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
1.2.5 计算思维与计算机的关系
计算机的出现，使得许多原本只是理论上可以实现的 过程变成了实际可以实现的过程，因为计算机对信息和符 号具有快速处理的能力。
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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
1.1.1 计算机的发展
计算机的分代
（2）第2代（20世纪50年代中、后期-60年代中）
• CPU:晶体管 • 高级语言（Fortran） • 体积小 • 速度几十万次/ 秒 • 应用范围扩大：科学计算、数据处理
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.1 计算机技术
1.1.1 计算机的发展 计算机的分代
按照计算机的性能、作用和价格分为： 1.巨型机
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
1.1 计算机技术
1.1.1 计算机的发展
• 70多年来发展速度之快大大超出人们的预料： – 性能、体积、价格、··· – 应用领域 – 软件技术和软件产品
问题：70多年来没变的是什么？
基本工作原理
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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
课后作业： P9 思考题
要求： （1）选择题答案写在讲义上； （2）简答题在题号旁写上答案的页码，并在相应页码 上做标记； （3）了解自己的专业，看看计算思维在本专业的应用 情况。
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THANKS!
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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 计算机技术与计算思维基础
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
1.1
计算机技术
1.2
计算思维基础
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学习目标
• 了解计算机的发展、分类及应用 • 掌握计算机的特点 • 了解计算思维基本概念
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.1 计算机技术
计算机(电脑)是一种能够接收信息，并按照存储在其内部的 程序对输入信息进行处理，并产生输出结果的高度自动化的数 字电子设备。
（3）第3代（20世纪60年代中-70年代初）
• CPU:SSI、MSI（小、中规模集成电路） • 体积更小 • 速度几十万次/ 秒~几百万次/秒 • 出现了操作系统和数据库管理系统 • 应用范围扩大：科学计算、数据处理、 辅助设计、工业控制等
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.1 计算机技术
1.1 计算机技术
1.1.4 计算机的应用
1.科学计算 2.数据处理 3.生产过程控制 4.人工智能 利用计算机模拟人类的智能活动，
机器人就是人工智能研究的综合产物。
5.计算机辅助系统 CAD、CAM、CBE、CAI 6.通信与网络 无机不在网，无网机难存 7.电子商务 8.多媒体技术
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.1 计算机技术
1.1.1 计算机的发展 计算机的诞生
(1) ENIAC（埃尼阿克） 世界上第一台电子计算机诞生于1946 年，美国宾夕法尼亚大学； (2)规模 18000多个电子管，170平 方米，30吨,功率140千瓦； (3)速度 5000次/秒。
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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
（4）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。 （5）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。 （6）利用启发式推理寻求解答，即在不确定情况下的规划、 学习和调度的思维方法。 （7）利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间、在处 理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。
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
1.1 计算机技术
1.1.1 计算机的发展
计算机的分代
按照采用的物理元器件,分为四代: （1）第1代（20世纪40年代中-50年代末）
• CPU:电子管 • 机器语言和汇编语言程序 • 速度几千次到几万次/秒 • 应用范围：科学计算
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.1 计算机技术
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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
2.计算思维 周以真教授2006年提出的计算思维概念，得到国际广泛
认可和使用。 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。
计算思维目的：求解问题、设计系统、理解人类行为；
1.2 计算思维基础
1.2.1 计算思维的定义
1.科学思维
从人类认识实践和改造世界的思维方式出发，科学思维分为：
理论思维 以推强理调和推演理绎为特征，以数学学科为代表；
实验思维 计算思维
以观强察调和归总纳结自然规律为特征，以物理学科为代表；
以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。
希望自动求解
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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
（也需要在后续的学习过程中慢慢体会和运用）
计算思维的核心是计算思维方法。计算思维方法很多， 周以真教授具体阐述了以下七大类方法。 （1）约简、嵌入、转化和仿真等方法，用来把一个看似困 难的问题重新阐释成一个人们知道问题怎样解决的思维方法。 （2）递归方法、并行方法、把代码译成数据又能把数据译 成代码的方法、多维分析推广的类型检查方法。 （3）抽象和分解的方法，用来控制庞杂的任务或进行巨大 复杂系统的设计；基于关注分离的方法（SoC方法）。
1.2.6 计算思维的应用
计算思维不仅应用于：计算生物学、纳米计算、量子 计算等；
计算思维也已经渗透到脑科学、化学、地质学、数学 、教育等各个学科；
计算思维正影响和推动各领域的发展，成为一种发展 趋势。
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第1章 计算机技术与计算思维基础
本章小结：
（1）计算机的发展 （2）计算机的特点 （3）计算机的分类 （4）计算机的应用 （5）计算思维的定义 （6）计算思维的本质 （7）计算思维的应用
1. 处理速度快 2. 具有庞大的信息存储能力 3. 自动处理 例如：求1~100的和 4. 具有逻辑判断能力 例如：判断2<3的对错 5. 计算精度高 能进行天文数据的计算等 6. 通用性强（数值型数据和非数值型数据）
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.1 计算机技术
1.1.3 计算机的分类
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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
1.2.2 计算思维的特征
（需要在后续的学习过程中慢慢体会和运用）
• 计算思维是概念化思维，不是程序化思维 • 计算思维是根本的技能，不是刻板的技能 • 计算思维属于人的思维方式，不是计算机的思维方式 • 计算思维是思想，不是人造物 • 计算思维是数学思维和工程思维的互补与融合 • 计算思维面向所有的人、所有的领域
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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
1.科学思维 科学思维是人类思维中运用于科学认识活动的部分，是对
感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系；是对各 种科学的思维方法的有机整合，是人类实践活动的产物。
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.1.1 计算机的发展
计算机的分代 （4）第4代 （70年代中期至今）
• CPU：LSI、VLSI（大规模、超大规模集成电路） • 体积更小 • 速度上千万次/ 秒~数十万亿次/秒 • 软件丰富 • 应用范围扩大：各个领域
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第1章 计算机技术与计算思维基础
1.1计算机技术
1.1.2 计算机的特点
1.1 计算机技术
1.1.3 计算机的分类
2.个人计算机(微机） 台式机和便携式（笔记本、平板、智能手机）
其特点：体积小、价格便宜、使用方便、软件丰富等。 3.服务器
具有较强计算能力、高速的网络通信和良好的多任务处 理功能。如：文件服务器、通信服务器等
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第1章 计算机技术与计算思维基础