第一章 程序设计与计算思维

《大学计算机基础与计算思维》习题参考答案第一章计算机引论一、简答题(1)什么是数据？什么是信息？二者有什么关系？答：数据是记录下来的可以鉴别的符号，它可以通过语言、文字、符号、图形、声音、光、电等来记录客观事物的状态。

数据是对客观事物的一种符号描述，而信息是经过加工后的数据，是可以用来通信的知识。

信息是用来消除随机不确定性的东西。

二者关系为：数据是信息的原材料，而信息则是数据加工后的产品。

(2)支撑人类社会文明的三要素是什么？如何理解三者在不同历史时期的地位和作用？答：三要素为：信息、物质、能源。

不同历史时期三种要素的利用比例不同。

(3)什么是数字化？在计算机领域内又如何理解？答：数字化分为广义和狭义二种，广义的数字化：指信息经过数字化处理的广泛应用。

狭义的数字化：是指由数字信号（数码）取代模拟信号来表征、处理、存储、传输各种信息的过程。

在计算机领域内，我们可以将数字化理解为将许多复杂的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变成一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理。

(4)简述计算机的发展阶段。

答：1932年英国数学家亚伦.图灵(Alan Turing)提出一人计算模型，称图灵机，现在的计算机在本质上与图灵机是一样的。

1936年，Konrad Zuse建造了一台可编程的数字化计算机，它引入了二进制系统和电子管的使用。

第一代计算机：1946至1956年，世界上第一台计算机ENIAC，电子管元件。

宾夕法尼亚大学的美籍匈牙利数学家冯.诺依曼改进了ENIAC研制出了世界上第二台计算机EDVAC，作了重要改进：一是采用了二进制，二是程序和数据存入计算机内部。

冯.诺依曼为现代计算机在体系结构和工作原理奠定了基础。

当今的计算机依然遵循的是冯.诺依曼提出的计算机体系结构。

第二代计算机：(5) 简述计算机的特点。

运算速度快、计算精度高、存储容量大、具有逻辑判断功能、可靠性高、自动化程度高、通用性强等。

有三个核心领域：自动机理论、可计算性理论和 计算的复杂性理论
自动机将离散数学系统的构造，作用和关系作为研究 对象的数学理论（描述通用计算机计算能力的图灵机 模型）
可计算性理论的中心问题是建立计算的数学模型，进 而研究哪些是可计算的，哪些是不可计算的
计算的复杂性理论研究算法的时间复杂性和空间复杂
性
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第1章 计算机与计算思维
《大学计算机基础》
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本章提要
计算意义与计算思维 计算科学方法概论 可计算性与计算过程 计算思维的跨学科交融 计算机学科的核心概念
与问题求解
计算思维的技能
科学思维 逻辑思维 算法思维 效率思维 创新思维 伦理思维
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计算思维（Computational thinking,CT）由美国 Carnegie Mellon 大学计算机科学教授周以真女士 于2006年提出
并且引人入胜的科学问题
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Computation vs. Computing
Computation 是可用数学表示的任何形式的信息处理 的概念，它包括简单的计算和人的思维（human thinking）
所以，计算思维无论是由人或机器执行，都是建立在计算 处理的能力和限制之上的
Computing 意味着任何面向目标的需要、受益于和创 造计算机的活动,包括
②再由此试用数学方法导出 另一易于实验证实的数量 关系；
③然后通过实验证实这种数 量关系
对于实验思维来说，最为重
要的事情就是设计、制造大家好
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实验仪器和追求理想的实
计算思维
计算思维最根本的内容，即其本质是抽象 （Abstraction）与自动化（Automation）

二、存储器
• 存储器(memory)是用来存储程序和数据的部件。 对存储器既可以进行“读”（取数）、“写” （存数）操作。 • 衡量存储器的性能指标有： 存储容量 存储速度 价格 • 存储器技术在不断发展，存储器容量越来越大、 存取速度越来越快、价格越来越低、体积越来越 小、耗电越来越省，就连使用寿命也越来越长。
?有的电磁感应笔其基板能感应出用户写字过程中在笔尖上用力的变化并将压力的大小例如分为512级传送给主机主机就能在荧屏上显示出笔迹的粗细这样就更接近于真正的笔在书写时的感觉这就是所谓的压力感应笔它在签名识别绘画中很有用
第1章 计算机与计算思维概述
1.1 计算机系统组成
• 硬件系统 • 软件系统
硬件系统
安腾(Itanium)处理器： 64位开拓者 瞄准高端企业市场，运行的系统一般是UNIX系统 高性价比，性能卓越，更低功耗
Itanium 2被大量用在需要计算的超级电脑上， 以及大型公司的Байду номын сангаас据库系统
Intel Atom是Intel历史 上体积最小和功耗最小 的处理器。 下一代ATOM芯片： 进军移动通讯领域
取 出 指 令
操 作 信 号
反 馈 信 号
一、 CPU
• 运算器和控制器合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。 • 它是计算机的核心部件。 • CPU的具体任务是执行指令，它按照指令 的要求完成对数据的基本运算和处理。 • CPU主要由运算器、控制器、寄存器和高 速缓冲存储器（cache）等组成。
三、输入设备
• 输入(Input)设备能把程序、数字、图形、图像、 声音、控制现场的模拟量等数据，通过输入接口 转换成计算机可以接收的电信号。 • 常用的输入设备有键盘、鼠标器、操纵杆、卡片 输入机、纸带输入机、光笔、语音识别装置、数 字化仪、扫描仪、条形码阅读器、磁墨水字符阅 读机、光学字符阅读机(Optical Character Reader,OCR)、调制解调器(modem)及各种模/数 (A/D)转换器等。

我们相信计算科学是21世纪最重要的技术领域之一，因为它对 整个社会的进步都是十分重要的。计算科学为研究者提供了一个独 特的窗口，他们可以通过它来研究那些不切实际或很难解决的问题， 为高经济效益提供高级工业方法，如高效设计比价格昂贵又费时的 风洞试验更有效的机翼计算试验。
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科学与计算科学

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科学与计算科学
二、计算科学与计算学科 计算科学/Computational Science：一种与 数学模型构建、定量分析方法以及利用计算机来 分析和解决科学问题的研究领域。(计算视角)
计算科学/Computing Science：应用高 性能计算能力预测和了解实际世界物质运动 或复杂现象演化规律的科学，它包括数值模 拟、工程仿真高效计算机系统和应用软件等。 (计算机视角)
从计算机的角度来说，计算科学(Computing Science)是应用 高性能计算能力预测和了解客观世界物质运动或复杂现象演化 规律的科学，它包括数值模拟、工程仿真、高效计算机系统和 应用软件等。 3、学科
一是指学术的分类；指一定科学领域或一门科学的分支。 如自然科学中的物理学、化学；社会科学中的法学、社会学等。 二是 “教学科目”的简称，也称“科目”。教学中按逻辑程序 组织的一定知识和技能范围的单位。 如中小学的数学、物理、语文、音乐等；高等学校中讲授或研 究知识的分科。
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科学与计算科学
2005：计算科学 --确保美国的竞争力报告建议：应将计算科学长期 1993：高性能计算与通信 --HPCC计划 置于国家科学与技术领域中心的领导地位。

1996：加速战略计算创新--ASCI计划 计算科学是运用高级计算能力来理解和处理复杂问题的学科， 已经成为对科学领导力、经济竞争力以及国家安全都至关重要的一 2002：高性能计算系统--HPCS计划 门科学。