2.1.2　美國(guó)＜91教程＞介紹

1991年，美國(guó)的ACM和IEEE聯(lián)合攻關(guān)組，進(jìn)行了大量的調(diào)查和需求分析，對(duì)作為學(xué)科的計(jì)算科學(xué)作了詳盡的描述；制訂了計(jì)算科學(xué)＜91教程＞。

1．計(jì)算科學(xué)

計(jì)算科學(xué)處于數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程之交，因而其主要學(xué)科形態(tài)包含：理論、抽象或模型化、設(shè)計(jì)。

理論基于數(shù)學(xué)，其特征是將研究對(duì)象特征化（定義）；假設(shè)它們之間可能的關(guān)系（定理）；判定這些關(guān)系是否正確（證明）；解釋結(jié)果。

抽象或模型化基于實(shí)驗(yàn)科學(xué)。其特征是形成假設(shè)，構(gòu)造模型并作出預(yù)言；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)，分析結(jié)果。

設(shè)計(jì)基于工程，其特征是傳述要求，給定技術(shù)條件，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)；測(cè)試該系統(tǒng)。

當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，應(yīng)反復(fù)進(jìn)行上述過程。

計(jì)算機(jī)科學(xué)是對(duì)描述和變換信息的算法過程的系統(tǒng)研究，包括理論、分析、設(shè)計(jì)、有效性、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。全部計(jì)算科學(xué)的基本問題是：什么能（有效地）自動(dòng)進(jìn)行？

計(jì)算科學(xué)包含了該學(xué)科的理論和抽象，計(jì)算機(jī)工程包含了抽象（模型化）和設(shè)計(jì)。

2．計(jì)算科學(xué)的9個(gè)分支領(lǐng)域

（1）算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

研究特定類型問題及它們有效的解決方案?；締栴}包括：對(duì)給定類型的問題為最佳算法、所要求的時(shí)空表示法、存取數(shù)據(jù)的最佳方法、最好算法的最壞情況、算法運(yùn)行的平均程度、算法的一般化程度怎樣等。

（2）程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

研究執(zhí)行算法的虛擬機(jī)的符號(hào)表達(dá)、算法和數(shù)據(jù)的符號(hào)表達(dá)，以及從高級(jí)語(yǔ)言到機(jī)器語(yǔ)言的有效翻譯?；締栴}包括：由一種語(yǔ)言給出的虛擬機(jī)的可能的組織（數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算、控制結(jié)構(gòu)、引入新的類型和運(yùn)算的機(jī)制），這些如何在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)抽象？用什么符號(hào)表達(dá)（語(yǔ)法）可有效的指明計(jì)算機(jī)應(yīng)該作什么?

（3）體系結(jié)構(gòu)

研究將硬件（和相應(yīng)軟件）組成有效及可靠系統(tǒng)的方法?；締栴}包括：在機(jī)器中實(shí)現(xiàn)處理器、存儲(chǔ)器和通信的方法；如何設(shè)計(jì)和控制大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并有說服力地表明它們能在有錯(cuò)誤故障下完成預(yù)期的工作；什么體系結(jié)構(gòu)能使多CPU有效的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)計(jì)算的并行；怎樣測(cè)度計(jì)算機(jī)的性能等。

（4）數(shù)值和符號(hào)計(jì)算

研究有效和精確地求解由系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型導(dǎo)出的一般方法?；締栴}包括：怎樣才能用有窮離散過程去精確地逼近連續(xù)或無(wú)窮的過程；怎樣處理逼近導(dǎo)致的誤差；怎樣才能按照給定精度很快地解出給定類型的方程；怎樣對(duì)方程進(jìn)行符號(hào)運(yùn)算，例如，積分、微分和化簡(jiǎn)為最小項(xiàng)等；怎樣把問題的解加入到有效的、可靠的高質(zhì)量的數(shù)學(xué)軟件包中等。

（5）操作系統(tǒng)

研究多種資源在程序執(zhí)行中有效配合的控制機(jī)制。基本問題包括：什么在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的各級(jí)上可見對(duì)象和允許的操作；允許每類資源（某級(jí)上可見的對(duì)象）有效使用的最小操作集；怎樣組織接口，使用戶只處理資源的抽象形式，而不管硬件的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；作業(yè)調(diào)度、存儲(chǔ)器管理、通信、軟件資源存取、并發(fā)任務(wù)間通信、可靠性和安全性的有效控制策略為何；系統(tǒng)應(yīng)在功能上可擴(kuò)展，只反復(fù)用少量的構(gòu)造原則，可擴(kuò)展應(yīng)遵循什么原則；怎樣組織分布式計(jì)算，使網(wǎng)上的自治機(jī)器系統(tǒng)參加同一計(jì)算，而不論網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、機(jī)器位置、帶寬和資源名稱等。

（6）軟件方法學(xué)及工程

研究滿足技術(shù)要求、安全、可靠、可信的程序和大型軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；締栴}包括：程序和程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)原理；怎樣證明程序和系統(tǒng)滿足技術(shù)要求；怎樣給定技術(shù)要求，使之不遺漏重要的情況，而且可分析其安全性；怎樣使軟件系統(tǒng)通過不同階段而不斷改進(jìn)；怎樣使軟件設(shè)計(jì)得易于理解和易于修改等。

（7）數(shù)據(jù)庫(kù)和信息檢索

研究大量共享數(shù)據(jù)集合的組織，使之能進(jìn)行有效的查詢和刷新?；締栴}包括：用模型化概念表示數(shù)據(jù)元和它們間的關(guān)系；怎樣把存儲(chǔ)、定位、匹配和檢索等基本操作組合為有效的事務(wù)；這些事物怎樣與用戶有效地交互作用；怎樣把高級(jí)查詢編譯為高性能的程序；什么樣的機(jī)器結(jié)構(gòu)能導(dǎo)致有效的由于同時(shí)刷新而產(chǎn)生的不相容；當(dāng)數(shù)據(jù)分散于多機(jī)時(shí)，怎樣使保護(hù)和性能兩者兼顧；怎樣索引和分類正文，以達(dá)到有效的檢索等。

（8）人工智能及機(jī)器學(xué)

研究動(dòng)物和人類智能行為模型?；締栴}包括：基本的行為模型；怎樣構(gòu)造機(jī)器來模擬它們；由規(guī)則賦值、推理、演繹和模式計(jì)算所描述的智能可達(dá)到何種程度；由這些模型模擬行為的機(jī)器最終能達(dá)到什么性能；感知的數(shù)據(jù)應(yīng)如何編碼，使得類似的模型有類似的碼；驅(qū)動(dòng)碼怎樣和感知碼關(guān)聯(lián)；學(xué)習(xí)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如何；以及這些系統(tǒng)如何表示外部世界的知識(shí)等。

（9）人機(jī)通信

研究人類和機(jī)器通過各種類似于人的傳感器和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的信息交換，并研究反映人類的概念化的信息結(jié)構(gòu)?；締栴}包括：表示對(duì)象并自動(dòng)創(chuàng)造可視畫面的有效方法；何為接收輸入和輸出的有效方法；怎樣使錯(cuò)誤理解及其后的人類差錯(cuò)導(dǎo)致的危險(xiǎn)減少到最小程度；怎樣用圖形和其它工具通過存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)集中的信息去理解自然現(xiàn)象等。

對(duì)這9個(gè)主題領(lǐng)域涉及的知識(shí)，劃分為55個(gè)知識(shí)單元，并作了精心設(shè)計(jì)和描述。