第1章 计算机文化与计算机思维基础

计算机文化与计算机思维基础主讲高骏课程的安排第1章计算机与计算机思维2学时第2章计算机系统2学时第3章操作系统2学时第5章数据处理6学时第4章数制和信息编码2学时第6章数据库技术基础2学时第7章计算机网络基础2学时第8章算法与程序设计初步4学时

复习2学时考核方法平时成绩（50%）1.考勤(20分)课堂考勤50%课外考勤50%总时长超过540+540满分

2.实验作业(20分)3.学习平台学习(20分)视频(知识点学习数>=总数*70%)(视频总学习时间>=总时长*70%)回贴(发贴数量+回贴数量>=30)

在线时长和登录次数

在线时长>=总视频长度登录次数>=124.测试(40分)Windows、Offica20分Access、网络应用20分3微课堂教学平台使用机房入口：33或32校园网入口：33用户名和密码均为学号4第一章

计算机文化与计算思维51.1引言

人类为什么要发明计算机？1人的计算速度很低

(1)祖冲之计算π至小数点后7位数用了15年

(2)计算30×30的行列式需要许多个人年

(3)中国第一棵原子弹研制时，数百位科学家在大礼堂打算盘的壮观场景2早期的计算工具

(1)算筹：春秋战国时期 世界上最早的计算工具

(2)算盘：中国唐代第一种手动式计数器沿有至今

(3)计算尺：1622年英国奥特瑞德可进行加、减、乘、除、指数、三角函数

(4)加法器：1642年法国帕斯卡机械式，只能做加法 6

(5)计算器1673年 德国莱布尼茨，机械式可进行加、减、乘、除和开方

1834年分析机

分析机：体现了现代电子计算机的结构、设计思想。被称为现代通用计算机的雏形1.1引言(6)差分机和分析机查尔斯.巴贝奇1812年差分机71.2计算机的诞生和发展（1）M的状态：接受状态、进位状态。初始时处于进位状态。（2）从右向左扫描纸带。进位状态：读到0或空白，则改写1，进入接受状态，立即停机；读到1，则改写为0，状态保住不变，读写头左移。1.计算机的诞生图灵机、ENIAC和冯·诺依曼体系结构在理论上、工作原理、体系结构上奠定现代电子计算机的基础

(1)图灵机(Turingmachine，TM)

阿兰·图灵（AlanMathisonTuring，1912—1954）解决问题；什么是计算？什么是可计算性？组成：计算X+1的图灵机M纸带

读写头

81.2计算机的诞生和发展邱奇、图灵和哥德尔断言：

一切直觉上能行可计算的函数都可用图灵机计算，反之亦然著名的邱奇－图灵论题世界上的问题可计算的：图灵机可计算的就是可计算的不可计算的图灵的贡献图灵机模型：解决了可计算问题计算机的理论问题图灵测试：回答了什么样的机器具有智能人工智能的理论基础美国计算机学会ACM于1966年创立了“图灵奖”计算机科学之父人工智能之父9

2.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表明电子计算机时代的到来，具有划时代意义1.2计算机的诞生和发展10

3.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”采用二进制存储程序：程序和数据一起存储在内存中五个部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备奠定了现代计算机体系结构和工作原理迄今为止的计算机都采用这种思想，称为冯·诺依曼计算机1.2计算机的诞生和发展114.计算机的分代时代年份器件运算速度软件应用一46-58电子管每秒几千次机器语言汇编语言科学计算军事领域二58-64晶体管每秒几十万次高级语言数据处理工业控制三64-70集成电路每秒几百万次操作系统文字处理图形处理四71年迄今大规模集成电路达到每秒亿亿次数据库、网络等各个领域电子管晶体管集成电路大规模集成电路1.2计算机的诞生和发展12

5.发展趋势：微型化、巨型化、网络化和智能化未来新型计算机：(1)光计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和不同波长的表示不同的数据优点：超高速缺点：体积庞大(2)生物计算机（分子计算机）

20世纪80年代中期开始研制,采用了生物芯片，运算速度比最新计算机快10万倍，耗电为现在普通计算机十亿分之一。(3)量子计算机利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机,这种多现实态是量子力学的标志。1.2计算机的诞生和发展136.计算机的分类高性能计算机（巨型机或大型机）：速度最快、处理能力最强最快：“神威·太湖之光”的浮点运算速度为每秒12.5亿亿次，比排名第二的“天河二号”快出近两倍，也是全球唯一一台计算速度超过10亿亿次的超算。

工作站：介于PC与小型机之间高档微机系统

高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机：桌面型计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备

服务器：网络环境中对外提供服务的计算机系统通用机专用机嵌入式计算机：数量超过PC

1.2计算机的诞生和发展按综合性能指标分类按用途分类141.2计算机的诞生和发展卡斯帕罗夫对弈“深蓝”

7.计算机的应用类型

1.科学计算2.数据处理3.电子商务①B2B阿里巴巴 ②B2C京东商城 ③C2C淘宝网4.过程控制5.CAD/CAM/CIMS6.多媒体技术

7.人工智能158.计算机文化：指人类社会的生存方式因使用计算机而发生的根本变化产生的一种崭新的文化形态。

(1)物质文化

计算机的软、硬件设备以及使用方法 (2)非物质文化①创造和形成了新的科学思想、科学方法、科学精神、价值标准等②计算机应用改变了传统社会，形成了网络社会等虚拟的社会形态,产生了相应的语言、风俗、道德、法律等最重要的是计算机网络文化1.2计算机的诞生和发展161.3计算思维理论科学、实验科学和计算思维是科学发现的三大支柱。1、理论思维理论思维以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。公理系统三个条件：无矛盾。独立性。完备性。

公理系统要尽可能简单化。171.3计算思维【案例】欧几里得几何公理。任意两个点可以通过一条直线连接。任意线段能无限延伸成一条直线。给定任意线段，可以以其一个端点作为圆心，该线段作为半径作一个圆。所有直角都全等。若一直线与其他两直线相交，以至该直线一侧的两内角之和小于两直角，则那两直线延伸足够长后必相交于该侧。1.3计算思维2、实验思维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。实验思维步骤：（1）从现象获得直观认识。（2）用数学方法导出数量关系。（3）通过实验证实数量关系。实验思维最重要的是建立理想的实验环境。1.3计算思维3、计算思维计算思维以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。计算思维的根本问题是什么能被有效的自动进行。为了机器的自动化，需要在抽象过程中进行符号转换和建立计算模型。计算思维需要考虑问题处理的边界，以及可能产生的错误。示