【精品】PPT课件 计算机科学导论 Foundations puter Science

对计算机科学者来说，除去数据的输入与输出，更关
心数据处理系统中的数据处理过程。因为包括数据的输入 与输出在内的整个数据处理都是计算机科学研究的对象。
美籍匈牙利数学家冯•诺伊曼(Von Neumann)于1945年 奠定了现代计算机科学的基本理论。
现代计算机的特点是具有速度快精度高、逻辑判断与
记忆功能的、高度的自动化与灵活性。
如：整数-25的Excess-127数据表示为01100110
D-25+D127=D102=B1100110=B01100110
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浮点数表示法
浮点数可以扩大数的表示范围。
浮点数由两部分组成，一部分用以表示数
据的有效位，称为尾数；一部分用于表示该数 的小数点位置，称为阶码。
一般阶码用整数表示，尾数大多用小数表
零的表示有两种：
正零为0.0…0，负零为1.1…1。
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Excess系统
特点:能同时存储正负数,易于二与十进制数转换。 正数（幻数）用于转换过程，在8位模式下幻数为 （2 n-1）=128 或（2 n-1）-1=127，并分别称 Excess-128与Excess-127。
Excess系统数据表示法（数据转换法）：将十进 制整数与幻数之和转换为二进制数，并补足N位。
4．第四代计算机（1974年至今）
其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机
的主要功能部件。
----------------- 注：与教材所讲有不同
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第二章 数据的表示
• 数据的类型 • 计算机内部的数据 • 表示数据 • 十六进制表示法 • 八进制表示法
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数据的类型
计算机能处理的数据分类为：

力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
《计算机科学导论》概述详解
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯

输入数据和中间结果。
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3.5.1 计算机系统的分类
1.单指令流单数据流SISD计算机系统结构
由一个处理器和一个存储器组成。每次执行一条指令，每次 从存储器取或存一个数据。
2.单指令流多数据流SIMD计算机系统结构
系统由一个指令控制部件、多个处理部件和多个存储器组成。 各处理器和各存储器间通过互联网络进行通信。
同的指令来完成。 2) 单独编址：单独设置I/O指令来对I/O设备进行操作。 5. 接口的分类 （1）按数据传输宽度分：并行接口与串行接口 （2）按数据传送的控制方式分：程序直接控制的输入输
出接口、程序查询控制接口、程序中断输入输出接口、 DMA接口 （3）按操作节拍分：同步接口和异步接口
计算机科学导论
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3.3 存储系统组织结构
3.3.3 高速缓冲存储器
Cache是一种存储空间较小而存取速度却很高的一种存储器。是一种放 置在CPU和主存储器之间的存取速度快、而规模较小的存储器。 辅 助 硬 件
中 央 处 理 器 CPU
Cache
主 存
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3.3.4 虚拟存储器
虚拟存储器用于“主存一辅存”层次，它能使 计算机具有辅存的容量，接近于主存的速度。它使程序 员能够在比主存大得多的空间编制程序，即按虚存空间 编址。
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3.4 输入输出系统
3. I/O接口的基本结构 • 数据寄存器； • 设备地址译码器； • 设备状态寄存器； • 数据格式变换器，用于串到并、并到串
的转换； • 总线通信控制用的定时信号线路。
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3.4 输入输出系统
4.外部设备的寻址 1) 统一编址：将对内存的操作和对I/O设备的操作用相

在宾尼法尼大学诞生，命名EDVAC（埃德瓦克）. 存储原理、快240倍（1952核武器理论运算） 与此同时，同样类型的被称为EDSAC（埃德沙克）的 电子延迟存储自动计算机 由英国剑桥大学的 Maurice
Wilkes 制造产生.
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国内第一台模拟电子计算机 1956年，东北大学教授李华天带领工作人员开发 研制出国内第一台模拟电子计算机。 全套设备占地面积 40 平方米，拥有 5 个 2.3 米高的
尽管可以有不同类型的存储器、不同类型的输入 / 输出 子系统等。在第5章我们将详细讨论计算机模型.
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数据 Data
冯诺依曼模型将一台计算机定义为一台数据处理机。 它接收输入数据，处理并输出相应的结果。 存储数据：冯诺伊曼模型并没有清楚定义数据应如何 存储在计算机中。如果一台计算机是电子设备，最好的
Figure 1.5 冯.诺依曼模型
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四个子系统 Four subsystems 存储器：用来存储的区域。在计算机的存储过程 中，用来存储程序和数据。 算术逻辑单元 : 进行计算和逻辑运算。 控制单元: 对存储器、ALU、I/O等子系统进行控 制操作。 输入输出单元 : 输入子系统负责从计算机外部接 收输入数据和程序。输出子系统负责将计算机的 处理结果输出到计算机外部。
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存储的程序概念 The stored program concept
冯诺依曼模型要求程序必须存储在内存中.
与早期只有数据才存储在存储器中的计算机结构完全不同 :
完成某一任务的程序是通过操作一系列的开关或改变其配 线来实现的. 现代计算机的存储单元主要用来存储程序及其响应数据。 这意味着数据和程序应该具有相同的格式，这是因为它们
计算机科学导论 第一章_绪 论

• 程序必须是有限的指令数量组成的。按照一般的 理解，计算机指令是进行基本操作的机器代码
• 程序的编制
– 早期的计算机没有“编程(Programming)”这个概念 – 编制程序是指在实际处理数据之前，确定处理这些数
据的方法和过程 – 方法和过程——和计算机本身的能力结合
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– 20世纪六七十年代还在使用的“模拟计算机” 也被数字计算机所取代
• 关于计算机的“代”——并没有一致的说 法
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第一代计算机（1946—1959）
• 电子管计算机
– 计算机全名为通用数字电子计算机 – 体积大，故障率高
• UNIVAC的机器于1952年美国中大选预测 艾森豪威尔获胜——预测结果和实际统计 结果完全相同
• 1957年IBM公司生产的第一台商用计算机 IBM701，一共生产了19台：
– 二进制的0和1表示数据和程序
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第二代计算机（1959—1963）
• 晶体管计算机
– 1948年6月贝尔实验室研制成功世界上第一只晶体管 – 第一台晶体管的计算机是CDC制造的1604机器 – 开始使用高级语言 – 开始通过电话线进行数据交流，虽然速度很慢，但这已
Overview
• 计算机是什么 • 冯·诺依曼体系结构 • 计算机的历史 • 计算机的特点和用途 • 计算机的类型 • 计算机科学和计算机工具
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1.1 计算机是什么
• 计算（Computation） • 计算机（Computer） • 理解计算机作为：
– 信息系统的基础 – 数据处理机 – 具有程序能力的数据处理机

16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
《计算机科学导论》概述解析
1、战鼓一响，法律无声。——英，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
END

Objectives (continued):
❑ To describe how reals are stored in a computer using floatingpoint format. To describe how text is stored in a computer using one of the various encoding systems. To describe how audio is stored in a computer using sampling, quantization, and encoding.
both refer to the same quantity, (42)10 but their
representations are different. This is the same as using
the words cheval (French) and equus (Latin) to refer to
❑ ❑
To describe how integers are stored in a computer using sign-and-magnitude format. To describe how integers are stored in two’s complement format.
1.38
1.1 TURING MODEL
The idea of a universal computational device was first described by Alan Turing in 1937. He proposed that all computation could be performed by a special kind of a machine, now called a Turing machine. Although Turing presented a mathematical description of such a machine, he was more interested in the philosophical definition of computation than in building the actual machine.

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谢谢欣赏
人工智能倒逼学习方式转变
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人工智能 VS 人类大脑
在训练模式上，应试教育的刷题训练与人工智能 的大数据训练具有高度相似性：
刷题训练：用大量的题目训练学生的大脑 大数据训练：用大量数据训练一个深度神经网络
人工智能相比人类大脑的优势：
办公室电话：63601013 邮箱：ylxu@
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谢谢欣赏
课程简介
教学目标：
了解计算机专业要学什么、专业的起源与发展、 将来能从事什么职业
熟悉计算机的使用
学时：20 学分：1 课程类型：考查
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教材
《计算机科学引论》（Computing Essentials） （2017英文精编版），机械工业出版社
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谢谢欣赏
三大科学思维
推动人类文明进步和科技发展的三大科学：
理论科学，实验科学，计算科学
与三大科学相对应的是三大科学思维：
理论思维：又称推理思维，以推理和演绎为特 征，以数学学科为代表
实验思维：又称实证思维，以观察和总结自然 规律为特征，以物理学科为代表
计算思维：又称构造思维，以设计和构造为特 征，以计算机学科为代表
大型IT公司都会在程序设计题中考察应聘者的数学思维 能力
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谢谢欣赏
数学在计算机科学中的应用
计算机三维动画：几何学，分形理论和技术 游戏、图形软件：线性代数（坐标变换、矩阵运算等） 数据挖掘：线性代数，统计学，多元微积分，泛函分

1.10
Figure 8.6: Three constructs
1.11
8.3 Algorithm Representation
So far, we have used figures to convey the concept of an algorithm. During the last few decades, tools have been designed for this purpose. Two of these tools, UML and pseudocode, are presented here.
1.19
8.4 A More Formal Definition
Now that we have discussed the concept of an algorithm and shown its representation, here is a more formal definition. Let us elaborate on this definition.
❑ To list basic algorithms and their applications.
1.2
Objectives (continued):
❑ To describe the concept of sorting and understand
the three primitive sorting algorithms.
algorithms.
1.3
8.1 Concept
In this section we informally define an algorithm and elaborate on the concept using an example.

图像
音频
编码 1000…… 000
器
0101…… 001
解码
音频
视频
编码
1011…… 100
1111…… 111
解码
视频
字节：长度为8的位模式 1 byte = 8 bits
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常用单位的换算关系
Hale Waihona Puke Bit—位Byte—字节1 Byte = 8 Bits.
Kilobyte (KB)—千字节
1KB = 1,024 = 210 bytes.
是一系列的符号，如26个英文字母， 数字0 9，标点符号等。 ➢ 计算机用一定长度的位模式来表示符 号。符号序列是文本的一个片段。
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位模式长度与表示的字符的个数关系
符号个数2N 2 16
128 ……. 65,536
位模式长度N 1 4 7
……. 16
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目前几种常见的文本符号编码: ➢ ASCII码 ➢ 扩展 ASCII码 ➢ EBCDIC ➢ Unicode ➢ ISO
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ASCII码(美国信息交换标准码)
American Standard Code for Information Interchange
美国国家标准局制（， American National Standards Institute ，ANSI）制
定的一套标准化信息交换码。 ASCII码由7位二进制位模式组成，对
0 ---00110000 30H A ---01000001 41H a ---01100001 61H
9 ---00111001 39H Z ---01011010 5AH z ---01111010 7AH
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计算机科学导论
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
Hale Waihona Puke 谢谢！