第一章信息技術(shù)與計(jì)算思維概述

華東師范大學(xué)計(jì)算中心20131補(bǔ)充講義2011第一章信息技術(shù)與計(jì)算思維概述華東師范大學(xué)計(jì)算中心201第一節(jié)計(jì)算思維概述補(bǔ)充講義下載地址：/test/課程：大學(xué)計(jì)算機(jī)NO3_1概述第一節(jié)計(jì)算思維概述補(bǔ)充講義下載地址：3本章內(nèi)容1.什么是計(jì)算2.計(jì)算工具的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)3.計(jì)算科學(xué)4.計(jì)算思維33本章內(nèi)容1.什么是計(jì)算34教學(xué)目標(biāo)掌握如下概念和知識(shí)點(diǎn)什么是計(jì)算？什么是可計(jì)算的，什么是不可計(jì)算的？歷史上的計(jì)算工具與電子計(jì)算機(jī)有哪些共同的思想?計(jì)算科學(xué)的根本問題有哪些？計(jì)算科學(xué)與計(jì)算思維對(duì)我們有什么影響？44教學(xué)目標(biāo)掌握如下概念和知識(shí)點(diǎn)451.1什么是計(jì)算【討論】什么是計(jì)算？【例1-1】雜貨店老板上個(gè)月的結(jié)余是多少？【例1-2】去年的平均氣溫是多少？【例1-3】有四個(gè)嫌疑人：a說："我不是小偷。"b說："c是小偷。"c說："小偷肯定是d。"d說："c冤枉人！"四人中有三人說的是真話，問到底誰是小偷？請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)什么是計(jì)算？551.1什么是計(jì)算【討論】什么是計(jì)算？561.計(jì)算計(jì)算（computation）是算法的執(zhí)行，從包含算法和輸入數(shù)據(jù)的初始狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列的中間狀態(tài)，直到達(dá)到最終的目標(biāo)狀態(tài)的過程。算法（algorithm）是由若干條指令組成的有窮序列。661.計(jì)算計(jì)算（computation）是算法的執(zhí)行，從包含7計(jì)算與產(chǎn)品的加工/生產(chǎn)過程有什么可比之處？一組可能的輸入值和一組可能的輸出值之間的映射關(guān)系稱為函數(shù)（function）。它使每個(gè)可能的輸入被賦予單一的輸出。對(duì)于一個(gè)給定的輸入，確定其具體輸出的值，這一過程稱為函數(shù)的計(jì)算。通過對(duì)函數(shù)的計(jì)算，解決問題。計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)基本問題就是找到一種技術(shù)，并用其來計(jì)算用于求解問題的函數(shù)。y=f(x)能不能確定，怎樣確定加工過程，如何實(shí)現(xiàn)加工過程?77計(jì)算與產(chǎn)品的加工/生產(chǎn)過程有什么可比之處？782.可計(jì)算和不可計(jì)算如果一個(gè)函數(shù)，可以依據(jù)輸入值和一定的計(jì)算步驟，來確定其輸出值，則稱其為可計(jì)算的（computable）；而如果根據(jù)其輸入找不到定義好的、一步一步的過程來確定其輸出值，這樣的函數(shù)稱為不可計(jì)算的(uncomputable)如果一個(gè)問題是可計(jì)算的，不管它有多復(fù)雜，總能制造出一種機(jī)器對(duì)其進(jìn)行求解。而如果問題是不可計(jì)算的，意味著它超出了機(jī)器的能力范圍。882.可計(jì)算和不可計(jì)算如果一個(gè)函數(shù)，可以依據(jù)輸入值和一定的計(jì)計(jì)算模型——圖靈機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能之父——阿蘭.圖靈（AlanTuring）1936年提出用機(jī)器實(shí)現(xiàn)邏輯代碼的執(zhí)行，以模擬各種計(jì)算和邏輯思維過程——圖靈機(jī)紙帶——存儲(chǔ)器讀寫頭——輸入輸出裝置有限狀態(tài)控制器——控制器、運(yùn)算器、寄存器狀態(tài)、轉(zhuǎn)移函數(shù)——計(jì)算機(jī)語言紙帶上的信息——程序代碼存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)語言、編譯圖靈獎(jiǎng)介紹9計(jì)算模型——圖靈機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能之父——阿蘭.圖靈（A101.2計(jì)算工具的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的誕生1.手工計(jì)算工具算籌納皮爾籌

計(jì)算尺算盤10101.2計(jì)算工具的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的誕生1.手工計(jì)算工具112.機(jī)械式計(jì)算工具盤式計(jì)算機(jī)萊布尼茨計(jì)算機(jī)巴貝奇的差分機(jī)和分析機(jī)11112.機(jī)械式計(jì)算工具盤式計(jì)算機(jī)1112巴貝奇的差分機(jī)和分析機(jī)把多項(xiàng)式數(shù)值表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運(yùn)算，用簡(jiǎn)單的加法代替平方運(yùn)算。差分機(jī)結(jié)構(gòu)和功能三個(gè)寄存器每個(gè)寄存器六位（10萬）自動(dòng)計(jì)算分析機(jī)結(jié)構(gòu)和功能存儲(chǔ)器運(yùn)算室操作控制器條件轉(zhuǎn)移卡片輸入打印、制版、卡片1212巴貝奇的差分機(jī)和分析機(jī)差分機(jī)結(jié)構(gòu)和功能12133.電子計(jì)算機(jī)的誕生1945年年底“

電子數(shù)值積分機(jī)和計(jì)算機(jī)”（ElectronicNumericalIntegratorandComputer）,簡(jiǎn)稱ENIAC。標(biāo)志人類計(jì)算工具歷史性變革的巨型機(jī)器宣告峻工。正式的揭幕典禮于1946年2月15日舉行，這一天被人們認(rèn)為是ENIAC的誕生日。13133.電子計(jì)算機(jī)的誕生1945年年底1314ENIAC的最大特點(diǎn)就是采用電子線路來執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和儲(chǔ)存信息ENIAC有如下的缺陷：第一,它按照十進(jìn)制工作而非二進(jìn)制第二,它最初是為彈道計(jì)算而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)第三,它的存儲(chǔ)容量太小,至多只能存20個(gè)字長10位的十進(jìn)制數(shù)1414ENIAC的最大特點(diǎn)就是采用電子線路來執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯15EDVAC在ENIAC還沒有完成時(shí)，1944年，它的設(shè)計(jì)者們就開始了新的計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)1945年，馮?諾依曼提給出了“EDVAC報(bào)告的第一份草案”(FirstDraftofaReportontheEDVAC)。確定了新機(jī)器有五個(gè)構(gòu)成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出裝置這一結(jié)構(gòu)被稱為馮?諾依曼結(jié)構(gòu)，有此結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為馮?諾依曼計(jì)算機(jī)。提出：程序存儲(chǔ)與程序運(yùn)行的思想1515EDVAC在ENIAC還沒有完成時(shí)，1944年，它的設(shè)計(jì)16馮.諾依曼結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)命令和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中五大模塊1616馮.諾依曼結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)1617EDVAC的方案有兩個(gè)非常重大的改進(jìn)：一是為了充分發(fā)揮電子元件的高速度而采用了二進(jìn)制；二是實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)程序,可以自動(dòng)地從一個(gè)程序指令執(zhí)行到下一個(gè)程序指令,其作業(yè)順序可以通過一種稱為“條件轉(zhuǎn)移”的指令而自動(dòng)完成。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)也存在局限性存儲(chǔ)器和中央處理器之間的通路太狹窄串行順序處理的工作機(jī)制1717EDVAC的方案有兩個(gè)非常重大的改進(jìn)：1718計(jì)算機(jī)的發(fā)展ENIAC誕生以來，隨著組成邏輯電路的電子元件的發(fā)展，將電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分為：第一代電子管時(shí)代，第二代晶體管時(shí)代，第三代集成電路時(shí)代，第四代超大規(guī)模集成電路時(shí)代。以后的發(fā)展量子計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)如今，計(jì)算機(jī)從體積上趨于小型化，性能上趨于巨型化，功能上趨于網(wǎng)絡(luò)化、智能化和綜合化。1818計(jì)算機(jī)的發(fā)展ENIAC誕生以來，隨著組成邏輯電路的電子元科學(xué)思維(1)科學(xué)就是整理事實(shí)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，作出結(jié)論（達(dá)爾文）(2)理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算科學(xué)作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)三大支柱，正推動(dòng)著人文明進(jìn)步和科技發(fā)展。(3)一般而論，三種科學(xué)對(duì)應(yīng)著三種思維：理論科學(xué)←→理論思維：理論思維又叫推理思維，以推理和演繹為特征，以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表。實(shí)驗(yàn)科學(xué)←→實(shí)驗(yàn)思維：實(shí)驗(yàn)思維又叫實(shí)證思維，以觀察和總結(jié)自然規(guī)律為特征，以物理學(xué)科為代表。計(jì)算科學(xué)←→計(jì)算思維：

計(jì)算思維又叫構(gòu)造思維，以設(shè)計(jì)和構(gòu)造為特征，以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表?？茖W(xué)思維(1)科學(xué)就是整理事實(shí)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，作出結(jié)論（達(dá)爾計(jì)算思維的提出

2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的JeannetteM.Wing（周以真）教授首先提出計(jì)算思維（ComputationalThinking）的概念。定義：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及理解人類行為等的一系列思維活動(dòng)。觀點(diǎn)：源自數(shù)學(xué)思維和工程思維的計(jì)算機(jī)思維，與閱讀、寫作與算術(shù)能力一樣，應(yīng)成為人類的基本技能。強(qiáng)調(diào)：計(jì)算思維是“人的，不是計(jì)算機(jī)的思維”，“計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑，但決非試圖使人類像計(jì)算機(jī)那樣去思考”。計(jì)算思維的提出2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的J21補(bǔ)充講義201121補(bǔ)充講義201117November2010herresearchnotes：CT:WhatandWhy?2010,JanCuny,LarrySnyder,andJeannetteM.Wing,“DemystifyingCTforNon-ComputerScientists,”workinprogress.“CTisthethoughtprocessesinvolvedinformulatingproblemsandtheirsolutionssothatthesolutionsarerepresentedinaformthatcanbeeffectivelycarriedoutbyaninformation-processingagent.”

Informally,CTdescribesthementalactivityinformulatingaproblemtoadmitacomputationalsolution.Thesolutioncanbecarriedoutbyahumanormachine,ormoregenerally,bycombinationsofhumansandmachines.

CTisusedinthedesignandanalysisofproblemsandtheirsolutions,broadlyinterpreted.

計(jì)算思維是與形式化問題及其解決方案相關(guān)的一個(gè)思維過程，其解決問題的表示形式應(yīng)該能有效地被信息處理代理執(zhí)行合理抽象高效算法（算法思維角度）合理建模高效實(shí)施（工程思維角度）NOTCT==ComputingComputerliteracy,i.e.,howtouseWordandExcelorevenGoogleComputerprogramming,i.e.,beyondJavaProgramming10117November2010herresearch課程中的計(jì)算思維舉例（1）計(jì)算機(jī)與信息社會(huì)◆從算盤到計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程是計(jì)算思維內(nèi)容不斷拓展的過程（從口訣到使用規(guī)則）

◆展示計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，培養(yǎng)計(jì)算思維的意識(shí)了解計(jì)算機(jī)能做什么？只有想不到的，沒有做不到的（2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

◆用抽象和分解來控制龐雜的任務(wù)和設(shè)計(jì)復(fù)雜的系統(tǒng)

◆Cache:預(yù)置和緩存的典型案例

◆多核處理器：并行編程的典型案例（3）數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

◆計(jì)算機(jī)中表示問題的方法（4）操作系統(tǒng)基礎(chǔ)

◆計(jì)算思維解決了計(jì)算機(jī)自身問題的同時(shí)； 也可解決各種應(yīng)用問題。課程中的計(jì)算思維舉例（1）計(jì)算機(jī)與信息社會(huì)（5）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用◆協(xié)議分層，域名體系：復(fù)雜問題的分解◆奇偶校驗(yàn)，csma/cd:冗余設(shè)計(jì)，系統(tǒng)恢復(fù)

◆從買參考書、泡圖書館到網(wǎng)上求解問題答案，標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算思維方法

◆從商店購物到網(wǎng)上購物，從開設(shè)實(shí)店到網(wǎng)上開店（6）數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)

◆設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫，本身就是抽象和分解的過程課程中的計(jì)算思維舉例（5）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用課程中的計(jì)算思維舉例計(jì)算思維與問題求解計(jì)算思維求解問題的手段：

抽象和自動(dòng)化。問題求解的步驟問題抽象化的描述，問題表示(如何建立模型)

尋找解決方案，問題求解（如何設(shè)計(jì)算法）計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)過程，效率（如何有效地求解）現(xiàn)實(shí)問題的延伸

計(jì)算思維與問題求解計(jì)算思維求解問題的手段：計(jì)算思維與問題求解計(jì)算機(jī)問題求解與程序設(shè)計(jì)課程(1)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)方法是理解計(jì)算機(jī)的最好途徑。(2)程序設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容也最能夠體現(xiàn)語言級(jí)的問題求解方法。是計(jì)算思維能力培養(yǎng)的重要內(nèi)容。(3)對(duì)大多數(shù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的目的是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)分析和解決問題的基本過程和思路。計(jì)算思維與問題求解計(jì)算機(jī)問題求解與程序設(shè)計(jì)課程計(jì)算思維不僅僅是程序設(shè)計(jì)預(yù)置和緩存

小學(xué)生早晨去學(xué)校時(shí)，她把當(dāng)天需要的東西放進(jìn)背包；回推小男孩弄丟他的手套時(shí)，你建議他沿走過的路回尋；多服務(wù)器系統(tǒng)的性能模型在超市付賬時(shí)你應(yīng)當(dāng)去排哪個(gè)隊(duì)呢？失敗的無關(guān)性和設(shè)計(jì)的冗余性

為什么停電時(shí)你的電話仍然可用？計(jì)算思維不僅僅是程序設(shè)計(jì)預(yù)置和緩存計(jì)算思維的應(yīng)用領(lǐng)域生物學(xué)腦科學(xué)化學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)文學(xué)藝術(shù)社會(huì)學(xué)管理學(xué)28補(bǔ)充講義2011計(jì)算思維的應(yīng)用領(lǐng)域生物學(xué)28補(bǔ)充講義2011第一章信息技術(shù)與計(jì)算思維概述

華東師范大學(xué)計(jì)算中心201329補(bǔ)充講義2011第一章信息技術(shù)與計(jì)算思維概述華東師范大學(xué)計(jì)算中心201第一節(jié)計(jì)算思維概述補(bǔ)充講義下載地址：/test/課程：大學(xué)計(jì)算機(jī)NO3_1概述第一節(jié)計(jì)算思維概述補(bǔ)充講義下載地址：31本章內(nèi)容1.什么是計(jì)算2.計(jì)算工具的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)3.計(jì)算科學(xué)4.計(jì)算思維313本章內(nèi)容1.什么是計(jì)算332教學(xué)目標(biāo)掌握如下概念和知識(shí)點(diǎn)什么是計(jì)算？什么是可計(jì)算的，什么是不可計(jì)算的？歷史上的計(jì)算工具與電子計(jì)算機(jī)有哪些共同的思想?計(jì)算科學(xué)的根本問題有哪些？計(jì)算科學(xué)與計(jì)算思維對(duì)我們有什么影響？324教學(xué)目標(biāo)掌握如下概念和知識(shí)點(diǎn)4331.1什么是計(jì)算【討論】什么是計(jì)算？【例1-1】雜貨店老板上個(gè)月的結(jié)余是多少？【例1-2】去年的平均氣溫是多少？【例1-3】有四個(gè)嫌疑人：a說："我不是小偷。"b說："c是小偷。"c說："小偷肯定是d。"d說："c冤枉人！"四人中有三人說的是真話，問到底誰是小偷？請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)什么是計(jì)算？3351.1什么是計(jì)算【討論】什么是計(jì)算？5341.計(jì)算計(jì)算（computation）是算法的執(zhí)行，從包含算法和輸入數(shù)據(jù)的初始狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列的中間狀態(tài)，直到達(dá)到最終的目標(biāo)狀態(tài)的過程。算法（algorithm）是由若干條指令組成的有窮序列。3461.計(jì)算計(jì)算（computation）是算法的執(zhí)行，從包含35計(jì)算與產(chǎn)品的加工/生產(chǎn)過程有什么可比之處？一組可能的輸入值和一組可能的輸出值之間的映射關(guān)系稱為函數(shù)（function）。它使每個(gè)可能的輸入被賦予單一的輸出。對(duì)于一個(gè)給定的輸入，確定其具體輸出的值，這一過程稱為函數(shù)的計(jì)算。通過對(duì)函數(shù)的計(jì)算，解決問題。計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)基本問題就是找到一種技術(shù)，并用其來計(jì)算用于求解問題的函數(shù)。y=f(x)能不能確定，怎樣確定加工過程，如何實(shí)現(xiàn)加工過程?357計(jì)算與產(chǎn)品的加工/生產(chǎn)過程有什么可比之處？7362.可計(jì)算和不可計(jì)算如果一個(gè)函數(shù)，可以依據(jù)輸入值和一定的計(jì)算步驟，來確定其輸出值，則稱其為可計(jì)算的（computable）；而如果根據(jù)其輸入找不到定義好的、一步一步的過程來確定其輸出值，這樣的函數(shù)稱為不可計(jì)算的(uncomputable)如果一個(gè)問題是可計(jì)算的，不管它有多復(fù)雜，總能制造出一種機(jī)器對(duì)其進(jìn)行求解。而如果問題是不可計(jì)算的，意味著它超出了機(jī)器的能力范圍。3682.可計(jì)算和不可計(jì)算如果一個(gè)函數(shù)，可以依據(jù)輸入值和一定的計(jì)計(jì)算模型——圖靈機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能之父——阿蘭.圖靈（AlanTuring）1936年提出用機(jī)器實(shí)現(xiàn)邏輯代碼的執(zhí)行，以模擬各種計(jì)算和邏輯思維過程——圖靈機(jī)紙帶——存儲(chǔ)器讀寫頭——輸入輸出裝置有限狀態(tài)控制器——控制器、運(yùn)算器、寄存器狀態(tài)、轉(zhuǎn)移函數(shù)——計(jì)算機(jī)語言紙帶上的信息——程序代碼存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)語言、編譯圖靈獎(jiǎng)介紹37計(jì)算模型——圖靈機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能之父——阿蘭.圖靈（A381.2計(jì)算工具的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的誕生1.手工計(jì)算工具算籌納皮爾籌

計(jì)算尺算盤38101.2計(jì)算工具的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的誕生1.手工計(jì)算工具392.機(jī)械式計(jì)算工具盤式計(jì)算機(jī)萊布尼茨計(jì)算機(jī)巴貝奇的差分機(jī)和分析機(jī)39112.機(jī)械式計(jì)算工具盤式計(jì)算機(jī)1140巴貝奇的差分機(jī)和分析機(jī)把多項(xiàng)式數(shù)值表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運(yùn)算，用簡(jiǎn)單的加法代替平方運(yùn)算。差分機(jī)結(jié)構(gòu)和功能三個(gè)寄存器每個(gè)寄存器六位（10萬）自動(dòng)計(jì)算分析機(jī)結(jié)構(gòu)和功能存儲(chǔ)器運(yùn)算室操作控制器條件轉(zhuǎn)移卡片輸入打印、制版、卡片4012巴貝奇的差分機(jī)和分析機(jī)差分機(jī)結(jié)構(gòu)和功能12413.電子計(jì)算機(jī)的誕生1945年年底“

電子數(shù)值積分機(jī)和計(jì)算機(jī)”（ElectronicNumericalIntegratorandComputer）,簡(jiǎn)稱ENIAC。標(biāo)志人類計(jì)算工具歷史性變革的巨型機(jī)器宣告峻工。正式的揭幕典禮于1946年2月15日舉行，這一天被人們認(rèn)為是ENIAC的誕生日。41133.電子計(jì)算機(jī)的誕生1945年年底1342ENIAC的最大特點(diǎn)就是采用電子線路來執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和儲(chǔ)存信息ENIAC有如下的缺陷：第一,它按照十進(jìn)制工作而非二進(jìn)制第二,它最初是為彈道計(jì)算而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)第三,它的存儲(chǔ)容量太小,至多只能存20個(gè)字長10位的十進(jìn)制數(shù)4214ENIAC的最大特點(diǎn)就是采用電子線路來執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯43EDVAC在ENIAC還沒有完成時(shí)，1944年，它的設(shè)計(jì)者們就開始了新的計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)1945年，馮?諾依曼提給出了“EDVAC報(bào)告的第一份草案”(FirstDraftofaReportontheEDVAC)。確定了新機(jī)器有五個(gè)構(gòu)成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出裝置這一結(jié)構(gòu)被稱為馮?諾依曼結(jié)構(gòu)，有此結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為馮?諾依曼計(jì)算機(jī)。提出：程序存儲(chǔ)與程序運(yùn)行的思想4315EDVAC在ENIAC還沒有完成時(shí)，1944年，它的設(shè)計(jì)44馮.諾依曼結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)命令和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中五大模塊4416馮.諾依曼結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)1645EDVAC的方案有兩個(gè)非常重大的改進(jìn)：一是為了充分發(fā)揮電子元件的高速度而采用了二進(jìn)制；二是實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)程序,可以自動(dòng)地從一個(gè)程序指令執(zhí)行到下一個(gè)程序指令,其作業(yè)順序可以通過一種稱為“條件轉(zhuǎn)移”的指令而自動(dòng)完成。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)也存在局限性存儲(chǔ)器和中央處理器之間的通路太狹窄串行順序處理的工作機(jī)制4517EDVAC的方案有兩個(gè)非常重大的改進(jìn)：1746計(jì)算機(jī)的發(fā)展ENIAC誕生以來，隨著組成邏輯電路的電子元件的發(fā)展，將電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分為：第一代電子管時(shí)代，第二代晶體管時(shí)代，第三代集成電路時(shí)代，第四代超大規(guī)模集成電路時(shí)代。以后的發(fā)展量子計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)如今，計(jì)算機(jī)從體積上趨于小型化，性能上趨于巨型化，功能上趨于網(wǎng)絡(luò)化、智能化和綜合化。4618計(jì)算機(jī)的發(fā)展ENIAC誕生以來，隨著組成邏輯電路的電子元科學(xué)思維(1)科學(xué)就是整理事實(shí)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，作出結(jié)論（達(dá)爾文）(2)理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算科學(xué)作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)三大支柱，正推動(dòng)著人文明進(jìn)步和科技發(fā)展。(3)一般而論，三種科學(xué)對(duì)應(yīng)著三種思維：理論科學(xué)←→理論思維：理論思維又叫推理思維，以推理和演繹為特征，以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表。實(shí)驗(yàn)科學(xué)←→實(shí)驗(yàn)思維：實(shí)驗(yàn)思維又叫實(shí)證思維，以觀察和總結(jié)自然規(guī)律為特征，以物理學(xué)科為代表。計(jì)算科學(xué)←→計(jì)算思維：

計(jì)算思維又叫構(gòu)造思維，以設(shè)計(jì)和構(gòu)造為特征，以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表?？茖W(xué)思維(1)科學(xué)就是整理事實(shí)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，作出結(jié)論（達(dá)爾計(jì)算思維的提出

2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的JeannetteM.Wing（周以真）教授首先提出計(jì)算思維（ComputationalThinking）的概念。定義：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及理解人類行為等的一系列思維活動(dòng)。觀點(diǎn)：源自數(shù)學(xué)思維和工程思維的計(jì)算機(jī)思維，與閱讀、寫作與算術(shù)能力一樣，應(yīng)成為人類的基本技能。強(qiáng)調(diào)：計(jì)算思維是“人的，不是計(jì)算機(jī)的思維”，“計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑，但決非試圖使人類像計(jì)算機(jī)那樣去思考”。計(jì)算思維的提出2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的J49補(bǔ)充講義201121補(bǔ)充講義201117November2010herresearchnotes：CT:WhatandWhy?2010,JanCuny,LarrySnyder,andJeannetteM.Wing,“DemystifyingCTforNon-ComputerScientists,”workinprogress.“CTisthethoughtprocessesinvolvedinformulatingproblemsandtheirsolutionssothatthesolutionsarerepresentedinaformthatcanbeeffectivelycarriedoutbyaninformation-processingagent.”

Informally,CTdescribesthementalactivityinformulatingaproblemtoadmitacomputationalsolution.Thesolutioncanbecarriedoutbyahumanormachine,ormoregenerally,bycombinationsofhumansandmachines.

CTisusedinthedesignandanalysisofproblemsandtheirsolutions,broadlyinterpreted.

計(jì)算思維是與形式化問題及其解決方案相關(guān)的一個(gè)思維過程，其解決問題的表示形式應(yīng)該能有效地被信息處理代理執(zhí)行合理抽象高效算法（算法思維角度）合理建模高效實(shí)施（工程思維角度）NOTCT==ComputingComputerliteracy,i.e.,howtouseWordandExcelorevenGoogleComputerprogramming,i.e.,beyondJavaProgramming10117November2010herresearch課程中