计算思维导论

吕橙

目录

  • 1 从这里开始你的学习
    • 1.1 欢迎词
    • 1.2 单元学习目标
    • 1.3 课程学习说明
      • 1.3.1 课程概述与内容
      • 1.3.2 学习目标
      • 1.3.3 学习安排
      • 1.3.4 学习活动
      • 1.3.5 考核标准
      • 1.3.6 学习准则
    • 1.4 先修知识与必备技能
      • 1.4.1 学习平台使用及技术支持
      • 1.4.2 必备基础要求
      • 1.4.3 学习资源使用指南
      • 1.4.4 教材电子版下载
      • 1.4.5 相关软件下载与安装方法
      • 1.4.6 答疑安排与教师课表
      • 1.4.7 作业和考试反馈
    • 1.5 FAQ：常见问题解答
    • 1.6 教师自我介绍和学生自我介绍
    • 1.7 计算思维能力调查
    • 1.8 学习风格调查
    • 1.9 交流协作分组情况
    • 1.10 第0讲 单元测试
  • 2 计算思维概述——第1周
    • 2.1 单元学习目标
    • 2.2 本章课件下载
    • 2.3 课程思政
      • 2.3.1 线上思政（自主学习）
      • 2.3.2 线下课程思政
    • 2.4 计算无所不在
    • 2.5 计算思维概述
    • 2.6 计算工具与计算机
    • 2.7 第1讲 单元测试
    • 2.8 上机实验1-1：计算思维概述——系统自动评阅
    • 2.9 延伸学习
  • 3 计算基础——第2~3周
    • 3.1 单元学习目标
    • 3.2 本章课件下载
    • 3.3 课程思政
      • 3.3.1 线上课程思政（自主学习）
      • 3.3.2 线下课程思政
    • 3.4 初识二进制
    • 3.5 二进制的运算（自主学习）
    • 3.6 数制转换
    • 3.7 数的表示
    • 3.8 字符编码
    • 3.9 声音图像编码（自主学习）
    • 3.10 第2讲 单元测试
    • 3.11 上机实验2-1：进制转换——系统自动评阅
    • 3.12 延伸学习
  • 4 计算平台——第4周
    • 4.1 单元学习目标
    • 4.2 本章课件下载
    • 4.3 课程思政
      • 4.3.1 线上课程思政（自主学习）
      • 4.3.2 线下课程思政
    • 4.4 计算机系统
    • 4.5 硬件之主板（自主学习）
    • 4.6 硬件之接口与总线（自主学习）
    • 4.7 硬件之CPU（自主学习）
    • 4.8 硬件之内存（自主学习）
    • 4.9 硬件之外存（自主学习）
    • 4.10 硬件之输入输出设备（自主学习）
    • 4.11 计算机基本工作原理
    • 4.12 操作系统之处理机功能
    • 4.13 操作系统之其他功能
    • 4.14 第3讲 单元测试
    • 4.15 上机实验3-1：计算机硬件系统——系统自动评阅
    • 4.16 延伸学习
  • 5 问题求解——第5~7周
    • 5.1 单元学习目标
    • 5.2 本章课件下载
    • 5.3 课程导图与设计
    • 5.4 典型课例（课堂实录）
    • 5.5 线上思政（自主学习）
    • 5.6 线下思政
    • 5.7 纸版教材在线阅读
    • 5.8 什么是问题求解？
    • 5.9 算法与算法描述
    • 5.10 顺序结构
    • 5.11 选择结构
    • 5.12 循环结构
    • 5.13 算法策略基础之数组
    • 5.14 算法策略基础之函数
    • 5.15 算法策略之枚举法
    • 5.16 算法策略之递归法
    • 5.17 算法策略之递推法
    • 5.18 算法策略之迭代法
    • 5.19 算法策略之分治法（自主学习）
    • 5.20 算法策略之动态规划（自主学习）
    • 5.21 算法策略之贪心算法（自主学习）
    • 5.22 算法策略之回溯法（自主学习）
    • 5.23 算法策略之查找
    • 5.24 算法策略之排序
    • 5.25 实验4-1：Raptor 软件基本操作（教师手工评阅）
    • 5.26 实验4-2：算法设计与分析（生生互评）
    • 5.27 实验4-3：问题求解（自主学习）
    • 5.28 实验7-1：解题报告
    • 5.29 实验7-2：解题报告
    • 5.30 实验7-3：解题报告（自主学习）
    • 5.31 第7讲 单元测试
    • 5.32 延伸学习
  • 6 网络技术与信息共享——第8周
    • 6.1 单元学习目标
    • 6.2 本章课件下载
    • 6.3 课程思政
      • 6.3.1 线上思政（自主学习）
      • 6.3.2 线下思政
    • 6.4 初识网络
    • 6.5 网络分类（自主学习）
    • 6.6 网络体系结构
    • 6.7 网络设备（自主学习）
    • 6.8 局域网的搭建（自主学习）
    • 6.9 IP与域名系统
    • 6.10 划分子网
    • 6.11 Internet 服务（自主学习）
    • 6.12 数字公民与网络安全（自主学习）
    • 6.13 组网实例（自主学习）
    • 6.14 第4讲 单元测试
    • 6.15 上机实验4（PBL）：网络互联训练——生生互评
      • 6.15.1 思科网络实验室1：网络布线
      • 6.15.2 思科网络实验室2：将计算机添加到现有网络
      • 6.15.3 思科网络实验室3：连接无线路由器
      • 6.15.4 思科网络实验室4：测试无线连接
    • 6.16 延伸学习
  • 7 数据库技术与数据管理——第9-10周
    • 7.1 单元学习目标
    • 7.2 本章课件下载
    • 7.3 课程思政
      • 7.3.1 线上思政（自主学习）
      • 7.3.2 线下思政
    • 7.4 数据库基本概念（自主学习）
    • 7.5 数据库的设计方法
    • 7.6 数据库的规范化设计1
    • 7.7 数据库的规范化设计2
    • 7.8 Access数据库的创建与查询（自主学习）
    • 7.9 关系代数理论
    • 7.10 SQL语句编程（自主学习）
    • 7.11 实验5-1：数据库设计——互评作业
    • 7.12 实验5-2：窗体与报表——互评作业
    • 7.13 第5讲 单元测试
    • 7.14 延伸学习
  • 8 逻辑思维——第10-11周
    • 8.1 单元学习目标
    • 8.2 本章课件下载
    • 8.3 课程导图与设计
    • 8.4 典型课例（课堂实录）
    • 8.5 线上思政（自主学习）
    • 8.6 线下思政
    • 8.7 实验6-1：逻辑推理（PBL个人项目——教师手工评阅）
    • 8.8 前6章思维导图训练（PBL小组项目——互评）
    • 8.9 纸版教材在线阅读
    • 8.10 逻辑思维及其训练方法（自主学习）
    • 8.11 命题与命题判断
    • 8.12 命题符号化
    • 8.13 布尔代数与真值表
    • 8.14 命题演算与逻辑推理
    • 8.15 习题课
    • 8.16 实验6-1：解题报告
    • 8.17 第6讲 单元测试
    • 8.18 延伸学习
  • 9 数据分析与数据挖掘——第11~12周
    • 9.1 单元学习目标
    • 9.2 本章课件下载
    • 9.3 课程导图与设计
    • 9.4 课程思政
    • 9.5 线上思政（自主学习）
    • 9.6 线下思政
    • 9.7 上机实验8-1：数据分析（PBL个人项目——系统自动评阅）
    • 9.8 上机实验8-2：数据挖掘（自主学习）
    • 9.9 纸版教材在线阅读
    • 9.10 数据挖掘概述（自主学习）
    • 9.11 数据采集（自主学习）
    • 9.12 数据探索之数据质量分析
    • 9.13 数据探索之数据特征分析
    • 9.14 数据特征分析之分布分析
    • 9.15 数据特征分析之集中统计分析
    • 9.16 数据特征分析之离散统计分析
    • 9.17 数据预处理
    • 9.18 分类
    • 9.19 预测
    • 9.20 聚类分析（自主学习）
    • 9.21 关联规则（自主学习）
    • 9.22 第8讲 单元测试
    • 9.23 延伸学习
  • 10 课程思政案例篇
    • 10.1 课程思政案例
  • 11 特色思维训练库
    • 11.1 数学思维（50篇）
    • 11.2 逻辑思维（50篇）
    • 11.3 AI智能思维（50篇）
    • 11.4 专业思维（50篇）
  • 12 游戏编程案例篇
    • 12.1 编程游戏关卡（30篇）
    • 12.2 编程游戏制作（10关）
  • 13 大工程思训项目库
    • 13.1 综合性案例——北京冬奥会智能餐厅设计
    • 13.2 综合性案例——北京冬奥会运动员密码设置
    • 13.3 综合性案例——北京冬奥电脑装配
    • 13.4 综合性案例——北京冬奥网络安全培训
    • 13.5 综合性案例——北京冬奥会商品销售数据库系统设计
    • 13.6 综合性案例——北京冬奥金牌榜预测
    • 13.7 综合性案例——北京冬奥会奖牌榜自动更新算法设计
    • 13.8 综合性案例——北京冬奥会线上销售大数据分析
  • 14 考试专栏
    • 14.1 教材及教材修订
    • 14.2 考试纪律
    • 14.3 考试注意事项
    • 14.4 逻辑符号的录入方法
    • 14.5 期末考试模拟样卷
第3讲 单元测试
  • 1 知识点回顾
  • 2 练习题及解析
  • 3 章节自测

计算机系统 是能按照给定的程序来接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。计算机系统由两大部分组成：硬件系统和软件系统。

硬件系统通常是指计算机的物理系统，包括计算机主机及其外围设备，主要由中央处理器、内存储器、输入/输出设备等组成。软件系统是指管理计算机软件和硬件资源，控制计算机运行的程序、指令、数据及文档的集合。广义地说，软件系统还包括电子和非电子的有关说明资料、说明书、用户指南、操作手册等。

硬件是计算机系统的物质基础，软件是它的灵魂。只有硬件系统和软件系统这两者密切地结合在一起，才能构成一个正常工作的计算机系统。

主板实际上是一块集成了各类总线的印刷电路板，并在主板上集成了一些重要的核心部件，如CMOS，BIOS及一些控制芯片组。微型计算机的主板是微型计算机中最关键的物理部件，在主板上一般有中央处理器、内存储器、扩展槽、控制芯片组以及专用集成电路(如CMOS，ROM)等。

芯片组是固定在主板上的一组超大规模集成电路芯片的总称，它是构成主板电路的核心。芯片组控制着主板及整个计算机系统的运行，几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个计算机系统性能的发挥。芯片组是主板的灵魂，芯片组性能的优劣，决定了主板性能的好坏与级别的高低。目前比较典型的芯片组主要由两部分构成：南桥芯片和北桥芯片。

CMOS和BIOS。CMOS是微机主板上的一块可读/写的RAM芯片，用来保存当前计算机系统的硬件配置和用户对某些参数的设置。BIOS是基本输入输出系统，开机时可以进行设置，主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。

接口是介于主机与外部设备之间的一种缓冲电路．用于实现计算机与外部设备之间的信息交换。接口与计算机的各大总线相连接，是微机和外部设备联系的桥梁和纽带。主要包括：串行接口、USB接口、IEEE1394接口、PS/2、并行接口。

总线是把计算机各组成部件连接起来的一组导线，是计算机内部传输指令、数据、和各种控制信息的高速通道，按照总线的功能和传输数据的种类可以分为3类：数据总线、地址总线、和控制总线。

中央处理器(central processing unit，CPU)是一块超大规模的集成电路，由运算器、控制器和寄存器组成，从字面意思看就是运算就是起着运算的作用，控制器就是负责发出CPU每条指令所需要的信息，寄存器就是保存运算或者指令的一些临时文件，这样可以保证更高的速度。CPU有着处理指令、执行操作、控制时间、处理数据四大作用，打个比喻来说，CPU就像我们的大脑，帮我们完成各种各样的生理活动。因此如果没有CPU，那么电脑就是一堆废物，无法工作。

CPU内部结构可分为控制单元、运算单元、存储单元、和时序电路等几个主要部分，是计算机的运算核心和控制核心，其主要性能指标有主频、外频、总线频率、倍频系数、缓存。主频是CPU的运算、处理数据的速度，因此主频越高，CPU反应越快，体现在我们操作电脑时下达一个指令，待电脑作出反应间的时间长短；外频就是指整块主板的运行速度，代表着主板这一个整体的性能，是CPU与主板之间一同运行的速度；总线频率是描述CPU与内存之间的传输速度，越快，那么电脑交换数据运行多个程序的速度就更快；倍频系数是指CPU主频与外频之间的一个比例系数；缓存就是将暂时还需要的数据存下来，这样CPU就不需要去硬盘和内存中读取，大大的加快了运行速度，因此缓存越大，CPU运行的越快。

存储器是计算机存放程序和数据的物理设备，是计算机的信息存储和交流中心。存储器分为内存储器和外存储器。内存又称为主存，其主要技术指标是内存容量、读写时间，内存分为CACHE、ROM和RAM。外存又称为辅存，其主要技术指标是硬盘容量、平均寻道时间、平均访问时间、转速、连接设备数量等。

输入设备用来把人们能够识别的信息，如声音、图像、文字和图形等一些信号转换成计算机能够识别的二进制形式存放在计算机的存储设备中。目前，常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数码相机等。

输出设备是指把计算机处理后的信息以人们能够识别的方式(如声音、图形、图像、文字等)表示出来的设备。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、投影仪等。

 计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去。直至遇到停止指令。 

 操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括处理机功能、存储器功能、设备管理、和文件管理。

操作系统让计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，提供各种形式的用户界面，使用户有一个好的工作环境，为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口。实际上，用户是不用接触操作系统的，操作系统管理着计算机硬件资源，同时按照应用程序的资源请求，分配资源，如：划分CPU时间，内存空间的开辟，调用打印机等。