计算机-计算与计算思维
0501战德臣《大学计算机-计算思维导论》大学计算机第1讲-计算机-计算-计算思维共71页
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
Harbin Institute of Technology
为什么要学习和怎样学习大学计算机课程? (1) 计算学科的供需关系--需要大学计算机
计算辅助工具
计算与自动计算 (5) 小结
战德臣 教授
电子自动计算-元器件
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
a1x2+a2x=c
机器-自动计算： 规则可能很简单, 但计算量却 很大 机器也可以采用人所使用的 计算规则 一般性的规则，可以求任意:
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
计算与自动计算 (3)自动计算需要解决什么问题?
自动计算要解决的几个问题: 表示-存储-执行 “数据”的表示 “计算规则”的表示：程序 数据与计算规则的“自动存储” 计算规则的“自动执行”
计算机是什么? (1) 计算机与各种设备中的计算机?
形形色色的计算机
战德臣 教授
பைடு நூலகம்
传统“计算机器” 多样化的“计算机器”，各种设备的“大脑”系统
计算机是什么? (2) 各种应用中的计算机?
形形色色的计算机
战德臣 教授
计算机是什么? (3)计算机除了硬件，还包括软件?
形形色色的计算机
马克.安德森 ---前Netscape公司创始人，现风险投资人
计算机与计算思维概述习题
习题一、填空题1．英国数学家图灵在1936年提出了对数字计算机具有深远影响的___________模型。
匈牙利裔科学家冯.诺依曼提出了数字计算机的_____________结构。
2．公认的第一台电子计算机于________诞生于__________。
3．随着电子技术的发展，计算机先后以________、________、________、________为主要元器件，经历了4代变革。
4．计算机的主要特点包括：运算速度快、计算精度高、________、________、具有自动工作的能力。
5．今后计算机的发展方向趋向于________、________、________、________。
6．根据软件的用途，计算机软件可以分为________________和________________两类。
7．当数据以某种形式被处理、描述或与其它数据比较时，它才成为__________。
8．________、________、________作为科学发现三大支柱，正推动着人类文明进步和科技发展。
1.图灵机冯?诺依曼美国 3.电子管晶体管集成电路大规模和超大规模集成电路4.具有存储能力具有逻辑判断能力5.巨型化微型化网络化智能化6.系统软件应用软件7.信息8.计算科学理论科学实验科学二、单项选择题1．从第一代电子计算机到第四代计算机的体系结构都是相同的，被称为___体系结构。
A．艾伦?图灵C．冯?诺依曼B．比尔?盖茨D．克劳德?香农2．计算机的发展经历了从电子管到超大规模集成电路等几代的变革，各代主要基于___的变革。
A．处理器芯片B．操作系统C．存储器D．输入输出系统3．计算机能够自动、准确、快速地按照人们的意图运行的基本思想是___。
A．采用超大规模集成电路 B．采用CPU作中央核心部件C．采用操作系统 D．存储程序和程序控制4．早期计算机的主要应用是___。
A．科学计算 B．信息处理C．实时控制 D．辅助设计5．CAD是计算机主要应用领域，它的含义是___。
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”。
河北农业大学 信息科学与技术学院
第12页
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。
河北农业大学 信息科学与技术学院
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。
河北农业大学 信息科学与技术学院
第24页
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-
河北农业大学 信息科学与技术学院
第8页
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
河北农业大学 信息科学与技术学院
第9页
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。
计算机计算与计算思维ppt课件
训练与实践
不断训练，不断理解，才能 找出本质，才能创新
浮想联翩，由此 “看山还是山，看水还是水” 概念与知识
贯通，看得远， “看山不是山，看水不是水” 才能认识准确 “衣带渐宽终不悔，为伊销得人憔悴”
… …(请同学课后补充)
巴贝奇差分机与分析机
机械计算的简要发展历程是怎样的？ 从表示-自动存储-自动执行的角度
现代计算机：一般程序
Babbage机械计算机: (特定)程序 Pascal机械计算机: 自动计算
计算辅助工具
计算机、计算与计算思维 4. 电子自动计算-元器件?
电子自动计算-元器件
4.1 电子自动计算的突破在哪里？
4.3 什么是集成电路，其价值又在哪里呢？
集成电路时代的计算机器
集成电路的发明,1959
封装后的集成电路芯片
J.Kilby，集成电路发明者
第三代计算机IBM360,1964
能否将复杂的电路封装后作为新电路设计的元件呢？
复杂的电路 集成 封装 应用？
超大规模集成电路(VLSI)时代的计算机器
计算机、计算与计算思维 3. 计算与自动计算?
计算与自动计算
3.1 什么是计算？
计算学科的计算 vs. 数学学科的计算
简单计算I：数据计算，计算规则，应用计算规则进行计算并获得计算结果
复杂计算II：f(x)，函数，计算规则及其简化计算方法，便于人应用规则进行计算，获得计算结果
复杂计算III：如丢番图方程，判定，计算规则，人可能无法完成但却可由机器自动完成，借助于机
纳米存储/量子存储
感知输入
USB
固态硬盘 Removable
计算思维导论01-计算思维和计算
计算与自动计算
2．计算科学的基本问题 计算科学的基本问题是“什么能够被有效地自动计算， 什么不能被有效地自动计算？” (1)哪些问题可以在有限时间和有限空间内自动计算，计 算的时间和空间复杂度怎样？ (2)通过人类的各种思维模式，如何设计有效的计算方法 ，以减少计算的时间和空间复杂度。
1.3 计算工具的发展史
2．计算机的雏形——机械式计算器
1. 机械式计算器可以自动完成计算，操作者不需要了解 算法.
2. 1642年，帕斯卡加法器 3. 1673年，莱布尼兹乘法器 4. 1822年，差分机 5. 库塔（Curta）
3．电子计算机
1. 电子计算机能够自动自动存储数据，能够理解和自动 执行任意的复杂规则，能进行任意形式的计算。
1 计算思维和计算
天津科技大学 计算机公共基础系
1
目录
1.1 计算思维概述 1.2 计算与自动计算 1.3 计算工具的发展史
1.1计算思维概述
计算思维是指计算机、软件以及计算相关学科的科学家 和工程技术人员的思维方法。
计算思维定义
美国CMU大学周以真教授： 计算思维是运用计算科学的基础概
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。
1.3.2 元器件的发展
1. 元器件发展中经历了电子管、晶体管、集成电路三个 阶段
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（）。
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。
计算机计算思维考试提纲知识点总结(青岛理工大学)
大学计算机考试知识点分布1.0第1章计算思维与计算机1.1计算思维概论1)了解科学研究的三大方法理论、实验、计算2)了解计算思维的本质抽象、自动化1.2计算机概述1)了解计算机发展的4个阶段及各阶段采用的主要逻辑部件电子管计算机时代（电子管）晶体管计算机时代（晶体管）中、小规模集成电路计算机时代（中、小规模集成电路）大规模和超大规模集成电路计算机时代（大规模集成电路）2)了解计算机的发展趋势巨型化、微型化、网络化、人工智能化、多媒体化3)掌握计算机的6个特点○1计算速度快○2计算精度高○3可靠性高○4具有逻辑判断功能、逻辑性强○5存储容量大○6自动化程度高1.3计算机存储程序工作原理1)了解指令的组成格式、指令的执行过程指令包括操作码和地址码。
操作码：表示一条指令的操作特性和功能，即指出进行什么操作地址码：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指令的执行过程可分为取指令、分析指令、执行指令三个阶段。
一系列指令的执行过程实际上就是不断重复这三个阶段。
2)掌握计算机硬件系统的5个组成部分、各部分的组成和作用运算器：计算机中执行各种算术运算和逻辑运算的部件，也叫算术逻辑部件控制器：计算机的神经中枢和指挥中心，是指挥整个计算机各功能部件协调一致动作的部件存储器：计算机中具有记忆功能的部件，用于存储程序和数据，分为主存储器和辅助存储器输入设备：用于将程序和数据输入到计算机中的设备，如键盘、鼠标输出设备：用来将计算机处理的结果进行表示的设备，如显示器、打印机3)掌握存储程序的工作原理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。
第2章计算机中的信息表示2.2信息在计算机中的表示1）掌握不同数制间数的转换（包括小数的转换和整数的转换）2）掌握信息的存储单位（位、字节，千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)，拍字节(PB)）以及之间的换算。
计算机与计算思维
计算机与计算思维计算机在现代社会中发挥着重要的作用，而计算思维则是计算机领域的一项基础概念。
本文将探讨计算机与计算思维之间的关系，并介绍计算思维在现代社会中的应用。
一、计算机的发展与计算思维的涌现计算机的发展源远流长，最初的计算装置可以追溯到古代的计算工具，如算盘等。
然而，真正意义上的计算机出现在20世纪，随着电子技术的进步，计算机逐渐走进人们的生活。
计算机的核心是CPU（中央处理器），通过对数据的输入、处理和输出来完成各种任务。
而作为计算机的基石，计算思维在计算机领域的发展中逐渐涌现。
二、计算思维的定义与特点计算思维是一种解决问题的方式，它强调运用计算机科学中的算法和数据处理技术来分析和解决问题。
计算思维的核心特点包括以下几点：1. 抽象化：计算思维通过将问题和数据抽象为符号和模型，使复杂的问题简化为可计算和可实现的形式。
2. 自动化：计算思维追求解决问题的自动化过程，通过建立算法和编写程序实现自动化的问题解决。
3. 模式识别：计算思维强调通过对模式的识别和分析来解决问题，从而实现对数据的有效处理和利用。
4. 算法思维：计算思维强调通过设计和优化算法来解决问题，使问题的解决更加高效和准确。
三、计算思维在现代社会中的应用计算思维不仅仅是计算机科学的基础，而且在现代社会中广泛应用于各个领域。
以下是几个典型的应用例子：1. 数据分析：计算思维通过对大量数据的抽象和自动化处理，帮助人们从数据中找到有用的信息和规律。
例如，在市场营销中，通过对消费者行为数据的分析，可以制定更加精准的营销策略。
2. 人工智能：计算思维是人工智能领域的基础。
通过计算思维的抽象、自动化和算法思维，人工智能可以实现机器学习、自然语言处理和图像识别等高级功能。
3. 创新创意：计算思维通过对问题的抽象和解决思路的优化，帮助人们发现创新的解决方案。
例如，在设计领域，计算思维可以帮助设计师快速生成、调整和优化设计方案。
4. 教育培训：计算思维是培养创新能力和解决问题能力的重要手段。
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
02
03
04
中央处理器
简述计算、思维、计算思维的概念
简述计算、思维、计算思维的概念计算、思维和计算思维是当今科技发展的三个基本要素，它们在今后的科技革新中扮演着重要的角色。
计算是一种数学和计算机科学技术，通过有效地解决问题来提高效率，而思维则是一种更抽象的过程，涉及到个体如何认知世界，从而得出决策和行动。
计算思维是将这两者结合起来，利用计算机及其相关技术来解决解决复杂问题的方法。
计算是计算机科学的基础。
它可以为计算机系统提供可重复的算法，用于解决有困难的问题。
计算机可以通过定义输入数据、操作和运行算法，来对实际问题进行分析和解决。
计算机系统和计算机软件为人们提供了一些方便快捷的工具，可以有效地搜集和处理大量数据，从而被广泛应用于现代社会的各个领域，如财经、技术和教育。
思维是人脑的一种功能，涉及到识别视觉图像、理解人类语言、抽象问题、判断和推理、归纳和演绎等等。
它也在更大的层面上涉及到理解和解决复杂问题的过程，以及运用逻辑和创造性思维来解决实际问题的能力。
人们运用思维，不仅可以明白社会和世界，而且可以更快地适应新的环境和逆境。
计算思维是将计算和思维结合在一起，通过计算机和关联技术来解决复杂问题的方法。
这种思维方式既可以以抽象的方式思考问题，又可以以实际的方式发现最佳解决方案。
一个计算思维的框架由数据和计算机数据组成，通过足够的工具和技术，可以实现真正的计算思维。
计算思维的发展给当今的社会带来了革命性的变化，有助于人们在复杂的社会环境和棘手的问题中快速解决问题，并且能够更加有效、准确和安全地分析、提出和实现更佳解决方案。
此外，计算思维利用计算机自动处理大量数据，有助于提升系统的可视化和可操作性，有助于将复杂的数据变得更加容易理解。
计算思维还可以为解决实际问题提供有效的解决方案，使我们能够更好地面对挑战，并从中受益。
综上所述，计算、思维和计算思维是科技领域基础性概念，它们以不同的形式存在，但是在联系起来后，则可以实现复杂问题的更为有效和精准的解决。
它们不仅可以为人们解决各种实际问题提供方便，而且可以为未来的科技发展提供宝贵的资源。
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。
2020/5/15
12
第1章 计算机技术与计算思维基础
2020/5/15
20
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
2020/5/15
D B
A
21
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。
2020/5/15
14
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。
2020/5/15
18
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02讲教案 计算机与计算思维(二)
第2讲计算机与计算思维（二）
3．补码运算举例
补码运算的基本规则是[X]补+[Y]补=[X+Y]补，下面根据此规律进行计算。
4．计算机中数的浮点表示
一个十进制数可以表示成一个纯小数与一个以10为底的整数次幂的乘积，如135.45可表示为0.13545⨯103。
同理，一个任意二进制数N也可以表示为：
N=2J⨯S
其中，S称为尾数，是二进制纯小数，表示N的有效数位；J称为N的阶码，是二进制整数，指明了小数点的实际位置，改变J的值也就改变了N的小数点的位置。
（二）非数值数据的编码
由于计算机只能识别二进制代码，所以数字、字母、符号等必须以特定的二进制代码来表示，这种方式称为二进制编码。
1．十进制数字的编码
十进制小数转换为二进制数时可能会产生误差，为了精确地存储和运算十进制数，我们可用若干位二进制数来表示一位十进制数，这可称为二进制编码的十进制数，简称二-十进制（Binary Code Decimal，BCD）代码。
2．字母和常用符号的编码
在英语书中用到的字母为52个（大、小写字母各26个），数码10个，数学运算符号和其他标点符号等约32个，再加上用于控制打印机等外围设备的控制字符，共计128个符号。
对128个符号编码需要7位二进制数，且可以有不同的排列方式，即不同的编码方案。
其中美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange，ASCII）是使用最广泛的字符编码方案。
在7位ASCII 代码之前再增加一位用作校验位，形成8位编码。
3．汉字编码
依据汉字处理阶段的不同，汉字编码可分为输入码、显示字形码、机内码和交换码。
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。
18
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。
22
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。
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计算与自动计算
3.1 什么是计算？
计算学科的计算 vs. 数学学科的计算
简单计算I：数据计算，计算规则，应用计算规则进行计算并获得计算结果
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复杂计算II：f(x)，函数，计算规则及其简化计算方法，便于人应用规则进行计算，获得计算结果
复杂计算III：如丢番图方程，判定，计算规则，人可能无法完成但却可由机器自动完成，借助于
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人进行计算： 规则可能很复杂, 但计算量 却可能很小 人需要知道具体的计算规则 特定规则，只能求:
a1x2+a2x=c
机器-自动计算： 规则可能很简单, 但计算量 却很大 机器也可以采用人所使用的 计算规则 一般性的规则，可以求任意:
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
2.2 怎样学习大学计算机？
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计算思维
“计算机”的思维: 计算机是如何工作的? 计算机的功能是如何越来越强大的? 利用计算机的思维: 现实世界的各种事物如何利用计算机来进行控制和处理? 计算思维(Computational Thinking)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，其本质是抽象和自动化----from 周以真。
3.3 自动计算需要解决什么问题?
自动计算要解决的几个问题: 表示-存储-执行 “数据”的表示 “计算规则”的表示 数据与计算规则的“自动存储” 计算规则的“自动执行”
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a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
3.4 机械计算的探索?
算盘能被认为是计算机吗?
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珠算珍品 九层算盘
机器获得计算结果
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
人-求解 机器-求解
利用上述公式 计算得到x值
(1)从-n到n， 产生x的每一个 整数值； (2)将其依次代 入到方程中计 算; (3)如果其值使 方程式成立， 则即为其解； 否则不是
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
应用
非计算机专业学生
的未来计算能力
当前的非计算机专业 计算机关注点
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化学学科工作者 利用计算手段进 行学科的科学研 究
1998年诺贝尔化 学奖奖励给一个 计算手段的研究 者-- John Pople
From 王国维“人间词话” 关于“境界”的阐述
思维是创新的源头，技术与知识是创新的支撑
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知识 vs. 贯通知识的思维—计算思维
---本门课程学习需要注意的
知识
知识的贯通-
思维
本质
可实现 联想 启发性
知识 vs. 思维 vs. 能力 视野：
知识与视野拓展 宽度---知识面宽，前沿性
Knowledge
一、加法口诀 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
训练与实践
不断训练，不断理解，才能 找出本质，才能创新
浮想联翩，由此 “看山还是山，看水还是水” 水不是水” 才能认识准确 “衣带渐宽终不悔，为伊销得人憔悴”
“看山是山，看水是水”
“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”
深度---贯通性，深入性
能力
(Ability & Capability)
Expansion
云计算与云服务
企业资源规划 与供应链管理
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打通知识脉络， 融贯各门课程， 内功强化基础， 外功灵活应变。
知识/技能
(Technique/Skill)
技能：练习，练习，… …
训练与掌握 Training
计算机语言 与程序设计
计算机、计算与计算思维 1. 计算机是什么?
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计算机是什么?
1.1 计算机与各种设备中的计算机?
形形色色的计算机
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传统“计算机器”
多样化的“计算机器”，各种设备的“大脑”系统
1.2 各种应用中的计算机?
形形色色的计算机
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1.3 计算机除了硬件，还包括软件?
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形形色色的计算机
马克.安德森 ---前Netscape公司创始人，现风险投资
人
计算机、计算与计算思维 2. 为什么要学习和怎样学习大学计算机课程?
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为什么要学习和怎样学习 大学计算机课程
2.1 为什么要学习大学计算机？
计算学科的供需关系
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9/63 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
数学建模 或
非数学建模
数据库
思维
(Thought/Thinking)
启发与理解 Understanding
大学计算机 计算机专业导论 (计算思维导论)
思维：好奇、思考、联想、贯通
•能力----内功(贯通的脉络) •实践----锻炼,使脉络贯通 •思维----脉络(穴位链) •知识----穴位
计算机、计算与计算思维 3. 计算与自动计算?
大学计算机-计算思维导论
李旻先 minxianli@
南京理工大学计算机科学与工程学院
第1讲 计算机、计算与计算思维
当今信息社会，每个人都离不开计算机，计算机的出现已 改变了人们很多的工作和生活习惯！
学习大学计算机，应该学习计算思维，学习计算机科学 家进行问题求解的思维方式！