第1章概述-二版.

第1章概述1.1计算机的发展与应用1.1.1计算机的定义及特点1．计算机的定义计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。1.1.1计算机的定义及特点2．计算机的特点1)运算速度快2)计算精度高3)记忆力强4)具有逻辑判断能力5)可靠性高、通用性强1.1.2计算机的发展历程表1.1计算机的发展历程代别年代主要元器件运算速度（每秒）配置的软件主要应用第1代1946～1958CPU：电子管内存：磁鼓几千次到几万次使用机器语言和汇编语言编写程序科学计算和军事计算第2代1958～1964CPU：晶体管内存：磁芯几十万次使用FORTRAN等高级程序设计语言开始广泛应用于数据处理领域第3代1964～1971CPU：SSI、MSI内存：SSI，MSI半导体存储器几十万次到几百万次操作系统、编辑系统、应用程序等在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用第4代1971年以来CPU：LSI，VLSI内存：LSI，VLSI的半导体存储器上千万次到数万亿次操作系统进一步完善、数据库系统、软件工程、分布式计算、网络软件等深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机1.1.3计算机的分类1）按计算机的用途及其使用的范围分类通用机专用机2）按计算机的规模和处理数据的能力分类巨型机大型机小型机微型机工作站及服务器1.1.4计算机的发展趋势1.高性能计算2.普适计算3.云计算4.生物计算5.智能计算6.未来互联网技术1.1.5计算机在其它学科中的应用1.生物学2.脑科学3.化学4.经济学5.艺术6.建筑学7.计算社会科学1.2计算思维概述1.2计算思维概述计算机基础不是一门简单的工具课程，而是与数学、物理一样重要的基础课程。计算机基础课程教学承担着三大任务：一是培养学生熟练使用计算机及互联网的技能，为终身学习提供广阔的空间和良好的学习工具与环境；二是培养学生的计算思维能力，具备运用计算机方法学解决其它专业和社会生活中问题的能力；三是能够在了解计算机最新发展成果的基础上，创新性地将计算机技术与其它专业结合，开辟出全新的研究领域。1.2计算思维概述计算机不仅为不同专业提供了解决专业问题的有效方法和手段，而且提供了一种独特的处理问题的思维方式。非计算机专业的学生通过计算机基础课程的学习，不仅要具备将计算机技术应用到本专业的能力，而且还要具备运用计算机方法学解决本专业问题的能力。1.2.1计算思维的定义和特征1．计算思维的定义计算思维是运用计算机科学的基础知识去求解问题、设计系统和理解人类行为涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。1）求解问题中的计算思维2）设计系统中的计算思维3）理解人类行为中的计算思维1.2.1计算思维的定义和特征1．计算思维的定义1）求解问题中的计算思维利用计算手段求解问题的过程是：首先要把实际的应用问题转换为数学问题，可能是一组偏微分方程PDE（PartialDifferentialEquations），其次将PDE离散为一组代数方程组，然后建立模型、设计算法和编程实现，最后在实际的计算机中运行并求解。其中，前两步是计算思维中的抽象，后两步是计算思维中的自动化。2）设计系统中的计算思维3）理解人类行为中的计算思维1.2.1计算思维的定义和特征1．计算思维的定义1）求解问题中的计算思维2）设计系统中的计算思维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，这种交换可以映射为符号变换，使之能用计算机进行离散的符号处理。当动态演化系统抽象为离散符号系统后，就可以采用形式化的规范描述，建立模型、设计算法和开发软件来揭示演化的规律，实现控制系统的演化并自动执行。3）理解人类行为中的计算思维1.2.1计算思维的定义和特征1．计算思维的定义1）求解问题中的计算思维2）设计系统中的计算思维3）理解人类行为中的计算思维计算思维是基于可计算的手段，以定量化的方式进行的思维过程。计算思维就是应对信息时代新的社会动力学和人类动力学所要求的思维。在人类的物理世界、精神世界和人工世界等三个世界中，计算思维是构建人工世界所需要的主要思维方式。1.2.1计算思维的定义和特征2．计算思维的特征（1）概念化，不是程序化。（2）根本的，不是刻板的技能。（3）是人的，不是计算机的思维。（4）是思想，不是人造物。（5）是数学和工程思维的互补与融合。（6）是面向所有的人，所有地方的。1.2.1计算思维的定义和特征3．计算思维的本质计算思维的本质是抽象（Abstract）和自动化（Automation）。它反映了计算的根本问题，即什么能被有效地自动进行。1.2.1计算思维的定义和特征4.计算思维与计算机的关系实际上，即使没有计算机，计算思维也会逐步发展，甚至有些内容与计算机没有关联。但是，正是计算机的出现，给计算思维的研究和发展带来了根本性的变化。海量数据的处理、复杂系统的模拟和大型工程的组织，都可以借助计算机实现从想法到产品整个过程的自动化、精确化和可控化，从而大大拓展了人类认识认知世界和解决问题的能力和范围。1.2.2计算思维的内涵计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个困难的问题阐释为如何求解它的思维方法。计算思维是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码的编码解码方法，是一种多维分析推广的类型检查方法。计算思维是一种采用抽象和分解的方法来控制庞杂的任务或进行巨型复杂系统的设计，是基于关注点分离SoC（SeparationofConcerns）的方法。1.2.2计算思维的内涵计算思维是一种选择合适的方式陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法.计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。计算思维是利用启发式推理寻求解答，在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。计算思维是利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间、在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。1.2.3计算思维能力的培养过程一是让学生了解计算机能做什么，如何做。二是让学生充分了解计算机技术的发展和应用对其它学科产生的巨大影响，了解计算机技术引发其它专业发生革命性变革的原因和过程，掌握利用计算机技术解决其它专业问题的方法和思路。三是通过挖掘计算机解决各种问题的普遍性原理和方法，培养学生具有计算机科学家一样的思维方法，并将这种思维方法运用到解决各种问题的思考过程中。THANKYOU!