计算机科学导论-思想与方法 第3版 第1章
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数目。
机电式计算机
该机器获得了极大的成功。于是，1896年，霍勒瑞斯创立了 造表公司TMC(Tabulating Machines Company)，这就是IBM公 司的前身。
Mark I
1936年，美国哈佛大学数学教授霍华德·艾肯（Howard Aiken）在读过巴贝奇的笔记之后，被巴贝奇的远见卓识所震 惊。艾肯提出用机电的方法，而不是纯粹机械的方法来实现 巴贝奇的分析机。
计算机网络：网络结构、数据通信与网络协议、网络服务、网 络安全等。
计算机应用：数值计算（科学计算）、图形学与图像处理、多 媒体、计算可视化与虚拟现实、信息系统、办公自动化、计算 机辅助设计（测试、制造、教学等）、计算机仿真、人工智能 等。
计算学科的根本问题
计算学科的根本问题是： 什么能被（有效地）自动进行。
由于经费的限制，他们只研制了一个能够求解包含30个未知 数的线性方程组的样机。
世界上第一台电子数字计算机。 法定的数字计算机之父(1973年，135次开庭审理)。
电子计算机
巨人（Colossus） 用于译解德国密码， 1970年之前一直保密。 1943年10月，于布雷契莱庄园制造出第一部样机。 1944年2月，“巨人”计算机正式启用。 向英国和盟军指挥部发出了48000份“超级机密”电报。 平均每小时破译的德国情报超过了11份。 在诺曼底登陆战役里发挥了巨大作用，以至有人认为： “巨人”参战改变了战争的进程。
Other curriculum volumes as needed for emerging disciplines
在IBM资助下，机电式计算机Mark I于1944年研制成功。 Mark I结合了巴贝奇的通用可编程机器的思想以及霍勒瑞斯
的“穿孔卡”技术，是世界上第一台大型自动数字计算机。
机电式计算机
电子计算机——使用真空二极管（电子管）
阿塔纳索夫-贝瑞计算机（ABC）
1939年，美国衣阿华大学的约翰·阿塔纳索夫(John Vincent Atanasoff)教授和他的学生克利福特·贝利(Clifford Berry)研制 了称为ABC（Atanasoff Berry Computer）的电子计算机。
一定的规则移动算珠的位置。 先后流传到日本、朝鲜和东南亚各个国家，后来又传入西方。
手动式计算工具
纳皮尔(Napier)算筹
一种能简化计算的乘法速算器；1617年由英国数学家、对数 的发明人纳皮尔发明。
由十根木条组成，每根木条上刻着一位数的乘法表。 可以用加法和一位数乘法代替多位数的乘法，也可以用除数
20世纪60年代中期，卡内基理工学院、斯坦福大学、MIT 等少数几个大学建立起了计算机科学系和计算机科学研究生 院，使计算机科学脱离电气工程、数学等学科而成为一门独 立的学科。
“计算机科学”这一名称在当时引起了激烈的争论。
当时的计算机主要用于数值计算，使用计算机仅仅是编程问 题，许多人认为没有必要设立学位。
很多人还认为，计算机从本质上说是一种职业而非学科。
计算作为一门学科的三个重大问题（1）
问题一：计算作为一门学科的存在性证明问题。 问题二：计算学科核心课程的详细设计问题。 问题三：整个学科综述性导引（导论）课程的构建问题。
计算作为一门学科的三个重大问题（2）
ACM与IEEE/CS于1985年春联手组成任务组，经过近4年 的工作，任务组提交了以“计算作为一门学科”为标题的报
Байду номын сангаас
计算教程系列报告
1990年，ACM和IEEE-CS联合任务组在《计算作为一门学 科》报告的基础上提交了关于计算学科教学计划的《计算教程 1991》报告（Computing Curricula 1991，简称CC1991）。
2001年，该任务组提交了CC2001报告。
之后，任务组又相继发布了CC2004报告和CC2005报告， 目前正在制定CS2013报告。
为一位数的除法和减法代替多位数的除法，从而简化了计算。 在清代与笔算、比例规算法等一起传入中国。
手动式计算工具
对数计算尺
1621年，英国数学家威廉·奥特雷德根据对数原理发明了对 数计算尺。可以基于对数原理用加减运算来实现乘除运算。
18世纪末，发明蒸汽机的瓦特独具匠心，在尺座上添置了一 个滑标，用来存储计算的中间结果。
计算学科的分支学科
CC2005
Overview
CC2001 (CS2001)
Computer Science
IS2002
Information System
SE2004
Software Engineering
CE2005
Computer Engineering
IT2005
Information Technology
为了该分析机的设计、研制，巴贝奇耗尽了毕生的精力。设 计方案是以齿轮为元件，以蒸气机为动力。他设计了30多种 “分析机”的方案，并设计有2000多张详细的机器图纸和几 万个零件的图纸。
巴贝奇关于计算机的设计思想当时没有几个人能够理解，而 且受到当时技术条件极大限制。近四十年的研制，“分析机” 终未能制成。
布莱斯·帕斯卡：1623-1662。“压强”的国际单位“帕斯 卡”；PASCAL程序设计语言。
机械式计算工具
莱布尼茨乘法器
帕斯卡逝世后，莱布尼茨发现了一篇由帕斯卡亲自撰写的 “加法器”论文，勾起了他强烈的发明欲望，决心把这种机 器的功能扩大为乘除运算。
在机械专家等的协助下，1674年造出一台完善的“乘法器”。 基本原理继承于帕斯卡，增添了“步进轮”装置，能够连续 重复地做加减法，进而在转动手柄的过程中，使这种重复加 减转变为乘除运算。
可以计算平方表及函数数值表。
有一贮存程序，可以进行计算并把结果自动地印出来。
“差分机”是程序设计思想萌芽阶段的产物。
机械式计算工具
巴贝奇分析机
1834年，巴贝奇在研制差分机的工 作中，看到了制造一种新的、在性能上大大超过差分机 的计算机的可能性，他把这个未来的机器称为分析机。
机械式计算工具
“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材
计算机科学导论
——思想与方法（第3版）
第1章 绪论
主要内容
计算的历史 计算学科的定义 计算学科的根本问题 计算学科认知模型——计算学科二维定义矩阵 从计算机科学到计算思维
计算的历史
手动式计算工具 机械式计算工具 机电式计算机 电子计算机
计算学科的由来（2）
当时的计算机主要用于数值计算，例如破解密码、弹道轨 迹的计算等。
1952年，艾伦.佩利(Alan J. Perlis)（首届图灵奖获得者）在 普渡大学创建了计算中心，开创了在大学中建立计算中心 的先河。
1956年佩利转到卡内基理工学院，“故伎重演”，又推动 该校成立了计算中心并出任主任。
在佩利的积极组织下，卡内基理工学院率先在大学生中开 设程序设计课程。
程序设计课的开设是计算机科学教育的开端。这引起了计 算机的最大用户——美国国防部的重视，由它的高级研究 计划署ARPA出面，出资资助对计算机科学及其教育立项研 究。
计算学科的由来（3）
1962年，普渡大学开设了最早的计算机科学学位课程。
契克卡德计算机能做6位数加减法，或许设置了某种“溢出” 响铃装置；机器上部附加一套圆柱型“纳皮尔算筹”，因此 也能进行乘除运算。
机械式计算工具
帕斯卡机械加法器
1641年，法国人帕斯卡(Blaise Pascal)为了帮助当收税员的父 亲，发明了一个用齿轮运作的加法器。
这个 “Pascalene”有八个可动的刻度盘，最多可把八位长的 数字加起来。
电子计算机
ENIAC 1946年，第一台高速、通用计算机ENIAC（Electronic
Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分器和计算器） 美国宾夕法尼亚大学研制成功。 设计目的：计算弹道轨迹。 主要研制者:宾夕法尼亚大学的莫奇利和埃克脱。 占地167平方米，重达30吨，耗电量超过174千瓦。 运算速度超出Mark Ⅰ至少1000倍。一条炮弹的轨迹，20秒 钟就能被它算完，比炮弹本身的飞行速度还要快。
机械式计算工具
公元1700年左右，莱布尼茨从一位友人送给他的中国“易图” （八卦）里受到启发，系统地提出了二进制的运算法则，为计 算机的现代发展奠定了坚实的基础。(布尔)
巴贝奇差分机
1882年研制成功了第一台差分机； 用蒸气激活的而且体积十分庞大； 能根据设计者的安排，自动完成高次多项式的整个运算过程，
对数计算尺不仅能进行加、减、乘、除、乘方、开方运算， 还可以计算三角函数、指数函数和对数函数。
一直使用到袖珍电子计算器面世；即使在20世纪60年代，对 数计算尺仍然是理工科大学生必须掌握的基本功，是工程师 身份的一种象征。
机械式计算工具——利用齿轮技术
契克卡德计算机
1623年，契克卡德（W. Schickard）为开普勒（Kepler）制作 了一种机械计算机。
告。
ACM : Association for Computing Machinery， （美国）计算 机协会。创立于1947年，是世界上最早的并且最大的计算机 教育和科研学会。
IEEE-CS ：Institute of Electrical and Electronics Engineers Computer Society， （美国）电气与电子工程师学会计算机分 会。IEEE是目前世界上最大的学术团体，由AIEE（美国电气 工程师学会，成立于1884年）和IRE（无线电工程师学会， 成立于1912年）于1963年合并而成；IEEE下属的CS于1971年 1月成立。
1871年巴贝奇遗憾地离开了人世，他留下厚厚的图纸，零散 的“分析机”部件和一大堆笔记。
机电式计算机——使用电作为动力
霍勒瑞斯造表机
1886年，赫尔曼·霍勒瑞斯（Herman Hollerith）制成了第一台 机电式穿孔卡系统——造表机，使用电做动力。
首次将电和机械计算成功地结合起来制造电动计算机。 这台造表机最初用于人口普查卡片的自动分类和计算卡片的
计算学科的定义(1)
报告《计算作为一门学科》对计算学科作了如下定义：
计算学科是对描述和变换信息的算法过程进行的系统的研究， 包括理论、分析、设计、效率、实现和应用等。
计算学科的研究包括从算法与可计算性的研究到硬件和 软件的实际实现问题的研究。
其不但包括从总体上对算法和信息处理过程进行研究， 也包括对满足给定规格要求的有效并且可靠的软硬件的设计 和实现。
中国最著名的计算机组织：中国计算机学会（China Computer Federation，CCF），成立于1962年。
计算作为一门学科的三个重大问题（3）
报告《计算作为一门学科》论证了计算作为一门学科的 客观事实，提出并回答了第一个重大问题（即计算学科的存 在性证明问题）。
报告提出了未来计算教育必须解决的第二个重大问题 （即整个学科核心课程详细设计问题）以及第三个重大问题 （即整个学科综述性导引课程的构建问题）。
手动式计算工具
算筹
小棍子，采用十进制记数法。 是中国古代普遍采用的一种计算工具。 最早出现的时间已经无法考证；春秋战国时期已经使用得非
常普遍了。 春秋战国：公元前770一公元前221年 算筹不仅可以替代手指来帮助计数，而且能做加减乘除等数
学运算。
手动式计算工具
算盘
由算筹演算而来；与算筹并存竞争了一个时期。 在元代(公元1271年－1368年)后期取代了算筹。 通过“口诀”即“算法”进行快速运算；执行运算就是按照
计算机科学与技术的研究范畴
计算机理论：离散数学、算法分析理论、形式语言与自动机理 论、形式语义学等。
计算机硬件：元器件与存储介质、微电子技术、计算机组成原 理、微机原理与接口技术、计算机体系结构等。
计算机软件：程序设计语言、数据结构、程序设计、编译原理 、操作系统、数据库原理、软件工程、程序设计方法学等。
机电式计算机
该机器获得了极大的成功。于是，1896年，霍勒瑞斯创立了 造表公司TMC(Tabulating Machines Company)，这就是IBM公 司的前身。
Mark I
1936年，美国哈佛大学数学教授霍华德·艾肯（Howard Aiken）在读过巴贝奇的笔记之后，被巴贝奇的远见卓识所震 惊。艾肯提出用机电的方法，而不是纯粹机械的方法来实现 巴贝奇的分析机。
计算机网络：网络结构、数据通信与网络协议、网络服务、网 络安全等。
计算机应用：数值计算（科学计算）、图形学与图像处理、多 媒体、计算可视化与虚拟现实、信息系统、办公自动化、计算 机辅助设计（测试、制造、教学等）、计算机仿真、人工智能 等。
计算学科的根本问题
计算学科的根本问题是： 什么能被（有效地）自动进行。
由于经费的限制，他们只研制了一个能够求解包含30个未知 数的线性方程组的样机。
世界上第一台电子数字计算机。 法定的数字计算机之父(1973年，135次开庭审理)。
电子计算机
巨人（Colossus） 用于译解德国密码， 1970年之前一直保密。 1943年10月，于布雷契莱庄园制造出第一部样机。 1944年2月，“巨人”计算机正式启用。 向英国和盟军指挥部发出了48000份“超级机密”电报。 平均每小时破译的德国情报超过了11份。 在诺曼底登陆战役里发挥了巨大作用，以至有人认为： “巨人”参战改变了战争的进程。
Other curriculum volumes as needed for emerging disciplines
在IBM资助下，机电式计算机Mark I于1944年研制成功。 Mark I结合了巴贝奇的通用可编程机器的思想以及霍勒瑞斯
的“穿孔卡”技术，是世界上第一台大型自动数字计算机。
机电式计算机
电子计算机——使用真空二极管（电子管）
阿塔纳索夫-贝瑞计算机（ABC）
1939年，美国衣阿华大学的约翰·阿塔纳索夫(John Vincent Atanasoff)教授和他的学生克利福特·贝利(Clifford Berry)研制 了称为ABC（Atanasoff Berry Computer）的电子计算机。
一定的规则移动算珠的位置。 先后流传到日本、朝鲜和东南亚各个国家，后来又传入西方。
手动式计算工具
纳皮尔(Napier)算筹
一种能简化计算的乘法速算器；1617年由英国数学家、对数 的发明人纳皮尔发明。
由十根木条组成，每根木条上刻着一位数的乘法表。 可以用加法和一位数乘法代替多位数的乘法，也可以用除数
20世纪60年代中期，卡内基理工学院、斯坦福大学、MIT 等少数几个大学建立起了计算机科学系和计算机科学研究生 院，使计算机科学脱离电气工程、数学等学科而成为一门独 立的学科。
“计算机科学”这一名称在当时引起了激烈的争论。
当时的计算机主要用于数值计算，使用计算机仅仅是编程问 题，许多人认为没有必要设立学位。
很多人还认为，计算机从本质上说是一种职业而非学科。
计算作为一门学科的三个重大问题（1）
问题一：计算作为一门学科的存在性证明问题。 问题二：计算学科核心课程的详细设计问题。 问题三：整个学科综述性导引（导论）课程的构建问题。
计算作为一门学科的三个重大问题（2）
ACM与IEEE/CS于1985年春联手组成任务组，经过近4年 的工作，任务组提交了以“计算作为一门学科”为标题的报
Байду номын сангаас
计算教程系列报告
1990年，ACM和IEEE-CS联合任务组在《计算作为一门学 科》报告的基础上提交了关于计算学科教学计划的《计算教程 1991》报告（Computing Curricula 1991，简称CC1991）。
2001年，该任务组提交了CC2001报告。
之后，任务组又相继发布了CC2004报告和CC2005报告， 目前正在制定CS2013报告。
为一位数的除法和减法代替多位数的除法，从而简化了计算。 在清代与笔算、比例规算法等一起传入中国。
手动式计算工具
对数计算尺
1621年，英国数学家威廉·奥特雷德根据对数原理发明了对 数计算尺。可以基于对数原理用加减运算来实现乘除运算。
18世纪末，发明蒸汽机的瓦特独具匠心，在尺座上添置了一 个滑标，用来存储计算的中间结果。
计算学科的分支学科
CC2005
Overview
CC2001 (CS2001)
Computer Science
IS2002
Information System
SE2004
Software Engineering
CE2005
Computer Engineering
IT2005
Information Technology
为了该分析机的设计、研制，巴贝奇耗尽了毕生的精力。设 计方案是以齿轮为元件，以蒸气机为动力。他设计了30多种 “分析机”的方案，并设计有2000多张详细的机器图纸和几 万个零件的图纸。
巴贝奇关于计算机的设计思想当时没有几个人能够理解，而 且受到当时技术条件极大限制。近四十年的研制，“分析机” 终未能制成。
布莱斯·帕斯卡：1623-1662。“压强”的国际单位“帕斯 卡”；PASCAL程序设计语言。
机械式计算工具
莱布尼茨乘法器
帕斯卡逝世后，莱布尼茨发现了一篇由帕斯卡亲自撰写的 “加法器”论文，勾起了他强烈的发明欲望，决心把这种机 器的功能扩大为乘除运算。
在机械专家等的协助下，1674年造出一台完善的“乘法器”。 基本原理继承于帕斯卡，增添了“步进轮”装置，能够连续 重复地做加减法，进而在转动手柄的过程中，使这种重复加 减转变为乘除运算。
可以计算平方表及函数数值表。
有一贮存程序，可以进行计算并把结果自动地印出来。
“差分机”是程序设计思想萌芽阶段的产物。
机械式计算工具
巴贝奇分析机
1834年，巴贝奇在研制差分机的工 作中，看到了制造一种新的、在性能上大大超过差分机 的计算机的可能性，他把这个未来的机器称为分析机。
机械式计算工具
“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材
计算机科学导论
——思想与方法（第3版）
第1章 绪论
主要内容
计算的历史 计算学科的定义 计算学科的根本问题 计算学科认知模型——计算学科二维定义矩阵 从计算机科学到计算思维
计算的历史
手动式计算工具 机械式计算工具 机电式计算机 电子计算机
计算学科的由来（2）
当时的计算机主要用于数值计算，例如破解密码、弹道轨 迹的计算等。
1952年，艾伦.佩利(Alan J. Perlis)（首届图灵奖获得者）在 普渡大学创建了计算中心，开创了在大学中建立计算中心 的先河。
1956年佩利转到卡内基理工学院，“故伎重演”，又推动 该校成立了计算中心并出任主任。
在佩利的积极组织下，卡内基理工学院率先在大学生中开 设程序设计课程。
程序设计课的开设是计算机科学教育的开端。这引起了计 算机的最大用户——美国国防部的重视，由它的高级研究 计划署ARPA出面，出资资助对计算机科学及其教育立项研 究。
计算学科的由来（3）
1962年，普渡大学开设了最早的计算机科学学位课程。
契克卡德计算机能做6位数加减法，或许设置了某种“溢出” 响铃装置；机器上部附加一套圆柱型“纳皮尔算筹”，因此 也能进行乘除运算。
机械式计算工具
帕斯卡机械加法器
1641年，法国人帕斯卡(Blaise Pascal)为了帮助当收税员的父 亲，发明了一个用齿轮运作的加法器。
这个 “Pascalene”有八个可动的刻度盘，最多可把八位长的 数字加起来。
电子计算机
ENIAC 1946年，第一台高速、通用计算机ENIAC（Electronic
Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分器和计算器） 美国宾夕法尼亚大学研制成功。 设计目的：计算弹道轨迹。 主要研制者:宾夕法尼亚大学的莫奇利和埃克脱。 占地167平方米，重达30吨，耗电量超过174千瓦。 运算速度超出Mark Ⅰ至少1000倍。一条炮弹的轨迹，20秒 钟就能被它算完，比炮弹本身的飞行速度还要快。
机械式计算工具
公元1700年左右，莱布尼茨从一位友人送给他的中国“易图” （八卦）里受到启发，系统地提出了二进制的运算法则，为计 算机的现代发展奠定了坚实的基础。(布尔)
巴贝奇差分机
1882年研制成功了第一台差分机； 用蒸气激活的而且体积十分庞大； 能根据设计者的安排，自动完成高次多项式的整个运算过程，
对数计算尺不仅能进行加、减、乘、除、乘方、开方运算， 还可以计算三角函数、指数函数和对数函数。
一直使用到袖珍电子计算器面世；即使在20世纪60年代，对 数计算尺仍然是理工科大学生必须掌握的基本功，是工程师 身份的一种象征。
机械式计算工具——利用齿轮技术
契克卡德计算机
1623年，契克卡德（W. Schickard）为开普勒（Kepler）制作 了一种机械计算机。
告。
ACM : Association for Computing Machinery， （美国）计算 机协会。创立于1947年，是世界上最早的并且最大的计算机 教育和科研学会。
IEEE-CS ：Institute of Electrical and Electronics Engineers Computer Society， （美国）电气与电子工程师学会计算机分 会。IEEE是目前世界上最大的学术团体，由AIEE（美国电气 工程师学会，成立于1884年）和IRE（无线电工程师学会， 成立于1912年）于1963年合并而成；IEEE下属的CS于1971年 1月成立。
1871年巴贝奇遗憾地离开了人世，他留下厚厚的图纸，零散 的“分析机”部件和一大堆笔记。
机电式计算机——使用电作为动力
霍勒瑞斯造表机
1886年，赫尔曼·霍勒瑞斯（Herman Hollerith）制成了第一台 机电式穿孔卡系统——造表机，使用电做动力。
首次将电和机械计算成功地结合起来制造电动计算机。 这台造表机最初用于人口普查卡片的自动分类和计算卡片的
计算学科的定义(1)
报告《计算作为一门学科》对计算学科作了如下定义：
计算学科是对描述和变换信息的算法过程进行的系统的研究， 包括理论、分析、设计、效率、实现和应用等。
计算学科的研究包括从算法与可计算性的研究到硬件和 软件的实际实现问题的研究。
其不但包括从总体上对算法和信息处理过程进行研究， 也包括对满足给定规格要求的有效并且可靠的软硬件的设计 和实现。
中国最著名的计算机组织：中国计算机学会（China Computer Federation，CCF），成立于1962年。
计算作为一门学科的三个重大问题（3）
报告《计算作为一门学科》论证了计算作为一门学科的 客观事实，提出并回答了第一个重大问题（即计算学科的存 在性证明问题）。
报告提出了未来计算教育必须解决的第二个重大问题 （即整个学科核心课程详细设计问题）以及第三个重大问题 （即整个学科综述性导引课程的构建问题）。
手动式计算工具
算筹
小棍子，采用十进制记数法。 是中国古代普遍采用的一种计算工具。 最早出现的时间已经无法考证；春秋战国时期已经使用得非
常普遍了。 春秋战国：公元前770一公元前221年 算筹不仅可以替代手指来帮助计数，而且能做加减乘除等数
学运算。
手动式计算工具
算盘
由算筹演算而来；与算筹并存竞争了一个时期。 在元代(公元1271年－1368年)后期取代了算筹。 通过“口诀”即“算法”进行快速运算；执行运算就是按照
计算机科学与技术的研究范畴
计算机理论：离散数学、算法分析理论、形式语言与自动机理 论、形式语义学等。
计算机硬件：元器件与存储介质、微电子技术、计算机组成原 理、微机原理与接口技术、计算机体系结构等。
计算机软件：程序设计语言、数据结构、程序设计、编译原理 、操作系统、数据库原理、软件工程、程序设计方法学等。