計算機思維論文

1、 什么是計算機思維姓名:李紅梅學號:201410421212專業(yè):數(shù)字媒體技術(shù)摘要:意義上的思維分廣義和狹義, 廣義的思維是人腦對客觀現(xiàn)實概括的和間接的反映，它反映的是事物的本質(zhì)和事物間規(guī)律性的聯(lián)系，包括邏輯思維和形象思維。而狹義的通常的心理學意義上的思維專指邏輯思維。計算機思維就是從如何設計計算機，到如何由計算機生產(chǎn)出產(chǎn)品的整過程，所用到的邏輯思維和形象思維，計算機思維是從那里來的呢？和計算機網(wǎng)絡體系思想有什么相同之處？Abstract：Broad and narrow sense of thinking points, general thinking is the human brain

2、 to objective reality generalization and indirectly reflect, it reflects the regularity of the relationship between the nature of things and things, including the logical thinking and image thinking. And narrow usually psychology in the sense of thinking specifically to logic thinking. Computer thin

3、king is how to design computer, how to produce the products in the whole process by computer, the use of logic thinking and image thinking, thinking in computer where it came from?關(guān)鍵字：遞歸思考 抽象和分離 基本技能 是思想Keywords：Recursive thinking；Abstraction and separation；Basic skills Thinking引言:計算機思維不僅是對于計算機科學家,對

4、每一個人都是一種基本技能,應用計算機思維來融入到我們的生活之中.借助于一系列功能完善界面美觀的應用，用戶普遍認為現(xiàn)代化生活依靠迷人的科技創(chuàng)業(yè)、“算法”之類的詞組排列和某些星云狀社會化媒體共同造就的。以至于真實的計算機科學和休閑的計算機用戶之間形成了偏差，不過所幸的是依然有很多公司并未忘記計算機科學，微軟科研部門副總裁Jeannette Wing在接受采訪中闡述了“計算機思維”理念，向傳統(tǒng)計算機科學發(fā)起挑戰(zhàn)。計算機思維建立在計算過程本神的作用和局限上，不管這種計算是由人還是機器完成的。計算機方法和建模給了我們解決問題和設計系統(tǒng)的勇氣,離開它我們難以解決這樣復雜的問題。計算機思維首先面臨的問題是及

5、其的智力到底有多高：什么事情人可以做得更好？更基本的是，她要回答這個問題：什么是可計算的。指導今天，我們對這樣的問題還是一知半解。計算機思維將一些對計算機科學基本的概念用于解決問題,設計系統(tǒng)和理解人的行為。計算機思維包括大量的思維工具，這些工具反應了計算機領(lǐng)域的多么的包羅萬象。在解決一個特定的問題時，我們也許回溫：解決他有多難？最好的解決方案是什么？計算機科學靠見識的理論基礎(chǔ)精確的回答這些問題。描述一個問題的難點，是理解用來完成她的及其潛在作用的一部分。我們還必須考慮及其指令集，資源限制和操作環(huán)境。計算機思維就是在完成復雜任務或者是設計復雜系統(tǒng)時，使用抽象和分解的方法。就是把考慮的問題分離開。

6、就是為問題選擇一個正確的表示方法或者給一個問題的相關(guān)方面建模。就是使用常量來簡明地描述系統(tǒng)的行為。就是自信地認為我們能夠安全地使用、修改和影響一個大而復雜的系統(tǒng)，而不必去理解每一個細節(jié)。就是在建模的時候想到多用戶，為了將來使用而預取和緩沖。計算機思維就是通過冗余、容錯（damage containment）和糾錯來防止發(fā)生不好的情景，一旦發(fā)生也可以從中恢復。就是用死鎖來產(chǎn)生僵局和簡化接口。（原文是：It is calling gridlock deadlock and contracts interfaces）就是在同步的時候避免產(chǎn)生競爭條件。計算機思維就是用啟發(fā)式的推理去發(fā)現(xiàn)一個解決方法。就

7、是在不確定出現(xiàn)時能夠有條不紊地調(diào)度。就是搜索，搜索，再搜索，直到找到一個網(wǎng)頁列表，一個游戲攻略，或者其它類似的例子。計算機思維就是用大量的數(shù)據(jù)加速計算。就是在時間和空間，處理效率和存儲容量之間的折中。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)是獨立的計算機通過已有通信系統(tǒng)連接形成的，其功能是實現(xiàn)計算機的遠程訪問和資源共享。因此，計算機網(wǎng)絡的問題主要是解決異地獨立工作的計算機之間如何實現(xiàn)正確、可靠的通信，計算機網(wǎng)絡分層體系結(jié)構(gòu)模型正是為解決計算機網(wǎng)絡的這一關(guān)鍵問題而設計的。而什么是網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)呢？為了降低網(wǎng)絡設計的復雜性，絕大多數(shù)網(wǎng)絡都組織成一個層次棧(a stackof layer)或分級棧(a stack of lev

8、el），每一層都建立在其下一層的基礎(chǔ)之上。層的個數(shù)、每一層的內(nèi)容以及每一層的功能各個網(wǎng)絡都不盡相同。每一層的目的是向上一層提供特定的服務，而把如何實現(xiàn)這些服務的細節(jié)對上一層加以屏蔽。從某種意義上講，每一層都是一種虛擬機，它向上一層提供特定的服務。這種分層的概念被廣泛應用于計算機科學各個領(lǐng)域中，只是稱謂有所不同-信息隱藏、抽象數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)封裝以及面向?qū)ο蟪绦蛟O計。其基本思想是一個特定的軟件/硬件向其用戶提供某種服務，但是將內(nèi)部狀態(tài)和算法細節(jié)隱藏。分層結(jié)構(gòu)是一種有實際價值軟件體系結(jié)構(gòu)風格，但也有缺點。層和協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的規(guī)范必須包含足夠的信息，以便實現(xiàn)者為每一層編寫的程

9、序或者設計的硬件能遵守有關(guān)的協(xié)議。實現(xiàn)細節(jié)和接口規(guī)范不屬于網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，因為他們在機器內(nèi)部，對外界是不可見的。甚至，一個網(wǎng)絡中所有機器的接口也不必都一樣，只要每臺機器能夠正確地使用所有的協(xié)議即可。在計算機網(wǎng)絡-Andrew中，作者嚴格區(qū)分了網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中三個最重要的概念：服務，協(xié)議，與接口。計算思維是人類求解問題的一條途徑，但決非要使人類像計算機那樣地思考。計算機枯燥且沉悶，人類聰穎且富有想象力。是人類賦予計算機激情。配置了計算設備，我們就能用自己的智慧去解決那些在計算時代之前不敢嘗試的問題，實現(xiàn)“只有想不到，沒有做不到”的境界。網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)是計算機網(wǎng)絡的分層、各層協(xié)議、功能和層間接口的

10、集合。不同的計算機網(wǎng)絡具有不通的體系結(jié)構(gòu)、其層的數(shù)量、各層的名稱、內(nèi)容和功能以及相鄰層之間的接口不一樣。然而，在任何網(wǎng)絡中，每一層都是為了向他鄰接的上一層而設置的，而且每一層都對上層屏蔽實現(xiàn)協(xié)議的具體細節(jié)。這樣，網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)就能做到與具體物理實現(xiàn)無關(guān)，即使連接網(wǎng)絡中的主機和終端的型號以及性能各不相同，只要它們共同遵守相同的協(xié)議就可以實現(xiàn)互通信和互操作。計算機思維抽象和分解來迎接龐雜的任務或者設計巨大復雜的系統(tǒng)。它是關(guān)注的分離（SOC方法）。它是選擇合適的方式去陳述一個問題，或者是選擇合適的方式對一個問題的相關(guān)方面建模使其易于處理。它是利用不變量簡明扼要且表述性地刻畫系統(tǒng)的行為。它使我們在不必理

11、解每一個細節(jié)的情況下就能夠安全地使用、調(diào)整和影響一個大型復雜系統(tǒng)的信息。它就是為預期的未來應用而進行的預取和緩存，計算思維是按照預防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式從最壞情形恢復的一種思維。它稱堵塞為“死鎖”，稱約定為“界面”。計算思維就是學習在同步相互會合時如何避免“競爭條件”（亦稱“競態(tài)條件”）的情形。這跟計算機網(wǎng)絡體系有點像，計算機網(wǎng)絡體系的分層，就是一種分離，一級一級的鏈接和傳遞。連接到網(wǎng)路中的主機跟終端的要共同遵守相同的協(xié)議，而協(xié)議又是什么呢 ？協(xié)議是用來描述通信進程之間的信息交換的一個術(shù)語。在網(wǎng)絡中，包含多種計算機系統(tǒng)，在硬件和軟件系統(tǒng)各部相同，要使得他們之間相互通信，就必須有一

12、套通信管理極致，使通信雙方能正確的接收消息，并理解對方所傳輸信息的含義。也就是說，當用戶使用程序、文件傳輸信息包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)電子郵件等相互通信時，他們必須實現(xiàn)約定一種規(guī)則，這種規(guī)則可稱為協(xié)議。準確的說，協(xié)議就是為實現(xiàn)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則標準或約定。為了降低設計的復雜性和便于維虎，一般的網(wǎng)絡設計都采用了層次結(jié)構(gòu)，這里的協(xié)議分層有一下的特點：（1）各層之間相互獨立，高層不必關(guān)心底層的實現(xiàn)細節(jié)，可以真正做到各司其職。(2)利于實現(xiàn)和辯護,某個層次實現(xiàn)細節(jié)的變化不會對其他層次產(chǎn)生影響。（3）易于標準化。計算機網(wǎng)路體系思想跟計算機思維在某些方面不謀而同，計算機思維并不是一種什么特殊技能，而是

13、一種基本技能。它源于我們生活，運用與我們生活。他是人解決問題的思維方式，不是試著讓人像計算機一樣思考，人是聰明并且具有想象力額。我們?nèi)祟愂沟糜嬎銠C如此激動人心，有了計算設備，窩們能夠用自己的聰明才智來解決一些在計算機時代之前不敢著手解決的問題，建立的系統(tǒng)的功能也僅僅局限與我們的想象力。因此我們的生活中很多東西都與計算機網(wǎng)絡息息相關(guān)，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，這是一種基于人類的想象力，最終發(fā)展成這樣的一個比較成功的例子。參考文獻：計算機與人腦 計算機網(wǎng)絡百度資料等等；作業(yè)：1-12 因特網(wǎng)的兩大組成部分（邊緣部分和核心部分）的特點是什么？它們的工作方式各有什么特點？答：邊緣部分：由各主機構(gòu)成，用戶直接進行

14、信息處理和信息共享；低速連入核心網(wǎng)。核心部分：由各路由器連網(wǎng)，負責為邊緣部分提供高速遠程分組交換。1-17 收發(fā)兩端的傳輸距離為1000km，信號在媒體上的傳播速率為2 x 108m/s。試計算以下兩種情況的發(fā)送時延和傳播時延:(1) 數(shù)據(jù)長度為107bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100kb/s。(2) 數(shù)據(jù)長度為103bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gb/s。答： （1）發(fā)送時延：ts=107/105=100s；傳播時延：tp=106/（2 x 108）=0.005s （2）發(fā)送時延：ts=103/109=1us；傳播時延：tp=106/（2 x 108）=0.005s1-21 協(xié)議和服務有何區(qū)別？有何關(guān)系

15、？答：網(wǎng)絡協(xié)議：為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定。由以下三個要素組成：（1） 語法：即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。（2） 語義：即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。（3） 同步：即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務，而要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下面一層提供服務。協(xié)議和服務的區(qū)別：1、 協(xié)議的實現(xiàn)保證了能夠向上一層提供服務。本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協(xié)議。下面的協(xié)議對上面的服務用戶是透明的。2、 協(xié)議時“水平的”，即協(xié)議時控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則

16、。但服務是“垂直的”，即服務是由下層通過層間接口向上層提供。上層使用所提供的服務必須與下層交換一些命令，這些命令在OSI中稱為服務原話。1-26 試解釋以下名詞：協(xié)議棧、實體、對等層、協(xié)議數(shù)據(jù)單元、服務訪問點、客戶、服務器、客戶-服務器方式。答：協(xié)議棧：指計算機網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)采用分層模型后，每層的主要功能由對等層協(xié)議的運行來實現(xiàn)，因而每層可用一些主要協(xié)議來標準幾個層次畫在一起很像一個棧的結(jié)構(gòu)。實體：表示任何可發(fā)送或接受信息的硬件或軟件進程。對等層：在網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中，通信雙方實現(xiàn)同樣功能的層。協(xié)議數(shù)據(jù)單元：對等層實體進行信息交換的數(shù)據(jù)單位。服務訪問點：在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實體進行交互（即交換信息

17、）的地方、客戶和服務器都是指通信中所涉及的兩個應用進程?？蛻羰欠盏恼埱蠓?，服務器是服務的提供方?？蛻?服務器方式：是進程之間服務和被服務的關(guān)系。P632-01 物理層要解決哪些問題？物理層的主要特點是什么？答：物理層要解決的問題：（1）物理層盡可能的屏蔽掉物理設備和傳輸媒體，通信手段的不同，使數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這些差異，只考慮完成本層的協(xié)議和服務。（2）給其服務用戶（數(shù)據(jù)鏈路層）在一條物理的傳輸媒體上傳送和接收比特流（一般串行按順序傳輸?shù)谋忍亓鳎┑哪芰?，為此，物理層應該解決物理連接的建立、維持和釋放問題。（3）在兩個相鄰系統(tǒng)之間唯一地標識數(shù)據(jù)電路。物理層的主要特點：（1）由于在OSI之前，許

18、多物理規(guī)程或協(xié)議已經(jīng)制定出來了，而且在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中，這些物理規(guī)程已被許多商品化的設備所采用，加之，物理層協(xié)議涉及的范圍廣泛，所以至今沒有按OSI的抽象模型制定一套新的物理層協(xié)議，而是沿用已存在的物理規(guī)程，講物理層確定為描述與傳輸媒體接口的機械，電氣，功能和過程特性。（2）由于物理連接的方式很多，傳輸媒體的種類也很多，因此，具體的物理協(xié)議相當復雜。2-03 試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型并說明其主要構(gòu)成組件的作用。答：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型，源點：源點設備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，源點又稱為源站。 發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。接收器：接手傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉(zhuǎn)

19、換為能夠被目的設備處理的信息。終點：終點設備從接收器獲取傳送過來的信息。終點又稱為目的站傳輸系統(tǒng)。信號物理通道2-04 試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)、信號、模擬數(shù)據(jù)、模擬信號、基帶信號、帶通信號、數(shù)字數(shù)據(jù)、數(shù)字信號、碼元、單工信號、半雙工信號、全雙工信號、串行信號、并行信號。答：數(shù)據(jù)：是運送信號的實體。信號：是數(shù)據(jù)的電氣或電磁的表現(xiàn)。模擬數(shù)據(jù)：運送信息的模擬信號。模擬信號：連續(xù)變化的信號?；鶐盘枺簛碜孕旁吹男盘?。像計算機輸出的代表各種文字或圖案文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號。帶通信號：把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。數(shù)字數(shù)據(jù)：取值為不連續(xù)值的數(shù)據(jù)。數(shù)字信號：

20、取值為有限的幾個離散值的信號。碼元：在使用時間域的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。單工信號：即只有一個方向的通信而沒有反方向的交互：半雙工信號：即通信和雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過一段時間再反過來。全雙工信號：即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。串行信號：信號一個接一個傳。并行信號：一次傳多個信號。2-08 假定要用3kHz帶寬的電話信道傳送64kb/s的數(shù)據(jù)（無差錯傳輸），試問這個信道應具有多高的信噪比（分別用比值和分貝來表示）這個結(jié)果說明什么問題？答：C= Wlog2（1+S/N）（b/s） W=3khz，C=64khz S/N=64.2dB 這個結(jié)果說明是個信噪比要求很高的信源。2-14 試寫出系列英文縮寫的全文，并進行簡單的解釋。FDM,TDM,STDM,WDM,DWDM,CDMA,SONET,SDH,STM-1，OC-48。答：FDM：Frequency Division MultiplexingTDM：Time Division MultiplexingSTDM：Statistic Time Division MultiplexingWDM：Wave Division MultiplexingDWDM：Dense Wave