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计算机科学导论-概述 ppt课件
程序（存储在存储器中）
输入 8,12,22,3
输3,出8,12,22
冯•诺依曼模型（John Von Neumann1903－1957）
现代计算机都是基于冯•诺依曼模型
1. 4个子系统 2. 程序存储 3. 指令顺序执行
计算机硬件 计算机软件
12
计算机概述——计算机系统分层结构
通信
程序
网络，多台计算机联接在一起，实现信息交换和资 源共享
2
《计算机科学导论》教材
教材 《计算机科学导论》 机械工业出版社 刘艺等译 参考书：
➢ 计算机科学导论，王玲，宋斌编著，清华大学出版社， 2008
➢ 计算机科学导论（第2版），瞿中 等编著，清华大学 出版社， 2007
➢ 计算机科学导论（第7版）（影印版），布鲁克希尔 著，清华大学出版社 ，2004
第10讲：数据库
（第14章）
第11讲：人工智能与计算理论 （第17，18章）
学习建议
内容多，用系统的思想学习，掌握基本概念、 基本原理、基本操作；
听讲与自学相结合，可以快速浏览几本书，有 针对性的上网查阅或图书查阅；
多上机，多实践，提高动手能力
本讲内容
1.1．计算机系统分层结构 1.2．计算机的发展历史 1.3．计算机的分类 1.4．计算机应用
计算机科学导论
第一讲 概述
课程简介
《计算机科学导论》是计算机类各专业全程教学内容的导 引课程，介绍计算机硬件、软件、数据组织和计算理论等方面的 内容，包括编码及计算机体系结构的基本原理、操作系统、计算 机网络、算法、程序设计语言、数据结构和数据库、人工智能以 及计算理论等专业知识的知识点以及与信息技术有关的社会人文 等知识，力求使学生对计算机科学有比较全面的了解。与此同时， 使读者对后续课程的学习有一个概括的了解，为今后的学习打下 良好的基础。
计算机科学导论电子教案课堂PPT
对计算机科学者来说，除去数据的输入与输出，更关
心数据处理系统中的数据处理过程。因为包括数据的输入 与输出在内的整个数据处理都是计算机科学研究的对象。
美籍匈牙利数学家冯•诺伊曼(Von Neumann)于1945年 奠定了现代计算机科学的基本理论。
现代计算机的特点是具有速度快精度高、逻辑判断与
记忆功能的、高度的自动化与灵活性。
如：整数-25的Excess-127数据表示为01100110
D-25+D127=D102=B1100110=B01100110
.
27
浮点数表示法
浮点数可以扩大数的表示范围。
浮点数由两部分组成，一部分用以表示数
据的有效位，称为尾数；一部分用于表示该数 的小数点位置，称为阶码。
一般阶码用整数表示，尾数大多用小数表
零的表示有两种：
正零为0.0…0，负零为1.1…1。
.
26
Excess系统
特点:能同时存储正负数,易于二与十进制数转换。 正数（幻数）用于转换过程，在8位模式下幻数为 （2 n-1）=128 或（2 n-1）-1=127，并分别称 Excess-128与Excess-127。
Excess系统数据表示法（数据转换法）：将十进 制整数与幻数之和转换为二进制数，并补足N位。
4．第四代计算机（1974年至今）
其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机
的主要功能部件。
----------------- 注：与教材所讲有不同
.
10
第二章 数据的表示
• 数据的类型 • 计算机内部的数据 • 表示数据 • 十六进制表示法 • 八进制表示法
.
11
数据的类型
计算机能处理的数据分类为：
计算机科学导论第一章绪 论ppt课件
在宾尼法尼大学诞生，命名EDVAC（埃德瓦克）. 存储原理、快240倍（1952核武器理论运算） 与此同时，同样类型的被称为EDSAC（埃德沙克）的 电子延迟存储自动计算机 由英国剑桥大学的 Maurice
Wilkes 制造产生.
28
国内第一台模拟电子计算机 1956年，东北大学教授李华天带领工作人员开发 研制出国内第一台模拟电子计算机。 全套设备占地面积 40 平方米，拥有 5 个 2.3 米高的
1930 普林斯顿大学客座教授， 1931 年他成
为美国普林斯顿大学的第一批终身教授
1933 年转到该校的高级研究所，成为最初 六位教授之一，并在那里工作了一生．
14
四个子系统 Four subsystems
基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统: 存储器memory 、算术逻辑单元 arithmetic logic unit, 控制单元control unit、输入输出单元 input/output
17世纪，法国Blaise Pascal发明了 Pascaline. 一个用来进行加减运算的计算 机器。20世纪，尼克劳斯.澳思发明了一种结构化程序设计语言Pascal 17世纪后期，德国数学家Gottfried Leibnitz 发明了既能进行乘除又能加减 的更复杂的机器，该机器称为莱布尼茨之轮 Leibnitz’ wheel.
Figure 1.2 基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器
9
Figure 1.3 相同的程序，不同的数据
10
Figure 1.4 相同的数据，不同的程序
11
通用图灵机 The universal Turing machine
通用图灵机是对现代计算机的首次描述， 该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。
Wilkes 制造产生.
28
国内第一台模拟电子计算机 1956年，东北大学教授李华天带领工作人员开发 研制出国内第一台模拟电子计算机。 全套设备占地面积 40 平方米，拥有 5 个 2.3 米高的
1930 普林斯顿大学客座教授， 1931 年他成
为美国普林斯顿大学的第一批终身教授
1933 年转到该校的高级研究所，成为最初 六位教授之一，并在那里工作了一生．
14
四个子系统 Four subsystems
基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统: 存储器memory 、算术逻辑单元 arithmetic logic unit, 控制单元control unit、输入输出单元 input/output
17世纪，法国Blaise Pascal发明了 Pascaline. 一个用来进行加减运算的计算 机器。20世纪，尼克劳斯.澳思发明了一种结构化程序设计语言Pascal 17世纪后期，德国数学家Gottfried Leibnitz 发明了既能进行乘除又能加减 的更复杂的机器，该机器称为莱布尼茨之轮 Leibnitz’ wheel.
Figure 1.2 基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器
9
Figure 1.3 相同的程序，不同的数据
10
Figure 1.4 相同的数据，不同的程序
11
通用图灵机 The universal Turing machine
通用图灵机是对现代计算机的首次描述， 该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。
计算机科学导论3章幻灯片PPT
输入数据和中间结果。
计算机科学导论
21
3.5.1 计算机系统的分类
1.单指令流单数据流SISD计算机系统结构
由一个处理器和一个存储器组成。每次执行一条指令，每次 从存储器取或存一个数据。
2.单指令流多数据流SIMD计算机系统结构
系统由一个指令控制部件、多个处理部件和多个存储器组成。 各处理器和各存储器间通过互联网络进行通信。
同的指令来完成。 2) 单独编址：单独设置I/O指令来对I/O设备进行操作。 5. 接口的分类 （1）按数据传输宽度分：并行接口与串行接口 （2）按数据传送的控制方式分：程序直接控制的输入输
出接口、程序查询控制接口、程序中断输入输出接口、 DMA接口 （3）按操作节拍分：同步接口和异步接口
计算机科学导论
计算机科学导论
7
3.3 存储系统组织结构
3.3.3 高速缓冲存储器
Cache是一种存储空间较小而存取速度却很高的一种存储器。是一种放 置在CPU和主存储器之间的存取速度快、而规模较小的存储器。 辅 助 硬 件
中 央 处 理 器 CPU
Cache
主 存
计算机科学导论
8
3.3.4 虚拟存储器
虚拟存储器用于“主存一辅存”层次，它能使 计算机具有辅存的容量，接近于主存的速度。它使程序 员能够在比主存大得多的空间编制程序，即按虚存空间 编址。
计算机科学导论
17
3.4 输入输出系统
3. I/O接口的基本结构 • 数据寄存器； • 设备地址译码器； • 设备状态寄存器； • 数据格式变换器，用于串到并、并到串
的转换； • 总线通信控制用的定时信号线路。
计算机科学导论
18
3.4 输入输出系统
4.外部设备的寻址 1) 统一编址：将对内存的操作和对I/O设备的操作用相
计算机科学导论
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3.5.1 计算机系统的分类
1.单指令流单数据流SISD计算机系统结构
由一个处理器和一个存储器组成。每次执行一条指令，每次 从存储器取或存一个数据。
2.单指令流多数据流SIMD计算机系统结构
系统由一个指令控制部件、多个处理部件和多个存储器组成。 各处理器和各存储器间通过互联网络进行通信。
同的指令来完成。 2) 单独编址：单独设置I/O指令来对I/O设备进行操作。 5. 接口的分类 （1）按数据传输宽度分：并行接口与串行接口 （2）按数据传送的控制方式分：程序直接控制的输入输
出接口、程序查询控制接口、程序中断输入输出接口、 DMA接口 （3）按操作节拍分：同步接口和异步接口
计算机科学导论
计算机科学导论
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3.3 存储系统组织结构
3.3.3 高速缓冲存储器
Cache是一种存储空间较小而存取速度却很高的一种存储器。是一种放 置在CPU和主存储器之间的存取速度快、而规模较小的存储器。 辅 助 硬 件
中 央 处 理 器 CPU
Cache
主 存
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3.3.4 虚拟存储器
虚拟存储器用于“主存一辅存”层次，它能使 计算机具有辅存的容量，接近于主存的速度。它使程序 员能够在比主存大得多的空间编制程序，即按虚存空间 编址。
计算机科学导论
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3.4 输入输出系统
3. I/O接口的基本结构 • 数据寄存器； • 设备地址译码器； • 设备状态寄存器； • 数据格式变换器，用于串到并、并到串
的转换； • 总线通信控制用的定时信号线路。
计算机科学导论
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3.4 输入输出系统
4.外部设备的寻址 1) 统一编址：将对内存的操作和对I/O设备的操作用相
计算机科学导论学习课件教学课件PPT
机器
-6-
1、数据处理器
在讨论图灵模型之前，将计算机定义为数据处理器
计算机是一个接收输入数据、处理数据并产生输出数据 的黑盒
该模型过于宽泛，按照该模型定义，计算器也可以算做 一种计算机
-7-
2、可编程数据处理器
图灵模型是一种适用于通用计算机的模型
该模型增加了额外的元素：程序 程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合 输出数据依赖于两方面因素，即输入数据和程序
-32-
6、操作系统
在程序设计过程中，有一些指令序列对所有程序都 是公用的、通用的。
早期的操作系统是为程序访问计算机部件提供方便 的一种通用管理程序。
现代操作系统已经成为管理计算机软硬件及资源的 系统软件。(第7章讨论)
-33-
本章内容安排
图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学
-18-
2、存储程序的概念
冯.诺依曼模型要求程序必须存储在存储器中，早 期的计算机只将数据存储在存储器中，执行程序通 过操作开关或改变配线完成。
现代计算机的存储器主要用来存储程序和数据。程 序和数据都以二进制(0和1的序列)模式存储在存储 器中。
-19-
3、指令的顺序执行
冯.诺依曼模型中的一段程序是由一组数量有限的 指令组成
控制单元从内存中提取指令、解释指令、执行指令；指 令按照顺序执行
一条指令可能会请求跳转到前面或后面的某个地方去执 行，跳转后仍然会顺序执行。
-20-
本章内容安排
图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学
-21-
计算机组成
计算机系统由3大部分构成
计算机硬件 数据 计算机软件
-6-
1、数据处理器
在讨论图灵模型之前，将计算机定义为数据处理器
计算机是一个接收输入数据、处理数据并产生输出数据 的黑盒
该模型过于宽泛，按照该模型定义，计算器也可以算做 一种计算机
-7-
2、可编程数据处理器
图灵模型是一种适用于通用计算机的模型
该模型增加了额外的元素：程序 程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合 输出数据依赖于两方面因素，即输入数据和程序
-32-
6、操作系统
在程序设计过程中，有一些指令序列对所有程序都 是公用的、通用的。
早期的操作系统是为程序访问计算机部件提供方便 的一种通用管理程序。
现代操作系统已经成为管理计算机软硬件及资源的 系统软件。(第7章讨论)
-33-
本章内容安排
图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学
-18-
2、存储程序的概念
冯.诺依曼模型要求程序必须存储在存储器中，早 期的计算机只将数据存储在存储器中，执行程序通 过操作开关或改变配线完成。
现代计算机的存储器主要用来存储程序和数据。程 序和数据都以二进制(0和1的序列)模式存储在存储 器中。
-19-
3、指令的顺序执行
冯.诺依曼模型中的一段程序是由一组数量有限的 指令组成
控制单元从内存中提取指令、解释指令、执行指令；指 令按照顺序执行
一条指令可能会请求跳转到前面或后面的某个地方去执 行，跳转后仍然会顺序执行。
-20-
本章内容安排
图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学
-21-
计算机组成
计算机系统由3大部分构成
计算机硬件 数据 计算机软件
计算机导论-新版.ppt
教材特点：
内容浅显，不深奥 技术脉络清晰：历史、现状、未来 内容丰富：基本概念和术语，计算机使用技能及技
巧，就业岗位，伦理及环境问题等 原版教材，可读性好
精选
课程作业
思考题（不用交）：
每一章结束后布置，答案在书上都能找到
小实践（自已做）：
Making IT work for you Tips
片子之间过渡自然
演讲（基本要求）：
声音响亮，咬字清楚，语言不拖沓 论点明确，叙述有条理，时间掌握好
制作符合要求的作业，从网上提交
精选
为什么要上那么多的 数学课和物理课？
精选
为什么要上那么多的数学课？
数学很重要，是众多自然科学、社会科学和管理科 学的基础
数学是抽象的，但数学问题并不是凭空想象出来的
数学来自于实际，并最终用于解决实际问题 不要只看到抽象的数学问题，更要知道它能解决什么实
际问题
除了提供数学基础之外，数学教育的另一个目的是 培养人的逻辑思维能力，即使人文学科也需要的
数学是计算机学科的主要基础
精选
数学是计算机学科的主要基础
要将一个现实中的问题交给计算机处理：
建立数学模型：将一个现实问题转化成可以被 计算机处理的数学问题
课程报告（要交！！）：
从各章给出的DISCUSSION中选择一个感兴趣 的问题，做一个5分钟左右的介绍，要求有PPT， 用手机录成视频后提交到课程网站。
精选
课程报告训练的能力
从网上查找资料，筛选有用的素材 理解材料的内容，归纳要点，形成自己的观点 做PPT（基本要求）：
每一张片子有一个中心内容，语句组织有条理，文 字表述简明扼要，字体及图表大小合适
内容浅显，不深奥 技术脉络清晰：历史、现状、未来 内容丰富：基本概念和术语，计算机使用技能及技
巧，就业岗位，伦理及环境问题等 原版教材，可读性好
精选
课程作业
思考题（不用交）：
每一章结束后布置，答案在书上都能找到
小实践（自已做）：
Making IT work for you Tips
片子之间过渡自然
演讲（基本要求）：
声音响亮，咬字清楚，语言不拖沓 论点明确，叙述有条理，时间掌握好
制作符合要求的作业，从网上提交
精选
为什么要上那么多的 数学课和物理课？
精选
为什么要上那么多的数学课？
数学很重要，是众多自然科学、社会科学和管理科 学的基础
数学是抽象的，但数学问题并不是凭空想象出来的
数学来自于实际，并最终用于解决实际问题 不要只看到抽象的数学问题，更要知道它能解决什么实
际问题
除了提供数学基础之外，数学教育的另一个目的是 培养人的逻辑思维能力，即使人文学科也需要的
数学是计算机学科的主要基础
精选
数学是计算机学科的主要基础
要将一个现实中的问题交给计算机处理：
建立数学模型：将一个现实问题转化成可以被 计算机处理的数学问题
课程报告（要交！！）：
从各章给出的DISCUSSION中选择一个感兴趣 的问题，做一个5分钟左右的介绍，要求有PPT， 用手机录成视频后提交到课程网站。
精选
课程报告训练的能力
从网上查找资料，筛选有用的素材 理解材料的内容，归纳要点，形成自己的观点 做PPT（基本要求）：
每一张片子有一个中心内容，语句组织有条理，文 字表述简明扼要，字体及图表大小合适
《计算机科学导论》 (第三版) 第01章
Objectives (continued):
❑ To describe how reals are stored in a computer using floatingpoint format. To describe how text is stored in a computer using one of the various encoding systems. To describe how audio is stored in a computer using sampling, quantization, and encoding.
both refer to the same quantity, (42)10 but their
representations are different. This is the same as using
the words cheval (French) and equus (Latin) to refer to
❑ ❑
To describe how integers are stored in a computer using sign-and-magnitude format. To describe how integers are stored in two’s complement format.
1.38
1.1 TURING MODEL
The idea of a universal computational device was first described by Alan Turing in 1937. He proposed that all computation could be performed by a special kind of a machine, now called a Turing machine. Although Turing presented a mathematical description of such a machine, he was more interested in the philosophical definition of computation than in building the actual machine.
计算机科学导论.ppt
可见，软件程序和硬件逻辑都是建立在数 学模型基础上的
16
计算机科学的数学理论体系
数值计算：
主要包括数值分析、数学分析、线性代数、计算几 何、概率论与数理统计
离散数学：
一般认为包含集合论、逻辑学、代数学、图论、组 合学
数论：
包括初等数论、解析数论、代数数论、几何数论
计算理论：
主要包括算法学、计算复杂性理论、程序理论
计算机学科需要支撑其它学科的发展：
科学计算、工程计算等工业软件的开发需要物理学知识
物联网、信息物理系统（CSP）需要物理学知识 量子计算需要物理学知识
总之，现代社会要求通才型、交叉型、综合型人才
22
三大科学思维
推动人类文明进步和科技发展的三大科学：
理论科学，实验科学，计算科学
与三大科学相对应的是三大科学思维：
应试教育强调的正是人工智能擅长的，相比之 下人类学生不具有优势
人工智能不擅长的，人类学生也不擅长
如果不改革教育方式，现在的学生在毕业 之时可能面临着被人工智能淘汰的尴尬处 境
31
正确的学习方式
重视写作与表达的训练：
重视实验报告、课程论文等的写作，多读科技论文，学会条 理清楚、逻辑正确地表述一个工作或自己的观点，能流利地 进行口头表达
28
现行教育方式与人工智能学习特点 高度重合
数学教学：
应试教育：中小学强调计算、题型和公式套用， 缺少逻辑推理训练；高校数学知识碎片化，仍 是简单套公式应付考试，会解题但往往不会活 用数学工具，如根据实际问题建立数学模型
人工智能：擅长计算，已有Matlab等非常强大 的数学和统计软件工具，计算能力远超人类
数学教育看起来只是一种知识教育，但本质上是一种 素质教育
16
计算机科学的数学理论体系
数值计算：
主要包括数值分析、数学分析、线性代数、计算几 何、概率论与数理统计
离散数学：
一般认为包含集合论、逻辑学、代数学、图论、组 合学
数论：
包括初等数论、解析数论、代数数论、几何数论
计算理论：
主要包括算法学、计算复杂性理论、程序理论
计算机学科需要支撑其它学科的发展：
科学计算、工程计算等工业软件的开发需要物理学知识
物联网、信息物理系统（CSP）需要物理学知识 量子计算需要物理学知识
总之，现代社会要求通才型、交叉型、综合型人才
22
三大科学思维
推动人类文明进步和科技发展的三大科学：
理论科学，实验科学，计算科学
与三大科学相对应的是三大科学思维：
应试教育强调的正是人工智能擅长的，相比之 下人类学生不具有优势
人工智能不擅长的，人类学生也不擅长
如果不改革教育方式，现在的学生在毕业 之时可能面临着被人工智能淘汰的尴尬处 境
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正确的学习方式
重视写作与表达的训练：
重视实验报告、课程论文等的写作，多读科技论文，学会条 理清楚、逻辑正确地表述一个工作或自己的观点，能流利地 进行口头表达
28
现行教育方式与人工智能学习特点 高度重合
数学教学：
应试教育：中小学强调计算、题型和公式套用， 缺少逻辑推理训练；高校数学知识碎片化，仍 是简单套公式应付考试，会解题但往往不会活 用数学工具，如根据实际问题建立数学模型
人工智能：擅长计算，已有Matlab等非常强大 的数学和统计软件工具，计算能力远超人类
数学教育看起来只是一种知识教育，但本质上是一种 素质教育
计算机科学导论 PPT
图像
音频
编码 1000…… 000
器
0101…… 001
解码
音频
视频
编码
1011…… 100
1111…… 111
解码
视频
字节：长度为8的位模式 1 byte = 8 bits
7
常用单位的换算关系
Hale Waihona Puke Bit—位Byte—字节1 Byte = 8 Bits.
Kilobyte (KB)—千字节
1KB = 1,024 = 210 bytes.
是一系列的符号，如26个英文字母， 数字0 9，标点符号等。 ➢ 计算机用一定长度的位模式来表示符 号。符号序列是文本的一个片段。
9
位模式长度与表示的字符的个数关系
符号个数2N 2 16
128 ……. 65,536
位模式长度N 1 4 7
……. 16
10
目前几种常见的文本符号编码: ➢ ASCII码 ➢ 扩展 ASCII码 ➢ EBCDIC ➢ Unicode ➢ ISO
11
ASCII码(美国信息交换标准码)
American Standard Code for Information Interchange
美国国家标准局制（， American National Standards Institute ，ANSI）制
定的一套标准化信息交换码。 ASCII码由7位二进制位模式组成，对
0 ---00110000 30H A ---01000001 41H a ---01100001 61H
9 ---00111001 39H Z ---01011010 5AH z ---01111010 7AH
13
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高盛纽约总部600名银行交易员变成2人 德勤推出的财务机器人正在替代基础财务工作岗位 IBM沃森机器人通过了美国执业医师资格评定考试 今日头条的编辑机器人能够写出较规范的新闻报道
谷歌的无人驾驶已经累计行驶300万公里
支付宝智能客服的自助服务率达到97% 无人超市、无人银行、无人收费站正在出现
物联网、信息物理系统（CSP）需要物理学知识 量子计算需要物理学知识
总之，现代社会要求通才型、交叉型、综合型人才
2019-8-29
22
谢谢欣赏
三大科学思维
推动人类文明进步和科技发展的三大科学：
理论科学，实验科学，计算科学
与三大科学相对应的是三大科学思维：
理论思维：又称推理思维，以推理和演绎为特 征，以数学学科为代表
析，测度理论，拓扑学，图论 深度学习：线性代数，概率论，信息论，数值计算 人工智能、程序验证、硬件设计：数理逻辑 数据库：集合论 编译器：计算模型 数据通信、密码学：代数系统 ……
2019-8-29
20
谢谢欣赏
如何学好数学？
关注数学的来龙去脉，知道数学概念、方法和理论的 产生渊源和发展过程：
14
谢谢欣赏
数学教育本质上是一种素质教育
数学学习的目的：
接受一大堆数学知识（×）
掌握数学的思想方法和精神实质（√） 培养数学素养（√）
通过认真的数学学习和严格的数学训练，可具备 一些特有的素质和能力，比如：
自觉的数量观念，严密的逻辑思维能力，高度的抽象 思维能力，认真细致的作风和习惯，精益求精的习惯 和风格，运用数学知识解决复杂问题的能力，等等
每一张片子有一个中心内容，语句组织有条理，文 字表述简明扼要，字体及图表大小合适
片子之间过渡自然
演讲（基本要求）：
声音响亮，咬字清楚，语言不拖沓 论点明确，叙述有条理，时间掌握好
制作符合要求的作业，从网上提交
2019-8-29
5
谢谢欣赏
计算机科学与技术学科
2019-8-29
只要站在风口，猪都能飞起来 ---雷军
2019-8-29
11
谢谢欣赏
计算机科学与技术专业
年轻而又成熟的专业——70年 朝阳专业——日新月异、前途无量 引领时代潮流的专业
开辟了一个新时代——信息时代 形成了一个新产业——信息产业 开创了一种新的研究方法——计算方法 孕育了一种新的文化——计算机文化
教材特点：
内容浅显，不深奥 技术脉络清晰：历史、现状、未来 内容丰富：基本概念和术语，计算机使用技能及技
巧，就业岗位，伦理及环境问题等 原版教材，可读性好
2019-8-29
3
谢谢欣赏
课程作业
思考题（不用交）：
每一章有小结和思考题，答案在书上都能找到
小实践（自已做）：
2019-8-29
21
谢谢欣赏
学好物理很重要！
理工科学生必须具备物理学素养：
物理学是自然科学的基础，也是当代工程技术的基础
物理学是计算机硬件的基础：
电路设计、芯片设计等需要解决抗电磁干扰、降低功耗、 散热等诸多问题
计算机学科需要支撑其它学科的发展：
科学计算、工关的科学：算法本身是一个思 维的过程，程序只是用来实现了算法
2019-8-29
7
谢谢欣赏
计算机科学与技术学科
计算机科学与技术学科：
涉及计算理论、计算机系统结构、计算机应用的学科
计算理论：
研究算法及计算复杂性，将计算问题分成P问题（有多 项式时间的算法）和NP问题（无多项式时间的算法）
…….
2019-8-29
27
谢谢欣赏
现行教育方式与人工智能学习特点 高度重合
语言学习（中文和英文）：
应试教育：过分强调字、词、语法，忽视文章 的整体性和语言所承载的思维方式，没有形成 真正的写作能力，无法准确表达自己的思考
人工智能：对话机器人通过建立字、词、语法 的计算模型，已能理解短句、根据语境造句， 甚至能够写出几句颇具飘渺感的诗；但在可以 预见的未来，仍不可能做出与人类思维相比的 自主命题写作
2019-8-29
25
谢谢欣赏
人工智能正在挑战人类智能
在完成规则和目标确定的任务上，人工智能已 经可以超越人类智能，并且在持续进化，比如：
AlphaGo Lee战胜了韩国围棋九段高手李世石 Libratus 战胜了德州扑克顶级选手 AlphaGo Zero从零知识开始，通过“左右互博”
“宇宙之大、粒子之微、火箭之速、化工之巧、地球之 变、生活之迷、日月之繁，无处不用数学” --华罗庚
数学是一门关键的技术：
数学的思想和方法与高度发展的计算技术相结合，形成 了一种关键性的、可实现的技术，称为“数学技术”
“高技术本质上是一种数学技术”的说法已被越来越多 的人所认同
2019-8-29
数学教育看起来只是一种知识教育，但本质上是一种 素质教育
2019-8-29
15
谢谢欣赏
数学是计算机学科的主要基础
要将一个现实中的问题交给计算机处理：
建立数学模型：将一个现实问题转化成可以被 计算的任务（数学建模）
设计算法：准确而完整地描述可在计算机上执 行的一个求解方案
编写程序或设计硬件逻辑：通过软件或硬件实 现求解方案
它们为什么提出来？要解决什么问题？
理解数学的精神实质和思想方法：
注重思考和理解，不要死记硬背数学知识，要活学要用
对于实际问题要能建立正确的数学模型，然后运用已知的数 学工具加以解决
严格训练，培养抽象思维、逻辑推理和归纳构造能力：
多练习，但不要死做题
要特别注重数学原理的理解、正确的解题思路、科学的论证 方法、严密的逻辑推理过程等
2019-8-29
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现行教育方式与人工智能学习特点 高度重合
数学教学：
应试教育：中小学强调计算、题型和公式套用， 缺少逻辑推理训练；高校数学知识碎片化，仍 是简单套公式应付考试，会解题但往往不会活 用数学工具，如根据实际问题建立数学模型
人工智能：擅长计算，已有Matlab等非常强大 的数学和统计软件工具，计算能力远超人类
刷题训练：用大量的题目训练学生的大脑 大数据训练：用大量数据训练一个深度神经网络
人工智能相比人类大脑的优势：
强大的算力：AlphaGo Lee训练时用到1202个CPU、 176个GPU
大量的训练数据：AlphaGo Lee存有1500万个高手对 局棋谱
“体力”充足：只要有充足的电源 “心力”稳定：没有心理和情绪上的波动
2019-8-29
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现行教育方式与人工智能学习特点 高度重合
数学之外的理科：
应试教育：注重结论性的东西，忽视问题的提 出、过程的探究、实验设计的原始思路
人工智能：擅长学习已有的知识，在自然问题 和工程问题的提出、探究、实验方面只能起辅 助作用
2019-8-29
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现行教育方式与人工智能学习特点 高度重合
计算机科学导论
Introduction to Computer Science
2019-8-29
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课程简介
教学目标：
了解计算机专业要学什么、专业的起源与发展、 将来能从事什么职业
熟悉计算机的使用
学时：20 学分：1 课程类型：考查
2019-8-29
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教材
《计算机科学引论》（Computing Essentials） （2017英文精编版），机械工业出版社
可见，软件程序和硬件逻辑都是建立在数 学模型基础上的
2019-8-29
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计算机科学的数学理论体系
数值计算：
主要包括数值分析、数学分析、线性代数、计算几 何、概率论与数理统计
离散数学：
一般认为包含集合论、逻辑学、代数学、图论、组 合学
数论：
包括初等数论、解析数论、代数数论、几何数论
你选择了正确的专业！
2019-8-29
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为什么要上那么多的 数学课和物理课？
2019-8-29
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数学是一切科学的基础
数学是研究现实世界中数量关系和空间形式的科学：
数学忽略了物质的具体形态和属性，具有超越具体学科、 普遍适用的特征（和哲学类似）
数学是一切科学的基础：
实验思维：又称实证思维，以观察和总结自然 规律为特征，以物理学科为代表
计算思维：又称构造思维，以设计和构造为特 征，以计算机学科为代表
2019-8-29
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人工智能倒逼学习方式转变
2019-8-29
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人工智能 VS 人类大脑
在训练模式上，应试教育的刷题训练与人工智能 的大数据训练具有高度相似性：
计算机系统结构：
研究高效的计算机系统的软、硬件实现
计算机应用：
将计算机应用于各个领域的理论、方法和技术
2019-8-29
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计算机学科正处于历史最佳发展期
计算机学科正处在一个前所未有的发展机 遇期：
超级计算机：每秒百亿亿次的E级计算机 5G网络：整部超高画质电影可在1秒之内下载
Making IT work for you Tips
课程报告（要交！！）：
从各章给出的DISCUSSION中选择一个感兴趣 的问题，做一个5分钟左右的介绍，要求有PPT， 用手机录成视频后提交到课程网站