一計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)…CONTENTS任務(wù)一了解計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程任務(wù)二了解科學(xué)思維訓(xùn)練實(shí)踐與拓展評(píng)價(jià)任務(wù)三了解計(jì)算機(jī)中信息的表示目標(biāo)

計(jì)算機(jī)的誕生開啟了人類信息時(shí)代的序幕。計(jì)算機(jī)作為20世紀(jì)誕生的最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一,以其強(qiáng)大的生命力迅速?gòu)淖畛醯能娛驴蒲袘?yīng)用擴(kuò)展到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。因此,掌握計(jì)算機(jī)的基本操作技能,學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)作為工具去解決實(shí)際問題,已經(jīng)成為各行業(yè)對(duì)所需人才的基本要求之一。本項(xiàng)目模塊將通過(guò)3個(gè)任務(wù)來(lái)介紹計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),包括了解計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程、了解科學(xué)思維、認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)中信息的表示等,為后面的學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)了解計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程任務(wù)目標(biāo):了解計(jì)算機(jī)的誕生過(guò)程、計(jì)算機(jī)的5個(gè)發(fā)展階段、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì);認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類和具體應(yīng)用。(1)原始人類的計(jì)數(shù)。人類使用工具進(jìn)行計(jì)算的歷史可以追溯到原始人的手指計(jì)算、石頭計(jì)數(shù)、木棍計(jì)數(shù)、結(jié)繩計(jì)1數(shù)、刻痕計(jì)數(shù)等方式。(2)中國(guó)甲骨文甲骨文又稱“契文”“甲骨卜辭”“殷墟文字”或“龜甲獸骨文”。(3)中國(guó)的籌算數(shù)碼籌算數(shù)碼常指中國(guó)從漢代籌算至明代商業(yè)所用的數(shù)字,是人類最重要、最常用的數(shù)字之一。(4)中國(guó)的珠算盤。算籌操作簡(jiǎn)單,念歌訣擺弄算籌,計(jì)數(shù)既直觀又形象知識(shí)點(diǎn)2近代的計(jì)算工具(1)比例規(guī)比例規(guī)又叫扇形圓規(guī),,用于計(jì)算、考古繪圖或繪畫設(shè)計(jì)(2)納皮爾籌它是由十根木條組成的,每根木條上都刻有數(shù)碼,右邊第一根木條是固定的,其余的都可根據(jù)計(jì)算的需要進(jìn)行拼合或調(diào)換位置(3)計(jì)算尺計(jì)算尺(SlideRule)是根據(jù)對(duì)數(shù)原理制成的一種計(jì)算工具,能進(jìn)行乘、除、乘方、開方、三角函數(shù)及對(duì)數(shù)等的運(yùn)算(4)加法器1642年,法國(guó)數(shù)學(xué)家布萊士·帕斯卡)為了幫助整天忙著計(jì)算稅率、稅款的父親,發(fā)明了世界上第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)———加法器知識(shí)點(diǎn)2近代的計(jì)算工具(5)乘法器萊布尼茨轉(zhuǎn)輪,因?yàn)樵黾恿艘粋€(gè)“步進(jìn)輪”,解決了進(jìn)位和連續(xù)計(jì)算的問題,已經(jīng)能夠完全掌握四則運(yùn)算規(guī)則,自動(dòng)進(jìn)行加減乘除(6)差分機(jī)1819年,英國(guó)科學(xué)家查爾斯·巴貝奇,設(shè)計(jì)出“差分機(jī)”,并于1822年制造出可動(dòng)模型,制作了差分機(jī)1號(hào)的七分之一(7)手搖計(jì)算機(jī)“奧德涅爾輪”就是凸齒上有9個(gè)齒數(shù)可變的用于置數(shù)的輪子,代替了萊布尼茲的階梯形軸。奧拓展閱讀

原子彈是算盤打出來(lái)的?在“兩彈一星”的研發(fā)過(guò)程中,由于條件艱苦、設(shè)備簡(jiǎn)陋、算力緊張,新中國(guó)第一代科學(xué)家利用“算盤+計(jì)算尺+手搖計(jì)算機(jī)+國(guó)產(chǎn)電子計(jì)算機(jī)”把理論變成現(xiàn)實(shí),完成轟動(dòng)世界的壯舉。鄧稼先領(lǐng)導(dǎo)研制中國(guó)第一顆原子彈時(shí)使用的手搖計(jì)算機(jī)如圖1.17所示。

1958年,我國(guó)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)103型計(jì)算機(jī)問世。1959年,104型計(jì)算機(jī)問世,并成為我國(guó)科學(xué)家在研發(fā)“兩彈一星”時(shí)使用的主力機(jī)型。中科院計(jì)算技術(shù)研究所研制的104型計(jì)算機(jī)如圖1.18所示。關(guān)于“原子彈是算盤打出來(lái)的”這一說(shuō)法,科學(xué)家們確實(shí)用過(guò)算盤、計(jì)算尺作為補(bǔ)充性的輔助工具,用于粗估,原子彈研發(fā)過(guò)程中的主要算力來(lái)自手搖計(jì)算機(jī)+國(guó)產(chǎn)電子計(jì)算機(jī)。知識(shí)點(diǎn)3電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展隨著人類對(duì)計(jì)算需求的不斷提升,計(jì)算工具經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的演化,它們?cè)诓煌臍v史時(shí)期推動(dòng)了科技的進(jìn)步,當(dāng)手動(dòng)計(jì)算不能滿足人類生產(chǎn)、生活需求時(shí),現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)開始走入人們的視野。進(jìn)入20世紀(jì),電子技術(shù)、自動(dòng)理論、數(shù)學(xué)科學(xué)的發(fā)展為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。(1)微分分析器1930年,美國(guó)科學(xué)家、工程師范內(nèi)瓦·布什造出世界上首臺(tái)模擬電子計(jì)算機(jī)———微分分析器(2)ABC計(jì)算機(jī)美國(guó)科學(xué)家約翰·文森特·阿塔納索夫與當(dāng)時(shí)的物理系碩士生克利福德·貝瑞)一起開發(fā)的阿塔納索夫-貝瑞計(jì)算機(jī),是世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)(3)ENIAC1946年2月,由美國(guó)軍方定制的電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)問世代別劃分年代電子元器件運(yùn)算速度(指令數(shù)/秒)硬件軟件應(yīng)用領(lǐng)域

第一代計(jì)算機(jī)

1946-1958

真空電子管

幾千—幾萬(wàn)主存儲(chǔ)器采用汞延遲線、陰極射線示波管靜電存儲(chǔ)器、磁鼓、磁芯；外存儲(chǔ)器采用的是磁帶

機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言

軍事和科學(xué)計(jì)算

第二代計(jì)算機(jī)

1958-1964

晶體管

幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)內(nèi)存儲(chǔ)器大量使用磁性材料制成的磁芯存儲(chǔ)器，外存儲(chǔ)器主要采用磁帶、磁盤

高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、早期操作系統(tǒng)除科學(xué)計(jì)算外，已應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制

第三代計(jì)算機(jī)

1965-1970

中小規(guī)模集成電路

幾十萬(wàn)至幾百萬(wàn)內(nèi)存儲(chǔ)器磁芯、半導(dǎo)體，外存儲(chǔ)器主要采用磁帶、磁盤廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時(shí)、實(shí)時(shí)等操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制

第四代計(jì)算機(jī)

1971至今

大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路

上千萬(wàn)至千萬(wàn)億

內(nèi)存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體芯片，外存儲(chǔ)器采用大容量磁盤、光盤等可視化操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)軟件。微處理器和微型計(jì)算機(jī)獲得飛速發(fā)展廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活各個(gè)領(lǐng)域，并進(jìn)入以網(wǎng)絡(luò)為支撐的應(yīng)用時(shí)代

第五代智能計(jì)算機(jī)

1981至今

超大規(guī)模集成電路，光學(xué)元器件等

億億先進(jìn)的微細(xì)加工和封裝測(cè)試技術(shù)，砷化鎵器件、約瑟夫森器件、光學(xué)器件、光纖通信技術(shù)以及智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)等

由問題求解與推理、知識(shí)庫(kù)管理和智能化人機(jī)接口三個(gè)基本子系統(tǒng)組成

模擬人的智能和交流方式拓展閱讀

戈登·摩爾(GordonMoore)是Intel公司的創(chuàng)始人之一。1965年,時(shí)任仙童半導(dǎo)體公司研究開發(fā)實(shí)驗(yàn)室主任的摩爾應(yīng)邀為《電子學(xué)》雜志35周年?？瘜懥艘黄}目是《讓更多的元器件填滿集成電路》的觀察評(píng)論報(bào)告,對(duì)未來(lái)十年間半導(dǎo)體元件工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)言。這篇報(bào)告整理后形成摩爾定律:由于硅技術(shù)的不斷改進(jìn),每18個(gè)月,集成度將翻一番,速度將提高一倍,而其價(jià)格將降低一半。實(shí)踐證明摩爾定律的預(yù)測(cè)是基本準(zhǔn)確的。知識(shí)點(diǎn)4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)(1)微型化微型化是指用高性能的VLSI(超大規(guī)模集成電路)來(lái)開發(fā)質(zhì)量更可靠、性能更好、價(jià)格更低、整機(jī)更小、攜帶更方便的高度集成的微型計(jì)算機(jī)(2)巨型化巨型化是指運(yùn)行速度更快、存儲(chǔ)容量更大、功能更強(qiáng)、可靠性更高的計(jì)算機(jī)(3)網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化是通過(guò)通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)將具有地理獨(dú)立功能的不同計(jì)算機(jī)相互連接,在通信軟件的支持下,按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)軟硬件資源共享、信息交換和協(xié)同工作(4)智能化智能化是指事物在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下,所具有的能滿足人的各種需求的屬性010203040506知識(shí)點(diǎn)5計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類和應(yīng)用計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)(1)運(yùn)算速度快，(2)計(jì)算精確度高(3)邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)(4)存儲(chǔ)容量大(5)自動(dòng)化程度高(6)普及率高(1)按信息的處理方式分類。按信息的處理方式分類可將計(jì)算機(jī)分為數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)和混合計(jì)算機(jī)3種。(2)按照用途及其使用范圍分類。按照用途及其使用范圍,可將計(jì)算機(jī)分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)(3)按照性能、規(guī)模和功能分類。按照性能、規(guī)模和處理能力進(jìn)行分類,可以將計(jì)算機(jī)分為微型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)拓展閱讀

國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心是由國(guó)家科技部批準(zhǔn)成立的數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)構(gòu),是科技部下屬事業(yè)單位。納入國(guó)家超算中心序列的有九所:國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算鄭州中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算昆山中心、成都超算中心?！吧裢狻背阌蓢?guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制,安裝在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心,該中心由清華大學(xué)管理運(yùn)營(yíng)。5.3計(jì)算機(jī)的應(yīng)用(1)科學(xué)計(jì)算(或數(shù)值計(jì)算)?？茖W(xué)計(jì)算是指利用計(jì)算機(jī)再現(xiàn)、預(yù)測(cè)和發(fā)現(xiàn)客觀世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律和演化特征的全過(guò)程,是指利用計(jì)算機(jī)解決科學(xué)和工程中的數(shù)學(xué)問題進(jìn)行的數(shù)值計(jì)算(2)數(shù)據(jù)處理(或信息處理)。數(shù)據(jù)處理是指對(duì)數(shù)值、文字、圖表等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、利用、傳播等一系列活動(dòng)的統(tǒng)稱。被廣泛地應(yīng)用于辦公自動(dòng)化,80%以上的計(jì)算機(jī)主要用于數(shù)據(jù)處理,這類工作量大面寬,是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主導(dǎo)方向數(shù)據(jù)處理從簡(jiǎn)單到復(fù)雜經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:①電子數(shù)據(jù)處理(ElectronicDataProcessing,EDP)②管理信息系統(tǒng)(ManagementInformationSystem,MIS)③決策支持系統(tǒng)(DecisionSupportSystem,DSS)(3)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是指利用計(jì)算機(jī)來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程設(shè)計(jì),以提高設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化程度,縮短設(shè)計(jì)周期、降低生產(chǎn)成本、節(jié)省人力物力,而且保證產(chǎn)品質(zhì)量：①計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign,CAD)。②計(jì)算機(jī)輔助制造(ComputerAidedManufacturing,CAM)③計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(ComputerAidedInstruction,CAI)。(4)過(guò)程控制(或?qū)崟r(shí)控制)。(5)人工智能(或智能模擬)

(6)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

(7)多媒體技術(shù)拓展閱讀

英國(guó)數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家、密碼學(xué)家艾倫·圖靈(AlanTuring,1912—1954),被稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父、人工智能之父。1936年,圖靈在《論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用》的論文中,給“可計(jì)算性”下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義,并提出著名的“圖靈機(jī)”(TuringMachine)設(shè)想?！皥D靈機(jī)”不是一種具體的機(jī)器,而是一種思想模型,可制造一種十分簡(jiǎn)單但運(yùn)算能力極強(qiáng)的計(jì)算裝置,用來(lái)計(jì)算所有能想象得到的可計(jì)算函數(shù)?！皥D靈機(jī)”與“馮·諾伊曼機(jī)”齊名,被永遠(yuǎn)載入計(jì)算機(jī)的發(fā)展史中。1950年10月,圖靈又發(fā)表劃時(shí)代之作———《機(jī)器能思考嗎》,也正是這篇文章,為圖靈贏得了“人工智能之父”的桂冠。著名的圖靈測(cè)試:如果一個(gè)人(代號(hào)C)使用測(cè)試對(duì)象皆理解的語(yǔ)言去詢問兩個(gè)他不能看見的對(duì)象任意一串問題。對(duì)象為:一個(gè)是正常思維的人(代號(hào)B)、一個(gè)是機(jī)器(代號(hào)A)。如果經(jīng)過(guò)若干詢問以后,C不能得出實(shí)質(zhì)的區(qū)別來(lái)分辨A與B的不同,則此機(jī)器A通過(guò)圖靈測(cè)試,這臺(tái)機(jī)器具有智能。圖靈還進(jìn)一步預(yù)測(cè)稱,到2000年,人類應(yīng)該可以用10GB的計(jì)算機(jī)設(shè)備,制造出可以在5分鐘的問答中騙過(guò)30%成年人的人工智能。2014年,俄羅斯人開發(fā)的聊天機(jī)器人軟件尤金·古斯特曼號(hào)稱是史上第一個(gè)通過(guò)圖靈測(cè)試的人工智能。5.4未來(lái)新一代的計(jì)算機(jī)(1)量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置(2)模糊計(jì)算機(jī)模糊計(jì)算機(jī)是專門用以處理模糊信息的電子計(jì)算機(jī),屬于第六代計(jì)算機(jī)(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)是模仿人的大腦判斷能力和適應(yīng)能力、可并行處理多種數(shù)據(jù)功能,可以判斷對(duì)象的性質(zhì)與狀態(tài),并能采取相應(yīng)的行動(dòng),而且可同時(shí)并行處理實(shí)時(shí)變化的大量數(shù)據(jù),并引出結(jié)論的計(jì)算機(jī)(4)生物計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)也稱仿生計(jì)算機(jī),屬于第六代計(jì)算機(jī)。拓展閱讀

上海交通大學(xué)金賢敏團(tuán)隊(duì),長(zhǎng)期聚焦光子芯片,將量子信息和光子信息芯片化與集成化。2018年,金賢敏團(tuán)隊(duì)通過(guò)“飛秒激光直寫”技術(shù)制備出節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)49×49的芯片,是世界最大規(guī)模的三維集成光量子芯片,也是國(guó)內(nèi)首個(gè)光量子計(jì)算芯片。2020年,金賢敏團(tuán)隊(duì)又研制出一種基于非馮·諾依曼計(jì)算架構(gòu)下的結(jié)合集成芯片、光子概念的光子計(jì)算機(jī)。2021年2月國(guó)內(nèi)首家光量子芯片及光量子計(jì)算公司———圖靈量子成立于上海。圖靈量子已發(fā)布的核心產(chǎn)品包括全系統(tǒng)集成的商用科研級(jí)專用光量子計(jì)算機(jī)———TuringQGen1、三維光量子芯片及超高速可編程光量子芯片等,自主研發(fā)的首款商用光量子計(jì)算模擬軟件FeynmanPAQS彌補(bǔ)了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)光量子EDA領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)品的空白。。拓展閱讀

2020年,浙江大學(xué)聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室共同研制成功了我國(guó)首臺(tái)基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計(jì)算機(jī)(DarwinMouse)。這臺(tái)類腦計(jì)算機(jī)包含792顆浙江大學(xué)研制的達(dá)爾文2代類腦芯片,支持1.2億脈沖神經(jīng)元、近千億神經(jīng)突觸,與小鼠大腦神經(jīng)元數(shù)量規(guī)模相當(dāng),典型運(yùn)行功耗只需要350~500瓦,同時(shí)它也是目前國(guó)際上神經(jīng)元規(guī)模最大的類腦計(jì)算機(jī),如圖1.23所示。與此同時(shí),團(tuán)隊(duì)還研制了專門面向類腦計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)———達(dá)爾文類腦操作系統(tǒng)(DarwinOS),實(shí)現(xiàn)對(duì)類腦計(jì)算機(jī)硬件資源的有效管理與調(diào)度,支撐類腦計(jì)算機(jī)的運(yùn)行與應(yīng)用。訓(xùn)練實(shí)踐與拓展評(píng)價(jià)

圖靈獎(jiǎng)是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域世界最高獎(jiǎng)項(xiàng),請(qǐng)查找獲得圖靈獎(jiǎng)的科學(xué)家,選擇其中一位進(jìn)行100字以內(nèi)的總結(jié),并與同學(xué)進(jìn)行分享目標(biāo)

科學(xué)思維是指符合認(rèn)識(shí)規(guī)律、遵循一定的邏輯規(guī)則,并能夠達(dá)到正確認(rèn)識(shí)結(jié)果的思維。科學(xué)思維是為了正確認(rèn)識(shí)客觀世界所具有的思辨模式和認(rèn)識(shí)方法,它是連接實(shí)踐與理論的橋梁科學(xué)思維的本質(zhì)特點(diǎn)是正確性在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中,科學(xué)思維需要遵守三個(gè)基本原則:邏輯性原則、方法論原則、歷史性原則。了解常見的科學(xué)思維,了解科學(xué)思維遵循的三個(gè)原則,了解科學(xué)思維的三大思維;能夠有意識(shí)地運(yùn)用科學(xué)思維和創(chuàng)新思維去分析問題、解決問題,培養(yǎng)科學(xué)思維素質(zhì),提升科學(xué)思維能力;嘗試分析總結(jié)計(jì)算機(jī)使用過(guò)程中軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)上的創(chuàng)新設(shè)計(jì)了解科學(xué)思維6.1邏輯性原則邏輯性原則就是遵循邏輯法則,達(dá)到歸納和演繹的統(tǒng)一?？茖W(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的邏輯規(guī)則包括歸納邏輯、演繹邏輯以及歸納和演繹的統(tǒng)一。(1)從個(gè)別到一般的歸納思維其目的在于透過(guò)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)本質(zhì),通過(guò)特殊揭示一般。主要的歸納方法包括完全歸納法、簡(jiǎn)單枚舉法和因果聯(lián)系的歸納法(2)從一般到個(gè)別的演繹思維所謂演繹是根據(jù)一類事物都有的屬性、關(guān)系、本質(zhì)來(lái)推斷該事物中個(gè)別事物也具有此屬性、關(guān)系和本質(zhì)的思維方法和推理形式(3)歸納和演繹的辯證統(tǒng)一個(gè)性中包含共性,通過(guò)個(gè)性可以認(rèn)識(shí)共性。同樣,掌握了共性就能更深刻地了解個(gè)性。歸納和演繹之間是相互依存、相互滲透的,它們?cè)诳茖W(xué)認(rèn)識(shí)中的主次地位是可以互相轉(zhuǎn)化的。6.2方法論原則方法論原則就是在方法上要求辯證地分析和綜合兩種思維方法。分析與綜合是抽象思維的基礎(chǔ)方法,分析是把事物的整體或過(guò)程分解為各個(gè)要素,分別加以研究的思維方法和思維過(guò)程。(1)分析思維方法分析方法大體上有四個(gè)層次,即定性分析、定量分析、因果分析和系統(tǒng)分析,它是最基本的思維方法之一(2)綜合思維方法綜合思維是力求通過(guò)全面掌握事物各部分、各方面的特點(diǎn)及內(nèi)在聯(lián)系,并通過(guò)概括和升華,以事物各個(gè)部分、各個(gè)屬性和關(guān)系的真實(shí)聯(lián)結(jié)和本來(lái)面貌來(lái)復(fù)現(xiàn)事物的整體,綜合為多樣性的統(tǒng)一體(3)分析與綜合辯證統(tǒng)一的思維分析思維與綜合思維所關(guān)心和強(qiáng)調(diào)的角度不同,“認(rèn)識(shí)了部分才能更好地認(rèn)識(shí)整體”和“認(rèn)識(shí)了整體才能更好地認(rèn)識(shí)部分”是同一個(gè)原則的兩個(gè)方面,整個(gè)認(rèn)識(shí)過(guò)程應(yīng)該是分析與綜合的辯證結(jié)合過(guò)程。0102030405066.3歷史性原則

歷史性原則就是在體系上,實(shí)現(xiàn)邏輯與歷史的一致,達(dá)到理論與實(shí)踐的具體歷史的統(tǒng)一。歷史性原則就是承認(rèn)事物存在的暫時(shí)性和實(shí)際生活永恒的變動(dòng)性,憑借時(shí)代的發(fā)展和歷史條件的變化而不斷地拓展自身的理論內(nèi)容和理論形態(tài)。歷史是第一性的,是邏輯的客觀基礎(chǔ);邏輯是第二性的,是對(duì)歷史的抽象概括

科學(xué)思維不僅是一切科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的起點(diǎn),而且始終貫穿于科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的全過(guò)程,是創(chuàng)新的靈魂。三大科學(xué)思維包括實(shí)證思維、邏輯思維、計(jì)算思維,科學(xué)思維與創(chuàng)新思維相輔相成,具有科學(xué)思維能力是創(chuàng)新型人才在思維方式、知識(shí)素養(yǎng)、實(shí)踐能力上的綜合體現(xiàn)。010203040506知識(shí)點(diǎn)7實(shí)證思維

實(shí)證思維(ExperimentalThinking)又稱實(shí)驗(yàn)思維,是指通過(guò)觀察、歸納為特征,通過(guò)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐獲取自然規(guī)律、事物規(guī)律的一種思維方法,以物理學(xué)科為代表。碰到一個(gè)具體的問題時(shí),確定問題主題,結(jié)合自身實(shí)際情況有針對(duì)性地去學(xué)習(xí),以觀察和歸納為特征,借助某些特定的設(shè)備或方法,來(lái)獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析,提出自己的解決方案,然后積極實(shí)踐,大膽試錯(cuò),刪減、修正方案中的錯(cuò)誤或不足,快速迭代010203040506知識(shí)點(diǎn)8邏輯思維

邏輯思維(LogicalThinking)是指通過(guò)抽象概括,建立描述事物本質(zhì)的概念,應(yīng)用科學(xué)的方法探尋概念之間聯(lián)系的一種思維方法,以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表,以推理和演繹為特征,基于事實(shí),探事物之間聯(lián)系、發(fā)展的一種思維方法。

邏輯思維是人腦的一種理性活動(dòng),思維主體把感性認(rèn)識(shí)階段獲得的對(duì)于事物認(rèn)識(shí)的信息材料抽象成概念,運(yùn)用概念進(jìn)行判斷,并按一定邏輯關(guān)系進(jìn)行推理,從而產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)。邏輯思維每一步必須準(zhǔn)確無(wú)誤,否則無(wú)法得出正確的結(jié)論。邏輯思維是分析性的,按部就班。邏輯思維要遵循邏輯規(guī)律,如同一律、矛盾律、排中律、充足理由律等規(guī)律,違背這些規(guī)律,思維就會(huì)發(fā)生偷換概念、自相矛盾、形而上學(xué)等邏輯錯(cuò)誤,認(rèn)識(shí)就是混亂和錯(cuò)誤的010203040506知識(shí)點(diǎn)9計(jì)算思維

計(jì)算思維(ComputationalThinking)又稱構(gòu)造思維,是指從具體的算法設(shè)計(jì)規(guī)范入手,通過(guò)算法過(guò)程的構(gòu)造與實(shí)施,認(rèn)知事物規(guī)律,解決給定問題的一種思維方法。它以設(shè)計(jì)和構(gòu)造為特征,以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象(Abstract)和自動(dòng)化(Automation)。它反映了計(jì)算的根本問題,即什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行。計(jì)算是抽象的自動(dòng)執(zhí)行,自動(dòng)化需要某種計(jì)算機(jī)去解釋抽象。計(jì)三大思維方法需要在實(shí)踐中有意識(shí)地持續(xù)訓(xùn)練和體會(huì),逐漸養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣,形成良好的科學(xué)思維素養(yǎng),有助于促進(jìn)良好的交流和素質(zhì)的提升,有助于形成正確的世界觀和方法論,有助于掌握認(rèn)識(shí)和改造世界的思想武器,有助于正確地認(rèn)識(shí)世界和改造世界,有助于我們?cè)谡J(rèn)識(shí)世界和改造世界的活動(dòng)中少走彎路,有助于我們判斷事實(shí)是否與理論相符合,有助于正確的科學(xué)理論的形成。總之,科學(xué)思維能夠幫助我們綜合運(yùn)用各種科學(xué)思維方法,面對(duì)新情況,解決新問題,有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)新、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造010203040506知識(shí)點(diǎn)10科學(xué)思維與創(chuàng)新思維創(chuàng)新思維(InnovativeThinking)指的是在科學(xué)研究過(guò)程中,形成一種不受或者較少受傳統(tǒng)思維和范式的束縛,超越常規(guī)思維、構(gòu)筑新意、獨(dú)樹一幟、捕捉靈感或相信直覺,用以實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究突破的一種思維方式。創(chuàng)新思維的本質(zhì)在于用新的角度、新的思考方法來(lái)解決現(xiàn)有的問題。創(chuàng)新思維的判定標(biāo)準(zhǔn)是提高工作質(zhì)量、生活質(zhì)量、工作效率、個(gè)人或產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)、教育等產(chǎn)生有益的影響就是創(chuàng)新,創(chuàng)新不一定非得是全新的東西,“舊瓶子裝新酒”“新瓶子裝老酒”都是創(chuàng)新。進(jìn)行創(chuàng)新思維要注意打破思維定式、思維慣性和思維封閉三大障礙?？茖W(xué)思維與創(chuàng)新思維相輔相成,在科學(xué)研究的過(guò)程當(dāng)中,我們需要?jiǎng)?chuàng)新,而創(chuàng)新的過(guò)程也需要遵守科學(xué)。創(chuàng)新思維用新穎獨(dú)到的方法解決問題。通過(guò)這兩種思維的結(jié)合,可以突破常規(guī)思維的界限,用非常規(guī)的方法和視角思考問題,提出有特色的解決方案,從而產(chǎn)生新穎、獨(dú)特、具有社會(huì)意義的思維結(jié)果。目標(biāo)

計(jì)算機(jī)是對(duì)各種信息進(jìn)行自動(dòng)、高速處理的機(jī)器。這些信息包括數(shù)字、字符、符號(hào)、表達(dá)式等,還可能是圖像、圖形、聲音、視頻、動(dòng)畫等多媒體信息,無(wú)論什么類型的數(shù)據(jù),在計(jì)算機(jī)內(nèi)部都是以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)、運(yùn)算、處理和傳輸?shù)睦斫庥?jì)算機(jī)的存儲(chǔ)與進(jìn)制的含義,掌握常用數(shù)制及進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換,掌握二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算,了解數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和處理,簡(jiǎn)單了解非數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和處理;能夠熟練地進(jìn)行常用進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換計(jì)算,能夠運(yùn)用軟件簡(jiǎn)單處理非數(shù)值型數(shù)據(jù)。了解計(jì)算機(jī)中信息的表示010203040506知識(shí)點(diǎn)11計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)及其單位(2)存儲(chǔ)容量的度量單位(1)基本儲(chǔ)存單元位(bit,簡(jiǎn)記為b,音為“比特”):計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制代碼來(lái)表示,二進(jìn)制代碼只有“0”和“1”兩個(gè)數(shù)碼,采用多個(gè)數(shù)碼(0和1的組合)來(lái)表示一個(gè)數(shù)字節(jié)(Byte,簡(jiǎn)記為B,音譯為“拜特”):計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基本構(gòu)成單位,每8位組成一個(gè)字節(jié):1Byte=8bit。字(Word):計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí),一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度稱為字。一個(gè)字通常由一個(gè)或多個(gè)(一般是字節(jié)的整數(shù)位)字節(jié)構(gòu)成在計(jì)算機(jī)各種存儲(chǔ)介質(zhì)中,例如內(nèi)存、硬盤、光盤、U盤等,存儲(chǔ)容量的表示不是位、字節(jié)和字,而是KB、MB、GB等,但這不是新的存儲(chǔ)單位,而是基于字節(jié)換算的。單位換算單位拼寫單位名稱1KB=210B=1024BKiloByte,KB千字節(jié)1MB=210K=1024KB=220BMegaByte,MB兆字節(jié)1GB=210M=1024MB=230BGigaByte,GB吉字節(jié)1TB=210G=1024GB=240BTeraByte,TB太字節(jié)1PB=210T=1024TB=250BPetaByte,PB拍字節(jié)1EB=210P=1024PB=260BExaByte,EB艾字節(jié)1ZB=210E=1024EB=270BZetaByte,ZB澤字節(jié)1YB=210Z=1024ZB=280BYottaByte,YB堯字節(jié)1BB=210Y=1024YB=290BBrontobyte,BB珀字節(jié)1NB=210B=1024BB=2100BNonaByte,NB諾字節(jié)IDB=210D=1024NB=2l10BDoggaByte,DB刀字節(jié)知識(shí)點(diǎn)12常用數(shù)制及進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)制是人類表示數(shù)值大小的方法的統(tǒng)稱。進(jìn)位計(jì)數(shù)制是人類按照進(jìn)位方式實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的制度,簡(jiǎn)稱計(jì)數(shù)制數(shù)的表示法一般采用位置計(jì)數(shù)法。在一個(gè)數(shù)中,數(shù)碼和數(shù)碼所在的位置決定了該數(shù)的大小。任何進(jìn)位計(jì)數(shù)制都包含有兩個(gè)重要的概念:基數(shù)和位權(quán)。不同進(jìn)位制之間的區(qū)別,本質(zhì)上就是基數(shù)和位權(quán)的取值不同(1)十進(jìn)制(2)二進(jìn)制(3)八進(jìn)制(4)十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制00001111210223113341004451015561106671117781.00010891.00111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F12.2常見進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換(1)非十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。將二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)時(shí),只需要將該數(shù)進(jìn)行按權(quán)展開后求和,即“按權(quán)展開求和法【例1.1】(1010.101)?=1×23+0×22+1×21+0×2?+1×2-1+0×22+1×2-3=(8+0+2+0+0.5+0+0.125)10=(10.625)10【例1.2】(7435.34)g=7×83+4×82+3×81+5×8?+3×8-1+4×8-2=(3584+256+24+5+0.375+0.0625)10=(3869.4375)1012.2常見進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制。十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為R進(jìn)制(這里R進(jìn)制是泛指,可以代表二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制等)要分為兩部分分別進(jìn)行:整數(shù)部分:要除R取余法,直到商為0,余數(shù)從后向前排列;小數(shù)部分:要乘R取整,小數(shù)部分繼續(xù)乘R取整,直到小數(shù)部分為0,取得的整數(shù)從前向后排列。【例1.4】(725.625)10=(?)?練習(xí):(725.625)10=(?)8=(?)1612.2常見進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換①二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)八進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)的方法是,“取三合一421法”,即從二進(jìn)制的小數(shù)點(diǎn)為分界點(diǎn),向左(或向右)每三位取成一位,不足三位補(bǔ)零,分好組后按照“421”計(jì)算每組的和。練習(xí)：(10011101.1011)?=(?)812.2常見進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換②二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)十六進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的方法是,“取四合一8421法”,即從二進(jìn)制數(shù)的小數(shù)點(diǎn)為分界點(diǎn),向左(或向右)每四位取成一位,不足四位補(bǔ)零,分好組后按照“8421”計(jì)算每組的和練習(xí)：(10011101.1011)?=(?)16總結(jié)：二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)八進(jìn)制數(shù)或者二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，也可以先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換成目標(biāo)進(jìn)制12.2常見進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換(4)八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。①八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)二進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法是“一分三421法”,即從八進(jìn)制的小數(shù)點(diǎn)為分界點(diǎn),向左(或向右)每一位上的八進(jìn)制數(shù)按照“421”寫成對(duì)應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù),最高位零或最低位零略去練習(xí)：(357.64)?=(?)?12.2常見進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換②十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)二進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法是“一分四8421法”,即從十六進(jìn)制的小數(shù)點(diǎn)為分界點(diǎn),向左(或向右)每一位上的十六進(jìn)制數(shù)按照“8421”寫成對(duì)應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù),最高位零或最低位零略去練習(xí):(F46.89)16=(?)2知識(shí)點(diǎn)13二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算13.1二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算包括加、減、乘、除四則運(yùn)算,在數(shù)字系統(tǒng)中是經(jīng)常遇到的,它們的運(yùn)算規(guī)則與十進(jìn)制數(shù)很相似知識(shí)點(diǎn)13二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算(3)二進(jìn)制的乘法。二進(jìn)制數(shù)乘法過(guò)程可仿照十進(jìn)制數(shù)乘法進(jìn)行。但由于二進(jìn)制數(shù)只有0或1兩種可能的乘數(shù)位,導(dǎo)致二進(jìn)制乘法更為簡(jiǎn)單。二進(jìn)制數(shù)乘法的法則為:0×0=0,0×1=0,1×0=0,1×1=113.2二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算(1)邏輯“與”運(yùn)算又稱為邏輯乘(AND),常用符號(hào)“×”或“∧”或“·”表示。邏輯“與”運(yùn)算遵循如下運(yùn)算規(guī)則(2)邏輯“或”運(yùn)算又稱為邏輯加(OR),可用符號(hào)“+”或“∨”來(lái)表示。(3)邏輯“非”運(yùn)算邏輯非運(yùn)算又稱作邏輯取反操作(NOT),又稱為邏輯否定操作,實(shí)際上就是將原邏輯變量的狀態(tài)求反(4)邏輯“異或”運(yùn)算“異或”運(yùn)算(XOR),常用符號(hào)“∧”或“☉”來(lái)表示知識(shí)點(diǎn)14數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和處理(1)定點(diǎn)小數(shù)定點(diǎn)小數(shù)約定小數(shù)點(diǎn)的位置在最高數(shù)據(jù)位的左邊,定點(diǎn)小數(shù)表示的是小于1的純小數(shù)(2)定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)整數(shù)約定小數(shù)點(diǎn)的位置在最低數(shù)據(jù)位的右邊,定點(diǎn)整數(shù)表示的是純整數(shù)。整數(shù)分兩類:無(wú)符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)14.2浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中,浮點(diǎn)數(shù)的特點(diǎn)是小數(shù)點(diǎn)的位置根據(jù)需要而浮動(dòng)。浮點(diǎn)數(shù)表示的基本原理來(lái)源于十進(jìn)制中使用的科學(xué)計(jì)數(shù)法：N=M×2E知識(shí)點(diǎn)15非數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和處理15.1字符和字符串的表示和處理計(jì)算機(jī)中字符和字符串是人和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的橋梁。計(jì)算機(jī)內(nèi)部需要將其按照一定的規(guī)則轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制才能被識(shí)別。(1)字符。計(jì)算機(jī)中的信息都是用二進(jìn)制編碼表示的,用以表示字符的二進(jìn)制編碼稱為字符編碼。計(jì)算機(jī)中最常用的字符編碼是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)交換代碼(AmericanStandCodeforInformationIn_x0002_terchange,ASCII)。國(guó)際通用的是用7位二進(jìn)制表示一個(gè)字符的ASCII碼,共128個(gè):10個(gè)十進(jìn)制數(shù)0~9,52個(gè)英文大小寫(A~Z,a~z),34個(gè)專用字符和32個(gè)控制字符,如表1.4所示。最高位在機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)時(shí)恒為0(2)字符串。字符串是指一串連續(xù)的字符。對(duì)于字符串的儲(chǔ)存,在計(jì)