大学计算机-基于计算思维
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指令(Instruction) ：是指计算机完成某一种操作的命令。 指令的组成格式： 操 作 码 地 址 码
指令是一组二进制代码 操作码：指出进行什么操作 地址码：是规定操作数的值或地址、操作结果的地址及下一条指令的地 址等
开 始
程 序 的 执 行 过 程
从存储器取一条指令
分析指令？
执行指令
结束
计算机硬件系统 硬 件
第一章
计算思维与计算机
1.1 计算思维概论
1.2 计算机概述
1.3 计算机的存储程序工作原理
wenku.baidu.com
第一节 计算思维概论
一、科学研究的三大方法
二、什么是计算思维
三、计算思维对各学科的影响
1.1 计算思维概论
科学研究的三大方法—理论、实验和计算
科学的概念：从广义上讲，科学是指人们对客观世界的规律性认识， 并利用客观规律造福人类，完善自我。 科学方法：人们在科学研究过程中采取的各种手段和途径。
巨型化 可嵌入、可携 带 微型化
计算机 智能化
的发展
趋势
可感知、可记忆、 可思维
网络化
机机相联、物物相 联、人人相联、人 物相联
非计算机专业需要了解计算机的工作原理吗？ 计算机的工作原理很难吗？
理论计算机的奠基人
--冯· 诺依曼
“计算机之父”，数学家 冯· 诺依曼（J.Von Neumann）， 因为冯· 诺依曼提出了现代电脑的 体系结构。人们后来把这种“存储程序”体系 结构的机器统称为“冯· 诺依曼机”。
运算器 控制器 存储器
内存储器
输入设备
输出设备
CPU
外存储器
主 机
外部设备
计算机的工作原理
运算命令 运算器 程序和数据
存数 输入设备
取数
结果
内存储器 取指令 存取命令
输出设备
控制器 输入命令
输出命令
小结
需掌握知识点：
计算思维的本质 计算机的概念和特点 第一台计算机和计算机发展的四个阶段 计算机的存储程序工作原理和程序、指令的概念
1.1 计算思维概论
计算思维对各学科的影响
利用计算手段进行
思维是创 新的源头； 知识与技 术是创新 的支撑
各学科的研究和创
新
支持各学科研究创新的新 型计算手段
2018/7/9
计算机是一种能存储 程序和数据，自动执 行程序、快速而精确 地完成对各种数字化 信息处理的电子设备。
除了我们熟悉的 这几种计算机之 外，还有哪些计 算机呢？
2018/7/9
第 2章
计算机中的信息表示
2.1 信息与信息技术 2.2 信息在计算机中的表示
2.3 数值信息的编码 2.4 文本信息的编码
27
信息与信息技术
28
2.1 信息与信息技术
信息(Information)：
是人们用于表示具有一定意 义的符号集合，这些符号可以是 文字、数字、图形、图像、动画、 声音、光等。
第二代：(1958-1964) 晶体管时代(高级编程语言)
第三代：(1965-1970) 中小规模集成电路 (操作系统成熟) 第四代：(1971－至今) 大规模、超大规模集成电路(出现网络，使用面日 益广泛) 摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登· 摩尔(Gordon Moore)提
出来的。其内容为:当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目， 约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍
电子管
晶体管
集成电 路
计算机的特点
运算速度快、精确度高 可靠性好、存储容量大 具有记忆和逻辑判断能力 计算机内部自动化操作
计算机发展趋势——巨型化
1975年世界上第一台超级计算机“CrayI”，主频80Mhz
中国超级计算机：
中国超级计算机“天河二号”
2013年由国防科技大学研制； 峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度33.86Petaflops，位居世界第一； 占地面积720平方米，内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节， 最大运行功耗17.8兆瓦； 2015年5月，“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学 数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程
存储程序的工作原理是：在计算机中设置存储器，将程序 和数据存放到存储器中，计算机按照程序指定的逻辑顺序 依次取出存储器中的内容进行处理，直到得出结果。 计算机有两个基本能力：一是能够存储程序和数据 二是能够自动地执行程序。
程序(Program) ：是指可以连续执行的一条条指令的集合。
计算机的工作原理
1.1 计算思维概论
什么是计算思维
计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、 以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
计算思维是以计算 作为基础的问题求 解方法
1.1 计算思维概论
计算思维的本质
抽象
任何自然系统和社会系统都可视为一个动态 演化系统，演化伴随着物质、能量和信息的 交换，这种交换可转换为（也就是抽象）符 号变换，使他可以用计算机进行处理。
自动 化
1.1 计算思维概论
抽象
自动化
2018/7/9
1.1 计算思维概论
计算思维的特性
计算思维是概念化的，而不是程序化的； 计算思维是每个人需掌握的根本技能，而不是刻板的重复性工作 ； 计算思维不是计算机的思维方式，而是人类解决问题的一种思维方式 ； 计算思维是数学和工程思维的互补与融合； 计算思维是思想，不是人造物产品； 计算思维面向所有的人，所有的地方
理论
科学 方法
计算 实验
1.1 计算思维概论
三大科学思维——理论思维、实验思维、计算思维
以数学为基础的理论思维
计算已和理论、实验 缺点：实际问题是复杂的，精确解很难得到 一起，被公认为科学 以物理为基础的实验思维 的三大支柱
优点：直接观察研究获取的科学事实 缺点：不是所有的都可以做出实验
优点：问题的解是精确的
现代计算机的诞生
1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台数字电子计算机 ENIAC诞生。它使用了 18000多只电子管、占地160平方米、重30余吨、耗电150kw、运算速度为 5000次/秒。 目前通用计算机的运算速度：2.5G～3.5G 相当于2亿5千万次到3亿5千万次
现代计算机的发展
按照计算机所使用的逻辑部件将计算机的发展分为四代： 第一代：(1946-1957) 电子管时代(机器和汇编语言)
数据(Data)：
数据是信息的具体 表现形式，是各种各 样的物理符号及其组
指令是一组二进制代码 操作码：指出进行什么操作 地址码：是规定操作数的值或地址、操作结果的地址及下一条指令的地 址等
开 始
程 序 的 执 行 过 程
从存储器取一条指令
分析指令？
执行指令
结束
计算机硬件系统 硬 件
第一章
计算思维与计算机
1.1 计算思维概论
1.2 计算机概述
1.3 计算机的存储程序工作原理
wenku.baidu.com
第一节 计算思维概论
一、科学研究的三大方法
二、什么是计算思维
三、计算思维对各学科的影响
1.1 计算思维概论
科学研究的三大方法—理论、实验和计算
科学的概念：从广义上讲，科学是指人们对客观世界的规律性认识， 并利用客观规律造福人类，完善自我。 科学方法：人们在科学研究过程中采取的各种手段和途径。
巨型化 可嵌入、可携 带 微型化
计算机 智能化
的发展
趋势
可感知、可记忆、 可思维
网络化
机机相联、物物相 联、人人相联、人 物相联
非计算机专业需要了解计算机的工作原理吗？ 计算机的工作原理很难吗？
理论计算机的奠基人
--冯· 诺依曼
“计算机之父”，数学家 冯· 诺依曼（J.Von Neumann）， 因为冯· 诺依曼提出了现代电脑的 体系结构。人们后来把这种“存储程序”体系 结构的机器统称为“冯· 诺依曼机”。
运算器 控制器 存储器
内存储器
输入设备
输出设备
CPU
外存储器
主 机
外部设备
计算机的工作原理
运算命令 运算器 程序和数据
存数 输入设备
取数
结果
内存储器 取指令 存取命令
输出设备
控制器 输入命令
输出命令
小结
需掌握知识点：
计算思维的本质 计算机的概念和特点 第一台计算机和计算机发展的四个阶段 计算机的存储程序工作原理和程序、指令的概念
1.1 计算思维概论
计算思维对各学科的影响
利用计算手段进行
思维是创 新的源头； 知识与技 术是创新 的支撑
各学科的研究和创
新
支持各学科研究创新的新 型计算手段
2018/7/9
计算机是一种能存储 程序和数据，自动执 行程序、快速而精确 地完成对各种数字化 信息处理的电子设备。
除了我们熟悉的 这几种计算机之 外，还有哪些计 算机呢？
2018/7/9
第 2章
计算机中的信息表示
2.1 信息与信息技术 2.2 信息在计算机中的表示
2.3 数值信息的编码 2.4 文本信息的编码
27
信息与信息技术
28
2.1 信息与信息技术
信息(Information)：
是人们用于表示具有一定意 义的符号集合，这些符号可以是 文字、数字、图形、图像、动画、 声音、光等。
第二代：(1958-1964) 晶体管时代(高级编程语言)
第三代：(1965-1970) 中小规模集成电路 (操作系统成熟) 第四代：(1971－至今) 大规模、超大规模集成电路(出现网络，使用面日 益广泛) 摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登· 摩尔(Gordon Moore)提
出来的。其内容为:当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目， 约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍
电子管
晶体管
集成电 路
计算机的特点
运算速度快、精确度高 可靠性好、存储容量大 具有记忆和逻辑判断能力 计算机内部自动化操作
计算机发展趋势——巨型化
1975年世界上第一台超级计算机“CrayI”，主频80Mhz
中国超级计算机：
中国超级计算机“天河二号”
2013年由国防科技大学研制； 峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度33.86Petaflops，位居世界第一； 占地面积720平方米，内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节， 最大运行功耗17.8兆瓦； 2015年5月，“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学 数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程
存储程序的工作原理是：在计算机中设置存储器，将程序 和数据存放到存储器中，计算机按照程序指定的逻辑顺序 依次取出存储器中的内容进行处理，直到得出结果。 计算机有两个基本能力：一是能够存储程序和数据 二是能够自动地执行程序。
程序(Program) ：是指可以连续执行的一条条指令的集合。
计算机的工作原理
1.1 计算思维概论
什么是计算思维
计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、 以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
计算思维是以计算 作为基础的问题求 解方法
1.1 计算思维概论
计算思维的本质
抽象
任何自然系统和社会系统都可视为一个动态 演化系统，演化伴随着物质、能量和信息的 交换，这种交换可转换为（也就是抽象）符 号变换，使他可以用计算机进行处理。
自动 化
1.1 计算思维概论
抽象
自动化
2018/7/9
1.1 计算思维概论
计算思维的特性
计算思维是概念化的，而不是程序化的； 计算思维是每个人需掌握的根本技能，而不是刻板的重复性工作 ； 计算思维不是计算机的思维方式，而是人类解决问题的一种思维方式 ； 计算思维是数学和工程思维的互补与融合； 计算思维是思想，不是人造物产品； 计算思维面向所有的人，所有的地方
理论
科学 方法
计算 实验
1.1 计算思维概论
三大科学思维——理论思维、实验思维、计算思维
以数学为基础的理论思维
计算已和理论、实验 缺点：实际问题是复杂的，精确解很难得到 一起，被公认为科学 以物理为基础的实验思维 的三大支柱
优点：直接观察研究获取的科学事实 缺点：不是所有的都可以做出实验
优点：问题的解是精确的
现代计算机的诞生
1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台数字电子计算机 ENIAC诞生。它使用了 18000多只电子管、占地160平方米、重30余吨、耗电150kw、运算速度为 5000次/秒。 目前通用计算机的运算速度：2.5G～3.5G 相当于2亿5千万次到3亿5千万次
现代计算机的发展
按照计算机所使用的逻辑部件将计算机的发展分为四代： 第一代：(1946-1957) 电子管时代(机器和汇编语言)
数据(Data)：
数据是信息的具体 表现形式，是各种各 样的物理符号及其组