大学计算机-基于计算思维
0501战德臣《大学计算机-计算思维导论》大学计算机第1讲-计算机-计算-计算思维共71页
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
Harbin Institute of Technology
为什么要学习和怎样学习大学计算机课程? (1) 计算学科的供需关系--需要大学计算机
计算辅助工具
计算与自动计算 (5) 小结
战德臣 教授
电子自动计算-元器件
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
a1x2+a2x=c
机器-自动计算： 规则可能很简单, 但计算量却 很大 机器也可以采用人所使用的 计算规则 一般性的规则，可以求任意:
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
计算与自动计算 (3)自动计算需要解决什么问题?
自动计算要解决的几个问题: 表示-存储-执行 “数据”的表示 “计算规则”的表示：程序 数据与计算规则的“自动存储” 计算规则的“自动执行”
计算机是什么? (1) 计算机与各种设备中的计算机?
形形色色的计算机
战德臣 教授
பைடு நூலகம்
传统“计算机器” 多样化的“计算机器”，各种设备的“大脑”系统
计算机是什么? (2) 各种应用中的计算机?
形形色色的计算机
战德臣 教授
计算机是什么? (3)计算机除了硬件，还包括软件?
形形色色的计算机
马克.安德森 ---前Netscape公司创始人，现风险投资人
《大学计算机基础与计算思维》课后习题参考答案.doc
《大学计算机基础与计算思维》课后习题参考答案第1章计算、计算机与计算思维............................. 第2章数据的计算基础计算机硬件系统第4章操作系统基础 (11)第5章算法与数据结构 (13)第6章程序设计及软件工程基础 (17)第7章数据库技术 (19)第8章计算机网络 (22)第9章信息安全与职业道德 (24)第10章计算软件第11章办公软件Office 2010算机科学与技术学院计算机基础教学部28 292015年9月第1章计算、计算机与计算思维1.1举例说明可计算性和计算复杂性的概念。
答：对于给定的一个输入，如果计算机器能在有限的步骤内给出答案，这个问题就是可计算的。
数值计算、能够转化为数值计算的非数值问题（如语咅、图形、图像等）都是可计算的。
汁算复杂性从数学上提出计算问题难度大小的模型，判断哪些问题的讣算是简单的，哪些是困难的，研究计算过程屮时间和空间等资源的耗费情况，从而寻求更为优越的求解复杂问题的有效规则，例如著名的汉诺塔问题。
1.2列举3种电子计算机岀现之前的计算工具，并简述其主要特点。
答:（1）算盘通过算法口诀化，加快了计算速度。
（2）帕斯卡加法器通过齿轮旋转解决了自动进位的问题。
（3）机电式计算机Z・l,全部采用继电器，第一次实现了浮点记数法、二进制运算、带存储地址的指令等设计思想。
1.3简述电子计算机的发展历程及各时代的主要特征。
答：第一代一一电子管计算机（1946—1954年）。
这个时期的计算机主要釆用电子管作为运算和逻辑元件。
主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯，外存储器采用磁带。
在软件方面，用机器语言和汇编语言编写程序。
程序的编写与修改都非常繁琐。
计算机主要用于科学和工程计算。
第二代一一晶体管计算机（1954—1964年）。
计算机逻辑元件逐步由电子管改为晶体管, 体积与功耗都有所降低。
主存储器采用铁脸氧磁芯器，外存储器釆用先进的磁盘，汁算机的速度和可靠性有所提高。
大学计算机习题参考答案
《大学计算机基础与计算思维》习题参考答案第一章计算机引论一、简答题(1)什么是数据？什么是信息？二者有什么关系？答：数据是记录下来的可以鉴别的符号，它可以通过语言、文字、符号、图形、声音、光、电等来记录客观事物的状态。
数据是对客观事物的一种符号描述，而信息是经过加工后的数据，是可以用来通信的知识。
信息是用来消除随机不确定性的东西。
二者关系为：数据是信息的原材料，而信息则是数据加工后的产品。
(2)支撑人类社会文明的三要素是什么？如何理解三者在不同历史时期的地位和作用？答：三要素为：信息、物质、能源。
不同历史时期三种要素的利用比例不同。
(3)什么是数字化？在计算机领域内又如何理解？答：数字化分为广义和狭义二种，广义的数字化：指信息经过数字化处理的广泛应用。
狭义的数字化：是指由数字信号（数码）取代模拟信号来表征、处理、存储、传输各种信息的过程。
在计算机领域内，我们可以将数字化理解为将许多复杂的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变成一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理。
(4)简述计算机的发展阶段。
答：1932年英国数学家亚伦.图灵(Alan Turing)提出一人计算模型，称图灵机，现在的计算机在本质上与图灵机是一样的。
1936年，Konrad Zuse建造了一台可编程的数字化计算机，它引入了二进制系统和电子管的使用。
第一代计算机：1946至1956年，世界上第一台计算机ENIAC，电子管元件。
宾夕法尼亚大学的美籍匈牙利数学家冯.诺依曼改进了ENIAC研制出了世界上第二台计算机EDVAC，作了重要改进：一是采用了二进制，二是程序和数据存入计算机内部。
冯.诺依曼为现代计算机在体系结构和工作原理奠定了基础。
当今的计算机依然遵循的是冯.诺依曼提出的计算机体系结构。
第二代计算机：(5) 简述计算机的特点。
运算速度快、计算精度高、存储容量大、具有逻辑判断功能、可靠性高、自动化程度高、通用性强等。
大学计算机——计算思维的视角
大学计算机——计算思维的视角计算思维是指用计算机的思维方式解决问题的思维方式，也是将计算机思维方式用于解决现实生活中的问题的一种方法。
在现代社会中，计算机已经不再是某些专业人士的工具，而是广泛应用于社会的各个领域，包括物流、金融、医疗、教育等等。
因此，对于大学计算机专业的学生来说，培养计算思维至关重要。
计算思维的发展历程计算思维发展的历程可以概括为三个时期：机械计算时代、电子计算时代和智能计算时代。
在机械计算时代，人们通过手动操作机械装置进行计算，这时候除了技能之外并没有太多的思维过程。
随着电子计算机的发展，计算思维得以迅速发展，人们开始使用计算机作为工具进行各种计算和模拟，计算思维也随之得到了提升。
到了智能计算时代，人工智能技术的发展使得计算思维进一步拓展，很多人类无法处理的问题也被有效解决，人们的能力水平也得到了全面的提高。
那么，计算思维到底是什么呢？计算思维是一种分析和解决问题的方法，它可以帮助人们更加清晰地理解和处理问题。
它是一种通过图案识别、抽象、算法设计、模型建立等方式来处理问题的思维方式。
与传统的问题解决方法不同的是，计算思维不是依靠人的直觉或经验，而是通过计算机的求解程序来处理问题，从而得到更加符合实际的结果。
计算机不仅可以处理大量的数据，还可以对数据进行推理和决策。
计算思维与现实生活计算思维的应用已经渗透到我们生活的各个方面，包括社会、经济、商业、医学、教育等领域。
随着科技的不断进步，计算思维的应用也越来越深入，同时也在不断地变化和发展。
比如，在金融领域中，计算思维已经成为了不可或缺的工具。
基于复杂的市场分析和模型预测，金融业务员可以更好地进行风险控制和财富管理。
在物流行业中，计算思维同样也得到了广泛应用。
通过计算思维，物流公司可以对货物进行跟踪和追踪，使得物流运输更加准确和高效。
在医学领域，医生可以通过计算思维对疾病进行诊断和治疗，提高医疗水平。
在教育领域，计算思维可以帮助学生快速地理解数学和科学知识，促进学生的学习兴趣和能力。
基于计算思维的大学计算机基础课程教学初探
中图分类号 ： Ｇ ６ ４ ２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ４ ３ １ １ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ — ０ ２ ４ ８ — ０ ２
作技能训练两部分组成。 理论教学主要包括 ： 计算机软 、 硬 Ｏ 引言 “ 大学计算机基 础”是 目前国内高校 非计算机专业 的 件技术与网络技术 的基本概念、 计算机信息 系统安全、 数据 计 算机 教 育 公 共 基 础 课程 。 课 程 主 要 由理 论知 识 讲 授 和 操 库 技 术基 础 、 程序 设 计 与 算法 基 础 、 多媒体 技 术 基 础 等 方面
师， 从 事计 算 机 应 用基 础 、 计 算 机 组 装 与维 护 、 计 算 机 页制 作软 件 及 图像 处理 软件 等 。 ２ ０ １ ０年 １ ０月在 “ 第六届大学计 算机课程报告论坛 ” 硬 件 基 础 等教 学 研 究 。 资 源 。学 校 与 四家 企 业 合作 开发 人 才培 养 方案 ， 构 建 工 学 结合课程体 系， 建设与实施 “ 教学做 ” 一体化课 程 ， 充 分利 用学校“ 宽平 台 ” 教学环境与企业 “ 多通道 ” 实 践 条 件 实 施 工 学 交 替 的教 学组 织 ， 依 据 企 业 能力 需 求开 发 专 项 技 能培 养 项 目。如 与 宏达 机 械 根 据 其 岗位 能力 需 求开 发 “ 工程 机 所 需专 业 知 识 和 技 能 ， 把 自 己融入 到企 业 当 中。 第 六学 期 学 生 进 入 企 业 进 行 项 岗 实 习 ， 以 员 工 身 份 到 生 产 岗位 工 作， 适 应企 业 环 境 ， 增 强 岗位 意 识 ， 进 一步 强 化 专 业 技 能 培 养， 实 现 与企 业 的无 缝 对 接 。
大学计算机基础-01-计算机与计算思维
大学计算机基础-01-计算机与计算思维在当今的数字化时代，计算机已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是工作、学习还是娱乐，我们几乎每天都会与计算机打交道。
而要真正理解计算机的运行原理和应用，就必须掌握计算思维。
接下来，让我们一起走进计算机与计算思维的奇妙世界。
计算机，这个看似复杂的设备，实际上是由一系列硬件和软件组成的。
硬件包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、显示器、键盘等组件，它们协同工作，使得计算机能够执行各种任务。
软件则是指安装在计算机上的程序和操作系统，如 Windows、Mac OS、Linux 等。
这些软件为我们提供了与计算机交互的界面和工具，让我们能够轻松地完成文档编辑、图像处理、游戏娱乐等各种活动。
计算机的发展经历了几个重要的阶段。
从最初的大型机到个人电脑的普及，再到如今的智能手机和平板电脑，计算机的体积越来越小，性能却越来越强大。
早期的计算机主要用于科学计算和军事领域，而随着技术的进步，计算机逐渐走进了千家万户，成为了人们日常生活和工作的得力助手。
那么，什么是计算思维呢？简单来说，计算思维是一种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。
它不仅仅是关于编程和算法，更是一种解决问题的方式和思维模式。
计算思维具有几个重要的特点。
首先是抽象。
在面对复杂的问题时，我们需要将其抽象为简单的模型，以便更好地理解和解决。
例如，在设计一个在线购物系统时，我们可以将用户、商品、订单等元素抽象为数据结构，并通过算法来处理这些数据。
其次是逻辑。
计算思维要求我们遵循严格的逻辑规则，确保我们的解决方案是正确和有效的。
无论是编写程序还是设计系统，逻辑的严密性都是至关重要的。
此外，计算思维还强调分解和组合。
我们可以将一个大问题分解成若干个小问题，分别解决后再将它们组合起来，形成最终的解决方案。
计算思维在各个领域都有着广泛的应用。
在科学研究中，科学家们利用计算思维来模拟自然现象、分析实验数据，从而推动科学的进步。
大学计算机—基于计算思维知识点
大学计算机基础知识点第一章计算思维与计算机1、三大科学思维——理论思维（以数学为基础的理论思维）、实验思维以物理为基础的实验思维、计算思维2、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.3、计算思维的本质：抽象+自动化4、计算机是一种能存储程序和数据，自动执行程序、快速而精确地完成对各种数字化信息处理的电子设备5、1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台数字电子计算机 ENIAC诞生。
6、按照计算机所使用的逻辑部件将计算机的发展分为四代：第一代：(1946-1957) 电子管时代第二代：(1958-1964) 晶体管时代第三代：(1965-1970) 中小规模集成电路第四代：(1971－至今) 大规模、超大规模集成电路(出现网络，使用面日益广泛)7、存储程序的工作原理是：在计算机中设置存储器，将程序和数据存放到存储器中，计算机按照程序指定的逻辑顺序依次取出存储器中的内容进行处理，直到得出结果。
计算机有两个基本能力：一是能够存储程序和数据二是能够自动地执行程序程序(Program) ：是指可以连续执行的一条条指令的集合指令(Instruction) ：是指计算机完成某一种操作的命令指令是一组二进制代码操作码：指出进行什么操作地址码：是规定操作数的值或地址、操作结果的地址及下一条指令的地址等计算机硬件系统第二章⏹数制（Numbering System）即表示数值的方法，有进位计数制和非进位计数制两种⏹进位计数制的基本特点如下:☐使用固定个数的数码表示数值的大小☐逢R进一☐采用位权表示法数制的转换二进制、八进制、十六进制和十进制之间的转换信息的存储单位（位、字节）除字节外，还有千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)，拍字节(PB)。
它们的换算关系原码、反码、补码之间的转换ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码，即美国标准信息交换代码。
基于计算思维的大学计算机基础课程改革研究与实践
59计算机教育Computer Education第 3 期2020 年 3 月 10 日基于计算思维的大学计算机基础课程改革研究与实践王梅娟，李 辉，韩敬利，郑长友，蒋园园（陆军工程大学 指挥控制工程学院，江苏 南京 210001）摘 要：针对军队院校大学计算机基础课程的实际情况，重新阐释计算思维的概念，并基于计算思维对课程大纲和教学理念进行分析，结合陆军工程大学的教学实际，从理论教学和实践教学两方面说明改革过程，为更好地培养本科各专业学员的信息素养和工程素养奠定基础。
关键词：计算思维；大学计算机基础；课程改革0 引 言现代教育对学生的培养强调“知行合一”的能力，以学生为主体的教学模式最终是思维能力的培养和实践能力的培养。
计算思维被提出后，逐渐被各学科吸收并不断深入本科生能力培养模式中。
在新的人才培养方案下，军队院校大学计算机基础课程是面向全校本科层次各专业开设的一门科学文化基础核心课程，随着社会高科技的发展和全国信息化教育的普及，课程建设经历了信息理论—技能操作—计算思维理论的不断变革，本科教育阶段加强学生计算思维能力培养的必要性和意义已经得到认可。
同时，计算机工具最终将面向学科交叉趋势，依据计算机应用能力基础，遵循学员“以计算思维方式分析解决问题能力培养”的理念，计算思维能力训练导向在新大纲中尤为凸显。
1 计算思维概述1.1 计算思维起源计算思维的概念形成很早，主要有算法思维和程序思维两大分支[1]。
最初计算机采用“计算”这一概念的时候，就出现过“计算思维”这一常用名词，同时也被称为“算法思维”，指将问题转换为从输入到输出的转换过程，此时，计算机作为工具更多应用在数值计算中。
另一角度，随着编程的普及和幼龄化，Papert 在使用LOGO 编程语言教授学生数学概念时发现，计算机编程可以影响学生的思维，于是很早将计算思维定义为“程序思维”[2]，强调解决问题时像“计算机一样思考”，主张从儿童时期就应该开始接触学习编程，从而将程序思维作为思维技能的基本组成部分，之后他又进一步基于程序思维界定了计算思维[3]，这一观点得到了计算机科学领域部分学者的认可。
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电子管
晶体管
集成电 路
计算机的特点
运算速度快、精确度高 可靠性好、存储容量大 具有记忆和逻辑判断能力 计算机内部自动化操作
计算机发展趋势——巨型化
1975年世界上第一台超级计算机“CrayI”，主频80Mhz
中国超级计算机：
中国超级计算机“天河二号”
2013年由国防科技大学研制； 峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度33.86Petaflops，位居世界第一； 占地面积720平方米，内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节， 最大运行功耗17.8兆瓦； 2015年5月，“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学 数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程
理论
科学 方法
计算 实验
1.1 计算思维概论
三大科学思维——理论思维、实验思维、计算思维
以数学为基础的理论思维
计算已和理论、实验 缺点：实际问题是复杂的，精确解很难得到 一起，被公认为科学 以物理为基础的实验思维 的三大支柱
优点：直接观察研究获取的科学事实 缺点：不是所有的都可以做出实验
优点：问题的解是精确的
2018/7/9
第 2章
计算机中的信息表示
2.1 信息与信息技术 2.2 信息在计算机中的表示
2.3 数值信息的编码 2.4 文本信息的编码
27
信息与信息技术
28
2.1 信息与信息技术
信息(Information)：
是人们用于表示具有一定意 义的符号集合，这些符号可以是 文字、数字、图形、图像、动画、 声音、光等。
运算器 控制器 存储器
内存储器
输入设备
输出设备
CPU
外存储器
主 机
外部设备
计算机的工作原理
运算命令 运算器 程序和数据
存数 输入设备
取数
结果
内存储器 取指令 存取命令
输出设备
控制器 输入命令
输出命令
小结
需掌握知识点：
计算思维的本质 计算机的概念和特点 第一台计算机和计算机发展的四个阶段 计算机的存储程序工作原理和程序、指令的概念
1.1 计算思维概论
计算思维对各学科的影响
利用计算手段进行
思维是创 新的源头； 知识与技 术是创新 的支撑
各学科的研究和创
新
支持各学科研究创新的新 型计算手段
2018/7/9
计算机是一种能存储 程序和数据，自动执 行程序、快速而精确 地完成对各种数字化 信息处理的电子设备。
除了我们熟悉的 这几种计算机之 外，还有哪些计 算机呢？
自动 化
1.1 计算思维概论
抽象
自动化
2018/7/9
1.1 计算思维概论
计算思维的特性
计算思维是概念化的，而不是程序化的； 计算思维是每个人需掌握的根本技能，而不是刻板的重复性工作 ； 计算思维不是计算机的思维方式，而是人类解决问题的一种思维方式 ； 计算思维是数学和工程思维的互补与融合； 计算思维是思想，不是人造物产品； 计算思维面向所有的人，所有的地方
第二代：(1958-1964) 晶体管时代(高级编程语言)
第三代：(1965-1970) 中小规模集成电路 (操作系统成熟) 第四代：(1971－至今) 大规模、超大规模集成电路(出现网络，使用面日 益广泛) 摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登· 摩尔(Gordon Moore)提
出来的。其内容为:当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目， 约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍
第一章
计算思维与计算机
1.1 计算思维概论
1.2 计算机概述
1.3 计算机的存储程序工作原理
第一节 计算思维概论
一、科学研究的三大方法
二、什么是计算思维
三、计算思维对各学科的影响
1.1 计算思维概论
科学研究的三大方法—理论、实验和计算
科学的概念：从广义上讲，科学是指人们对客观世界的规律性认识， 并利用客观规律造福人类，完善自我。 科学方法：人们在科学研究过程中采取的各种手段和途径。
存储程序的工作原理是：在计算机中设置存储器，将程序 和数据存放到存储器中，计算机按照程序指定的逻辑顺序 依次取出存储器中的内容进行处理，直到得出结果。 计算机有两个基本能力：一是能够存储程序和数据 二是能够自动地执行程序。
程序(Program) ：是指可以连续执行的一条条指令的集合。
计算机的工作原理
1.1 计算思维概论
什么是计算思维
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。
计算思维是以计算 作为基础的问题求 解方法
1.1 计算思维概论
计算思维的本质
抽象
任何自然系统和社会系统都可视为一个动态 演化系统，演化伴随着物质、能量和信息的 交换，这种交换可转换为（也就是抽象）符 号变换，使他可以用计算机进行处理。
巨型化 可嵌入、可携 带 微型化
计算机 智能化
的发展
趋势
可感知、可记忆、 可思维
网络化
机机相联、物物相 联、人人相联、人 物相联
非计算机专业需要了解计算机的工作原理吗？ 计算机的工作原理很难吗？
理论计算机的奠基人
--冯· 诺依曼
“计算机之父”，数学家 冯· 诺依曼（J.Von Neumann）， 因为冯· 诺依曼提出了现代电脑的 体系结构。人们后来把这种“存储程序”体系 结构的机器统称为“冯· 诺依曼机”。
现代计算机的诞生
1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台数字电子计算机 ENIAC诞生。它使用了 18000多只电子管、占地160平方米、重30余吨、耗电150kw、运算速度为 5000次/秒。 目前通用计算机的运算速度：2.5G～3.5G 相当于2亿5千万次到3亿5千万次
现代计算机的发展
按照计算机所使用的逻辑部件将计算机) 电子管时代(机器和汇编语言)
数据(Data)：
数据是信息的具体 表现形式，是各种各 样的物理符号及其组
指令(Instruction) ：是指计算机完成某一种操作的命令。 指令的组成格式： 操 作 码 地 址 码
指令是一组二进制代码 操作码：指出进行什么操作 地址码：是规定操作数的值或地址、操作结果的地址及下一条指令的地 址等
开 始
程 序 的 执 行 过 程
从存储器取一条指令
分析指令？
执行指令
结束
计算机硬件系统 硬 件