第一章 计算机与计算思维

考纲:科学方法、信息素养、计算思维等跨学科范畴的通用性知识、计算学科在科学研究和知识创新中的重要 性认识、计算机技术在问题求解中的重要性认识;了解计算机科学史以及计算机科技史对我们知识创新、科技 创新、科学研究方法等方面的启发。

说明:★★代表历年考过的真题:★代表考纲中出现的知识点但还未考过的和与考过的真题类似的但还未考过的 知识点;无★代表书上有的知识点,需要了解的知识点,以防万一考到。后期背诵时可以不看。

★科学:是反映自然、社会、思维等客观规律的分科知识体系。
★科学方法:人们在科学研究过程中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种手段和途径。包括在理论研究、 应用研究等科学活动过程中采用的思路、程序、方法和模式等。
★★信息素养:是指人们利用网络和各种软件工具通过确定、查找、评估、组织和有效地生产、使用、交流信息, 来解决实际问题或进行信息创造的能力。
可以从以下4个方面来理解信息素养:
信息意识:就是指人的信息敏感程度,是人们在生产和生活中自觉利自发的识别、获取和利用信息的一种心理 状态
信息知识:是指人们为了获取信息和利用信息而应该掌握的与信息技术相关的知识
信息能力:是指利用信息技术来解决领域实际问题或进行信息创造的能力。
信息道德:指信息伦理道德、法律、文化等许多社会人文因素。
★★计算思维:是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之 广度的一系列思维活动。
计算思维的木质是抽象和自动化。抽象强调的是问题的形式化定义以及建立逻辑模型,而自动化则是逻辑的物 理实现,即构建计算机应用系统。
★思维:是人类的高级心理活动,是人的大脑利用已有知识和经验对具体事物进行分析、综合、判断、推理等 认识活动的过程。
★★智慧:(狭义的)是高等生物所具有的基于神经器官(物质基础)一种高级的综合能力。
★智慧:从心理学上讲,一般认为从感觉到记忆再到思维这一过程。
★★知识:是符合文明方向的,人类对物质世界以及精神世界探索的结果综合。
★专业知识:是指一定范围内相对稳定的系统化的知识。
信息技术IT:是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。
★信号:是指数据在媒体中的传播形式,属于通信系统中物理层概念。
★★数据:是用来承载或记录信息的按一定规则排列组合的符号。
★★信息:是加工后的数据,是数据所承载的含义。
★★信息与数据的区别于联系
① 数据是信息的载体,信息是数据处理后的结果。信息=数据+数据处理
②信息有意义,而数据没有。
★信息社会:是指以信息技术为基础,以信息产业为支柱,以信息价值的生产为中心,以信息产品为标志的社 会。
信息社会的特征:社会信息化、设备数字化、通信网络化
★知识社会:是以知识、创新为核心的社会。是以知识经济为主体,强调借由知识的不断创新、累积、应用和分 化,促进产业进步,引导个人、组织和社会的成长与发展。
★★3C技术:计算机技术computer、通信技术communication、控制技术(自动控制化)control
★3A:工厂自动化、办公室自动化、家庭自动化
★★图灵在计算机领域的主要贡献
① 提出了图灵机模型,答了究竟什么是计算、什么是可计算性等问题,奠定了可计算性理论的基础。
②提出了图灵测试,回答了什么样的机器具有智能,奠定了人工智能的理论基础。
★简述图灵机的组成及工作方法
图灵机由以下四部分组成:
①一条无限长的纸带,纸带分成了一个一个的小方格,用作无限存储。
②一个读写头,能在纸带上读、写和左、右移动
③一个状态寄存器
@ 一套控制规则
图灵机工作方法:
①图灵机开始工作时,纸带上只有输入串,其他地方都是空的。
②若要保存信息,则读写头可以将信息写在纸带上;
③若要读已经写下的信息,则读写头可以来回移动。机器不停地计算,直到产生输出为止。
★图灵测试:让测试者与被测试者(一个人和一台机器)隔开,通过一些装置(如键盘)向被测试者随意提问。 进行多次测试后,如果有超过30%的测试不能确定出被测试者是人还是机器,那么这台机器就通过了测试,并 被认为具有人工智能。
★冯诺依曼在计算机领域的主要贡献:
① 提出存储程序工作原理,奠定了计算机硬件基础。
②设计出第一台具有存储程序功能的计算机EDVAC
★★冯诺依曼体系结构主要思想
①计算机硬件系统有运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部件
② 指令和数据以同等地位存于存储器内,可按地址寻访。
③指令和数据均用二级制代码表示。
④指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
⑤ 指令在存储器内按顺序存放。
⑥早期的冯诺依曼机以运算器为中心,输入输出设备通过运算器与存储器传送数据。
★★现代计算机的组织结构对冯诺依曼体系结构的改进:
现代计算机已经发展为以存储器为中心,使10操作尽可能地绕开CPU,直接在10设备和存储器之间完成,以 提高系统的整体运行效率。
★★计算机发展的分代
特点 第一代 第二代 第三代 第四代
物理器件 电子管 晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
存储器 磁芯存储器 磁芯存储器 磁芯存储器 半导体存储器
软件 机器语言、汇编语言 高级语言 操作系统 数据库、计算机网络
应用 T事领域、科学计算 数据处理、工业控制 文字处理、图形处理 社会的各个方面
从目前的研究情况来看,未来新型计算机将可能在下列几个方面取得突破:
①光计算机:用光束代替电子进行计算和存储,具有超强的并行处理能力和超高的运行速度。
② 生物计算机(分子计算机):采用由生物工程技术产生的蛋白分子构成生物芯片。
③量子计算机:一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。
为什么说微电子技术是整个信息技术领域的基础?
因为目前实现信息处理的主要工具是计算机,而计算机硬件的核心采用的是晶体管利集成电路等微电子技术。
计算机的理论基础:①二进制,②数理逻辑,③布尔代数
计算机的应用
CAD:计算机辅助设计
CAM:计算机辅助制造
CIMS:计算机集成制造系统 Computer Integrated Manufacture System, CIMS
★多媒体技术:是指通过计算机对文字、数据、图形、图像、动画、声音等多种媒体信息进行综合处理和管理, 使用户可以通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术。
★★人工智能:是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

开放性试题
1、回顾计算机的发展历程,可以看出半导体技术的发展是20世纪计算机发展的重要推动力,你认为在这个发 展历史上有哪些开创性的发明?对我们现代的知识创新、科技创新、科学研究方法等方面有什么启发?
★ ★2、回顾计算工具的发展历程,从2000多年的算筹、算盘到17世纪的计算尺、加法器、计算器到19世纪的 差分机和分析机。对我们现代的知识创新、科技创新、科学研究方法等方面有什么启发?
3、回顾微处理器的发展历史。对我们现代的知识创新、科技创新、科学研究方法等方面有什么启发?
4、总结IBM的发展历史,谈谈对IBM的发展有什么感想

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