计算机文化与计算思维第六版
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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。
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1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的分类
按用途分类
通用机 专用机
按综合性能 指标分类
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：Titan 每秒2亿亿次浮点运算 中国：天河1A 每秒4.70千万亿次浮点运算 第8 微型计算机：
1.2 计算机的诞生和发展
◆ 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
第一款商用计算机：UNIVAL 1947年，莫奇莱和埃克特
仅表明电子计算机时代的到来
5
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1.2 计算机的诞生和发展
◆ 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
桌面型计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备
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
服务器：网络环境中对外提供服务的计算机系统
嵌入式计算机：数量超过PC
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1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的应用类型
1. 科学计算 2. 数据处理 3. 电子商务 ① B2B 阿里巴巴
■ 计算机的分代
时代 年份
器件
一 46-58
电子管
二 58-64
晶体管
运算速度 每秒几千次 每秒几十万次
软件 机器语言 汇编语言
高级语言
三 64-70
集成电路
每秒几百万次
操作系统
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
应用
科学计算 军事领域 数据处理 工业控制 文字处理 图形处理
1.3 计算思维
示例2： 计算n的阶乘f(n)=n!
迭代法
迭代过程：1!=1 2!=1!*2 3!=2!*3 …… n!=(n-1)!*n 程序：
s=1;
for(i=1;i<=n;i++)
s=s*i;
经典迭代：牛顿迭代法 J20研制过程就是迭代过程：
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
邱奇－图灵论题
可计算的：图灵机可计算的就是可计算的
世界上的问题
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
计算机科学之父
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 人工智能之父
美国计算机学会ACM于1966年创立了“图灵奖” 4 第4页/共20页
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
2
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1.2 计算机的诞生和发展
■ 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
◆ 图灵机(Turing machine，TM ) 阿兰·图灵（Alan Mathison Turing ，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
各个领域
电子管
晶体管
集成电路
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大规模集成电路7
1.2 计算机的诞生和发展
◆ 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、传输和存储 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
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
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1.2 计算机的诞生和发展
1.1 引言
人类为什么要发明计算机？
■ 人的计算速度很低
◆ 祖冲之计算π至小数点后7位数用了15年 ◆ 计算30×30的行列式需要几个人年 ◆ 中国第一棵原子弹研制时，数百位科学家在大礼堂打算盘
■ 早期的计算工具
◆ 算 筹 春秋战国时期 世界上最早的计算工具
◆ 算 盘 中国唐代
第一种手动式计数器 沿有至今
读写头
（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。
第3页/共20页
纸带
3
1.2 计算机的诞生和发展
图灵机的能力=高级程序设计语言=现代通用计算机
邱奇、图灵和哥德尔断言：
◆ 计算尺 1622年 ◆ 加法器 1642年
手动式，上世纪70年代被计算器取代 可进行加、减、乘、除、指数、三角函数
机械式，只能做加法
1Baidu Nhomakorabea
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1.1 引言
◆ 计算器 1673年
◆ 差分机和分析机 查尔斯.巴贝奇
德国Gottfried Leibniz，机械式 可进行加、减、乘、除和开方
1812年差分机
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
11
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1.3 计算思维
三大科学思维
理论思维（推理思维） 特征：以推理和演绎为特征 代表学科：数学
实验思维（实证思维） 特征：观察和总结自然规律 代表学科：物理学
计算思维（构造思维） 特征：设计和构造 代表学科：计算机科学
② B2C 京东商城 ③ C2C 淘宝网
4. 过程控制 5. CAD/CAM/CIMS 6. 多媒体技术
7.人工智能
卡斯帕罗夫对弈“深蓝”
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1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机文化
◆ 物质文化 计算机的软、硬件设备以及使用方法
◆ 非物质文化
计算机学科对自然科学和社会科学等的广泛渗透， 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
计算思维：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
示例1： 计算f(x)是[a, b]上的积分 数学方法 牛顿─莱布尼兹： f(x) F(x) F (x) |ba 计算思维 黎曼积分：对[a, b]进行n等分 计算小矩形面积
累加
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1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的分类
按用途分类
通用机 专用机
按综合性能 指标分类
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：Titan 每秒2亿亿次浮点运算 中国：天河1A 每秒4.70千万亿次浮点运算 第8 微型计算机：
1.2 计算机的诞生和发展
◆ 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
第一款商用计算机：UNIVAL 1947年，莫奇莱和埃克特
仅表明电子计算机时代的到来
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1.2 计算机的诞生和发展
◆ 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
桌面型计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备
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
服务器：网络环境中对外提供服务的计算机系统
嵌入式计算机：数量超过PC
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1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的应用类型
1. 科学计算 2. 数据处理 3. 电子商务 ① B2B 阿里巴巴
■ 计算机的分代
时代 年份
器件
一 46-58
电子管
二 58-64
晶体管
运算速度 每秒几千次 每秒几十万次
软件 机器语言 汇编语言
高级语言
三 64-70
集成电路
每秒几百万次
操作系统
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
应用
科学计算 军事领域 数据处理 工业控制 文字处理 图形处理
1.3 计算思维
示例2： 计算n的阶乘f(n)=n!
迭代法
迭代过程：1!=1 2!=1!*2 3!=2!*3 …… n!=(n-1)!*n 程序：
s=1;
for(i=1;i<=n;i++)
s=s*i;
经典迭代：牛顿迭代法 J20研制过程就是迭代过程：
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
邱奇－图灵论题
可计算的：图灵机可计算的就是可计算的
世界上的问题
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
计算机科学之父
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 人工智能之父
美国计算机学会ACM于1966年创立了“图灵奖” 4 第4页/共20页
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
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1.2 计算机的诞生和发展
■ 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
◆ 图灵机(Turing machine，TM ) 阿兰·图灵（Alan Mathison Turing ，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
各个领域
电子管
晶体管
集成电路
第7页/共20页
大规模集成电路7
1.2 计算机的诞生和发展
◆ 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、传输和存储 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
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
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1.2 计算机的诞生和发展
1.1 引言
人类为什么要发明计算机？
■ 人的计算速度很低
◆ 祖冲之计算π至小数点后7位数用了15年 ◆ 计算30×30的行列式需要几个人年 ◆ 中国第一棵原子弹研制时，数百位科学家在大礼堂打算盘
■ 早期的计算工具
◆ 算 筹 春秋战国时期 世界上最早的计算工具
◆ 算 盘 中国唐代
第一种手动式计数器 沿有至今
读写头
（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。
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1.2 计算机的诞生和发展
图灵机的能力=高级程序设计语言=现代通用计算机
邱奇、图灵和哥德尔断言：
◆ 计算尺 1622年 ◆ 加法器 1642年
手动式，上世纪70年代被计算器取代 可进行加、减、乘、除、指数、三角函数
机械式，只能做加法
1Baidu Nhomakorabea
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1.1 引言
◆ 计算器 1673年
◆ 差分机和分析机 查尔斯.巴贝奇
德国Gottfried Leibniz，机械式 可进行加、减、乘、除和开方
1812年差分机
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
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1.3 计算思维
三大科学思维
理论思维（推理思维） 特征：以推理和演绎为特征 代表学科：数学
实验思维（实证思维） 特征：观察和总结自然规律 代表学科：物理学
计算思维（构造思维） 特征：设计和构造 代表学科：计算机科学
② B2C 京东商城 ③ C2C 淘宝网
4. 过程控制 5. CAD/CAM/CIMS 6. 多媒体技术
7.人工智能
卡斯帕罗夫对弈“深蓝”
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1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机文化
◆ 物质文化 计算机的软、硬件设备以及使用方法
◆ 非物质文化
计算机学科对自然科学和社会科学等的广泛渗透， 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
计算思维：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
示例1： 计算f(x)是[a, b]上的积分 数学方法 牛顿─莱布尼兹： f(x) F(x) F (x) |ba 计算思维 黎曼积分：对[a, b]进行n等分 计算小矩形面积
累加
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