計算機概論九講第一講計算機與計算思維

第一釬計算機易計黑息箱

IUM----------

MWIttMIN---------第一講

計算機與計算思維

?導引問答題與關鍵字

?什么是計算機

?計算機能做什么

?回眸計算機的發(fā)展歷程

?淺談計算思維

導弓I同答題

1、一個完整的計算機系統(tǒng)應該包括o

A）主機、鍵盤、鼠標和顯示器

|B）硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)

C）主機和其他外部設備_____

D）系統(tǒng)軟件和應用軟件

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◎?qū)?問答題I

2、計算機之所以按人們的意志自動進行工作,

最直接的原因（工作原理）是因為____o

A）二進制數(shù)制I

B）高速電子元件

C）存儲程序和程序控制

D）程序設計語言

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導?問答題

3、計算機的應用領域可大致分為若干大類，下

列選項中屬于這幾大類的是。

A）計算機輔助教學、專家系統(tǒng)、人工智能

[B）工程計算、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、文字處理

C）實時控制、科學計算、數(shù)據(jù)處理

D）數(shù)值處理、人工智能、操作系統(tǒng)

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JCollegeofComputer(HDU)v：5

導?問答題

4、現(xiàn)代信息技術(shù)的核心是

A）電子計算機和現(xiàn)代通信技術(shù)

B）微電子技術(shù)和材料技術(shù)

C）自動化技術(shù)和控制技術(shù)

D）數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)

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9一6

導?問答題

5、計算機的性能指標包括多項，下列項目中

______不屬于性能指標。

A）主頻I|

IB）字長

C）運算速度

D）帶光驅(qū)否

B)2

3

D)4

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導?問答題

7、PC機是隨著構(gòu)架處理器的電子元件的發(fā)

展而發(fā)展起來的。

A）電子管

B）晶體管

C）集成電路

D）半導體

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導弓I同答題

8、在計算機領域中通常用MIPS來描述o

A）計算機的可靠性.

B）計算機的運行性

C）計算機的運算速度__________

D）計算機的可擴充性

導?問答題

9、世界上第一臺計算機誕生至今，經(jīng)歷了若干

代的發(fā)展、更替和變革，當下的計算機是屬

于第代的計算機。

A)4

B)5

C)6

D)7

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導?問答題

10、現(xiàn)代計算機的工作模式(原理)是由科學家

提出的。

A)香農(nóng)(ClaudeElwoodShannon)

B)比爾?蓋茨(William(Bill)H.Gates)

C)馮?諾依曼(JohnVonNeuman)

D)圖靈(AlanMathisonTuring)

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導?關鍵字

?計算機系統(tǒng)組成

?計算機工作原理

?計算機發(fā)展史

?信息技術(shù)

?計算機特點與應用

?電子元件

?計算機性能指標、MIPS

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IUM----------

MWIttMIN---------第一講

計算機與計算思維

?導引問答題與關鍵字

?什么是計算機

?計算機能做什么

?回眸計算機的發(fā)展歷程

?淺談計算思維

什么是計算機一描述

對計算機(Computer)人們往往從不同角度提出不同

的見解，有多種描述：一:

?“計算機是一種可以自動進行信息處理的工具”；

?“計算機是一種能快速而高效地自動完成信息處理的電

―子設備，'A/Jf"1

?“計算機是一種能夠高速運算、具有內(nèi)部存儲能力、由

程序控制其操作過程的電子裝置”。

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.一'S'I.?Q3—J'*7"

CPU（控制器+運算器）

二

糖盤顯樂器

ROM打印機

掃盤化RAM念囹化

磁帶軟盤

(+么是計算機-系統(tǒng)構(gòu)成

{

控制招

中央處理器CCPU>

運篁需

總線東紐CBUS){

「就隨機存儲耨(RAM)

內(nèi)存6者翡(內(nèi)存)只i案存自者招(ROM)

.運

{軟茹

(件

硬叁

M1夕卜存6者招C夕舊序)憂壟

皖

{光茹

夕卜理金

設鼠標

{舊墻也

顯示耨、投影機

殖出設備(Output)打EP機

經(jīng)國儀

W「爆作系統(tǒng)

巍\語言處理程序

密］數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

L網(wǎng)絡通信音理程存

甯應用軟件包

淬工用尸程存

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?9?。?S

件幺■計算機特點

?運算速度快

?計算精度高

?具有記憶存儲功能

?具有邏輯判斷功能

?網(wǎng)絡與通信功能

?可靠性高、通用性強

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4什么是計算機-原理與定義I寇舉:

?計算機的工作原理

計算機能夠自動完成運算或處理過程的基礎是存儲程序和程

序控制（馮?諾依曼原理）。I

?計算機的定義

計算機是由高科技電子元器件、線路和機械裝置等部件或

設備構(gòu)成的，在計算機軟件（程序及文檔）的控制下，依照存儲

程序和程序控制的工作原理，能夠高速、有效地完成人們指定的.

各種操作的自動化綜合系統(tǒng)。

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n什么是計算機t蝴指標ii送笆

?計算機的性能指標

主頻—主頻是CPU工作的時鐘頻率，是指計算機CPU在單位時間內(nèi)工作

的脈沖數(shù)，它在很大程度上決定了計算機的運行速度。單位是MHz（兆

赫茲）。

字長一由一個或多個字節(jié)組成的，作為一個整體進行存取的一個數(shù)據(jù)

稱為一個字。字長是計算機運算速度的又一個決定因素，字長越長計

算機運行速度越快。另外，字長也決定了計算機的數(shù)據(jù)表示精度。

存儲容量一存儲器中存儲單元的總數(shù)稱為存儲容量。單位是字節(jié)

（BYTE簡寫B(tài)）。內(nèi)存容量越大，計算機運行速度越快。

存取周期一CPU對存儲器的兩個基本操作為讀取和寫入。從存儲器

中存取一個字到能夠再存取下一個字所需的時間稱為存取周期。單位

是NS（納秒）。存取周期越短，計算機速度越快。

運算速度一每秒可執(zhí)行的百萬條指令數(shù)，單位是MIPS。

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什么是計算機-分類

?按信息的表示和處理方式劃分

?數(shù)字計算機.________

在數(shù)字計算機中，信息用離散的二進制形式0和1組成的代

碼串表示。特點是解題精度高，便于信息存儲，通用性強。

通常所說電子計算機就是指數(shù)字電子計算機。

?模擬計算機JJ.--------------------------、

-----在模擬計算機中，信息用連續(xù)變化的模擬量表示，其運算

部件主要由運算放大器及一些有源或無源的網(wǎng)絡組成。運

算速度很快，但精度不高，通用性不強。

?數(shù)字模擬混合電子計算機。

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什么是計算機-分類

?按計算機用途劃分

?專用計算㈣—______

專用計算機是針對某一特定應用領域，為解決某些特定問

題而設計的，如“深藍”(DeepBlue)計算機，只用于

國際象棋的博弈。

?通用計算機I,------------------、

通用計算機是針對多種應用領域或者面向多種算法而研制

的，其通用性強、功能全，能適應多種用戶的需求，目前

大多數(shù)計算機是屬于通用計算機，包括個人計算機。

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什么是計算機-分類

?按計算機規(guī)模與性能用途劃分

?巨型機

巨型機又稱為超級計算機，是計算機中性能最高、功能最強的。

其運算速度超過每秒千萬億次，字長64位甚至更長，主存儲器

容量達到TB字節(jié)數(shù)量級，外存儲器容量達到PB字節(jié)數(shù)量級，

一般是多CPU或者多機系統(tǒng)，按照并行處理方式工作。

?微型機

微型機以使用微處理器、結(jié)構(gòu)緊湊為特征，是計算機中價格最

低、應用最廣、發(fā)展最快、裝機量最多的一種。當今微型機字

長可達64位，主存儲器容量可達到256M到1G字節(jié)，時鐘頻率

3GHz以上，已經(jīng)達到或超過70年代的大中型機的水平。

工作站是具備強大數(shù)據(jù)運算與圖形、圖像處理能力的高性能計

算機。與大中型機相比，其體積較小，價格比較便宜，規(guī)雙屬

于微型機范疇，適用于工程設計、圖形處理、科學研究、模擬

仿真等專業(yè)領域。

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什么是計算機-分類

?按計算機規(guī)模與性能用途劃分

?巨型機

?微型機

?大型機、中型機和小型機

性能介于巨型機和微型機之間的就是大型機、中型機和小型機。它

們的雇能指標和結(jié)構(gòu)規(guī)模則相應的依次遞減。

■嵌入式機―0息g~==??

嵌入式計算機則只由一片或多片集成電路芯片制成，其體積小，重

量輕，結(jié)舄相好簡單，完成的功能相對專一。

這些類型之間的基本區(qū)別通常在于其體積大小、結(jié)構(gòu)復雜

程度、功率消耗、性能指標、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)和設備、

軟件配置等方面的不同。

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計算機與計算思維

?導引問答題與關鍵字

?什么是計算機

?計算機能做什么

?回眸計算機的發(fā)展歷程

?淺談計算思維

J

計算機能做什么?

玩游戲

上網(wǎng)QQ聊天網(wǎng)拍

打字機

看電影聽

還有

Computer(HDU)

A-

計算機能儆什么？-應用

還有：

?科學與工程計算

天氣預報、衛(wèi)星發(fā)射與控制、太空探索、數(shù)學計算（兀=?、漢諾塔）等

?信息處理

信息管理（學籍、圖書館、0A、銀行）、信息檢索、MIS-沃爾瑪?shù)?/p>

?多媒體技術(shù)應用

看電影聽音樂娛樂等

?計算機通信和網(wǎng)絡應用

GTOG、GTOB、BTOB、BTOC、CTOC、GTOC等

?過程控制

工業(yè)自動化實時控制等

?計算機輔助系統(tǒng)

CAD、CAM、CAI、CAT等

?人工智能

智能家用電器、計算機智能醫(yī)生、計算機自動識別系統(tǒng)、智能機器等

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計算機能做什么？信息技術(shù)

信息技術(shù)(informationtechnology,IT)

可以理解為與信息處理有關的一切技術(shù)，或者

說依據(jù)信息科學的原理和方法來實現(xiàn)信息處理

的技術(shù)。

這里的信息處理指對信息的：

?收集、識別、提取、變換

?存貯、傳遞、整理、檢索/一j----

?檢測、分析、利用等

計算機能做什么?一信息技術(shù)

就信息技術(shù)的主體而言，最重要的部分是

以微電子技術(shù)為基礎的“計算機”、“通信”

和“控制”技術(shù)，有人認為信息技術(shù)（IT—

InformationTechnology）簡單地說就是3C：

?Computer（計算機）

?Communication（通信）

?Control（控制）

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.一'S'I.?Q3—J'*7"

計算機第傲什么？T息技術(shù)

現(xiàn)代信息技術(shù)的關鍵是計算機技術(shù)、現(xiàn)代

通信技術(shù)和控制技術(shù)。計算機在信息社會中有

著重要的地位，主要表示在：

配計算機改變了人們的工作方式(1

?計算機改變了人們的生活方式

?計算機改變了人們的學習方式

?計算機改變了組織機構(gòu)的工作方式

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計算機第傲什么？T息技術(shù)

信息技術(shù)應用

?電子商務

?遠程教育

?遠程醫(yī)療

?虛擬現(xiàn)實技術(shù)

?計算機輔助技術(shù)，統(tǒng)稱為CAX

包括了CAD（計算機輔助設計）、CAE（計算機輔助工

程）、CAM（計算機輔助制造）和CAPP（計算機輔助工藝

設計）等內(nèi)容。

?嵌入式系統(tǒng)

?網(wǎng)格與集群

?數(shù)據(jù)挖掘

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?計算機是否會取代人甚至超越人呢？

?如果說未來的計算機是否會取代人甚至超越人?

估計沒宥誰可以疏切的回答。

?但如果是現(xiàn)代的計算機，我們可以肯定的回答;

不會！

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m計算機能假什么？一人機較量

?為什么人機博弈，人卻輸給了計算機呢？

?“深藍”并沒有人工智能，不具備“智慧和思想”。

?和今天所有計算機一樣，“深藍”不會學習，而只會推理。

會學習的所謂“第五代”計算機，至今還沒有被研究出來。

?如果說“深藍”有什么過人之處的話，那么就是它的不知疲

倦的“蠻力”。研究人員把可以收集到的將近100年來的200

萬局高手的棋譜都儲存在“深藍”的“外腦”——大型快速

陣列硬盤系統(tǒng)中。它集中了IBM尖端科技的32個國際象棋專

用處理器協(xié)同工作，它能在規(guī)定的每3分鐘內(nèi)從儲存的棋譜

中尋找出自己應該走的妙招來。

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n計算機能徽什么？一人機較量

?為什么人機博弈，人卻輸給了計算機呢？

?“深藍”的勝因不屬于智慧范疇，而是來自于它強大

的計算能力。即使這種能力算是一種“智慧”的話，

那么也是人賦予的。

?計算機的優(yōu)勢在于海量存儲能力、快速信息處理能力

和穩(wěn)定的性能，而所有的這一切都是在人編制的程序

的控制下進行的。

?相比之下，人的缺陷就突顯出來：情緒、疲憊、記憶

力、計算棋招的速度、出錯等等，但人的潛在創(chuàng)造性

和自學習的智慧以及模糊的非公式化經(jīng)驗積累，是當

代計算機所無法比擬的。

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va?

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MWIttMIN---------第一講

計算機與計算思維

?導引問答題與關鍵字

?什么是計算機

?計算機能做什么

?回眸計算機的發(fā)展歷程

?淺談計算思維

眸計算機的發(fā)展所程-計算工具

?計算工具的發(fā)展

?手工到機械自動

史前時期：石塊和貝殼記數(shù)；唐代時期：算盤；17世紀：計算尺。

1642年，創(chuàng)造了第一臺能完成加、減運算的機械計算器，計算稅收。

1822年，提出了自動計算機的基本概念，并設計出差分機和分析機。

?機械計算到電動計算

1884年，創(chuàng)造了第一臺電動計算機，用于人口普查。

1913年，制造了模擬計算機“微分分析儀”。

?機電全自動到電子數(shù)字

1942年，誕生了著名的ABC(AtanasoffBerryComputer)計算機，共使用了

300多個電子管，這也是世界上第一臺具有現(xiàn)代計算機雛形的計算機。

1944年，舊M投資承建設計出“馬克1號”計算機。

1946年，研制成功了ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandCalculator,

電子數(shù)字積分器和計算器)——第一臺電子數(shù)字計算機，樂此人類社會進入以數(shù)

字計算機為主導的信息時代。ENIAC采用了電子管技術(shù)。

眸計算機的發(fā)展歷程-計算機

?電子計算機的發(fā)展

?第1代：1946-195X電子管計算機

機器語言，5千?1萬次/秒

代表性機種：ENIAC

?第2代：195X?196X晶體管計算機

匯編語言，高級語言，十萬?百萬次/秒

代表性機種：TRADIC

?第3代：196X?197X集成電路計算機

OS,編譯系統(tǒng)，各類高級語言，百萬?千萬次/秒

?提出“摩爾定律”

代表性機種：IBM360

?第4代：197X?現(xiàn)在大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機

197X~199X各類軟件完善，千萬次以上/秒

?代表性機種：ILLIAC-IV

199X-200X超大規(guī)模集成電路計算機，億萬次以上/秒

現(xiàn)在，超大規(guī)模集成電路（集群）計算機，千億浮點運算次/秒，智能化、

模擬人的思維方式

?微型計算機屬于第四代計算機。微型計算機主要以其

主要核心元件微處理器CPU的字長和芯片上的晶體管

電路集成度來劃分發(fā)展階段。

?字（WORD）是指由一個或多個字節(jié)組成的，作為整

體進行存取的一個數(shù)據(jù)。字是計算機的重要性能指標,

決定了指令系統(tǒng)的規(guī)模，也是運算速度的決定因素，

字長越長計算機運行速度越快。另外，字長也決定了

計算機的數(shù)據(jù)表示精度。

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va?

?字長4位階段

?1971年1月，英特爾(Intel)公司研制成功了第一枚能夠?qū)嶋H工作的微處理

器4004

?字長8彳立階段

?1974年4月1日，Intel推出了自己的第一款8位微處理芯片8080。

?1974年12月，裝配有8080處理器的計算機“牛郎星”誕生，這也是世界上

第一臺裝配有微處理器的計算機，從此掀開了個人計算機PC(Personal

Computer)的序幕。

?1975年7月，比爾?蓋茨(B?Gates)在成功為牛郎星配上了BASIC語言之后，

從哈佛大學退學創(chuàng)辦了微軟(Microsoft)公司，并為公司制定了奮斗目標:

“每一個家庭每一張桌上都有一部微型計算機運行著微軟的程序！”。

?字長16位階段

?1981年8月12日，微軟推出來MS-DOS1.0版。

?1982年2月，Intel公司發(fā)布80286處理器。

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■S?9

?字長32位階段

?1985年7月，Intel公司推出了第一枚32位處理器80386。

?1985年11月，微軟公司正式推出了Windows操作系統(tǒng)。

?字長64位階段

?1995年8月24日，微軟公司正式推出Windows95操作系統(tǒng)。

?1995年11月1日，Intel公司推出PentiumPro處理器。

?2007年1月8日，Intel公司發(fā)布了用于個人計算機的65nm酷睿2

四核處理器和用于服務器的四核處理器。

?2007年1月30日，微軟推出WindowsVista操作系統(tǒng)。

?2009年10月22日，微軟發(fā)布了Windows7操作系統(tǒng)。

?1956年起步，1958年首臺電子管計算機DJS7型試制成功。

?1964年，中國制成了首全晶體管電子計算機441-B型。

?1974年起步研制微機：長城、東海、聯(lián)想、方正等系列產(chǎn)品。

?1983年起步研制大、巨型機：“銀河”和“曙光”等系列產(chǎn)品。

?2009年11月，“天河一號”是首次進入全球超級計算機500強排

行榜。它是中國首臺千萬億次超級計算機系統(tǒng)。

?將于2010年問世的千萬億次高性能計算機“曙光6000”的研制工

作目前正在順利進行中，屆時國產(chǎn)高性能計算機將實現(xiàn)兩大突破:

一是國產(chǎn)CPU的應用；二是高性能計算機現(xiàn)有的集群體系結(jié)構(gòu)將

在千萬億次時代實現(xiàn)突破。

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眸計算機的發(fā)展歷程-趨勢

?由大到巨

?追求高速度、高容量、高性能

?由小到微

?追求微型化，包括臺式、便攜式、筆記本式乃至掌上型，使用方便，

價格低廉

?網(wǎng)絡化

?智能化

展望未來，計算機的發(fā)展必然要經(jīng)歷很多新的突破。從目前的

發(fā)展趨勢來看，未來的計算機將是微電子技術(shù)、光學技術(shù)、超導技

術(shù)和電子仿星技米相互結(jié)合的產(chǎn)物。在不久的將來，超導計算機、

神經(jīng)網(wǎng)絡計算機等全新的計算機也會誕生。屆舟計算機將發(fā)展到一

個更高、更先進的水平。

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計算機與計尊惠繼

?導引問答題與關鍵字

?什么是計算機

?計算機能做什么

?回眸計算機的發(fā)展歷程

?淺談計算思維

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計算思繼一塞義

“我們所使用的工具影響著我們的

思維方式和思維習慣，從而也將深刻

地影響著我們的思維能力。”

一1972年圖靈獎獲得者EdsgerDijkstra

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計算思維一定義

回顧歷史，不同的計算工具的發(fā)明與

使用階段，都會影響甚至決定這個時期

的文化普識教育方向與趨勢，都會約束

和限制這個時期的科技創(chuàng)新與思維活動

的能力，都會在這個時期留下屬于這個

工具時代的烙痕與印記。

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m計算思維一定義

?計算思維(ComputationalThinking)是運用計算機科學的基礎

概念進行問題求解、系統(tǒng)設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科

學之廣度的一系列思維活動。

?計算思維建立在計算過程的能力和限制之上，它是選擇合適的方

式去陳述一個問題，對一個問題的相關方面建模并用最有效的辦

法實現(xiàn)問題的求解，整個過程由人和機器協(xié)同配合執(zhí)行。計算方

法和模型使我們敢于去處理那些原本無法由任何個人獨自完成的

問題求解和系統(tǒng)設計。

?計算思維直面機器智能的不解之謎：什么人類比計算機做得好？

什么計算機比人類做得好？最基本的問題是：什么是可計算的？

迄今為止我們對這些問題仍是一知半解。

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計算思維一特慶

?是概念化而不是程序化的。

計算機科學不僅僅是計算機編程。像計算機科學家那

樣去思維意味著遠不止能為計算機編程，還要求能夠

在抽象的多個展次上思維；

?是根本而不是刻板的技能。

根本技能是每一個人為了在現(xiàn)代社會中發(fā)揮職能所必

須掌握的?？贪寮寄芤馕吨鴻C械的重復；

?是人而不是計算機的思維方式。

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機

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；

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計算思維一特慶

是數(shù)學和工程思維的互補與融合。

計算機科學在本質(zhì)上源自數(shù)學思維，因為像所有的科學一樣，其形

式化基礎建筑于數(shù)學之上。計算機科學又從本質(zhì)上源自工程思維，

因為我們建造的是能夠與實際世界互動的系統(tǒng)，基本計算設備的限

制迫使計算機科學家必須計算性地思考，不能只是數(shù)學性地思考。

構(gòu)建虛擬世界的自由使我們能夠設計超越物理世界的各種系統(tǒng)；

是思想而不是人造物。

不僅僅是我們生產(chǎn)的軟件硬件等人造物將以物理形式到處呈現(xiàn)，并

時時亥刻觸及我們的生活，更重要的是還將包含我們用以接近和求

解問題、管理日常生活、與他人交流和互動的計算概念與思想；

是面向所看人和所有地方。

算

真

各

計

類

種

維

當

動

的

思

融

活

人

而

正

入

，

的

的

就

上

為

成

種

式

將

理

它

現(xiàn)實

時

論

一

候

去

，

著

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