沈鑫剡编著《计算机基础与计算思维》第1章配套

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1、计算机基础与计算思维第一章第1章概述图灵机模型冯.诺依曼结构抽象和自动化含义计算机解决问题过程第1章难点和重点学习思路第1章　概述本章重点：计算机发展过程；计算思维定义与内涵；计算机引发的新的领域和问题。1.1计算机发展过程本讲主要内容计算机定义计算机先驱——图灵机冯.诺依曼结构计算机系统计算机硬件发展过程计算机分类计算机技术现状与趋势一、计算机定义计算机是一种电子设备，能够在存储于存储器中的指令控制下完成某种操作，这种操作主要是对数据按照指定规则进行处理，并产生处理结果。本次数据处理结果可以存储起来，作为下一次数据处理的源数据。计算

2、机特点：抽象和自动化抽象用二进制数表示一切信息用计算机指令能够实现的操作步骤描述问题解决过程自动化一系列指令描述运算过程的步骤及涉及的数据计算机自动执行一系列指令一、计算机定义二、计算机先驱——图灵机图灵其人计算机科学之父人工智能之父图灵机模型发明者计算机最高奖项——图灵奖讨论图灵机的目的抽象含义自动化的含义算法含义实现自动计算装置引申出现代计算机结构——冯.诺依曼结构二、计算机先驱——图灵机无线长度带子：每一格可以读写符号集中符号读写头：读出或写入当前位置符号控制器：完成状态转换控制器和读写头每次可以左右移动一格二、计算机先驱——图

3、灵机指令由以下内容组成控制器当前状态；读写头读到的符号；用于取代读写头当前位置符号的符号（新写入符号）；控制器转换后的状态；读写头移动方向（左移、右移、保持不动）。二、计算机先驱——图灵机指令用五元组（qi，Sj，Sk，ql，D）表示qi表示控制器当前状态；Sj表示读写头当前位置读到的符号（包括空格符）；Sk表示读写头新写入当前位置的符号（包括空格符）；ql表示控制器转换后的状态；D表示读写头移动方向。二、计算机先驱——图灵机二、计算机先驱——图灵机X+1计算过程（x=111111）符号集{0,1,b}状态集{q1,q2,q3,H}q

4、1初始状态，读写头指向末位；q2读写头指向其他位，进位c=0q3读写头指向其他位，进位c=1H停机状态二、计算机先驱——图灵机指令集（规则集）（q1，0，1，q2，L）（q1，1，0，q3，L）（q2，0，0，q2，L）（q2，1，1，q2，L）（q3，0，1，q2，L）（q3，1，0，q3，L）（q2，b，b，H，N）（q3，b，1，H，N）二、计算机先驱——图灵机指令序列①（q1，1，0，q3，L）②（q3，1，0，q3，L）③（q3，1，0，q3，L）④（q3，1，0，q3，L）⑤（q3，1，0，q3，L）⑥（q3，1，0，q3

5、，L）⑦（q3，b，1，H，N）二、计算机先驱——图灵机三、冯.诺依曼结构一是冯诺依曼结构为什么是现代计算机结构？抽象自动化冯诺依曼结构与图灵机之间关系冯.诺依曼结构三、冯.诺依曼结构冯．诺依曼结构用二进制数表示所有信息，实现了数据抽象。冯．诺依曼结构存储程序思想一是可以定义通用指令系统，且用二进制数表示指令，因此可以用存储器统一存储数据和指令。二是可以用一系列指令描述完成运算过程的步骤和运算过程涉及的原始数据，且通过由计算机自动执行这一系列指令实现运算过程的自动化。三是用一系列指令描述的完成运算过程的步骤适用于所有运算对象。三、冯.

6、诺依曼结构四、计算机系统计算机系统层次结构计算机系统是分层的；分层的好处分层可以降低实现难度；分层可以屏蔽底层差异；计算机系统每一层是一个虚拟机每一层提供的服务是底层实现的服务加本层实现的功能；每一层抽象为服务接口；每一层用户只能获得本层提供的服务。四、计算机系统五、计算机硬件发展过程根据器件划分硬件发展过程电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模、超大规模集成电路计算机飞速发展的重要因素计算机技术与电子技术的有机结合；应用的普及；不断出现的新的应用对性能和功能提出的更高需求。五、计算机硬件发展过程六、软件发展过程软件层次结构根据

7、语言和软件功能分层机器语言汇编语言高级语言系统软件应用软件六、软件发展过程软件发展过程与硬件相互促进；与应用普及相互促进；抽象系统软件屏蔽执行细节高级语言硬件结构无关性应用程序设计者基于系统软件提供的服务六、软件发展过程七、计算机分类根据体积、运算速度、信息处理能力和价格分类PC移动计算机服务器主机超级计算机嵌入式计算机八、计算机技术现状与趋势计算机与internetPC发展促使internet产生Internet发展促使服务器发展云计算物联网移动计算机与移动互联网多媒体计算机超级计算机1.2计算思维定义与内涵本讲主要内容计算思维定义

8、和特征计算思维内涵计算思维能力培养过程一、计算思维定义和内涵计算思维定义美国卡内基．梅隆大学计算机科学教授周以真女士对计算思维（Computationalthinking，CT）的定义如下：“计算思维是运用计算机科学的基