软件知识结构.docx

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软件知识结构

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.DiscreteStructures

　　DS1.Functions,relations,andsets

　　DS2.Basiclogic

　　DS3.Prooftechniques

　　DS4.Basicsofcounting

　　DS5.Graphsandtrees

　　DS6.Discreteprobability

　　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.ProgrammingFundamentals

　　PF1.Fundamentalprogrammingconstructs

　　PF2.Algorithmsandproblem-solving

　　PF3.Object-orientedprogramming

　　PF4.Fundamentaldatastructures

　　PF5.Recursion

　　PF6.Event-drivenandconcurrentprogramming

　　PF7.UsingAPIs

　　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.AlgorithmsandComplexity

　　AL1.Basicalgorithmicanalysis

　　AL2.Algorithmicstrategies

　　AL3.Fundamentalcomputingalgorithms

　　AL4.Distributedalgorithms

　　AL5.Basiccomputabilitytheory

　　AL6.ThecomplexityclassesPandNP

　　AL7.Automatatheory

　　AL8.Advancedalgorithmicanalysis

　　AL9.Cryptographicalgorithms

　　AL10.Geometricalgorithms

　　AL11.Parallelalgorithms

　　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.ProgrammingLanguages

　　PL1.Overviewofprogramminglanguages

　　PL2.Fundamentalissuesinlanguagedesign

　　PL3.Virtualmachines

　　PL4.Introductiontolanguagetranslation

　　PL5.Languagetranslationsystems

　　PL6.Typesystems

　　PL7.Modelsofexecutioncontrol

　　PL8.Declaration,modularity,andstoragemanagement

　　PL9.Programminglanguagesemantics

　　PL10.Programmingparadigms

　　PL11.Language-basedconstructsforparallelism

　　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,ConcurrentPascal,Modula2））,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.ArchitectureandOrganization

　　AR1.Digitallogicanddigitalsystems

　　AR2.Machinelevelrepresentationofdata

　　AR3.Assemblylevelmachineorganization

　　AR4.Memorysystemorganizationandarchitecture

　　AR5.Interfacingandcommunication

　　AR6.Functionalorganization

　　AR7.Multiprocessingandalternativearchitectures

　　AR8.Performanceenhancements

　　AR9.Architecturefornetworksanddistributedsystems

　　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.OperatingSystems

　　OS1.Overviewofoperatingsystems

　　OS2.Operatingsystemprinciples

　　OS3.Concurrency

　　OS4.Schedulinganddispatch

　　OS5.Memorymanagement

　　OS6.Devicemanagement

　　OS7.Securityandprotection

　　OS8.Filesystems

　　OS9.Real-timeandembeddedsystems

　　OS10.Faulttolerance

　　OS11.Systemperformanceevaluation

　　OS12.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-CentricComputing

　　NC1.Introductiontonet-centriccomputing

　　NC2.Communicationandnetworking

　　NC3.Networksecurity

　　NC4.Thewebasanexampleofclient-servercomputing

　　NC5.Buildingwebapplications

　　NC6.Networkmanagement

　　NC7.Compressionanddecompression

　　NC8.Multimediadatatechnologies

　　NC9.Wirelessandmobilecomputing

　　介绍:

　　主要内容包括计算机网络的体系结构,网络安全,网络管理,无线和移动计算以及多媒体数据技术等.

　　抽象形态的主要内容:

包括分布式计算模型（如C/S模式,合作时序进程,消息传递和远方过程调用）,

　　组网（分层协议.命名.远程资源利用,帮助服务和局域网协议）,网络安全模型（如通信,访问控制和验证）等.

　　理论形态的主要内容:

包括数据通信理论,排队理论,密码学,协议的形式化验证等.

　　设计形态的主要内容:

包括排队网络建模和实际系统性能评估的模拟程序包,网络体系结构

　　（如以太网.FDDI.令牌网）,包含在TCP/IP中的协议技术,虚拟电路协议,Internet,实时会议等.

　　基本问题主要包括:

　　1.网络中的数据如何进行交换?

　　2.网络协议如何验证?

　　3.如何保证网络的安全?

　　4.分布式计算的性能如何评价?

　　5.分布式计算如何组织才能够使通过通信网连接在一起的自主计算机参加到一项计算中,而网络协议,

　　主机地址,带宽和资源则具有透明性?

　　八.HC.Human-ComputerInteraction

　　HC1.Foundationsofhuman-computerinteraction

　　HC2.Human-centeredsoftwareevaluation

　　HC3.Human-centeredsoftwaredevelopment

　　HC4.Graphicaluser-interfacedesign

　　HC5.Graphicaluser-interfaceprogramming

　　HC6.HCIaspectsofmultimediasystems

　　HC7.HCIaspectsofcollaborationandcommunication

　　介绍:

　　主要内容包括以人为中心的软件开发和评价,图形用户接口设计,多媒体系统的人机接口等.

　　抽象形态的主要内容:

包括人的表现模型（如理解,运动,认知,文件,通信和组织）,原型化,

　　交互对象的描述,人机通信（含减少人为错误和提高人的生产力的交互模式心理学研究）等.

　　理论形态的主要内容:

包括认知心理学,社会交互科学等.

　　设计形态的主要内容:

交互设备（如键盘,语音识别器）,有关人机交互的常用子程序库,

　　图形专用语言,原形工具,用户接口的主要形式（如子程序库,专用语言和交互命令）,

　　交互技术（如选择,定位,定向,拖动等技术）,图形拾取技术,以"人为中心"的人机交互软件的评价标准等.

　　基本问题主要包括:

　　1.表示物体和自动产生供阅览的照片的有效方法是什么?

　　2.接受输入和给出输出的有效方法是什么?

　　3.怎样才能减小产生误解和由此产生的人为错误的风险?

　　4.图表和其他工具怎样才能通过存储在数据集中的信息去理解物理现象?

　　八.GV.GraphicsandVisualComputing

　　GV1.Fundamentaltechniquesingraphics

　　GV2.Graphicsystems

　　GV3.Graphiccommunication

　　GV4.Geometricmodeling

　　GV5.Basicrendering

　　GV6.Advancedrendering

　　GV7.Advancedtechniques

　　GV8.Computeranimation

　　GV9.Visualization

　　GV10.Virtualreality

　　GV11.Computervision

　　介绍:

　　主要内容包括计算机图形学,可视化,虚拟现实,计算机视觉等4个学科子领域的研究内容.

　　抽象形态的主要内容:

包括显示图像的算法,计算机辅助设计（CAD）模型,实体对象的计算机表示,

　　图像处理和加强的方法.

　　理论形态的主要内容:

包括二维和高维几何（包括解析,投影,仿射和计算几何）,颜色理论,认知心理学,

　　傅立叶分析,线性代数,图论等

　　设计形态的主要内容:

包括不同的图形设备上图形算法的实现,不断增多的模型和现象的实验性图形算法

　　的设计与实现,在显示中彩色图的恰当使用,在显示器和硬拷贝设备上彩色的精确再现,图形标准图形语言

　　和特殊的图形包,不同用户接口技术的实现（含位图设备上的直接操作和字符设备的屏幕技术）,用于不同的

　　系统和机器之间信息转换的各种标准文件互换格式的实现,CAD系统,图像增强系统等.

　　基本问题主要包括:

　　1.支撑图像产生以及信息浏览的更好模型?

　　2.如何提取科学的（计算和医学）和更抽象的相关数据?

　　3.图像形成过程的解释和分析方法?

　　十.IS.IntelligentSystems

　　IS1.Fundamentalissuesinintelligentsystems

　　IS2.Searchandconstraintsatisfaction

　　IS3.Knowledgerepresentationandreasoning

　　IS4.Advancedsearch

　　IS5.Advancedknowledgerepresentationandreasoning

　　IS6.Agents

　　IS7.Naturallanguageprocessing

　　IS8.Machinelearningandneuralnetworks

　　IS9.AIplanningsystems

　　IS10.Robotics

　　介绍:

　　主要内容包括约束可满足性问题,知识表示和推理,Agent,自然语言处理,机器学习和神经网络,

　　人工智能规划系统和机器人学等.

　　抽象形态的主要内容:

包括知识表示（如规则,框架和逻辑）以及处理知识的方法（如演绎,推理）,

　　自然语言理解和自然语言表示的模型（包括音素表示和机器翻译）,语音识别与合成,从文本到

　　语音的翻译,推理与学习模型（如不确定,非单调逻辑,Bayesian推理）,启发式搜索方法,分支界

　　限法,控制搜索,模仿生物系统的机器体系结构（如神经网络）,人类的记忆模型以及自动学习和

　　机器人系统的其他元素等.

　　理论形态的主要内容:

包括逻辑（如单调,非单调和模糊逻辑）,概念依赖性,认知,自然语言理解

　　的语法和语义模型,机器人动作和机器人使用的外部世界模型的运动学和力学原理,以及相关支

　　持领域（如结构力学,图论,形式语法,语言学哲学与心理学）等.

　　设计形态的主要内容:

包括逻辑程序设计软件系统的设计技巧,定理证明,规则评估,在小范围领

　　域中使用专家系统的技术,专家系统外壳程序,逻辑程序设计的实现（如PROLOG）,自然语言理解

　　系统,神经网络的实现,国际象棋和其他策略性游戏的程序,语音合成器,识别器,机器人等.

　　基本问题主要有:

　　1.基本的行为模型是什么?

如何建造模拟它们的机器?

　　2.规则评估,推理,演绎和模式计算在多大程度上描述了智能?

　　3.通过这些方法模拟行为的机器的最终性能如何?

　　4.传感数据如何编码才使得相似的模式有相似的代码?

　　5.电机编码如何与传感编码相关联?

　　6.学习系统的体系结构怎样?

　　7.这些系统是如何表示它们对这个世界的理解的?

　　十一.IM.InformationManagement

　　IM1.Informationmodelsandsystems

　　IM2.Databasesystems

　　IM3.Datamodeling

　　IM4.Relationaldatabases

　　IM5.Databasequerylanguages

　　IM6.Relationaldatabasedesign

　　IM7.Transactionprocessing

　　IM8.Distributeddatabases

　　IM9.Physicaldatabasedesign

　　IM10.Datamining

　　IM11.Informationstorageandretrieval

　　IM12.Hypertextandhypermedia

　　IM13.Multimediainformationandsystems

　　IM14.Digitallibraries

　　介绍:

　　主要内容包括信息模型与信息系统,数据库系统,数据建模,关系数据库,数据库查询语言,

　　关系数据库设计,事务处理,分布式数据库,数据挖掘,信息存储与检索,超文本和超媒体,

　　多媒体信息与多媒体系统,数字图书馆等.

　　抽象形态的主要内容:

包括表示数据的逻辑结构和数据元素之间关系的模型（如E-R模型,

　　关系模型,面向对象的模型）,为快速检索的文件表示（如索引）,保证更新时数据库完整性

　　（一致性）的方法,防止非授权泄露或更改数据的方法,对不同类信息检索系统和数据库（如

　　超文本,文本,空间的,图像,规则集）进行查询的语言