教学课件 大学计算机基础(第2版)--陈亚军

§1.1.1 科学与学科
一、科学相关概念的界定
1.科学 《辞海》（1999年版）将科学定义为“运用范畴、定理、定 律等思维形式反映现实世界各种现象的本质的规律的知识体 系。” 科学是反映现实世界各种现象的客观规律的知识体系。它是 人类知识的最高形式。科学根据其研究对象的不同，可分为 自然科学、社会科学和思维科学。
西华师范大学教育信息技术中心
本章主要内容
1
计算思维基础知识
2
计算机的发展历程
3
电子计算机的分类、特点及其应用
4
数制基础
5
计算机中数据与信息编码
§1.1 计算思维基础知识
• 科学与学科 • 思维概述 • 计算思维 • 计算模型
§1.1.1 科学与学科
一、科学相关概念的界定
1.科学 2.计算科学 3.计算机科学
§1.2.2 现代计算机的发展
一、现代计算机的发展
在EDVAC完成之前，其他一些机器建成了，它们吸收了艾 克特、莫奇利和冯·诺依曼设计的要素。其中一部是在英国 剑桥研制的电子延迟存储自动计算机（Electronic Delay Storage Automatic Calculator，简称EDSAC），它在1949 年5月首次运行，是世界上第一台投入运行的电子储存程序、 通用型计算机。
§1.1.4 计算模型
二、图灵机
1936年5月28日，英国科学家阿兰·图灵提出了一种十分简 单但运算能力很强的理想计算装置，并描述了一种假想的可 实现通用计算的机器，这就是计算机史上著名的“图灵机 (Turing Machine)”。
§1.1.4 计算模型
三、冯·诺依曼计算机
美国数学家冯·诺依曼等人发表了关于“电子计算机装置逻 辑结构设计”的报告，具体介绍了制造电子计算机和程序存 储的新思想，明确给出了计算机系统结构及其实现方法，提 出了两个极其重要的思想，即存储程序和二进制。后来人们 把具有这种结构特征的机器统称为冯·诺依曼计算机，简称 冯·诺依曼机
§1.2.2 现代计算机的发展
二、现代计算机的分代
一）电子管时代（1946—1957年） 二）晶体管时代（1958—1964年） 三）集成电路时代（1965—1970年） 四）超大规模集成电路时代（1971年至今）
§1.2.3 计算机未来的发展方向
一、光子计算机 二、分子计算机 三、量子计算机 四、生物计算机 五、神经计算机
§1.1.4 计算模型
一、计算模型的概念 二、图灵机 三、冯·诺依曼计算机
§1.1.4 计算模型
Hale Waihona Puke 一、计算模型的概念计算模型是指运用计算来处理数据的抽象方式，是刻画计算 这一概念的一种抽象的形式系统或数学系统。在计算机科学 中，通常所说的计算模型是指具有状态转换特征，能够对所 处理的数据或信息进行表示、加工、变换和输出的数学机器。
§1.1.4 计算模型
三、冯·诺依曼计算机
冯·诺依曼计算机设计思想主要有三点：一是采用二进制来表示各种指令 和数据；二是采用存储程序的工作原理，使计算机自动运行；三是计算 机由控制器（Control Unit，CU）、运算器（Arithmetic Logic Unit， ALU）、存储器（Memory）、输入（Input）和输出（Output）五个部 分组成。
二进制的优点
在物理上容易实现 在数学上容易计算
在逻辑上容易对应
§1.2 计算机的发展历程
• 计算机的史前史 • 现代计算机的发展 • 计算机未来的发展方向
§1.2.1 计算机的史前史
手指、石头、结绳、算筹、算盘、计算尺、加法机、 乘法机、差分机、分析机
§1.2.2 现代计算机的发展
一、现代计算机的发展 二、现代计算机的分代
§1.2.2 现代计算机的发展
一、现代计算机的发展
第一台通用型电子计算机器应该是ENIAC，它最引人注目的 就是它的体积和复杂性。ENIAC包含了约18000个电子真空 管、7200个二极管、1500个继电器、10000个电容器，还 有大约五百万个手工焊接头。它重约30吨，体积约为 2.4m×0.9m×30m，占地约170平方米，功率为150千瓦。 IBM的卡片阅读器用于输入，打卡器用于输出。它每秒执行 5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工 计算的20万倍。
§1.1.1 科学与学科
二、学科相关概念的界定
1.学科 2.计算学科 3.计算机学科
§1.1.1 科学与学科
二、学科相关概念的界定
学科 学科（Discipline）有两种含义： 一是指学术的分类，指一定科学领域或一门科学的分支。如 自然科学中的化学、生物学、物理学；社会科学中的法学、 社会学等。 二是指大学教授和研究的知识分科，它是高校的细胞组织， 是对高校人才培养、教师教学、科研业务隶属范围的相对界 定。
§1.1.2 思维概述
一、思维概念的界定 二、思维认知过程及其特征 三、科学思维及其分类
§1.1.2 思维概述
思维概念的界定
思维（Thinking）有广义思维和狭义思维之分： 广义思维是人脑对客观现实概括的和间接的反映，它反映 的是事物的本质和事物间规律性的联系，包括逻辑思维和 形象思维。 狭义思维通常是指心理学意义上的思维，即逻辑思维。
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当小女孩早晨去学校时，她把当天需要的东 西放进背包，这就是预置和缓存；当小男孩 弄丢他的手套时，你建议他沿走过的路寻找， 这就是回推；在什么时候停止租用滑雪板而 为自己买一付呢？这就是在线算法；在超市 付帐时，你应当去排哪个队呢？这就是多服 务器系统的性能模型；为什么停电时你的电 话仍然可用？这就是失败的无关性和设计的 冗余性；
§1.1.3 计算思维
一、计算思维的概念 二、计算思维方法 三、计算思维的特征 四、计算思维与大学计算机基础教育的关系
§1.1.3 计算思维
计算思维的概念
国际上广泛认同的计算思维的定义来自美国卡内基·梅隆大 学周以真（Jeannette Wing）教授。 周教授认为，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，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之 广度的一系列思维活动。计算思维的本质是抽象和自动化。