《计算思维与大学计算机基础 工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 谭振江 第1章计算思维与计算机基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算思维与大学计算机基础 工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 谭振江 第1章计算思维与计算机基础（146页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 计算机与计算思维,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,2,1.1 计算与计算思维 1.2 计算机概述 1.3 计算机中的信息表示 1.4 计算机系统概述 1.5 微型计算机的硬件组成 1.6 操作系统基础知识,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,3,1.1 计算与计算思维,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,4,1.1.1计算思维的提出 1.计算思维在美国,2005年6月，美国总统信息技术咨询委员会（PITAC）给美国总统提交了报告计算科学：确保美国竞争力（Computational Science: Ensuring Americas Competitiven
2、ess）认为 虽然计算机本身也是一门学科，但是其具有促进其他学科发展的作用 二十一世纪科学上最重要的、经济上最有前途的研究前沿都有可能通过熟练地掌握先进的计算机技术和运用计算机科学而得到解决。报告建议，将计算科学长期置于国家科学与技术领域中心的领导地位,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,5,2007年美国NSF的CPATH（Pathways to Revitalized Undergraduate Computing Education,大学计算教育重生的途径）计划认为：计算普遍存在于我们的日常生活之中，培养未来能够参与全球竞争、掌握计算核心概念对美国企业家和员工就变得非常重要。该计
3、划认为：尽管有的研究机构和大学对此做出了卓越的、开创性的工作，但目前美国更多的大学计算教育仍然沿袭的是几十年前的教学模式。鉴于此NSF 2007年启动了CPATH计划，当年投入600万美元，2008年投入500万美元，2009年投入1000万美元，力图改变这种情况。,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,6,2008年，美国NSF提出CDI（Cyber-Enabled Discovery and Innovation,计算使能的科学发现和技术创新）计划 该计划是美国国家科学基金会的一个革命性的、富有独创精神的五年计划 该计划旨在通过“计算思维”领域的创新和进步来促进自然科学和工程技术领域
4、产生革命性的成果。,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,7,2.计算思维在我国,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,8,陈国良院士讲话,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,9,西安交通大学教务处处长致辞,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,10,会议内容,会议研讨了国内外计算机基础教学的现状和发展趋势 并就以九校联盟（C9)为代表的我国最高水平研究型大学 如何在新形势下提高计算机基础教学的质量、增强大学生计算思维能力的培养 ，进行了充分的交流和认真的讨论，形成以下共识,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,11,（1）计算机基础教学是培养大学生综合素质和创
5、新能力不可或缺的重要环节，是培养复合型创新人才的重要组成部分。 （2）旗帜鲜明地把“计算思维能力的培养”作为计算机基础教育的核心任务。 （3）进一步确立计算机基础教学的基础地位，加强队伍和机制建设。 （4）加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的研究。,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,12,3.计算思维的定义,Edsger_Dijkstra 我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯,从而也将深刻的影响着我们的思维能力.,人工智能四大先驱之一 现代编程语言的主要贡献者之一 第七位图灵奖获得者,Jeannette M. Wing 周以真 卡内基-梅隆大学教
6、授,Computational Thinking,Computational thinking will be a fundamental skill used by everyone in the world by the middle of the 21st Century.,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,13,周以真教授认为：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等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,14,1912.6.231954.6.7 英国数学家、逻辑学家,Can Machines Thi
7、nk?,人工智能和 计算机科学之父,图灵机,提出了一种用于判定机器是否具有智能的试验方法 -图灵试验!,图灵机由一个控制器、一条可无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头组成。这个在概念上如此简单的机器，理论上却可以计算任何直观可计算的函数.,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,15,计算思维理解,用四个字来概括： 抽象、算法 用八个字来概括： 合理抽象、高效算法,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,16,4.计算思维的特点,概念化，不是程序化。 基础的，不是机械的技能。 人的，不是计算机的思维。 数学和工程思维的互补与融合。 面向所有的人，所有地方。 是思想，不是人造品。
8、 计算思维最根本的内容，即其本质是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,17,17,1.1.2科学方法与科学思维,科学方法 实验方法、理论方法、计算方法 科学思维 实证思维（重现、自洽、预见）实验：物理 逻辑思维（公理、规则、结论）推理：数学 计算思维（能行、构造、模拟）使自动：计算机 计算思维区别于逻辑思维和实证思维的关键 计算机的出现推动了计算思维的发展,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,18,1.1.3计算思维在生活中的实例,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,19,2019/5/25,吉林师范大学计
9、算机学院,20,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,21,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,22,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,23,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,24,模拟-应用之魂,实验和理论思维无法解决的问题 大量复杂问题求解、宏大系统建立、大型工程组织都可通过计算模拟 核爆炸、蛋白质生成、大型飞机、舰艇设计,24,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,25,程序代码 = 细胞自动机,25,美科学家Stephen Wolfram 科学巨著:A New Kind of Science 传统的科学建立在数学基础上 新的科学建立在计算机程序上
10、,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,26,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,27,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,28,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,29,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,30,1.1.4 计算思维能力,1.什么是计算思维能力 定义：面对一个新问题，运用所有资源将其解决的能力。 计算思维能力的核心是问题求解的能力，即 发现问题 寻求解决问题的思路 分析比较不同的方案 验证方案,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,31,2.计算思维能力的培养 深入掌握计算机解决问题的思路，更好地用好计算机。 把计算机处理问题的方法
11、用于各个领域，推动在各个领域中运用计算思维，更好地与信息技术相结合。 求解能力是“教”不会，“学”不会的，只能“练”会。,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,32,计算思维概念： 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了计算机科学之广度的一系列思维活动。 计算思维的本质： 抽象、自动化（程序、算法） 计算思维能力： 建立起利用计算机技术解决问题的思路，并理解问题的可求解性。 问题抽象、模型建立、算法设计、实现,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,33,1.2 计算机概述,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,34,1.2.1 计算机的概念,
12、电子计算机是一种能高速、精确、自动处理信息的现代化电子设备，简称为计算机。,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,35,1.2.2 计算机发展简史 1.计算工具的发展,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,36,2.冯诺依曼设计思想和摩尔定律,冯诺依曼提出“存储程序”的思想； 确立现代计算机体系结构； 五十多年来，虽然计算机技术突飞猛进，但计算机系统基本结构没有变。,英国科学家艾兰.图灵,1936发表论文“论可计算数及其在判定问题中的应用”，为计算机的理论和模型奠定了基础； 提出图灵测试，阐述了机器智能的概念 。,美籍匈牙利数学家冯.诺依曼,2019/5/25,吉林师范大学计算机学
13、院,37,冯诺依曼的三个重要设计思想,五大基本部件; 采用二进制数表示指令和数据; 将程序和数据存放在计算机的内存中，并让计算机自动执行 摩尔定律 集成电路中的晶体管数平均每18个月翻一番，芯片的性能 也随之提高一倍 2003年2月摩尔发表讲话说，摩尔定律至少在未来10年中还能继续发挥作用,摩尔定律,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,38,第一代 （19461956） 电子管 5千4万（次/秒）,第二代 （19571964） 晶体管 几十万百万（次/秒）,第三代 （19651970） 集成电路 百万几百万（次/秒）,第四代 （197190年代） 集成电路 几百万几亿（次/秒）,计算机
14、发展的几个阶段,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,39,电子管时代(1945-1956),1904年,世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生。 电子管不但可以作为放大器件，也可以作为开关器件。,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,40,内 存 延迟线或磁芯 外 存 纸带、卡片或磁带 工作速度 几千一万次秒 软 件 机器语言或汇编语言 应 用 科学计算 代表机型 ENIAC 特 点 体积庞大，运算速度低，成本高,电子管时代(1945-1956),2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,41,1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC (Electronic
15、Numerical Integrator And Calculator)在美国宾夕法尼亚大学诞生 发明人：莫奇来和爱克特 5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18,000多只电子管 1500个继电器 功率150KW,世界上第一台电子管计算机ENIAC,“埃尼阿克” 计算炮弹弹道只需要3秒钟，而在此之前，则需要200人手工计算两个月。 除了常规的弹道计算外，它后来还涉及诸多的科研领域，曾在第一颗原子弹的研制过程中发挥了重要作用。 1955年10月2日，“ENIAC埃尼阿克”宣告“退役”后，被陈列在华盛顿的一家博物馆里。,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,42,世界上第一台电
16、子管计算机ENIAC,程序指令存放在机器的外部电路里，利用硬件即利用插线板和转换开关所连接的逻辑电路来控制运算 需要计算某个题目，必须首先用人工 接通数百条线路，需要几十人干好几天之后，才可进行几分钟运算,没有存储器，程序与计算分离,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,43,世界上第一台存储控制计算机EDSAC,第一台采用冯诺依曼体系结构的计算机 在执行新的计算时，其线路或开关无需切换,1949年，英国剑桥大学莫里斯.文森特.威尔克斯,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,44,EDVAC,1952年1月， 由冯诺伊曼设计的计算机EDVAC问世。,EDVAC总共采用了2300个电子管，运算速度却比拥有18000个电子管的“埃尼阿克”提高了10倍，冯诺伊曼的设想在这台计算机上得到了圆满的体现。,2019/5/25,吉林师范大学计算机学院,45,水银延迟线存储器,电子管是否导通代表 “1” 或 “0” ，代表一位的数据。当输入端的信号撤出后，真空管的通、断状态将会改变，所以电子管自身
