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

计算机是什么ResearchCenteronIntelligentComputingforEnterprises&Services,HarbinInstituteofTechnology战德臣哈尔滨工业大学计算机学院教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员OKZhanDCOKZhanDC战德臣教授传统“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?(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形形色色的计算机计算机是什么?(2)各种应用中的计算机?战德臣教授马克.安德森---前Netscape公司创始人，现风险投资人形形色色的计算机计算机是什么?(3)计算机除了硬件，还包括软件?战德臣教授操作系统OS:分时OS,实时OS,网络OS,并行OS,移动OS,云OS,…中间件，如应用服务器,消息中间件,流程中间件,服务中间件,…硬件(裸机)嵌入式/移动式(设备裸机)网络化/互联化—其他硬件工具软件语言处理系统数据库管理系统计算机辅助设计与制造软件CAx企业管理软件ERP&SCM电子商务各类软件，网上购物各类在线与非在线娱乐软件计算类软件-生物计算、化学计算等嵌入类软件-车辆、机床等设备云大数据服务智能移动各行业、各领域企业的计算系统；面向家庭、社会和政府的计算系统系统软件应用软件计算机：硬件vs.软件计算机是什么?(4)都有哪些硬件和软件?战德臣教授计算机是什么?计算机是什么?(5)计算机是什么?计算机是什么?是改造自然的一种工具是各种机器的大脑是看不见摸不着但又可为我们服务的软件是可以为我们创造另一个世界-虚拟世界的工具是可以使我们跨越时空距离的工具它是……是帮助我们进行各种计算的工具为什么要学习和怎样学习大学计算机课程ResearchCenteronIntelligentComputingforEnterprises&Services,HarbinInstituteofTechnology战德臣哈尔滨工业大学计算机学院教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员OKZhanDCOKZhanDC战德臣教授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学科的供需关系战德臣教授计算科学与信息探索科学为什么要学习和怎样学习大学计算机课程?(2)计算科学与信息探索科学已成为科学创新的重要方面战德臣教授支持各学科研究创新的新型计算手段Gap计算思维/计算能力计算机及其通用计算手段的应用当前的非计算机专业计算机关注点应用计算手段进行各学科研究和创新非计算机专业学生的未来计算能力知识/技能计算思维的学习和训练2019年诺贝尔化学奖奖励给一个计算手段的研究者--JohnPople化学学科工作者利用计算手段进行学科的科学研究各学科人才的计算思维/计算能力需求为什么要学习和怎样学习大学计算机课程?(3)各学科人才需要计算思维，以便形成复合型的创造性思维战德臣教授“看山是山，看水是水”“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”“看山不是山，看水不是水”“衣带渐宽终不悔，为伊销得人憔悴”“看山还是山，看水还是水”“众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”From王国维“人间词话”关于“境界”的阐述贯通，看得远，才能认识准确浮想联翩，由此及彼，才能发现不断训练，不断理解，才能找出本质，才能创新联想与贯通训练与实践概念与知识“计算机”的思维:计算机是如何工作的?计算机的功能是如何越来越强大的?利用计算机的思维:现实世界的各种事物如何利用计算机来进行控制和处理?计算思维(ComputationalThinking)是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，其本质是抽象和自动化----from周以真。计算思维为什么要学习和怎样学习大学计算机课程?(4)站得高，才能看得远；看得远，才能看得真思维是创新的源头，技术与知识是创新的支撑战德臣教授知识vs.贯通知识的思维—计算思维本质可实现启发性联想知识知识的贯通-思维为什么要学习和怎样学习大学计算机课程?(5)知识与思维的差别在哪里?战德臣教授思维(Thought/Thinking)能力(Ability&Capability)知识/技能(Technique/Skill)计算机语言与程序设计数据库数学建模或非数学建模知识与视野拓展KnowledgeExpansion大学计算机计算机专业导论(计算思维导论)云计算与云服务企业资源规划与供应链管理视野：宽度---知识面宽，前沿性深度---贯通性，深入性技能：练习，练习，……思维：好奇、思考、联想、贯通训练与掌握Training启发与理解Understanding打通知识脉络，融贯各门课程，内功强化基础，外功灵活应变。•能力----内功(贯通的脉络)•实践----锻炼,使脉络贯通•思维----脉络(穴位链)•知识----穴位知识vs.思维vs.能力为什么要学习和怎样学习大学计算机课程?(6)大学计算机与其它课程的关系是怎样的战德臣教授大学计算机课程，能否学好取决于以下要素?你是否有信念和信心?---信念和信心将决定你能否学好！你是否坚持?是否保持兴趣?---坚持听课，坚持训练，“铁杵磨针”，就能学得好！---只要听课，就能有收获，就会有想法，就会有兴趣!你是否主动思考主动探索?---思维的建立是不断思考的结果，对任何持疑的内容可通过互联网进一步探索和学习，或者及时与教师沟通获得提高！记住：计算思维的学习，不仅仅是会不会用计算机的问题，而是会不会利用计算思维来解决身边的或社会/自然问题的问题为什么要学习和怎样学习大学计算机课程?(7)只要坚持，就能学好大学计算机-计算思维导论课程战德臣教授你一定能学好大学计算机-计算思维导论因为在美国，计算思维已被普及到中小学生，他们都能学会，…因为计算思维的学习不需要太多的数学基础，它不是数学思维，尽管数学思维对其有很大的影响不要受各自专业认知的影响和干扰，这些观点“我学了文科专业，就学不好计算思维”，“我学了文科专业就不需要计算思维”是要不得的！为什么要学习和怎样学习大学计算机课程?(8)你一定能学好大学计算机-计算思维导论计算与自动计算ResearchCenteronIntelligentComputingforEnterprises&Services,HarbinInstituteofTechnology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OKZhanDCOKZhanDC战德臣教授简单计算I：数据计算，计算规则，应用计算规则进行计算并获得计算结果复杂计算II：f(x)，函数，计算规则及其简化计算方法，便于人应用规则进行计算，获得计算结果复杂计算III：如丢番图方程，判定，计算规则，人可能无法完成但却可由机器自动完成，借助于机器获得计算结果a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c计算与自动计算(1)什么是计算？计算学科的计算vs.数学学科的计算战德臣教授例如：求ax2+bx+c=0的根人进行计算：规则可能很复杂,但计算量却可能很小人需要知道具体的计算规则特定规则，只能求: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人-求解机器-求解(1)从-n到n，产生x的每一个整数值；(2)将其依次代入到方程中计算;(3)如果其值使方程式成立，则即为其解；否则不是计算与自动计算(2)人计算与机器计算的差别?“人”计算vs.“机器”计算利用上述公式计算得到x值战德臣教授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”a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c计算与自动计算(3)自动计算需要解决什么问题?战德臣教授算盘能被认为是计算机吗?九层算盘一、加法口诀直加满五加进十加一:一上一一下五去四一去九进一二:二上二二下五去三二去八进一三:三上三三下五去二三去七进一四:四上四四下五去一四去六进一五:五上五五去五进一六:六上六六去四进一六上一去五进一七:七上七七去三进一七上二去五进一八:八上八八去二进一八上三去五进一九:九上九九去一进一九上四去五进一二、减法口诀直减破五减退位减一一下一一上四去五一退一还九二二下二二上三去五二退一还八三三下三三上二去五三退一还七四四下四四上一去五四退一还六五五下五五退一还五六六下六六退一还四六退一还五去一七七下七七退一还三七退一还五去二八八下八八退一还二八退一还五去三九九下九九退一还一九退一还五去四珠算珍品计算与自动计算(4)机械计算的探索?战德臣教授帕斯卡与帕斯卡机----(准)第一台机械计算机BlaisePascal(1623～1662)1642年研制成功一种齿轮式计算机器帕斯卡机的意义：它告诉人们“用纯机械装置可代替人的思维和记忆”。开辟了自动计算的道路。计算与自动计算(4)机械计算的探索?战德臣教授莱布尼茨GottfriedWilhelmLeibniz(1646～1716)，德国数学家。莱布尼茨机的意义：连续重复自动执行。提出了二进制数及其计算规则；数理逻辑的创始人是基于十进制设计机器，还是基于二进制设计机器？如果基于二进制设计机器，那其处理规则又是怎样的呢？计算与自动计算(4)机械计算的探索?战德臣教授其他重要工作1834年：巴贝奇(CharlesBabbage)，分析机的概念----可执行程序的机器。1805年：杰卡德(J.Jacquard)，打孔卡，实践了输入手段问题。1854年：布尔创立布尔代数，为数字计算机的电路设计提供了理论基础。……(请同学课后补充)巴贝奇差分机与分析机计算与自动计算(4)机械计算的探索?战德臣教授计算辅助工具Pascal机械计算机:自动计算--固定的计算规则Babbage机械计算机:(特定)程序--可有限变化的计算规则现代计算机：一般程序--任意可变的计算规则机械计算的简要发展历程是怎样的？从表示-自动存储-自动执行的角度计算与自动计算(4)机械计算的探索?战德臣教授计算机器计算程序?计算与自动计算(5)小结程序自动执行?数据计算规则表示?自动存取?自动执行?电子自动计算-元器件ResearchCenteronIntelligentComputingforEnterprises&Services,HarbinInstituteofTechnology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OKZhanDCOKZhanDC战德臣教授电子自动计算-元器件(1)自动计算需要解决的问题?数据计算规则表示?自动存取?自动执行?二进制vs.十进制由元器件到系统战德臣教授电子管时代的计算机器人类第一只电子管(真空二极管),1895电子管计算机ENIAC,1946年,17468只电子管电子自动计算-元器件(2)电子自动计算的突破在哪里？存储0和1的元器件战德臣教授电子管时代的计算机器冯.诺伊曼(VonNeumann)电子计算机EDVAC问世将运算和存储分离，运算速度却比拥有18000个电子管的“ENIAC”提高了10倍结构上的创新：“冯.诺伊曼计算机”。运算规则和数据是否可事先存储于存储器中，以便机器连续的执行呢？运算和存储怎样分离呢？?电子自动计算-元器件(2)电子自动计算的突破在哪里？战德臣教授晶体管时代的计算机器人类第一只晶体管(真空二极管),1947第一台晶体管计算机TRADIC，1953电子自动计算-元器件(3)晶体管发现的价值在哪里呢？怎样使体积更小?可靠性更高?可控性更灵活呢??战德臣教授集成电路时代的计算机器集成电路的发明,1959第三代计算机IBM360,1964J.Kilby，集成电路发明者封装后的集成电路芯片电子自动计算-元器件(4)什么是集成电路，其价值又在哪里呢？能否将复杂的电路封装后