计算机文化与计算思维
计算机文化与计算机思维基础共40页文档
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。—快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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第一章 计算文化与计算思维(思维导图)
计算文化与计算思维计算文化计算史--计算的前尘往事手动式计算工具算筹算盘-最早体系化算法机械式计算器帕斯卡加法器第一台机械式计算工具法国莱布尼茨四则运算器德国雅卡尔可编程织布机穿孔卡片的输入方式法国巴贝奇的分析机存储装置运算装置控制装置可编程计算机的蓝图机电式计算机穿孔卡原理 制表机 赫尔曼第一次运用计算机进行大规模的数据处理Mark-IMark-II全部使用继电器电子计算机ENIAC--电子数字积分计算机电子计算机时代的到来第一台电子计算机电子管EDVAC--冯·诺依曼采用二进制存储程序确立了现代计算机的基本结构新型计算机能识别自然语言的计算机高速超导计算机激光计算机DNA计算机量子计算机计算机的应用科学计算数据处理最为广泛的一个领域过程控制生产过程自动化辅助系统计算机辅助设计CAD大型制造业计算机辅助制造CAM大型制造业计算机辅助教学CAI计算机辅助质量控制CAQ计算思维科学方法理论实验计算计算思维概述周以真教授计算思维本质抽象自动化计算思维特性是概念化，不是程序化是根本的，不是刻板的技能是人的思维，不是计算机的思维是思想，不是人造物是数学和工程思维的互补与融合，不是空穴来风面向所哟肚饿人、所有地方，不局限于计算学科利用计算思维求解问题步骤分析和抽象确定数据结构设计算法编程和调试得到结果实例语言描述抽象设计数据结构和算法选择编程语言，编写程序，让计算机自动执行。
计算机与计算思维
• 第四代计算机（1972至今）：大规模集成电路计算机，代表机型有IBM PC和Apple Macintosh。这一时期 的计算机性能更强，体积更小，价格更低，普及程度更高。随着技术的不断发展，计算机的应用领域也不 断扩展，包括科学计算、数据处理、网络通信、人工智能等。
人工智能与机器学习的快速发展
人工智能成为计算机发展的重要方向
人工智能技术可以通过对大量数据的分析和学习，使计算机具有类似于人类的智 能行为，如语音识别、图像识别、自然语言处理等。
机器学习成为人工智能的重要支撑技术
机器学习技术通过对大量数据的训练和学习，使得计算机能够自我学习和改进， 具有更强的智能性和适应性。
算法优化
根据实际需求，不断优化算法，提高程序的效率和性能。
创新算法
学习并运用新兴的算法，如机器学习、深度学习等，解决复杂 问题。
数据结构优化
数据结构选择
熟悉并掌握不同的数据结构，如数组、链表、栈 、队列等，根据实际需求选择合适的数据结构。
数据结构优化
通过调整数据结构的大小、顺序、链接等方式， 提高数据的存取效率和程序的性能。
数据库设计
根据应用需求，设计合理的数据库结构，优化数 据的存储和查询效率。
程序调试与优化
程序调试
01
掌握调试技巧，如断点调试、日志调试等，快速定位和解决程
序中的错误。
代码审查
02
熟悉并掌握代码审查技巧，发现代码中的潜在错误和缺陷，提03
通过性能测试工具和手段，检测程序的性能瓶颈和优化空间，
数据库管理系统
计算思维概述 ppt课件
第一章 计算思维基础知识
第一章 计算思维基础知识
主要内容 1.1 科学与科学思维 1.2 计算思维的概念 1.3 计算思维的核心概念和方法 1.4 计算思维的应用领域
思维本身让人沉醉……
计算思维除了给计算机技术带来变革，它还让 人们在探索的过程中体验和谐、对称、完备、 简洁等美学属性。
1.1 科学与科学思维
2）科学思维的分类 对应的三大科学研究的思维是理论思维、实验思维和计算思维。 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。 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。
计算思维就是思维过程或功能的计算模拟方法论，其研究的目的是提供 适当的方法，使人们借助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高 目标。诸如：模式识别、决策、优化和自控等算法都属于计算思维的范畴。
三大思维都是人类科学思维方式中固有的部分。其中，理论思维强调 推理，实验思维强调归纳，计算思维希望能自动求解。他们以不同的方式 推动着科学的发展和人类文明的进步。
➢目的是培养学生像拥有阅读、写作和算术 （3R）基本技能一样拥有计算思维技能，并 能自觉地应用于日常的学习、研究与将来的 工作中，要像计算机科学家那样思考问题。
周以真：原美国卡内基·梅隆大学教授，2013年任微软全球资深副总裁、负责 微软研究院全球各核心研究机构及学术合作部 。2006年对计算思维进行了清晰、 系统的阐述，使计算思维的概念得到人们的极大关注。
• Design：building reliable software systems
评估---Evaluation 4类核心实践
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。
计算机文化与计算机思维基础
计算机文化与计算机思维基础在当今的数字化时代，计算机已经深深地融入了我们生活的方方面面。
从日常的通讯交流到复杂的科学研究，从便捷的在线购物到高效的工业生产，计算机的身影无处不在。
了解计算机文化和掌握计算机思维基础，对于我们更好地适应这个时代、提升自身能力具有至关重要的意义。
计算机文化，简单来说，是指围绕计算机技术所形成的一系列观念、习惯、知识和行为方式。
它不仅仅是关于如何操作计算机，更涵盖了计算机对社会、经济、文化等各个领域的影响。
当我们谈到计算机文化，首先会想到它带来的信息传播方式的变革。
在过去，人们获取信息主要依赖于书籍、报纸、广播和电视等传统媒体。
而如今，通过互联网，我们能够在瞬间获取来自世界各地的信息。
这使得我们的视野更加开阔，知识的获取变得更加便捷和高效。
计算机文化也极大地改变了人们的交流方式。
电子邮件、即时通讯工具、社交媒体等让人们能够跨越时空的限制，与远方的朋友、亲人甚至陌生人进行实时交流。
这种交流方式的转变，既拉近了人与人之间的距离，也丰富了我们的社交生活。
在教育领域，计算机文化同样产生了深远的影响。
在线教育平台为更多人提供了学习的机会，无论身处何地，只要有网络，就能够接受优质的教育资源。
多媒体教学手段的运用，使得学习过程更加生动有趣，提高了学习效果。
而计算机思维基础，则是指运用计算机科学的基本概念和方法来解决问题、设计系统和理解人类行为的思维方式。
计算机思维的核心之一是算法思维。
算法就像是解决问题的一系列清晰明确的步骤。
比如，我们在计算两个数的和时，会有一个明确的计算步骤，这就是一个简单的算法。
在面对复杂问题时，通过设计有效的算法，能够提高解决问题的效率和准确性。
逻辑思维在计算机思维中也占据着重要地位。
计算机在处理信息时，遵循着严格的逻辑规则。
我们在编写程序、设计系统时，需要清晰准确地表达逻辑关系，以确保计算机能够正确地执行任务。
分解问题的能力也是计算机思维的关键。
当遇到一个庞大复杂的问题时，我们需要将其分解成若干个较小的、易于处理的子问题，然后逐步解决这些子问题，最终解决整个大问题。
计算机文化与计算机思维基础
计算机文化与计算机思维基础计算机在当今社会中已经成为了重要的工具和资源，对于个人和社会的发展都起着至关重要的作用。
而要更好地理解和运用计算机，掌握计算机文化和计算机思维基础是必不可少的。
本文将从计算机文化与计算机思维的概念、重要性以及培养方法等方面展开探讨。
一、计算机文化的概念与重要性计算机文化是指通过学习和理解与计算机相关的知识、技能和价值观，从而形成的一种特定的文化现象和认知方式。
计算机文化涉及计算机的概念、原理、发展历程、应用和影响等方面内容。
计算机文化的重要性主要体现在以下几个方面：1. 推动科技创新：计算机文化的普及不仅可以提升个人的科技素养，还能够推动整个社会的科技创新。
只有掌握了计算机文化，人们才能更好地理解和运用计算机技术，从而创造出更多的科技成果。
2. 促进信息化时代发展：计算机文化是信息化时代的基石，它的普及和提升能够为信息化社会的发展提供有力的支撑。
在计算机文化的引领下，人们可以更好地适应和应对信息时代的需求，提高信息获取和处理的能力。
3. 增强学习和工作效率：计算机文化的掌握可以让人们更加高效地进行学习和工作。
通过计算机技术，人们可以快速获取和处理大量的信息，提高学习和工作效率，使事半功倍成为可能。
二、计算机思维基础的概念与培养方法计算机思维是一种抽象思维，它强调问题的分解、模式识别和算法思维等能力。
计算机思维基础则是指培养和发展这种思维方式所需的基础知识和技能。
计算机思维基础的重要性在于它可以培养人们的逻辑思维、创造思维和问题解决能力。
下面将介绍一些培养计算机思维基础的方法：1. 学习编程：编程是培养计算机思维基础的重要途径之一。
通过学习编程语言，人们可以更好地理解问题的分解和模式识别等概念，锻炼逻辑思维和算法思维。
2. 解决问题：解决问题是培养计算机思维基础的有效方法。
人们可以选择一些与计算机相关的问题，并尝试用计算机思维的方式来解决，例如使用流程图、伪代码等方式进行问题描述和求解。
计算思维概述 ppt课件
以上四个文件分析了美国计算教育出现的问题，报告建议在美国国家科学基金的资助下全面 改革美国的计算教育。以下两个问题和一个建议值得我们注意： ① 大学第一年计算机课程的构建问题； ② 多学科的融合问题； ③ 报告建议加强美国中小学学生抽象思维与写作能力的训练，目的，使学生平稳过渡到
（3）“讨论”出服务排队的核心方法：
–先来先服务（FCFS) –短任务优先（SJF) –最短剩余时间优先（SRTF) –优先级调度（HPF) –时间片轮转（RR)
例4 装箱问题模拟
问题：用尽可能少的箱子装下若干物体
#include <stdio.h> main() {
int i, j, Cur, N, Max=0; static int S[1001]; scanf("%d", &N); for(i=1; i<=N; i++) {
科学的美不逊于艺术的美。
1.1 科学与科学思维
1. 科学的概念
词源
“science”来源于拉丁文”scientia”, 意为“知识 与学问”。
达尔文
“科学就是整理事实，从中发现规律，作出结 论。”
科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现 实世界中各种现象的本质和运动规律的知识体系。
1.1 科学与科学思维
2. 科学的分类 广义科学
自然科学：以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和 臻美等方法，解释自然的奥秘。
人文科学：以人类为主要研究对象，，运用实地考察、诠 释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精 神素质和思想境界。
《计算文化与计算思维基础》重点内容教学文案
《计算文化与计算思维基础》重点内容《计算文化与计算思维基础》--- 赵国栋第一章认识计算文化与计算思维1什么是计算？什么是计算科学？计算是依据一定的法则对有关符号串进行变换的过程。
计算机科学既是构造计算机器的学科，而是基于自动计算进行问题求解的学科。
2、计算思维主要包括哪些内容？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领域的一系列思维活动；计算思维综合了数学思维(求解问题的方法)、工程思维(设计、评价大型复杂系统)和科学思维(理解可计算性、智能、心理和人类行为)。
3、计算思维与数学思维有什么区别和联系？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。
数学思维就是数学地思考问题和解决问题的思维活动形式，也就是人们通常所指的数学思维能力，即能够用数学的观点去思考问题和解决问题的能力。
比如转化与划归，从一般到特殊、特殊到一般，函数/映射的思想，等等。
计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。
4、简述图灵机模型图灵机模型是指给出固定的程序，模型能够按照程序和输入完全确定性地运行。
5、冯•诺依曼提出的程序存储计算机方案的要点有哪些？“存储程序”的计算机方案包含以下三个要点：(1)采用二进制的形式表示数据和指令。
(2)将指令和数据存放在存储器中。
(3)由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成计算机。
6、计算机的发展经历了几代？1) 第一代(1946-1958)――电子管计算机时代2) 第二代(1959-1964) ——晶体管计算机时代3) 第三代(1965-1970)――中小规模集成电路时代4) 第四代(1971年至今)一一大规模和超大规模集成电路时代书上黑色字体：1、在计算机科学中，当一个问题的描述及其求解方法或求解过程可以用构造性数学形式来描述，而且该问题所涉及的论域为有穷或虽为无穷但存在有穷表示时，则该问题就一定能用计算机来求解，所以计算机科学研究和解决的是什么能计算且被有效地自动计算的问题。
问题求解的基本步骤
05
问题求解
1
前言
随着计算机科学的发展，使用计算机进行问题求解已经成为计算机科学最基本的
方法。计算机问题求解是以计算机为工具、利用计算思维解决实际问题的实践活动。
问题求解，需要由问题到算法，再到程序。算法被誉为计算学科的灵魂，算法思
维是重要的计算思维。算法是计算机求解问题的步骤的表达，会不会编程序本质上还
小分别标号为1到n，1号盘最小。每个圆盘正中留有和木杆粗细相匹配的洞口。一开始，
他们把圆盘按一定次序叠放，最小的1号放最上面，最大的n号在最下面，如图5.4所示。
接下来的任务就是把盘子一个一个地从第一个柱子移动到第三个柱子，如果必要的话，
中间的柱子可以用来过渡。此处要遵循的准则只有三条：
①只能移动最上面的圆盘，一次只能移动一个圆盘；
print(x, “→”, y)
hanoi(n-1, z, y, x)
}
else
print(x, “→”, y)
}
24
5.3.3 最大公约数问题—迭代算法
[例5-8]问题描述：公约数亦称“公因数”。如果一个整数同时是几个整
数的约数，称这个整数为它们的公约数；公约数中最大的称为最大公约数。
问题分析：
利用迭代算法解决问题，需要考虑以下三个方面的问题：
（1）确定迭代变量。在可以用迭代算法解决的问题中，至少存在一个可直接
或间接地不断由旧值递推出新值的变量，这个变量就是迭代变量。
（2）建立迭代关系式。所谓迭代关系式，指如何从变量的前一个值推出其下
一个值的公式（或关系）。迭代关系式的建立是解决迭代问题的关键，通常可以
1.自然语言
自然语言是人们日常所用的语言，使用这些语言不用专门训练，所描述的算法自然也通
计算文化简介
未来的计算机
⚫ 光子计算机 ⚫ 生物计算机 ⚫ 量子计算机 ⚫ 纳米计算机 ⚫ ……
浏览计算机世界
计算机新热点
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可穿戴设备
可穿戴设备，即直接穿在身上或是整合 到用户的衣服或配件的一种便携式设备。 它不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件 支持以及数据交互、云端交互来实现强大 的功能，可穿戴设备将会给我们的生活、 感知带来很大的转变。
计算机已经成为人类生存的文化
文化特征
文化应具有的特征：
⚫ 广泛性 ⚫ 传递性 ⚫ 教育性 ⚫ 深刻性
计算机文化
计算机文化教育
信息与计算机文化
计算机文化教育对学生思维品质的影响 计算机能力是学生在社会生存的需要 计算机教育对其他学科的作用
⚫ 计算机如同数学、物理一样，成为培养 具有现代科学思维精神和能力的必修课程之 一！ ⚫ 人人都要学习和掌握计算机，不断提高计 算文化能力。
计算机诞生
计算机奠基人：冯·诺依曼（John Von Neumann） 1903年12月28日生于匈牙利布达佩斯的一个犹太人家庭，是 著名美籍匈牙利数学家、普林斯顿大学教授，研究博奕论。他曾 邀请图灵到普林斯顿工作但被拒绝。1954年冯·诺依曼被发现患 有癌症，于1957年2月8日在华盛顿去世，终年54岁。
ENIAC是世界第一台计算机，但不是存储程序式的，程序要经 过外接电路版输入，冯·诺依曼发现了这个问题并提出了解决方案 ；然而史
浏览计算机世界
电子管（1946-1957）
电子器件
晶体管（1958-1964）
中小规模集成电路（1965-1971）
大规模和超大规模集成电路（1971年至今）
信息的主要特征
认识信息
信息无处不在 信息的可传递性和共享性 信息必须依附于载体 信息的可处理性
计算机计算与计算思维ppt课件
2.1 为什么要学习大学计算机？
计算学科的供需关系
计算科学 与 信息探索科学
各学科人才的计算思维/计算能力需求
计算思维
计算思维/计算能力
的学习和
训练
应用计算
支持各学 手段进行
计算机及 其通用计 算手段的
知识/技能 Gap
科研究创 新的新型 计算手段
各学科研 究和创新
莱布尼茨机的意义：连续重复自动执行。 提出了二进制数及其计算规则； 数理逻辑的创始人
是基于十进制设计机器，还是基于二进制设计机 器？ 如果基于二进制设计机器，那其处理规则又是怎 样的呢？
其他重要工作
1805年： 杰卡德(J.Jacquard)，打孔卡， 实践了输入手段问题。 1834年：巴贝奇(Charles Babbage)，分 析机的概念----可执行程序的机器。 1854 年 ： 布 尔 创 立 布 尔 代 数 ， 为 数 字 计算机的电路设计提供了理论基础。
1999 2005
八核-十核 CORE i 系列
2010
5.3 怎样解决大规模快速存储问题？
存储设备
发
展
水 平
纳米存储/量子存储
固态硬盘
USB Removable disk
FlashRAM
光盘存储(CD-ROM, CD R/W, DVD)
•体积越来越小 •容量越来越大 •访问速度越来越快 •可靠性越来越高 •功耗越来越低 •持久性越来越好
器获得计算结果
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
3.2 人计算与机器计算的差别?
“人”计算 vs. “机器”计算
例如：求ax2+bx+c=0的根
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
11
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。
大学计算机素质教育：计算文化、计算科学和计算思维-2019年文档
⼤学计算机素质教育：计算⽂化、计算科学和计算思维-2019年⽂档⼤学计算机素质教育：计算⽂化、计算科学和计算思维从教育学意义上讲，素质主要指⼈在先天⽣理的基础上，在后天通过环境影响和教育培训所获得的内在的、相对稳定的、长期发挥作⽤的⾝⼼特征及其基本品质（Character）。
古⼈对素质的重要性早就有论述：“有出格见地，⽅有千古品格；有千古品格，⽅有超⽅学问；有超⽅学问，⽅有盖世⽂章。
”[1]当前，⼤学⽣素质教育的具体内涵就是要培养学⽣⾼尚坚定的⼈格、理性辩证的思维以及对科学精神的追求。
为此，⼤学的通识教育应注重传递科学精神和⼈⽂精神，体现不同⽂化和不同学科的思维⽅式和魅⼒。
相应地，⼤学计算机素质教育的基本要素就是传承计算⽂化、弘扬计算科学和培养计算思维。
⼀、传承计算⽂化计算⽂化（Computational Culture）就是计算的思想、⽅法、观点等的演变史。
它通过计算和计算机科学教育及其发展过程中典型的⼈物与事迹，体现了计算对促进⼈类社会⽂明进步和科技发展的作⽤以及它与各种⽂化的关系。
通过计算⽂化的教育，可以让⾼校学⽣了解计算科学与⼈类社会发展的关系，为学⽣展现计算之美，从⽽使学⽣对计算科学产⽣兴趣。
1.对计算⽂化的理解要建⽴在对计算本质的认识上计算⽂化是指“计算”这个学科所蕴涵的⽂化，我们理解计算⽂化⾸先要对计算的本质有清晰的认识。
⼈类对计算本质的认识经历了三个阶段。
第⼀个阶段是计算⼿段器械化。
计算⼿段的器械化是“计算”学科的基本属性。
在古代，⼈类社会最早使⽤⼿指、结绳、算筹等⽅式进⾏计算。
公元11世纪中国⼈发明了算盘（Abacus）。
1275年西班⽛的R. Lullus发明了旋转玩具，可以将初始符号串通过机械变换得到另⼀个所希望的字符串。
1614年法国的B. Pascal受钟表齿轮传动装置的影响，制造了能够进⾏加法和减法运算的“加法机”。
1673年德国⼈G. W. Leibniz设计制造了能够进⾏加、减、乘、除的计算轮（Calculating Wheel），为⼿摇计算机的发展奠定了理论基础。
《计算文化与计算思维基础》重点内容
《计算文化与计算思维基础》重点内容《计算文化与计算思维基础》——赵国栋第一章认识计算文化与计算思维１、什么是计算?什么是计算科学?计算是依据一定的法则对有关符号串进行变换的过程。
计算机科学既是构造计算机器的学科，而是基于自动计算进行问题求解的学科。
2、计算思维主要包括哪些内容?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领域的一系列思维活动；计算思维综合了数学思维（求解问题的方法)、工程思维(设计、评价大型复杂系统)和科学思维(理解可计算性、智能、心理和人类行为）。
3、计算思维与数学思维有什么区别和联系?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。
数学思维就是数学地思考问题和解决问题的思维活动形式，也就是人们通常所指的数学思维能力，即能够用数学的观点去思考问题和解决问题的能力。
比如转化与划归，从一般到特殊、特殊到一般，函数／映射的思想,等等。
计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。
4、简述图灵机模型图灵机模型是指给出固定的程序,模型能够按照程序和输入完全确定性地运行。
5、冯·诺依曼提出的程序存储计算机方案的要点有哪些?“存储程序”的计算机方案包含以下三个要点：（1）采用二进制的形式表示数据和指令。
（2）将指令和数据存放在存储器中。
（3）由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成计算机。
6、计算机的发展经历了几代？1）第一代（１946-１9５8）——电子管计算机时代2）第二代(１959-１9６４)——晶体管计算机时代3）第三代（１965-１9７0)——中小规模集成电路时代4）第四代（197１年至今）——大规模和超大规模集成电路时代书上黑色字体:1、在计算机科学中,当一个问题的描述及其求解方法或求解过程可以用构造性数学形式来描述，而且该问题所涉及的论域为有穷或虽为无穷但存在有穷表示时，则该问题就一定能用计算机来求解，所以计算机科学研究和解决的是什么能计算且被有效地自动计算的问题。
大学计算机第6版习题汇总情况1_8章20141125(15秋)
第1章计算机文化和计算思维基础一、选择题1. ______是现代通用计算机的雏形。
A. 宾州大学于1946年2月研制的ENIACB. 查尔斯•巴贝奇于1934年设计的分析机C. ••诺依曼和他的同事们研制的EDVACD. 艾兰•图灵建立的图灵机模型2. 世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于______年。
A. 1939B. 1946C. 1952D. 19583. 计算机科学的奠基人是_____。
A. 查尔斯•巴贝奇B. 艾兰•图灵C. 莫奇莱和埃克特D. ••诺依曼4. 在下列关于图灵机的说法中，错误的是_____。
A. 现代计算机的功能不可能超过图灵机B. 图灵机不可以计算的问题现代计算机也不能计算C. 图灵机是真空管机器D. 只有图灵机能解决的计算问题，实际计算机才能解决5. 在计算机运行时，把程序和数据一样存放在存中，这是1946年由_____领导的小组正式提出并论证的。
A. ••诺依曼B. 布尔C. 艾兰•图灵D. 爱因斯坦6. 计算机从其诞生至今已经历了4个时代，这种对计算机划代的原则是根据_____。
A. 计算机所采用的电子器件B. 计算机的运算速度C. 程序设计语言D. 计算机的储存量7. 物理器件采用晶体管的计算机被称为_____。
A. 第一代计算机B. 第二代计算机C. 第三代计算机D. 第四代计算机8. 专门为某种用途而设计的计算机，称为_____计算机。
A. 专用B. 通用C. 特殊D. 模拟9. 计算机最早的应用领域是_____。
A. 科学计算B. 数据处理C. 过程控制D. CAD/CAM/CIMS10. 计算机辅助制造的简称是_____。
A. CADB. CAMC. CAED. CBE11. 在电子商务中，企业与消费者之间的交易称为_____。
A. B2BB. B2CC. C2CD. C2B12. 下列不属于人类三大科学思维的是_____。
A. 理论思维B. 逻辑思维C. 实验思维D. 计算思维13. 下列关于计算思维的说法中，正确的是_____。
021078从计算思维到计算文化
从计算思维到计算文化关键词：计算思维 计算文化去年刚开始阅读美国卡内基-梅隆大学（CMU1）周以真（Jeannette M. Wing）教授所撰写的《计算思维（Computational Thinking）》[1]这篇文章时，虽然产生了些许共鸣，但并没有引起太多的关注，因为毕竟自己不在计算机教学一线上工作。
年初，与西安交通大学软件学院的老师商谈发展规划和教学工作时，在关于“有必要在软件学院引入一门面向新生的关于计算方法与软件系统的通识课”的讨论过程中，我突然想起了周以真的《计算思维》一文，因此建议院里研究开设一门1或2个学时的名为《计算思维与计算文化》的讲座课。
这一时的闪念迫使我再次细读这篇《计算思维》，开始感到在这短短3页纸中的学科观点不但散发着“科技散文”的优雅，而且对未来计算机科学的发展和转型可能还真正具有“根本的重要性”（英文为“Fundamental Importance”，一般情况下，应译为“基础的重要性”）。
为此我特地与同在卡内基-梅隆大学计算机系任教的同事和朋友谈起此文，他们向我进一步说明了周教授写此文的动机和目的，并告知卡内基-梅隆大学即将举办“计算思考的研讨会（Symposium for Computational Thinking）”，同时还将与微软联合成立“计算思维研究中心”。
对“计算思维”的思考“计算思维”到底讲了什么，大家可看原文并参考中译文。
对我而言，计算思维的重要性在于它关系到我们对计算机科学的转型与发展之基本认识。
从最初作为一种计算工具出现到今天，计算机的历史已逾半个世纪，计算机科学接下来如何进一步发展，是每个信息研究者都应考虑的问题。
对此，可在两个层面上思考：一是基本和哲学的，二是需求和现实的。
基本和哲学层面对于这一层面，不妨回忆一下著名的计算机科学家、1972年图灵奖得主艾兹格·迪杰斯特拉（Edsger Dijkstra）说过的一句话：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。
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15
1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的分类
按用途分类
通用机 专用机
按综合性能 指标分类
高性能计算机（巨型机或大型机）：
速度最快、处理能力最强、 最快：Titan 每秒2亿亿次浮点运算 中国：天河1A 每秒4.70千万亿次浮点运算 第8 微型计算机：
桌面型计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备
一切直觉上能行可计算的函数都可用图灵机计算，反之亦然
邱奇－图灵论题
可计算的：图灵机可计算的就是可计算的
世界上的问题
算机的理论问题
计算机科学之父
图灵测试：回答了什么样的机器具有智能
人工智能的理论基础 人工智能之父
美国计算机学会ACM于1966年创立了“图灵奖”
是只能做加减计算。 .
计算机发展史
Blaise Pascal 帕斯卡
巴贝奇的分析机
查尔斯.巴贝奇 1834年设计的分析机
1812年差分机
是历史上最早的专
由许多轮子组成的保存数据的存储库； 运算装置；能对操作顺序进行控制，并选
用计算机和通用计 择所需处理的数据以及输出结果的装置。
算机的完整构思.
主要用于计算多项式，运算精度达到小数
■ 计算机的诞生
图灵机、ENIAC和冯·诺依曼体系结构在理论上、工作原理、体系结 构上奠定现代电子计算机的基础
◆ 图灵机(Turing machine，TM ) 阿兰·图灵（Alan Mathison Turing ，1912—1954） 解决问题；什么是计算？什么是可计算性？ 组成：计算X+1的图灵机M
采用二进制 存储程序：程序和数据一起存储在内存中 五个部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备
奠定了现代计算机体系结构和工作原理 迄今为止的计算机都采用这种思想，称为冯·诺依曼计算机
.
13
1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的分代
时代 年份
器件
一 46-58
电子管
二 58-64
晶体管
工作站：介于PC与小型机之间高档微机系统
高分辨率、大容量内外存，图形功能较强
服务器：网络环境中对外提供服务的计算机系统
嵌.入式计算机：数量超过PC
16
1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的应用类型
.
11
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
◆ 算 筹 春秋战国时期 世界上最早的计算工具
◆ 算 盘 中国唐代
第一种手动式计数器 沿有至今
◆ 计算尺 1622年 ◆ 加法器 1642年
手动式，上世纪70年代被计算器取代 可进行加、减、乘、除、指数、三角函数
. 机械式，只能做加法
2
计算机发展史
人类追求的计算工具
加法器 1642 Blaise Pascal 1822 差分机
第一章 计算机文化与计算思维
1.1 引言 1.2 计算机的诞生和发展 1.3 计算思维基础
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1
1.1 引言
人类为什么要发明计算机？
■ 人的计算速度很低
◆ 祖冲之计算π至小数点后7位数用了15年
◆ 计算30×30的行列式需要几个人年
◆ 中国第一棵原子弹研制时，数百位科学家在大礼堂打算盘
■ 早期的计算工具
倍、手工计算的20万倍。
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1.1 引言
◆ 计算器 1673年
◆ 差分机和分析机 查尔斯.巴贝奇
德国Gottfried Leibniz，机械式 可进行加、减、乘、除和开方
1812年差分机
1834年分析机
分析机：体现了现代电子计算机的结构、设计思想
被称为现代通. 用计算机的雏形
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1.2 计算机的诞生和发展
◆ 发展趋势：微型化、巨型化、网络化和智能化 ◆ 未来新型计算机
① 光计算机 利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储 不同波长的表示不同的数据 优点：超高速 缺点：体积庞大
② 生物计算机（分子计算机） 20 世 纪 80 年 代 中 期 开 始 研 制 采用了生物芯片
③ 量子计算机 利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机， 这种多现实态是量子力学的标志。
电子计算机时代
ENIAC .
1833 分析机
计算机的起源
计算机发展史
算筹 中国最早的计算工具
算筹是我国古代的计 算工具。「筹」即小竹 棍或小木棍﹝也有用骨 或金属材料制成的﹞， 古人用它来进行计算， 称为算筹。
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计算机发展史 公元600年左右，我 国出现新的计算工 具——算盘。
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机械式计算机
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
. 点后6位
第一台电子计算机（ENIAC）
计算机发展史
ENIAC：长30.48米，宽1米，占 地面积170平方米，30个操作台， 约相当于10件普通房间的大小， 重达30吨，耗电量150千瓦，造 价48万美元。它使用18000个电 子管，70000个电阻，10000个电 容，1500个继电器，6000多个开 关，每秒执行5000次加法或400 次乘法，是继电器计算机的1000
读写头
（1）M的状态：接受状态、进位状态。初始时处于进位状态。 （2）从右向左扫描纸带。
进位状态：读读到到10，.或则空改白写，为则0改，写状1态，保进住入不接变受，状读态写，头立左即移停。机；
纸带
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1.2 计算机的诞生和发展
图灵机的能力=高级程序设计语言=现代通用计算机
邱奇、图灵和哥德尔断言：
运算速度 每秒几千次 每秒几十万次
软件 机器语言 汇编语言
高级语言
三 64-70
集成电路
每秒几百万次
操作系统
四 71年迄今 大规模集成电路 达到每秒亿亿次 数据库、网络等
应用
科学计算 军事领域 数据处理 工业控制 文字处理 图形处理
各个领域
电子管
晶体. 管
集成电路
大规模集成电14路
1.2 计算机的诞生和发展