第1章 计算、计算机与计算思维
《大学计算机基础与计算思维》课后习题参考答案.doc
《大学计算机基础与计算思维》课后习题参考答案第1章计算、计算机与计算思维............................. 第2章数据的计算基础计算机硬件系统第4章操作系统基础 (11)第5章算法与数据结构 (13)第6章程序设计及软件工程基础 (17)第7章数据库技术 (19)第8章计算机网络 (22)第9章信息安全与职业道德 (24)第10章计算软件第11章办公软件Office 2010算机科学与技术学院计算机基础教学部28 292015年9月第1章计算、计算机与计算思维1.1举例说明可计算性和计算复杂性的概念。
答：对于给定的一个输入，如果计算机器能在有限的步骤内给出答案，这个问题就是可计算的。
数值计算、能够转化为数值计算的非数值问题（如语咅、图形、图像等）都是可计算的。
汁算复杂性从数学上提出计算问题难度大小的模型，判断哪些问题的讣算是简单的，哪些是困难的，研究计算过程屮时间和空间等资源的耗费情况，从而寻求更为优越的求解复杂问题的有效规则，例如著名的汉诺塔问题。
1.2列举3种电子计算机岀现之前的计算工具，并简述其主要特点。
答:（1）算盘通过算法口诀化，加快了计算速度。
（2）帕斯卡加法器通过齿轮旋转解决了自动进位的问题。
（3）机电式计算机Z・l,全部采用继电器，第一次实现了浮点记数法、二进制运算、带存储地址的指令等设计思想。
1.3简述电子计算机的发展历程及各时代的主要特征。
答：第一代一一电子管计算机（1946—1954年）。
这个时期的计算机主要釆用电子管作为运算和逻辑元件。
主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯，外存储器采用磁带。
在软件方面，用机器语言和汇编语言编写程序。
程序的编写与修改都非常繁琐。
计算机主要用于科学和工程计算。
第二代一一晶体管计算机（1954—1964年）。
计算机逻辑元件逐步由电子管改为晶体管, 体积与功耗都有所降低。
主存储器采用铁脸氧磁芯器，外存储器釆用先进的磁盘，汁算机的速度和可靠性有所提高。
第1章 计算、计算机与计算思维
2. 圆周率的计算史
（2）圆周率计算--几何法时期
公元263年前后，数学家刘徽提出著名的割圆术。 最先得出精确的圆周率，得出π=3.14，被称为“徽率”。
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2. 圆周率的计算史
（2）圆周率计算--几何法时期
• 祖冲之对圆周率的贡献： – 求得圆周率 3.1415926 <π<3.1415927 – 算出π的8位可靠数字，不但是当时 最精密的圆周率，而且保持世界纪录 900多年，被称为“祖率”。
阿兰·图灵(1912-1954)，现代计算机科学的创始人，被称为“计算机之父 ”、“人工智能之父”。 发明了一种理想的通用计算机，是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算 的过程，被后人称为“图灵机” 。 英国著名数学家 、逻辑学家、密 码学家。在计算 机和人工智能等
领域做出了重要
贡。
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第12次人口普查共做了6300万人的调查登记，1个
月就完成了统计制表工作。 制表机穿孔卡第一次把数据转变成了二进制信息。 被称为“数据处理”之父。 创办CTR公司，后改名为国际商用机器公司IBM。
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2. 机电式计算机---艾肯的继电器计算机
1937年，哈佛大学博士艾肯（1900-
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2. 圆周率的计算史
实验时期
几何法 时期
分析法 时期
计算机 时期
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2. 圆周率的计算史
（1）圆周率计算---实验时期
以观察或实验为根据，是基于对一个圆的周长和直径的实际测 量而得出。 《周髀算经》记载圆“周三径一”，取π=3。 东汉时期，官方明文规定圆周率取3计算面积的标准，被后人称 为“古率”。
CH1计算机与计算思维概述
二、存储器
• 存储器(memory)是用来存储程序和数据的部件。 对存储器既可以进行“读”（取数）、“写” （存数）操作。 • 衡量存储器的性能指标有： 存储容量 存储速度 价格 • 存储器技术在不断发展，存储器容量越来越大、 存取速度越来越快、价格越来越低、体积越来越 小、耗电越来越省，就连使用寿命也越来越长。
?有的电磁感应笔其基板能感应出用户写字过程中在笔尖上用力的变化并将压力的大小例如分为512级传送给主机主机就能在荧屏上显示出笔迹的粗细这样就更接近于真正的笔在书写时的感觉这就是所谓的压力感应笔它在签名识别绘画中很有用
第1章 计算机与计算思维概述
1.1 计算机系统组成
• 硬件系统 • 软件系统
硬件系统
安腾(Itanium)处理器： 64位开拓者 瞄准高端企业市场，运行的系统一般是UNIX系统 高性价比，性能卓越，更低功耗
Itanium 2被大量用在需要计算的超级电脑上， 以及大型公司的Байду номын сангаас据库系统
Intel Atom是Intel历史 上体积最小和功耗最小 的处理器。 下一代ATOM芯片： 进军移动通讯领域
取 出 指 令
操 作 信 号
反 馈 信 号
一、 CPU
• 运算器和控制器合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。 • 它是计算机的核心部件。 • CPU的具体任务是执行指令，它按照指令 的要求完成对数据的基本运算和处理。 • CPU主要由运算器、控制器、寄存器和高 速缓冲存储器（cache）等组成。
三、输入设备
• 输入(Input)设备能把程序、数字、图形、图像、 声音、控制现场的模拟量等数据，通过输入接口 转换成计算机可以接收的电信号。 • 常用的输入设备有键盘、鼠标器、操纵杆、卡片 输入机、纸带输入机、光笔、语音识别装置、数 字化仪、扫描仪、条形码阅读器、磁墨水字符阅 读机、光学字符阅读机(Optical Character Reader,OCR)、调制解调器(modem)及各种模/数 (A/D)转换器等。
大学计算机基础-01-计算机与计算思维
大学计算机基础-01-计算机与计算思维在当今的数字化时代，计算机已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是工作、学习还是娱乐，我们几乎每天都会与计算机打交道。
而要真正理解计算机的运行原理和应用，就必须掌握计算思维。
接下来，让我们一起走进计算机与计算思维的奇妙世界。
计算机，这个看似复杂的设备，实际上是由一系列硬件和软件组成的。
硬件包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、显示器、键盘等组件，它们协同工作，使得计算机能够执行各种任务。
软件则是指安装在计算机上的程序和操作系统，如 Windows、Mac OS、Linux 等。
这些软件为我们提供了与计算机交互的界面和工具，让我们能够轻松地完成文档编辑、图像处理、游戏娱乐等各种活动。
计算机的发展经历了几个重要的阶段。
从最初的大型机到个人电脑的普及，再到如今的智能手机和平板电脑，计算机的体积越来越小，性能却越来越强大。
早期的计算机主要用于科学计算和军事领域，而随着技术的进步，计算机逐渐走进了千家万户，成为了人们日常生活和工作的得力助手。
那么，什么是计算思维呢？简单来说，计算思维是一种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。
它不仅仅是关于编程和算法，更是一种解决问题的方式和思维模式。
计算思维具有几个重要的特点。
首先是抽象。
在面对复杂的问题时，我们需要将其抽象为简单的模型，以便更好地理解和解决。
例如，在设计一个在线购物系统时，我们可以将用户、商品、订单等元素抽象为数据结构，并通过算法来处理这些数据。
其次是逻辑。
计算思维要求我们遵循严格的逻辑规则，确保我们的解决方案是正确和有效的。
无论是编写程序还是设计系统，逻辑的严密性都是至关重要的。
此外，计算思维还强调分解和组合。
我们可以将一个大问题分解成若干个小问题，分别解决后再将它们组合起来，形成最终的解决方案。
计算思维在各个领域都有着广泛的应用。
在科学研究中，科学家们利用计算思维来模拟自然现象、分析实验数据，从而推动科学的进步。
大学计算机—基于计算思维知识点
大学计算机基础知识点第一章计算思维与计算机1、三大科学思维——理论思维（以数学为基础的理论思维）、实验思维以物理为基础的实验思维、计算思维2、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.3、计算思维的本质：抽象+自动化4、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5、1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台数字电子计算机 ENIAC诞生。
6、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) 电子管时代第二代：(1958-1964) 晶体管时代第三代：(1965-1970) 中小规模集成电路第四代：(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)7、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指令(Instruction) ：是指计算机完成某一种操作的命令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计算机硬件系统第二章⏹数制（Numbering System）即表示数值的方法，有进位计数制和非进位计数制两种⏹进位计数制的基本特点如下:☐使用固定个数的数码表示数值的大小☐逢R进一☐采用位权表示法数制的转换二进制、八进制、十六进制和十进制之间的转换信息的存储单位（位、字节）除字节外，还有千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)，拍字节(PB)。
它们的换算关系原码、反码、补码之间的转换ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码，即美国标准信息交换代码。
第一章计算思维与计算机概论
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1.2.2 计算机的发展
计算机的发展趋势
计算机科学是有史以来发展最快的学科，为了迎合社会 对计算机不同层次的应用需求，计算机正朝着巨型化、 微型化、网络化和智能化方向发展。 计算机按其规模、速度和功能等可分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机及单片机等等。这些类型之间 的基本区别通常在于其体积大小、结构复杂程度、功率 消耗、性能指标、数据存储容量、指令系统和设备、软 件配置等的不同。
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第一章 计算机基础知识
1.1
计算思维 1.2 计算机概述 1.3 计算机系统的运算基础 1.4 计算机系统的构成 1.5 微型计算机硬件组成
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1.1 计算思维
1.1.1 1.1.2 1.1.3
什么是计算思维 计算思维与计算机 应用计算思维求解
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1.1.3 应用计算思维求解问题的一 般过程
国际教育技术协会（ISTE）和计算机科学教师协会（CSTA） 指出计算思维是一个用来解决问题的过程，该过程包括以 下六个步骤。 （1）制定问题，能够使用外界工具如计算机和其他工具等帮 助解决这个问题； （2）组织和分析数据，要符合逻辑； （3）通过抽象，如模型、仿真等，重现数据； （4）通过一系列有序的步骤也就是算法思想，支持自动化的 解决方案； （5）识别、分析和实施可能的解决方案，找到最有效的方案， 并且有效结合这些步骤和资源； （6）将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的问题中。
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1.2 计算机概述
1.2.1 1.2.2 1.2.3
什么是计算机 计算机的发展 计算机的分类
大学《计算机基础与计算思维》第一章计算与计算思维题库及答案
第一章计算与计算思维题库其中1表示选择题的题干下的第一行为答案（多选类推），也表示判断题答案为正确。
其中2表示选择题的题干下的第二行为答案（多选类推），也表示判断题答案为错误。
一、判断题1巴贝奇制造的差分机是一种电动机械计算工具。
22人工智能可以完成普通的设计工作。
13计算机发展趋势的巨型化主要指超级计算机的体积越来越大。
24计算思维是实现人工智能的必备条件。
15现在我们普遍使用的计算机是第五代计算机。
26计算思维就是要像计算机一样思考问题。
27智能手机也是一种计算机。
18计算机产业的发展将在很长时间内仍遵循摩尔定律。
2二、选择题1第一台电子计算机是1946年在美国研制的，该机的英文缩写为（）。
3 EDVACEDSACENIACUNIVAC2电子计算机技术在半个世纪中虽有进步，遵循着一位科学家提出的基本原理，他就是（）2爱迪生冯•诺依曼布尔图灵3摩尔定律是指（）o 1芯片集成晶体管的能力每18个月增长一倍，其计算能力也增长一倍芯片集成晶体管的能力每年增长一倍，其计算能力也增长一倍芯片集成晶体管的能力每两年增长一倍，其计算能力也增长一倍芯片集成晶体管的能力每6个月增长一倍，其计算能力也增长一倍4为什么要学习计算思维？因为（）0 2如果理解了计算思维，则便具有了融会贯通、联想启发的能力，这样再看计算学科的知识便感觉他们似乎具有相同的道理或原理，只是术语不同而已不仅仅是上述的理由，有很多理由说明大思维比小技巧更重要，思维的学习比知识的学习更重要计算学科知识膨胀速度非常快，知识学习的速度跟不上知识膨胀的速度，因此要先从知识的学习转向思维的学习，在思维的指引下再去学习知识学习计算思维并不仅仅是学习计算机及相关软件的原理，因为社会/自然中的很多问题解决思路与计算学科中的方法和原理是一致的，计算思维的学习也可以提高解决社会/自然问题的能力5早期的计算机体积大、耗电多、速度慢，主要原因是（）o 4设计水平元材料工艺水平元器件6下列关于世界上第一台电子计算机ENIAC叙述错误的是（）2 它主要采用电子管作为电子器件使用高级语言进行程序设讣世界上第一台电子计算机是1946年在美国诞生的它主要用于军事目的和科学计算7本课程中拟学习的计算思维是指（）。
第1章 计算机与计算思维
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while(r!=0) /*利用辗除法，直到r为0为止*/
{ m=n; n=r; r=m%n;
} intGreatComDiv=n; intLeaseComMul=M*N/intGreatComDiv; printf("m和n的最大公约数是:
一个可以使用计算机解决的问题应该被定 义为“可以在有限步骤内被解决的问题”， 故哥德巴赫猜想这样的问题是不属于“可 计算问题”之列的，因为计算机没有办法 给出数学意义上的证明。
不能期待计算机能解决世界上所有的问题。
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1.2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 解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活 动。计算思维的本质是抽象和自动化。如同 所有人都具备“读、写、算”（简称3R）能 力一样，计算思维已经成为必须具备的科学 思维能力。
设计一个算法完成这个查找过程，那么这个算法 的思想和人工查找是基本一致的，即逐个对比 s1,s2,…,sn，
如果其中某一个的学号值与key=10011087匹配， 则查找成功，结束查找过程；
如果所有的学号都不与key匹配，则说明没有要找 的这个学生，称为查找失败，结束查找过程。
演规则）。任何结论都要从公理集合出发， 经过推演系统的合法推理，得出结论。
31
计算思维
计算思维是人类科学思维中，以抽象化和 自动化，或者说以形式化、程序化和机械 化为特征的思维形式。
计算思维也是与人类思维活动同步发展的 思维模式，但是计算思维概念的明确和建 立却经历了较长的时期。
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计算思维中的抽象化与数学（逻辑思维） 的抽象化有不同的含义。计算思维的抽象 化不仅表现为研究对象的形式化表示，也 隐含这种表示应具备有限性、程序性和机 械性。
计算机文化与计算思维
1.3
计算思维
◆ 选择合适的方式去陈述一个问题的方法、对一个问题的相关方面建模
使其易于处理的思维方法；
◆ 按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行
系统恢复的一种思维方法；
◆ 启发式推理，用于在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法； ◆ 利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间，在处理能力和存储容量
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1.2
计算机的诞生和发展
◆ ENIAC（电子数字积分计算机） 1946.2~1955.10 宾州大学 每秒5千次加减运算 没有存储器
采用十进制
第一款商用计算机：UNIVAL 1947年，莫奇莱和埃克特
仅表明电子计算机时代的到来
12
1.2
计算机的诞生和发展
◆ 冯· 诺依曼体系结构计算机 人类第二台计算机；EDVAC（离散变量自动电子计算机） 1945年 冯· 诺依曼参与研制并且发表：关于 EDVAC的报告草案
(n-2)!
┆
20 1! 不能再分解
最小 问题
1.3
计算思维
1．计算思维的本质：抽象和自动化 抽象：完全超越物理的时空观，并完全用符号来表示 数学抽象是一种特例
示例1.3 哥尼斯堡七桥问题 18世纪经典数学问题
在哥尼斯堡的一个公园里，有七座桥将普雷格尔河中两个岛以及岛 与河岸连接起来。问是否可能从这四块陆地中任一块出发，恰好通过每 座桥一次，再回到起点？
1642年，年仅19岁的法国伟大 科学家帕斯卡引用算盘的原理 ，发明了第一部机械式计算器 ，在他的计算器中有一些互相 联锁的齿轮，一个转过十位的 齿轮会使另一个齿轮转过一位 ，人们可以像拨电话号码盘那 样，把数字拨进去，计算结果 就会出现在另一个窗口中，但 是只能做加减计算。
大学计算机第5版习题参考答案
《大学计算机》习题解答（2017.3）说明：1、部分思考题并无标准答案，需要学生在教材、校园网、因特网中查找相关资料；2、思考题能自圆其说者为“中”；言之有理者为“良”；举例说明者为“优”；3、思考题、简答题均以短小要点形式答题，不论有多少要点，答对3个均视为全部正确；各章习题参考答案第1章计算与计算思维1-1 简要说明计算机发展的三个历史阶段。
答：（1）古代计算机工具（2）中世纪计算机（3）现代计算机1-2 简要说明九九乘法口诀算法有哪些优点。
答：（1）建立了一套完整的算法规则；（2）具有临时存储功能，能连续运算；（3）出现了五进制；（4）制作简单，携带方便。
1-3 简要说明计算机集群系统有哪些特点。
答：（1）将多台计算机通过网络组成一个机群；（2）以单一系统模式管理；（3）并行计算；（4）提供高性能不停机服务；（5）系统计算能力非常高；（6）具有很好的容错功能。
1-4 简要说明各种类型计算机的主要特点。
答：（1）大型机计算机性能高。
（2）微机有海量应用软件，优秀的兼容能力，低价高性能。
（3）嵌入式计算机要求可靠性好。
1-5 简要说明图灵机的重要意义。
答：（1）图灵机证明了通用计算理论；（2）图灵机引入了读写、算法、程序、人工智能等概念；（3）复杂的理论问题可以转化为图灵机进行分析。
（4）图灵机可以分析什么是可计算的，什么是不可计算的。
1-6 简要说明冯诺依曼“存储程序”思想的重要性。
答：（1）为程序控制计算机提供了理论基础；（2）程序和数据的统一；（3）实现了程序控制计算机；（4）提高运算效率；（5）为程序员职业化提供了理论基础。
1-7 简要说明什么是计算思维。
答：周以真认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，它涵盖了计算机科学的一系列思维活动。
1-8 举例说明计算思维的应用案例。
答：（1）复杂性分析：如战争分析、经济分析、算法分析等。
（2）抽象：如数据类型、数学公式等。
第1章计算机、计算与计算思维练习题答案解析
第1章计算机、计算与计算思维1、各种自动化设备，如数控机床、自助加油站中有计算机吗?(A) YES；(B) NO答案：A解释：本题考核什么是计算机以及计算机的存在形态。
各种自动化设备，都有控制设备工作的控制机构，这些控制机构被认为是自动化设备中的大脑，即可被认为是广义的计算机。
具体内容请参考第一章课件之“什么是计算机及为什么要学计算机”以及第一章课件。
2、计算机包括_____。
(A)台式机、便携机；(B)嵌入在各种设备中的芯片；(C)软件；(D)以上所有。
答案：D解释：本题考核什么是计算机以及计算机的存在形态。
台式机、便携机属于计算机；嵌入在各种设备中的芯片也属于计算机；软件也属于计算机，计算机包括硬件和软件。
因此(D)是正确的。
具体内容请参考第一章课件之“什么是计算机及为什么要学计算机”以及第一章课件。
3、人类应具备的三大思维能力是指_____。
(A)抽象思维、逻辑思维和形象思维；(B)实验思维、理论思维和计算思维；(C)逆向思维、演绎思维和发散思维。
(D)计算思维、理论思维和辩证思维。
答案：B解释：本题考核对计算思维重要性的了解。
人类应具备的三大思维能力就是实验思维、理论思维和计算思维。
虽然其他思维也很重要(读者可参阅相关文献了解之)，尤其是对学生创新思维形成很重要，但相比之下，这三种思维更具有普适性。
故(B)是正确的；具体内容请参考第一章课件之“什么是计算思维”以及第一章课件。
4、本课程中拟学习的计算思维是指_____。
(A)计算机相关的知识；(B)算法与程序设计技巧；(C)蕴含在计算学科知识背后的具有贯通性和联想性的内容；(D)知识与技巧的结合。
答案：C解释：本题考核对计算思维的理解程度，思维与知识和技巧的关系。
将各种知识和技巧贯通起来，形成脉络，便被认为是思维。
计算思维是指蕴含在计算学科知识背后的具有贯通性和联想性的内容。
因此(C)是正确的。
具体内容请参考第一章课件之“什么是计算思维”以及第一章课件。
计算机-计算与计算思维
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计算机-计算与计算思维
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目录
• 计算与计算思维概述 • 计算机基础知识 • 计算思维的核心概念 • 计算思维在各领域的应用 • 计算思维的培养与教育
01 计算与计算思维概述
计算的定义与历史
定义
计算是指通过某种方式将输入转换为输出的过程，通常涉及信息的处理和转换。
历史
计算的历史可以追溯到古代的算盘和计数系统，而现代计算机的发展则始于20 世纪初，经历了从机械式、电子管式、晶体管式到集成电路、超大规模集成电 路等阶段。
建筑设计
在建筑设计中，计算思维 用于模拟建筑结构的受力、 热传导等物理过程，实现 绿色、节能的设计。
电子设计
在电子设计中，计算思维 用于设计和优化电路板、 集成电路等，提高电子设 备的性能和稳定性。
商业决策
数据分析
通过计算思维，商业分析师可以 处理和分析大量的业务数据，为
决策者提供有价值的洞察。
供应链管理
数据清洗、处理和分析是数据建模的 关键步骤。
系统设计与评估
系统是由相互关联的组件组成的整体。
系统设计需要考虑整体的功能、性能和安全性。
系统评估是对系统性能、可靠性和安全性的评估 和测试。
04 计算思维在各领域的应用
科学计算
物理模拟
通过计算思维，科学家可以使用 计算机模拟复杂的物理现象，如
气候变化、材料力学等。
在工程学领域中，计算思维有助于解决复 杂的系统设计和优化问题，如机械设计、 航空航天工程等。
02 计算机基础知识
计算机硬件组成
01
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03
04
中央处理器
计算机技术与计算思维基础
即超级计算机，采用并行处理的 体系结构，数以万计的CPU组成，处 理速度达到每秒亿亿次以上。
如：“顶点”峰值每秒18.77亿亿次； “神威·太湖之光”达9.3亿亿次； “天河二号”峰值达每秒5.49亿亿次。
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第1章 计算机技术与计算思维基础
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.2 计算思维基础
1.2.3 计算思维的本质
抽 象—建模（忽略细节） 自动化—模拟（机械地一步一步自动执行抽象出来的模型）
【例1-3】 哥尼斯堡七桥问题。
C
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D B
A
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.2 计算思维基础
1.2.4 计算思维的基本方法
1.1 计算机技术
1.1.3 计算机的分类
4.嵌入式计算机
是为特定应用而量身打造的专用计算机。 是将系统和功能软件集成于计算机硬件系统中，即把软件固化 在芯片上，其内部的程序一般不能被改动。 如：家用电器、汽车的一键启动等智能化功能都是由嵌入式计 算机完成的。
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第1章 计算机技术与计算思维基础
使用的方法：计算机科学的方法。
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.2 计算思维基础
1.2.1 计算思维的定义
3.简单实例
【例1-1】 求阶乘（n!）。 计算机中求n!的方法：递归和迭代。
【例1-2】 求f(x)在[a,b]区间上的积分。
高等数学中，用牛顿-莱布尼兹公式， 计算机中，使用黎曼积分，计算小区间的面积。
第1章 计算和计算思维
ENIAC
• ENIAC大约使用了18800个电子管，1500个继电器 • 重达30吨，占地面积约170平方米
• 耗电150千瓦，耗资40万美元
• 每秒5千次加减运算 • 没有存储器
• 采用十进制？
• 搜索： https:///wiki/ENIAC • 仅表明电子计算机时代的到来
参考资料
• 书籍
• June Jamrich Parsons，Dan Oja著，吕云翔等译.New Perspectives on Computer Concepts(计算机文化 第15版)，北京：机械工业出版社， 2014
• MOOC课程
除了计算机版，也有手机APP
• /
则改良并用在算盘上。
• 位值概念和九九表后来传入高丽和日本，又经过丝绸之路西 传印度、波斯，继而流行全世界。十进位制和九九表是古代我国 对世界文化的重要贡献。
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1.1.1早期计算工具
• 4.进位计数制
•
进位计数制是利用固定的数字符号和统一的规则来计数的方法。 一种进位计数制包含一组数码符号和三个基本要素，即数码、数位、 基数和位权。
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1.1.2机械式计算机
• 4.艾达与程序设计
•
艾达（Ada Lovelace）是英国诗人拜伦的女儿。1842年到1843年， 她花了9个月时间翻译了巴贝奇的《分析机概论》备忘录，其中写了很多注 记，给出了伯努利数求解的详细说明，这被公认为世界上第一个计算机程序。 因为艾达在程序设计上的开创性工作，所以被称为世界上第一位程序设计师。
• （1）数码：一组用来表示某种计数制的符号。
• （2）基数：在某种计数制中，每个数位上所能使用的数码个数。 • （3）数位：数码在一个数中所处的位置。 • （4）权：权是基数的幂，表示数码在不同位置上的数值。
1计算机与计算思维
1计算机与计算思维计算机是现代社会中不可或缺的工具，无论是个人还是企业，计算机的应用都十分广泛。
然而，计算机的背后并不仅仅是硬件和软件，更重要的是计算思维。
计算思维是指人们在解决问题时使用的一种思维方式，通过将问题分解为小的组成部分并进行抽象和模式化，以便用计算机来解决。
计算思维不仅仅是理解如何使用计算机，更是培养创造力、逻辑思维、问题解决和合作精神的一种方式。
通过学习计算思维，人们可以获得更强的分析和解决问题的能力，并且能够更好地理解和掌握计算机的运作方式。
首先，计算思维能够培养创造力。
在解决问题的过程中，人们需要找到新的方法和思路，这需要创造性的思维。
计算思维的核心是将问题分解为小的组成部分，并寻找合适的算法和数据结构来解决问题。
这种分解问题和寻找解决方案的过程可以促进人们的创造思维，激发人们寻找新的方式和方法的能力。
其次，计算思维能够培养逻辑思维。
在计算机中，所有的操作都是逻辑上的步骤，需要严谨的分析和推理过程。
通过学习计算思维，人们可以提高逻辑思维的能力，更好地理解、分析和推理问题。
逻辑思维是一种重要的思维方式，可以用于解决各类问题，并且在日常生活中也能够帮助人们更好地思考和决策。
此外，计算思维还可以培养问题解决的能力。
在解决问题时，人们需要学会对问题进行分析和理解，并且寻找合适的解决方案。
计算思维的核心是将问题分解为小的组成部分，并通过合适的算法和数据结构来解决问题。
这种问题解决的思维方式可以帮助人们更好地理解问题的本质，并且能够快速、高效地找到解决方案。
最后，计算思维能够培养合作精神。
在计算机领域中，很多问题需要团队合作来解决，每个人都有自己的专长和贡献。
通过学习计算思维，人们可以培养合作的能力，学会与他人进行有效的沟通和协作。
这对于个人来说是一种非常重要的素质，可以在工作和生活中帮助人们更好地与他人合作。
综上所述，计算机与计算思维是密切相关的。
计算思维不仅仅是解决计算机相关问题的一种思维方式，更是一种培养创造力、逻辑思维、问题解决能力和合作精神的方式。
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第12次人口普查共做了6300万人的调查登记，1个
月就完成了统计制表工作。 制表机穿孔卡第一次把数据转变成了二进制信息。 被称为“数据处理”之父。 创办CTR公司，后改名为国际商用机器公司IBM。
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2. 机电式计算机---艾肯的继电器计算机
1937年，哈佛大学博士艾肯（1900-
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2. 圆周率的计算史
（6）总结
Π值
计算 方法
相辅相成
共同促进
计算机
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1.2 计算机
计算机的发展历程
手动式 计算工具 电子 计算机
计算 工具
机械式 计算工具 机电式 计算机
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1.2.1 计算机文化
1991年，为纪念巴贝奇诞辰 200周年，伦敦科学博物馆采 用18世纪的技术设备，制作了 完整的差分机。
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2. 机电式计算机---霍列瑞斯的制表机
起因：1880年，美国举行全国性人口普查。手摇计 算机“摇”得满头大汗，一天也算不出几张表格。 这次人口调查统计制表工作花了7年半的时间。 1888年，霍列瑞斯发明了他的制表机。1890年的
Π =3. 14159265358979323846264338327950288419716939937510 58209749445923078164062862089986280348253421170679 82148086513282306647093844609550582231725359408128 48111745028410270193852110555964462294895493038196 44288109756659334461284756482337867831652712019091 45648566923460348610454326648213393607260249141273 72458700660631558817488152092096282925409171536436 78925903600113305305488204665213841469519415116094 3305727036575959195309………….
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1.1.3 圆周率计算问题
圆周率是 怎样计算 出来的？
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1. 圆周率与π
• 什么是圆周率?
– 圆周率是一个常数,是代表圆周和直径的比 例。它是一个无理数, 即是一个无限不循环
小数。
• 什么是π?
– π是第十六个希腊字母, – 1736年开始，数学家欧拉在书信和论文中 用π来代表圆周率。
1973）在图书馆里发现了巴贝奇的论文， 提出了用机电方式而不是用纯机械方法
构造分析机的设想。
1944年，艾肯成功研制了自动顺序控制计
算机MARK-Ⅰ。实现了当年巴贝奇的
设想。它使用了3000多个继电器，各种导
线总长达800km以上。
霍华德▪艾肯
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2. 机电式计算机---艾肯的继电器计算机
• 韦达
• 分析表达式
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2. 圆周率的计算史
（4）圆周率计算—计算机时期
10万亿位
10亿位 100万位 3089位 2037位
70小时
1949年
1954年
1973年
1989年
2011年
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（5）圆周率计算结果
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2. 圆周率的计算史
（2）圆周率计算--几何法时期
公元263年前后，数学家刘徽提出著名的割圆术。 最先得出精确的圆周率，得出π=3.14，被称为“徽率”。
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2. 圆周率的计算史
（2）圆周率计算--几何法时期
• 祖冲之对圆周率的贡献： – 求得圆周率 3.1415926 <π<3.1415927 – 算出π的8位可靠数字，不但是当时 最精密的圆周率，而且保持世界纪录 900多年，被称为“祖率”。
阿兰·图灵(1912-1954)，现代计算机科学的创始人，被称为“计算机之父 ”、“人工智能之父”。 发明了一种理想的通用计算机，是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算 的过程，被后人称为“图灵机” 。 英国著名数学家 、逻辑学家、密 码学家。在计算 机和人工智能等
领域做出了重要
贡献。
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第一章 计算、计算机与计算思维
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主要内容
1.1 计算 1.2 计算机 为什么做
1.3 计算思维 1.4 习题与思考
1.5 本章小结
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1.1 计算
认识计算
1. 数的四则运算，是在“数据”和“运算符”的操作下，按 照计算“规则”进行的数据变换。 2. 函数计算，如对数与指数、微分与积分，使得每个 输入值 得到相应的计算结果。 3. 生物计算、社会计算、量子计算、情感计算、可穿戴计算等 ，计算无处不在。
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1.1.1 什么是计算
计算就是基于规则的、符号集的变换过程，即从一个按照规则
组织的符号集合开始，再按照既定的规则一步步地改变这些符号
集合，经过有限步骤之后得到一个确定的结果。
广义的计算就是 执行信息变换，即对信息进行加工和处理。
许多自然的、人工的和社会的系统中的过程变化，自然而然是计
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1.1.2 计算离不开计算方法和计算机工具
复杂计算问题
需要研究简化的方法、规则。如一元二次方程解的公式等。
知道计算规则，但超出人的计算能力，无法获得计算结果
设计一些简单的规则，让机器通过重复执行来完成计算， 也就是使用机器来代替人进行自动计算，比如圆周率计算等。
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Mark-I是电子计算机产生之前的最后一台著名的计算机，许多现代计算机 先驱者都在这台机器上工作过。 随着计算机电路元器件的发展，艾肯又先后研制出了Mark Ⅱ（1946年） 、Mark Ⅲ（1950年）。
Mark I
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Mark III
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3. 电子计算机---图灵和图灵机
“计算机界诺贝尔奖”——图灵奖
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3. 电子计算机---第一台电子计算机ENIAC
1946年2月15日，世界公认的第一台“电子数 字积分式计算机”ENIAC（Electronic Numerical
Integrator and Calculator）在美国的宾夕法尼亚大学
研制成功。 莫奇莱（John Mauchly）教授和他的研究生埃
莫奇莱教授和埃克特
克特（Presper Eckert）博士等人研制成功.
采用电子器件代替了机械齿轮或电动机械来执行 算术运算、逻辑运算和存储信息。
ENIAC不能存储程序，需要用连线方法来编辑程
序，计算速度的优势被过长的准备时间抵消了。
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3. 电子计算机---冯·诺依曼与ADVAC
莱布尼茨 (1646～1716)，德国的数学家。
莱布尼茨机
对帕斯卡机改进，一种能够进行连续十进
制运算（加、减、乘、除）的机器。 在进行乘法运算时采用进位加的方法，后 来演化为二进制，被现代计算机所采用。
意义：提出了“可以用机械代替人进行繁
琐重复的计算工作”的重要思想。
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齿轮传动进位。低位齿轮转动10圈，高位齿轮转
动1圈，可以进行8位数的加法运算。 人的某些思维过程与机械过程没有差别，因此可 以设想用机械模拟人的思维活动。 意义：首次确立了计算机器的概念，开辟了自动计算 的道路。
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帕斯卡机 第20页
1. 机械计算机---莱布尼茨和乘法器
手动计算---算盘
提供了计算过程中存储数的手段
一、加法 直加 满五加 进十加 一: 一上一 一下五去四 一去九进一 二: 二上二 二下五去三 二去八进一 三: 三上三 三下五去二 三去七进一 四: 四上四 四下五去一 四去六进一 五: 五上五 五去五进一 六: 六上六 六去四进一 六上一去五进一 七: 七上七 七去三进一 七上二去五进一 八: 八上八 八去二进一 八上三去五进一 九: 九上九 九去一进一 九上四去五进一 二、减法 直减 破五减 退位减 一 一下一 一上四去五 一退一还九 二 二下二 二上三去五 二退一还八 三 三下三 三上二去五 三退一还七 四 四下四 四上一去五 四退一还六 五 五下五 五退一还五 六 六下六 六退一还四 六退一还五去一 七 七下七 七退一还三 七退一还五去二 八 八下八 八退一还二 八退一还五去三 九 九下九 九退一还一 九退一还五去四
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1. 机械计算机---巴贝奇和差分机
起因：数学家手工编制《数学用表》，出现大
量错误。
1834年：巴贝奇设计了差分机。 能够按照设计者的旨意，自动处理不同函 数的处理过程。 所谓差分，就是把函数的复杂算式转化为
巴贝奇
简单的加法代替平方运算。差分机的设计
闪烁出了程序控制的灵光。
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2. 圆周率的计算史
实验时期
几何法 时期
分析法 时期
计算机 时期
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