingPF4. Fundamental data structuresPF5. RecursionPF6. Event-driven and concurrent programmingPF7. Using APIs介绍:主要内容包括程序设计结构,算法,问题求解和数据结构等.它考虑的是如何对问题进行抽象.它属于学科抽象形态方面的内容,并为计算学科各分支领域基本问题的感性认识(抽象)提供方法.基本问题主要包括:1.对给定的问题如何进行有效的描述并给出算法?2.如何正确选择数据结构?3.如何进行设计,编码,测试和调试程序?三.AL. Algorithms and Complexity AL1. Basic algorithmic analysisAL2. Algorithmic strategies AL3. Fundamental computing algorithms AL4. Distributed algorithms AL5. Basic computability theory AL6. The complexity classes P and NPAL7. Automata theoryAL8. Advanced algorithmic analysisAL9. Cryptographic algorithmsAL10. Geometric algorithmsAL11. Parallel algorithms介绍:主要内容包括算法的复杂度分析,典型的算法策略,分布式算法,并行算法,可计算理论,P 类和 NP 类问题, 自动机理论,密码算法以及几何算法等.1.抽象形态的主要内容:包括算法分析,算法策略(如蛮干算法,贪婪算法,启发式算法,分 治法等),并行和分布式算法等.2.理论形态的主要内容:包括可计算性理论,计算复杂性理论,P 和 NP 类问题,并行计算 理论,密码学等. 3.设计形态的主要内容:包括对重要问题类的算法的选择,实现和测试,对通用算法的实 现和测试,(如哈希表,图和树的实现与测试),对并行和分布式算法的实现和测试,对组合问题启发 式算法的大量实验测试,密码协议等.基本问题主要包括:1.对于给定的问题类,最好的算法是什么?要求的存储空间和计算时间有多少?空间和时 间如何折衷?2. 访问数据的最好方法是什么?3.算法最好和最坏的情况是什么?4.算法的平均性能如何?5.算法的通用性如何?四.PL. Programming LanguagesPL1. Overview of programming languagesPL2. Fundamental issues in language designPL3. Virtual machines PL4. Introduction to language translationPL5. Language translation systemsPL6. Type systemsPL7. Models of execution controlPL8. Declaration, modularity, and storage managementPL9. Programming language semanticsPL10. Programming paradigmsPL11. Language-based constructs for parallelism介绍:主要内容包括程序设计模式,虚拟机,类型系统,执行控制模型,语言翻译系统,程序设计 语言的语义学,基于语言的并行构件等.抽象形态的主要内容:包括基于语法和动态语义模型的语言分类(如静态型,动态型,函数 式,过程式,面向对象的,逻辑,规格说明,报文传递和数据流),按照目标应用领域的语言分类 (如商业数据处理,仿真,表处理和图形),程序结构的主要语法和语义模型的分类(如过程分层,函数合成,抽 象数据类型和通信的并行处理),语言的每一种主要类型的抽象实现模型,词法分析,编译,解释和代码 优化的方法,词法分析器,扫描器,编译器组件和编译器的自动生成方法等.理论形态的主要内容:包括形式语言和自动机,图灵机(过程式语言的基础),POST 系统 (字符串处理语言的基础),lamda-演算(函数式语言的基础),形式语义学,谓词逻辑,时态逻辑,近世代数等. 设计形态的主要内容:包括把一个特殊的抽象机器(语法)和语义结合在一起形成的统一 的可实现的整体特定语言(如过程式的(COBOL,FORTURN,ALGOL,Pascal,Ada,C),函数式的(LISP),数据流的 (SISAL,VAL),面向对象的 (Smalltalk,CLU,C++),逻辑的(Prolog),字符串(SNOBOL)和并发 (CSP,Concurrent Pascal,Modula 2)),特定类型语言的指定实现方法,程序设计环境,词法分析器和扫描器的产生器(如 YACC,LEX),编译 器产生器,语法和语义检查,成型,调试和追踪程序,程序设计语言方法在文件处理方面的应用(如制表,图,化学 公式),统计处理等.基本问题主要包括:1.语言(数据类型,操作,控制结构,引进新类型和操作的机制)表示的虚拟机的可能组织结构是什么?2.语言如何定义机器?机器如何定义语言?3.什么样的表示法(语义)可以有效地用于描述计算机应该做什么?五.AR. Architecture and OrganizationAR1. Digital logic and digital systems AR2. Machine level representation of data AR3. Assembly level machine organization AR4. Memory system organization and architecture AR5. Interfacing and communication AR6. Functional organization AR7. Multiprocessing and alternative architectures AR8. Performance enhancementsAR9. Architecture for networks and distributed systems介绍:主要内容包括数字逻辑,数据的机器表示,汇编级机器组织,存储技术,接口和通信,多道处理和预备体系结构,性能优化,网络和分布式系统的体系结构等.抽象形态的主要内容:包括布尔代数模型,基本组件合成系统的通用方法,电路模型和在有限领域内计算算术函数的有限状态机,数据路径和控制结构模型,不同的模型和工作负载的优化指令集,硬件可靠性(如冗余,错误检测,恢复与测试),VLSI 装置设计中的空间,时间和组织的折衷,不同的计算模型的机器组织(如时序的,数据流,表处理,阵列处理,向量处理和报文传递),分级设计的确定,即系统级, 程序级,指令级,寄存器级和门级等.理论形态的主要内容:包括布尔代数,开关理论,编码理论,有限自动机理论等.设计形态的主要内容:包括快速计算的硬件单元(如算术功能单元,高速缓冲存储器),冯·诺依曼机(单指令顺序存储程序式计算机),RISC 和 CISC 的实现,存储和记录信息,以及检测与纠正错误的有效方法,对差错处理的具体方法(如恢复,诊断,重构和备份过程),为 VLSI 电路设计的计算机辅助设计(CAD)系统和逻辑模拟,故障诊断,硅编译器等,在不 同计算模型上的机器实现(如数据流,树,LISP,超立方结构, 向量和多处理器),超级计算机 等.基本问题主要包括:1.实现处理器内存和机内通信的方法是什么?2.如何设计和控制大型计算系统,而且使其令人相信,尽管存在错误和失败,但它仍然是 按照我们的意图工作的?3.哪种类型的体系结构能够有效地包含许多在一个计算中能够并行工作的处理元素?4.如何度量性能?六.OS. Operating Systems OS1. Overview of operating systemsOS2. Operating system principlesOS3. Concurrency OS4. Scheduling and dispatchOS5. Memory management OS6. Device managementOS7. Security and protectionOS8. File systemsOS9. Real-time and embedded systemsOS10. Fault toleranceOS11. System performance evaluationOS12. Scripting介绍:主要内容包括操作系统的逻辑结构,并发处理,资源分配与调度,存储管理,设备管理,文 件系统等 .抽象形态的主要内容:包括不考虑物理细节(如面向进程而不是处理器,面向文件而不是 磁盘)而对同一类资源上进行操作的抽象原则,用户接口可以察觉的对象与内部计算机结构的绑定(Binding),重要的子问题模型(如进程管理,内存管理,作业调度,两级存储管理,和性能分析),安全 计算模型(如访问控制和验证)等.理论形态的主要内容:包括并发理论,调度理论(特别是处理机调度),程序行为和存储管 理的理论,(如存储分配的优化策略),性能模型化与分析等设计形态的主要内容:包括分时系统,自动存储分配器,多级调度器,内存管理器,分层文 件系统和其他作为商业系统基础的重要系统组件,构建操作系统(如 UNIX,DOS,Windows)的技术, 建立实用程序库的技术(如编辑器,文件形式程序,编译器,连接器和设备驱动器),文件和文件系统等 内容.基本问题主要包括:1.在计算机系统操作的每一个级别上,可见的对象和允许进行的操作各是什么?2.对于每一类资源,能够对其进行有效利用的最小操作集是什么?3.如何组织接口才能使得用户只需与抽象的资源而非硬件的物理细节打交道?4.作业调度,内存管理,通信,软件资源访问,并发任务间的通信以及可靠性与安全的控制 策略是什么?5.通过少数构造规则的重复使用进行系统功能扩展的原则是什么?七.NC. Net-Centric Computing NC1. Introduction to net-centric computing NC2. Communication and networking NC3. Network security NC4. The web as an example of client-server computingNC5. Building web applicationsNC6. Network managementNC7. Compression and decomp。