沈鑫剡编著《计算机基础与计算思维》第1章配套课件

计算机基础与计算思维第一章第1章概述图灵机模型冯.诺依曼结构抽象和自动化含义计算机解决问题过程第1章难点和重点学习思路第1章概述本章重点：计算机发展过程；计算思维定义与内涵；计算机引发的新的领域和问题。一、计算机定义

计算机是一种电子设备，能够在存储于存储器中的指令控制下完成某种操作，这种操作主要是对数据按照指定规则进行处理，并产生处理结果。本次数据处理结果可以存储起来，作为下一次数据处理的源数据。计算机特点：抽象和自动化抽象用二进制数表示一切信息用计算机指令能够实现的操作步骤描述问题解决过程自动化一系列指令描述运算过程的步骤及涉及的数据计算机自动执行一系列指令一、计算机定义二、计算机先驱——图灵机图灵其人计算机科学之父人工智能之父图灵机模型发明者计算机最高奖项——图灵奖无线长度带子：每一格可以读写符号集中符号读写头：读出或写入当前位置符号控制器：完成状态转换控制器和读写头每次可以左右移动一格二、计算机先驱——图灵机指令由以下内容组成控制器当前状态；读写头读到的符号；用于取代读写头当前位置符号的符号（新写入符号）；控制器转换后的状态；读写头移动方向（左移、右移、保持不动）。二、计算机先驱——图灵机指令用五元组（qi，Sj，Sk，ql，D）表示qi表示控制器当前状态；Sj表示读写头当前位置读到的符号（包括空格符）；Sk表示读写头新写入当前位置的符号（包括空格符）；ql表示控制器转换后的状态；D表示读写头移动方向。二、计算机先驱——图灵机符号集{0,1,b}状态集{q1,q2,q3,H}q1初始状态，读写头指向末位；q2读写头指向其他位，进位c=0q3读写头指向其他位，进位c=1H停机状态二、计算机先驱——图灵机指令集（规则集）（q1，0，1，q2，L）（q1，1，0，q3，L）（q2，0，0，q2，L）（q2，1，1，q2，L）（q3，0，1，q2，L）（q3，1，0，q3，L）（q2，b，b，H，N）（q3，b，1，H，N）

二、计算机先驱——图灵机指令序列①（q1，1，0，q3，L）②（q3，1，0，q3，L）③（q3，1，0，q3，L）④（q3，1，0，q3，L）⑤（q3，1，0，q3，L）⑥（q3，1，0，q3，L）⑦（q3，b，1，H，N）二、计算机先驱——图灵机冯.诺依曼结构三、冯.诺依曼结构冯．诺依曼结构用二进制数表示所有信息，实现了数据抽象。冯．诺依曼结构存储程序思想一是可以定义通用指令系统，且用二进制数表示指令，因此可以用存储器统一存储数据和指令。二是可以用一系列指令描述完成运算过程的步骤和运算过程涉及的原始数据，且通过由计算机自动执行这一系列指令实现运算过程的自动化。三是用一系列指令描述的完成运算过程的步骤适用于所有运算对象。三、冯.诺依曼结构四、计算机系统计算机系统层次结构五、计算机硬件发展过程根据器件划分硬件发展过程电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模、超大规模集成电路计算机飞速发展的重要因素计算机技术与电子技术的有机结合；应用的普及；不断出现的新的应用对性能和功能提出的更高需求。五、计算机硬件发展过程六、软件发展过程软件层次结构软件发展过程与硬件相互促进；与应用普及相互促进；抽象系统软件屏蔽执行细节高级语言硬件结构无关性应用程序设计者基于系统软件提供的服务

六、软件发展过程七、计算机分类

根据体积、运算速度、信息处理能力和价格分类PC移动计算机服务器主机超级计算机嵌入式计算机一、计算思维定义和内涵计算思维定义美国卡内基．梅隆大学计算机科学教授周以真女士对计算思维（Computationalthinking，CT）的定义如下：“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”。特征计算思维是一种概念，而不是程序设计过程。计算思维是一种基本技能。计算思维是人类求解问题的一条途径。计算思维是思想，不是物品。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，所有地方。一、计算思维定义和内涵理论思维以数学为基础实验思维以物理等学科为基础计算思维以计算机科学为基础一、计算思维定义和内涵二、计算思维内涵计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个困难的问题阐释成如何求解它的思维方法。计算思维是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码的编码解码方法，是一种多维分析的类型检查方法。计算思维是一种采用基于关注点分离（SeparationOfConcerns，SOC）来控制庞杂的任务或进行巨型复杂系统设计的方法。计算思维是一种选择合适的方式陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法。计算思维是按照预防、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。计算思维是利用启发式推理寻求解答，即在不确定情况下进行规划、学习和调度的思维方法。计算思维是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衷的思维方法。三、计算思维能力培养过程一是让学生充分了解计算机能够做什么，如何做。二是让学生充分了解计算机技术的发展和应用对其他学科产生的巨大影响。三是挖掘计算机解决各种问题的普遍性原理和方法。1.3计算机引发的新的领域和问题本讲主要内容计算机引发的新的领域计算机引发的问题一、计算机引发的新的领域数值计算数值计算是一门研究运用计算机获得数学问题的数值解的理论和方法的课程。信息加密解密在采用现代加密解密算法和足够长度密钥的前提下，只要保证密钥的保密性，在密文有效期内破译密文已经是不可能的事情。CAD、BIM和逆向工程CAD是指利用计算机及其图形设备辅助设计人员完成设计工作的一种技术。BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目中各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达。逆向工程是根据已有的东西