《计算机科学导论》(第三版 )弗罗赞(翻译)
计算机科学导论
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1. 图灵
• 1950年l0月，图灵发表了论文“计算机和智
能”(Computing Machinery and Intelligence)——
“图灵测试”(Turing Test)。
• 图灵荣膺“人工智能之父”称号。
• 1954年，42岁的图灵英年早逝。从1966年开始，
每年由美国计算机学会(Association for
• 冯•诺依曼决定重新设计一台计算机，命名为“离
散变量自动电子计算机”(Electronic Discrete
Variable Automatic Calculator：EDVAC)。
• 1946年6月，冯•诺依曼和戈德斯坦、勃克斯回到
普林斯顿大学高级研究院，完成了另一台ISA(高
级研究院的英文缩写)电子计算机，他们联名发表
发送消息
识别语音
问题：大多数机器只能做一类事，为什么计算机能 够做许多种不同的事？是不是计算机什么事都能做？
计算机科学导论
2019/1/30
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计算机是一台快速，笨拙的机器
只有有限的能力。 只能进行基本的数学运算与逻辑比较。 必须由程序来指示它做什么事。 ——George Beekman
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1.1.2 计算机的产生
1. 图灵 • 1936年，阿伦•图灵(Alan Turing：1912—1954年)在 他的一篇具有划时代意义 的论文——《论可计算数 及其在判定问题中的应用》 (On Computer Numbers With an Application to the Entscheidungs Problem)中， 论述了一种假想的通用计 算器，也就是理想计算机， 被后人称为“图灵 机”(Turing Machine—— TM)。
计算机科学导论第一章_绪论
1
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 刘艺 瞿高峰 机械工业出版社 2010年出版
2
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 迪安那大学.
1921-1923在苏黎世联邦工业大学学习．
1926年获得布达佩斯大学数学博士学位
1927-1929在柏林大学和汉堡大学任教
John Von Neumann （约翰·冯·诺依曼）
1903.12.28-1957.2.8 美籍匈牙利人
数学家、化学家、 物理学家、发明家、
计算机专家
1930普林斯顿大学客座教授，1931年他成 为美国普林斯顿大学的第一批终身教授 1933年转到该校的高级研究所，成为最初 六位教授之一，并在那里工作了一生．
14
四个子系统 Four subsystems
基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统: 存储器memory 、算术逻辑单元 arithmetic logic unit, 控制单元control unit、输入输出单元 input/output
Figure 1.5 冯.诺依曼模型
15
四个子系统 Four subsystems
Figure 1.2 基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器
9
Figure 1.3 相同的程序，不同的数据
10
Figure 1.4 相同的数据，不同的程序 11
通用图灵机 The universal Turing machine
通用图灵机是对现代计算机的首次描述， 该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。 一台很强大的计算机和通用图灵机能进行同样的运算。 我们所需要的仅仅是为这两者提供数据以及用于描述如 何做运算的程序. 实际上，通用图灵机能够做任何可计算的运算.
《计算机科学导论》 (第三版) 第05章
❑
❑
1.3
To understand how computer throughput can be improved using pipelining.
To understand how parallel processing can improve the throughput of computers.
1.40
Figure 5.28: MISD organization
1.41
Figure 5.29: MIMD organization
1.42
5.8 A Simple Computer
To explain the architecture of computers as
well as their instruction processing, we
❑
1.2
To define the input/output subsystem.
Objectives (continued):
❑ ❑ ❑
To understand the interconnection of subsystems and list different bus systems. To describe different methods of input/output addressing. To distinguish the two major trends in the design of computer architecture.
1.36
Figure 5.24: Pipelining
1.37
Figure 5.25: A taxonomy of computer organization
计算机科学导论
快速成形法(RP)
柔性制造系统(FMS) 产品数据管理系统(PDM) 企业资源计划系统(ERP)
CAD/CAM软件分类
根据产品性能及应用领域的不同大致可分为 CAD、CAM、CAD/CAM三大类
一、CAD类
主要是用于二维设计，以工程制图为主。主要提供零件库、符号库，完美的尺寸
、公差标注等，如AutoCAD、国内大部分自主版权开发的或二次开发的符合国情之CAD软件。
计算学科新的应用领域： 互联网、多媒体技术带来的新的应
用领域、嵌入式系统、人工智能。
目录页
PART TWO
操作系统概论
常见操作系统
操作系统的基本组成
操作系统（ operation system ）是控制计算机整体运行的软件。它提供了用户可以存储和检索 文件的方法，提供了用户可以请求执行程序的接口，还提供了执行被请求程序所必需的环境。
Unigraphics(UG)
UG是EDS公司的拳头产品。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实
体、线框和表面功能结合在一起，并被大多数CAD/CAM软件厂商所采用。 UG最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型 等功能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的 CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的发展。1997年10月EDS公 司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的SOLIDEDGE 软件统一到Parasolid平台上。2001年EDS公司收购I-Deas，实力进一步增强，由 此形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和WindowsNT微机版的较完善的 企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。
河北师范大学《计算机导论》课程教学大纲
河北师范大学《计算机导论》课程教学大纲课程代码：32201166课程名称：计算机导论英文名称：Introduction of Computer授课语言：中文开课单位：软件学院大纲制定人：王艳华大纲审定人：陈润资一、课程说明1.课程类别/性质：学科平台课程必修课2.学分/学时：3.5/64理论学时：48 实践学时：163.适用专业：软件工程4.先修课程：无5.教材及参考书目：教材：计算机科学导论-以Python为舟，沙行勉编著，清华大学出版社，2016年10月第2版，ISBN：9787302446170。
参考书目：Python核心编程，卫斯理春（Wesley Chun）编著，人民邮电出版社出版时间，2016年05月，ISBN：9787115414779。
计算机科学导论（原书第3版），（美）佛罗赞著，刘艺等译，机械工业出版社出版，2015年08月，ISBN：9787111511632。
计算机文化，（美）帕森斯，（美）奥贾著，吕去翔，傅尔也译，机械工业出版社出版，2014年06月，ISBN：9787111465409。
6.课程考核方式：闭卷考试7.主要实践教学环节：PythonPython是一门易读、易维护，并且被大量用户所欢迎的、用途广泛的高级语言。
由于Python语言的简洁性、易读性以及可扩展性，用Python做科学计算的研究机构日益增多，针对一年级新生，用Python来教授程序设计也很容易让学生理解。
二、课程简介《计算机导论》是软件工程专业一年级新生的基础课，它是为培养应用型人才掌握使用计算机的技能而开设的。
本课程是一年级新生入学的第一门基础课程。
作为软件工程专业的入门课程，本课程的任务是使学生掌握计算机科学的相关基础知识，通过本课程的学习，要求学生理解计算机运行大概过程、掌握简单数值数据在计算机中的表示、了解计算机硬件的基本组成、了解计算机软件的相关知识。
同时，兼顾计算机应用领域前沿知识的介绍，为学生进一步学习计算机有关知识打下坚实基础。
计算机英语第三版A篇翻译及课后答案
第一单元：计算机与计算机科学课文A：计算机概览一、引言计算机是一种电子设备，它能接收一套指令或一个程序，然后通过对数字数据进行运算或对其他形式的信息进行处理来执行该程序。
要不是由于计算机的发展，现代的高科技世界是不可能产生的。
不同类型和大小的计算机在整个社会被用于存储和处理各种数据，从保密政府文件、银行交易到私人家庭账目。
计算机通过自动化技术开辟了制造业的新纪元，而且它们也增强了现代通信系统的性能。
在几乎每一个研究和应用技术领域，从构建宇宙模型到产生明天的气象报告，计算机都是必要的工具，并且它们的应用本身就开辟了人们推测的新领域。
数据库服务和计算机网络使各种各样的信息源可供使用。
同样的先进技术也使侵犯个人隐私和商业秘密成为可能。
计算机犯罪已经成为作为现代技术代价组成部分的许多风险之一。
二、历史第一台加法机是法国科学家、数学家和哲学家布莱斯.帕斯卡于1642年设计的，它是数字计算机的先驱。
这个装置使用了一系列带有10个齿的轮子，每个齿代表从0到9的一个数字。
轮子互相连接，从而通过按照正确的齿数向前转动轮子，就可以将数字彼此相加。
17世纪70年代，德国哲学家和数学家戈特弗里德.威廉.莱布尼兹对这台机器进行了改良，设计了一台也能做乘法的机器。
法国发明家约瑟夫―玛丽.雅卡尔，在设计自动织机时，使用了穿孔的薄木板来控制复杂图案的编织。
在19世纪80年代期间，美国统计学家赫尔曼.何勒里斯，想出了使用类似雅卡尔的木板那样的穿孔卡片来处理数据的主意。
通过使用一种将穿孔卡片从电触点上移过的系统，他得以为1890年的美国人口普查汇编统计信息。
1、分析机也是在19世纪，英国数学家和发明家查尔斯.巴比奇，提出了现代数字计算机的原理。
他构想出旨在处理复杂数学题的若干机器，如差分机。
许多历史学家认为，巴比奇及其合伙人，数学家奥古斯塔.埃达.拜伦，是现代数字计算机的真正先驱。
巴比奇的设计之一，分析机，具有现代计算机的许多特征。
第3章-第三版-计算机科学导论-以Python为舟(第3版)-沙行勉-清华大学出版社
CPU
PC
IR
R ALU
Dr. 沙行勉
2021/2/6
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计算机科学导论——以Python为舟
CPU中的核心部件
CPU中存储程序语句——指令寄存器IR(Instruction Register)
• 指令寄存器IR也是个特殊寄存器，它是存放从主存中读取 的程序指令。CPU从主存中读取程序指令到IR之后，由特定的 部件来解读这条程序指令，并执行相应的操作。
第2节 a=a+1的执行过程
1. 分解“a=a+1”的执行步骤 2. CPU中的核心部件 3. 汇编指令的概念 4. a=a+1的完整执行过程
Dr. 沙行勉
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计算机科学导论——以Python为舟
分解“a=a+1”的执行步骤
主存存储三条指令：
• 读取a到R • R加1 • 将R存回a
R1
R2 ALU
R3
R4
主存
读取a到R1 R1加1
将R1存回a
内存 地址
300 301 302
a
1000
• 汇编指令由“操作码”和“操作数”组成。操作码是指令执行的基本动作。 在load R1, (address)指令中，load是操作码，其后的寄存器R1和(address)都是操作 数。操作码的英文叫做operator, 操作数的英文叫做operand。
存”。CPU是做运算的，主存存储程序和相关的变 量，每一条程序语句和每一个变量在内存中都有相 应的内存地址。
主存
内存 地址
a=a+1 300
ห้องสมุดไป่ตู้
a
1000
• a=a+1的意思是：将等号右边的a+1计算出，然后将值赋予给等号左边变量 a。等号右边的“a”是指变量a所存的值，而等号左边的“a”是指变量的位置。
计算机科学导论
计算机科学导论论文国际著名计算科学家马纳曾在其著作《计算的数学理论》中一开头就写道：“什么是计算？我相信，世界上没有两个计算机科学家会就这一概念给出相同的定义。
”计算机科学是对描述和变化信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率、分析、实现和应用的系统的研究。
全部计算机科学的基本问题是，什么能（有效地）自动进行，什么不能（有效地）自动进行。
本学科来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究，形成于20世纪30年代后期。
在计算机发展的历程中，随着学科的兴起，陆续产生了一些学术团体。
国际知名的计算科学学术团体主要有美国计算机器协会（ACM），国际电气、电子、工程师学会计算机学会（IEEE/CS）,国际信息处理联合会（IFIP），美国人工智能协会（IJCAI）等，在中国计算机科学界，中国计算机学会是目前最有影响的全国性一级学会。
在一个学科的发展历程中，围绕学科发展的目标会产生一系列的科学问题，其中，问题的提出和解决对这个学科的发展能够产生重大的影响的问题称之为重大问题。
在科学发展的不同时期，重大问题是相对的，也是比较多的。
围绕重大问题的解决，整个学科会形成若干条发展的主线和若干主流方向。
那么，那些事计算科学学科发展的重大问题和基本问题呢？重大问题是比较容易理解的，而且，相对于不同时期，重大问题既是相对的，也是比较多的。
例如，学科发展早期提出的什么是可计算与不可计算的概念，20世纪50年代末60年代初提出的高级程序设计语言的形式化描述问题，60年代末70年代初提出的操作系统中的并发控制问题，等等。
然而，在学科经历了几十年的发展后，当我们今天以科学哲学的观点回顾历史的进程，系统总结学科的内容时，可以发现：如同数学等一些基础学科一样，在学科各个分支学科方向的发展进程中不断出现了一些在表现形式上虽然不同，但在科学哲学的解释下本质上是相同或相近的问题，即学科研究与发展普遍关心的基本问题。
在威胁基本问题主要有如下三个：（1）计算的平台与环境问题；（2）计算过程的能行操作与效率问题；（3）计算的正确性问题。
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Chapter 1 练习复习题1.定义一个基于图灵模型的计算机。
答：Turing proposed that all kinds of computation could be performed by a special kind of a machine. He based the model on the actions that people perform when involved in computation. He abstracted these actions into a model for a computational machine that has really changed the world.图灵模型假设各种各样的运算都能够通过一种特殊的机器来完成，图灵机的模型是基于各种运算过程的。
图灵模型把运算的过程从计算机器中分离开来，这确实改变了整个世界。
2.定义一个基于冯·诺伊曼模型的计算机。
答：The von Neumann Model defines the components of a computer, which are memory, the arithmetic logic unit (ALU), the control unit and the input/output subsystems.冯·诺伊曼模型定义了计算机的组成，它包括存储器、算术逻辑单元、控制单元和输入/输出系统。
3.在基于图灵模型的计算机中，程序的作用是什么？答：Based on the Turing model a program is a set of instruction that tells the computer what to do.基于图灵模型的计算机中程序是一系列的指令，这些指令告诉计算机怎样进行运算。
4.在基于冯·诺伊曼模型的计算机中，程序的作用是什么？答：The von Neumann model states that the program must be stored in the memory. The memory of modern computers hosts both programs and their corresponding data. 冯·诺伊曼模型的计算机中，程序必须被保存在存储器中，存储程序模型的计算机包括了程序以及程序处理的数据。
5.计算机中有哪些子系统？答：The subsystems of the von Neumann model are memory, the arithmetic/logic unit (ALU), the control unit, and the input/output.冯·诺伊曼模型的计算机中子系统包括存储器、算术逻辑单元、控制单元和输入/输出单元。
6.计算机中存储器子系统的功能是什么？答：Memory is the storage area used for programs and data.存储器的功能是用来保存程序和数据的。
7.计算机中ALU子系统的功能是什么？答：The arithmetic/logic unit (ALU) is where calculations and logical operations take place.计算机中ALU子系统的功能是进行算术和逻辑运算的地方。
8.计算机中控制单元子系统的功能是什么？答：The control unit controls the operations of the memory, ALU, and the input/output subsystem.计算机中控制单元子系统的功能是控制存储器、算术逻辑单元和输入/输出的运行。
9.计算机中输入/输出子系统的功能是什么？答：The input subsystem accepts input data and the program from outside the computer; the output subsystem sends the result of the processing to the outside.计算机中输入子系统的功能是接收计算机外部输出的程序和数据；输出子系统是发送处理结果到计算机外部。
10.简述5个时代的计算机？答：The first generation (roughly 1950–1959) is characterized by the emergence of commercial computers and were used only by professionals. The second-generation (roughly 1959–1965) computers used transistors instead of vacuum tubes. The third generation (roughly 1965 and 1975) started with the invention of the integrated circuit that reduced the cost and size of computers even further. The fourth generation (approximately 1975–1985) saw the appearance of microcomputers.The fifth generation started in 1985. It witnessed the appearance of laptop and palmtop computers, improvements in secondary storage media (CD-ROM, DVD, etc.), the use of multimedia, and the phenomenon of virtual reality.第一代计算机（约1950—1959）的特点是商业计算机的出现和仅由专业人士使用。
第二代计算机（约1959—1965）用晶体管替代了真空管。
第三代计算机（约1965—1975）开始于集成电路的发明，这大大降低了计算机的成本和尺寸。
第四代计算机（约1975—1985）开始出现微型计算机。
第五代计算机始于1985年，以笔记本电脑和掌上电脑的出现为依据，辅助存储媒体得到改进（CD-ROM,、DVD等），多媒体得到应用，虚拟现实得以实现。
选择题11.现在的计算机是基于（）模型。
A.莱布尼茨B.冯·诺伊曼C.帕斯卡D.查尔斯·巴比奇12.在计算机中，（）子系统存储数据和程序。
A.算术逻辑单元B.输入/输出C.存储器D.控制单元13.在计算机中，（）子系统执行算术和逻辑运算。
A.算术逻辑单元B.输入/输出C.存储器D.控制单元14.在计算机中，（）子系统接收数据和程序并将运算结果传给输出设备A.算术逻辑单元B.输入/输出C.存储器D.控制单元15.在计算机中，（）子系统是其他子系统的管理者。
A.算术逻辑单元B.输入/输出C.存储器D.控制单元16.根据冯·诺伊曼模型，（）被存在存储器中。
A.只有数据B.只有程序C.数据和程序D.以上都不是17.问题的分步骤解决被称为（）。
A.硬件B.操作系统C.计算机语言D.算法18.FORTRAN和COBOL是（）的例子。
A.硬件B.操作系统C.计算机语言D.算法19.在17世纪能执行加法和减法运算的计算机器是（）。
A.PascalineB.Jacquard loomC.Analytical EngineD.Babbage machine20.在计算机语言中，（）是告诉计算机如何处理数据的一系列指令。
A.操作系统B.算法C.数据处理器D.程序21.（）是以结构化的形式来设计和编写程序。
A.软件工程B.硬件工程C.算法开发 C.教育体系22.第一台特殊用途的电子计算机被称为（）。
A.PascalB.PascalineC.ABCD.EDV AC23.第一代基于冯·诺伊曼模型的计算机中有一个被称为（）。
A.PascalB.PascalineC.ABCD.EDV AC24.第一台使用存储和编程的计算机器被称为（）。
A.the MadelineB.EDV ACC.the Babbage machineD.the Jacquard loom25.( )将程序设计任务从计算机运算任务中分离出来。
A.算法B.数据处理器D.高级程序设计语言 D.操作系统11. b 12. c 13. a 14. b 15. d 16. c17. d 18. c 19. a 20. d 21. a 22. c23. d 24. d 25. c课后练习题27.如果一台小的便宜的计算机可以做大型昂贵的计算机同样能做的事情，为什么人们需要大的呢？答：According to Turing, any problem that can be solved by a big computer can also be solve by a small computer but a big computer can probably solve the problem faster.根据图灵机的原理，任何问题都能在大型计算机中解决，同时也能在小型机中解决，但是大型机解决问题的速度更快。
33.研究并找出键盘起源于哪一代计算机。
答：The first keyboard appear with time sharing, multi-user system by 1964 which is end of the second generation and the beginning of the third generation.第一个键盘与多用户系统均在1964出现，也就是在第二代计算机末期和第三代计算机初期出现。
34.研究并找出打印机起源于哪一代计算机。
答：In 1953, the first high-speed printer was developed by Remington-Rand for use on the UNIV AC computer. This means that printers belong to the first generation of computers.1953年，第一台高速打印机由Remington-Rand发明，并用于UNIV AC计算机，这意味着打印机起源于第一代计算机。