计算机技术与计算思维基础课件

1、第1章计算机技术与计算思维基础第1页，共28页。1.11.2计算机技术计算思维基础第2页，共28页。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学习目标第3页，共28页。 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。第1章 计算机技术与计算思维基础1.1 计算机技术第4页，共28页。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。1.1 计

2、算机技术1.1.1 计算机的发展第1章 计算机技术与计算思维基础第5页，共28页。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1.1 计算机技术1.1.1 计算机的发展问题：70多年来没变的是什么？基本工作原理第1章 计算机技术与计算思维基础第6页，共28页。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1.1 计算机技术1.1.1 计算机的发展计算机的分代第1章 计算机技术与计算思维基础第7页，共28页。（2）第2代（20世纪50年代中

3、、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1.1 计算机技术1.1.1 计算机的发展计算机的分代第1章 计算机技术与计算思维基础第8页，共28页。（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1.1 计算机技术1.1.1 计算机的发展计算机的分代第1章 计算机技术与计算思维基础第9页，共28页。（4）第4代 （70年代中期至今） CPU

4、：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1.1 计算机技术1.1.1 计算机的发展计算机的分代第1章 计算机技术与计算思维基础第10页，共28页。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1100的和4. 具有逻辑判断能力 例如：判断23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）1.1计算机技术1.1.2 计算机的特点第1章 计算机技术与计算思维基础第11页，共28页。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，

5、处理速度达到每秒亿亿次以上。按照计算机的性能、作用和价格分为：1.1 计算机技术1.1.3 计算机的分类如：“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。第1章 计算机技术与计算思维基础 第12页，共28页。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。1.1 计算机技术1.1.3 计算机的分类第1章 计算机技术与计算思维基础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、通信服务器等第13页，共28页。4.嵌入式计算机 是为特定应

6、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。1.1 计算机技术1.1.3 计算机的分类第1章 计算机技术与计算思维基础第14页，共28页。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、CAI6.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1.1 计算机技术1.1.4 计算机的应用第1章 计算机技术与计算思维基础第15页，

7、共28页。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。1.2.1 计算思维的定义1.2 计算思维基础第1章 计算机技术与计算思维基础第16页，共28页。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 以推理和演绎为特征，以数学学科为代表； 实验思维 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 以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。1.2.1 计算思维的定义1.2 计算思维基础第1章 计算机技术与计算思维基础强调推理强调归纳希

8、望自动求解第17页，共28页。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；第1章 计算机技术与计算思维基础1.2.1 计算思维的定义1.2 计算思维基础使用的方法：计算机科学的方法。第18页，共28页。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

9、。第1章 计算机技术与计算思维基础1.2.1 计算思维的定义1.2 计算思维基础第19页，共28页。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、所有的领域第1章 计算机技术与计算思维基础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）1.2 计算思维基础第20页，共28页。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。第1章 计算机技术与计算思维基础1.2.

10、3 计算思维的本质1.2 计算思维基础 ABDC第21页，共28页。 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）。第1章 计算机技术与计算思维基础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）1.2 计算思维基础第22页，共28页

11、。（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。第1章 计算机技术与计算思维基础1.2.4 计算思维的基本方法1.2 计算思维基础第23页，共28页。 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。第1章 计算机技术与计算思维基础1.2.5 计算思维与计算机的关系1.2 计算思维基础第24页，共28页。 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。第1章 计算机技术与计算思维基础1.2.6 计算思维的应用1.2 计算思维基础第25页，共28页。（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