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最新《计算文化与计算思维基础》重点内容
《计算文化与计算思维基础》
——赵国栋
第1章认识计算文化与计算思维
1、什么是计算？
什么是计算科学？
计算是依据一定的法则对有关符号串进行变换的过程。
计算机科学既是构造计算机器的学科，而是基于自动计算进行问题求解的学科。
2、计算思维主要包括哪些内容？
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领域的一系列思维活动；
计算思维综合了数学思维（求解问题的方法）、工程思维（设计、评价大型复杂系统）和科学思维（理解可计算性、智能、心理和人类行为）。
3、计算思维与数学思维有什么区别和联系？
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。
数学思维就是数学地思考问题和解决问题的思维活动形式，也就是人们通常所指的数学思维能力，即能够用数学的观点去思考问题和解决问题的能力。
比如转化与划归，从一般到特殊、特殊到一般，函数/映射的思想，等等。
计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。
4、简述图灵机模型
图灵机模型是指给出固定的程序，模型能够按照程序和输入完全确定性地运行。
5、冯·诺依曼提出的程序存储计算机方案的要点有哪些？
“存储程序”的计算机方案包含以下三个要点：
（1）采用二进制的形式表示数据和指令。
（2）将指令和数据存放在存储器中。
（3）由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成计算机。
6、计算机的发展经历了几代？
1）第一代（1946-1958）——电子管计算机时代
2）第二代（1959-1964）——晶体管计算机时代
3）第三代（1965-1970）——中小规模集成电路时代
4）第四代（1971年至今）——大规模和超大规模集成电路时代
书上黑色字体：
1、在计算机科学中，当一个问题的描述及其求解方法或求解过程可以用构造性数学形式来描述，而且该问题所涉及的论域为有穷或虽为无穷但存在有穷表示时，则该问题就一定能用计算机来求解，所以计算机科学研究和解决的是什么能计算且被有效地自动计算的问题。
2、计算思维是人类除了理论思维、实验思维以外，应具备的第三种思维方式。
3、计算机是一种用严密的数学语言来描述的计算机器。
4、1946年2月，世界上第一台电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学诞生。
第2章信息在计算机内的表示
1、什么是信息和信息技术？
各自的主要特征有哪些？
信息：
（1）信息是不确定性内容的减少或消除。
（2）信息是控制系统进行调节活动时，与外界相互作用、相互交换的内容。
（3）信息是事物运动的状态和状态变化的形式。
（4）信息是经过加工、能够对接受者的行为和决策产生影响的数据。
特征：
信息是人们对客观存在的一切实物的反映，是通过载体所发出的消息、指令、数据、信号中所包含的一切可传递和交换的知识内容。
信息技术：
广义而言，信息技术是指能充分利用与扩展人类信息器官功能的各种方法、工具与技能的总和。
该定义强调的是从哲学上阐述信息技术与人的本质关系。
中义而言，信息技术是指对信息进行采集、传输、存储、加工、表达的各种技术之和。
该定义强调的是人们对信息技术功能与过程的一般理解。
狭义而言，信息技术是指利用计算机、网络、广播电视等各种硬件设备、软件工具与科学方法，对图文声像等各种信息进行获取、加工、存储、传输与使用的技术之和、该定义强调的是信息技术的现代化与高科技含量。
特征：
信息技术的特征应从如下两方面来理解：
1）信息技术具有技术的一般特征——技术性。
具体表现为：
方法的科学性，工具设备的先进性，技能的熟练性，经验的丰富性，作用过程的快捷性，功能的高效性等。
2）信息技术具有区别于其它技术的特征——信息性。
具体表现为：
信息技术的服务主体是信息，核心功能是提高信息处理与利用的效率、效益。
由信息的秉性决定信息技术还具有普遍性、客观性、相对性、动态性、共享性、可变换性等特性。
2、进行以下数制转换：
213D=（）B=（）H=（）O
3E1H=（）B=（）D=（）O
10110101101011B=（）H=（）O=（）D
11010101；D5；325解法举例：
B：
27+26+24+22+20；H：
15×161+5×160；O：
3×82+2×81+5×80
1111100001；993；1741
2D6B；26553；11627
3、某台计算机的机器数占8位，写出十进制数57的原码、反码和补码。
57D=110111BN=+110111[N]原=0110111[N]反=0110111[N]补=0110111
4、什么是ASCⅡ码？
BCD码的作用及其编码的方法是什么？
美国标准信息交换码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange），简称ASCII码。
用二进制数码来表示十进制数，称为“二—十进制编码”，简称BCD（Binary—CodedDecimal）码。
因为十进制数有0~9这10个数码，显然需要4位二进制数码以不同的状态分别表示它们。
而4位二进制数码可编码组合成16种不同的状态，因此，选择其中的10种状态作为BCD码的方案有很多种，而常用的为8421码。
5、汉字编码有哪几类？
各有什么作用？
可分为4类，即汉字输入码、汉字交换码、汉字内码和汉字字形码。
汉字输入码：
汉字输入码是为从计算机外部输入汉字而编制的汉字编码，也称汉字外部码，简称外码。
汉字交换码：
汉字交换码是指在不同汉字信息系统之间进行汉字交换时所使用的编码。
汉字内码：
汉字内码是汉字在信息处理系统内部最基础的表现形成，是信息处理系统内部存储、处理、传输汉字而使用的编码，简称内码。
汉字字形码：
汉字字形码是表示汉字字形信息的编码，在显示或打印时使用。
6、对于1616的汉字点阵，一个汉字的存储需要多少字节？
32B
1B（byte）=8bit（点）
1KB（Kibibyte）=210B
7、多媒体的概念及其特征是什么？
常用的媒体元素有哪些？
多媒体是一种以交互的方式将文字、声音、图形、视频等多种媒体信息和计算机技术集成到一个数字环境中，并能扩展利用这种组合技术的新应用。
特征：
（1）多样化；
（2）数字化；
（3）集成化；
（4）交互化；
（5）实时性。
常用媒体元素：
1.文本；
2.图形和图像；
3.音频；
4.流媒体。
8、MPC的主要硬件有哪些？
简述这些硬件的作用。
一台MPC的硬件系统主要包括以下几部分：
1）多媒体主机
主机是电脑信息的处理中心多媒体输入设备。
2）多媒体输入设备
向计算机输入数据和信息的设备。
是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。
输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。
3）多媒体输出设备
输出设备是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。
也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。
4）外存储器
外存储器主要指那些容量比主存大、读取速度较慢、通常用来存放需要永久保存的或相对来说暂时不用的各种程序和数据的存储器。
5）操纵控制设备
管理电脑硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。
操纵控制设备身负诸如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。
6）多媒体接口卡
（1）声卡又称为声效卡或声霸卡，它是MPC接收、处理、播放各类音频信息的重要部件，声卡具有录音、放音、MIDI音乐功能、混合输出功能及语音压缩、解压缩功能等。
（2）视卡又称视频卡，用来连接视频设备的电路板，实现音频信号与数字信号之间的转换，可接收来自摄像机、录像机、电视机和各种激光视盘的视频信号。
9、举例说明模拟视频和数字视频的特点，并加以比较。
模拟视频是指每一帧图像是实时获取的自然景物的真实图像信号。
数字视频信号是基于数字技术以及其他更为拓展的图像显示标准的视频信息。
模拟视频信号优点：
具有成本低和还原性好等优点，视频画面往往会给人一种身临其境的感觉。
模拟视频信号缺点：
不论被记录的图像信号有多好，经过长时间的存放之后，信号和画面的质量将大大的降低；或者经过多次复制之后，画面的失真就会很明显。
数字视频与模拟视频相比有以下特点：
（1）数字视频可以可以不失真的进行无数次复制，而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误差积累，产生信号失真。
（2）模拟视频长时间存放后视频质量会降低，而数字视频便于长时间的存放。
（3）可以对数字视频进行非线性编辑，并可增加特技效果等。
（4）数字视频数据量大，在存储与传输的过程中必须进行压缩编码。
10、常用视频处理工具有很多，比如Edius、Premiere、绘声绘影等，比较它们各自的特点。
1.同样的配置规，Premiere比Edius渲染速度慢上很多，4分钟的视频，Premiere渲染可能需要一个小时左右，但是Edius就只需要15分钟左右。
2.Premiere输出的视频质量比Edius差。
3.Premiere不稳定，容易崩溃，不能多格式同轨道混编。
4.Premiere各种特效比Edius多，可以同Adobe公司其他的产品相互动态链接比如可以同AE实现动态链接，相互调用项目和工程文件。
绘声绘影：
优点：
软件比较容易学习和掌握，基本功能都有，也比较稳定，处理速度也较快，处理后图象和视频质量也不错。
界面友好、简洁大方，使用方便。
缺点：
功能不够全，如没有文字的“3D”处理功能、实用的滤镜比较少、对部分格式的音、视频和图象文件支持不够全、动画内容不够多等。
11、为什么要对多媒体数据压缩？
多媒体的压缩标准有哪些？
数字化后的视频、音频信号的数据量非常大，不进行合理压缩根本就无法传输和存储。
数据压缩的目的就是用最少的代码表示源信息，减少所占存储空间，并利于传输。
目前应用于计算机的多媒体压缩算法标准有压缩静态图像的JPEG标准、压缩运动图像的MPEG标准和GIF标准。
书上黑色字体：
1、r进制数转换为十进制数使用“位权展开式求和”的方法。
2、通常规定寄存器中最高位为符号位，并用0表示正，用1表示负。
3、“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码”（代号GB2312-1980）中规定的汉字交换码为标准汉字编码，简称GB2312-1980编码或国际码，国际码中共收录了7445个汉字和字符符号。
4、为了在计算机内部能够区分是汉字编码还是ASCII码，将国际码的每个字节的最高位由“0”变为“1”，变换后的国际码称汉字内码。
第3章计算机硬件系统
1、什么是指令和指令系统？
指令是指示计算机执行某种操作的命令，它由一串二进制代码组成。
一台计算机所能识别和执行的全部指令的集合叫做这台计算机的指令系统。
2、简述计算机的工作过程。
计算机的工作过程，是计算机依次执行程序指令的过程。
一条指令执行完毕后，控制器再取下一条指令执行，如此下去，知道程序执行完毕。
3、什么是系统总线？
微机中的总线分为哪几种？
系统总线（Bus）是CPU与其他部件之间传送数据、地址和控制信号的公用通道。
总线分类：
1）数据总线；
2）地址总线；
3）控制总线。
4、对比内存和外存的作用。
内存储器简称内存，是计算机各部件信息交流的中心，用来存放现行程序的指令和数据。
内存具有容量小、存取速度快、停电后数据丢失的特点。
外存储器简称外存，用来存储大量暂时不参与运算的数据和程序以及运算结果。
外存储器具有容量大、存取速度慢、停电后数据不丢失的特点。
常见的外存设备有硬盘、闪存盘、光盘等。
5、内存按功能分为哪几类？
各自的特点是什么？
内存储器按功能分为随机存储器（RandomAccessMemory，RAM）、只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）和高速缓冲存储器（Cache）。
1）随机存储器
RAM的作用是临时存放正在运行程序和数据及临时（从磁盘）调用的系统程序。
其特点是RAM中的数据可以随机读出或写入。
2）只读存储器
ROM的作用是存放一些需要长期保留的程序和数据，如系统程序、控制时存放的控制程序等。
其特点是只能读，一般不能改写，能长期保留其上的数据，即使断电也不会破坏。
3）高速缓冲存储器
Cache的作用是缓解高速度的CPU和低速度的DRAM之间的矛盾，以提高整机的工作效率。
其实现方法是将当前要执行的程序段和要处理的数据复制到Cache中，CPU读写时，首先访问Cache。
当Cache中由CPU所需的数据时，直接从Cache中读取，如果没有就从内存中读取，并把该数据相关的部分内容复制到Cache，为下一次访问做好准备。
6、简述硬盘的结构及使用注意事项。
键盘是由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。
碟片外覆盖有铁磁性材料。
1.硬盘在工作时不能突然关机。
2.防止灰尘进入。
3.要防止温度过高。
4.要定期对硬盘进行杀毒。
5.在工作中不能移动硬盘。
7、简述液晶显示器显示彩色的原理。
LCD彩色显示器的工作原理是：
通过电场控制液晶分子的排列，使得通电时液晶排列有序，光线易通过；不通电时液晶分子排列混乱，阻值光线通过，从而将二进制信息转换成由亮点和暗点组成的可视信号。
通过不同电压的控制，来控制点的亮度；通过光过滤器将白光分解为红、绿、蓝三基色，并通过它们的线性组合形成各种颜色。
对于多个点的控制，可以组合成点阵，从而在屏幕上显示出一幅图像。
8、关闭应用软件时，常常会看到提示保存的消息对话框，请问它与内存有什么关系？
只有确定保存了数据才会保留到内存里。
书上黑色字体：
1、硬件系统是指由电子部件和机电装置组成的计算机实体。
2、软件系统是指为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。
3、软件按其功能可分为系统软件和应用软件两大类。
系统软件面向计算机硬件系统本身，解决普遍性问题；应用软件面向特定问题处理，解决特殊性问题。
4、控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。
运算器和控制器合称为中央处理单元，即CPU，它是计算机的核心。
第4章以交互方式使用计算机
1、简单解析交互方式和程序方式这两种使用计算机的方式的区别。
交互方式是直接使用计算机，是一种最基本的方法，也成为了人机对话式；程序方式是通过程序间接使用计算机，是人类使用计算机的高级方式。
2、软件系统分为哪两大类？
操作系统属于哪一类？
分为系统软件和应用软件。
操作系统属于系统软件。
3、操作系统的主要功能是什么？
目前计算机上常用的操作系统有哪些？
操作系统是计算机硬件与其他软件的接口，也是用户和计算机的接口。
操作系统是管理计算机各种资源、自动调度用户各种作业程序、处理各种中断的软件。
它是计算机硬件的第一级扩张，是用户与计算机之间的桥梁，是软件中最基础和最核心的部分。
它的作用是管理计算机中的硬件、软件和数据信息，支持其他软件的开发和运行，使计算机能够自动、协调、高效地工作。
常用的操作系统：
（1）MS-DOS
（2）Windows
（3）UNIX
（4）Linux
（5）移动设备的操作系统
（6）实时嵌入式操作系统
（7）分布式操作系统
4、文件系统的功能是什么？
文件系统是对文件存储器空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。
5、完整的文件名包括哪几部分？
在Windows中文件的命名规则有哪些？
文件名格式：
主名.扩展名
Windows文件的命名规定：
（1）文件名中可以是数字、大小写字母、汉字和多个其他的ASCII字符。
最多可以有255字符（包括空格）并忽略文件名开头和结尾的空格。
（2）不能有以下字符出现：
\/:
*?
“<>|。
（3）文件名中可以分别使用英文字母大写和小写，不会将它们转换成同一种字母，但认为大写和小写字母具有同样的意义。
例如，MYFILE和myfile认为是同一个文件名。
（4）可以使用多个分隔符的名字。
如“myfiles.examples.2010”和“学习计划.2010.xls”等。
6、什么是绝对路径、相对路径和文件标识？
如何使用通配符？
和*？
绝对路径是指从文件夹出发表示的路径名，
相对路径是指不从根文件夹出发，而是从挡墙文件夹的下一级子文件夹或父文件夹开始表示路径。
“*”代表任意多个字符（包括0个）；“？
”代表任意一个字符。
7、快捷方式的作用是什么？
快捷方式是访问某个常用项目的捷径。
双击快捷方式图标可立刻运行这个应用程序、完成打开这个文档或文件夹的操作。
8、你认为在日常生活中还有哪些问题没有得到计算机很好的解决？
你希望未来的软件是什么什么模式？
人身上的问题（如罕见的病痛），不能用科学解释的领域，幻想出来的东西（包括想造，但还没造出来的）
希望未来的软件模式更加独立，不需要其他软件的支持也能独立运行。
书上黑色字体：
1、计算机软件系统可以固话人类的行为和思维特征，可以演绎人类解决各类问题的思想和方法，从而完成各种各样的功能。
2、人类使用计算机进行问题求解的方式主要有交互方式和程序方式两类。
3、回收站是一种通过纠错方式，在最坏情况下进行预防、保护和恢复的思维、是一种常用的工程思维。
4、命令式交互方式的基本思想：
人们通过简单的语言——命令与计算机进行交互，请求计算机为人们解决各种问题。
第5章以程序方式使用计算机
1、什么是算法？
算法应具备哪些特征？
为解决类确定问题而采取的方法和步骤称为“算法”。
算法应具备的特征：
1.确切性
2.可行性
3.输入项
4.有穷性
2、常用的算法设计策略有哪些？
1.递推法（迭代法、辗转法）
2.递归法
3.枚举法
4.分治法
5.贪心算法
6.动态规划法
7.回溯法
3、算法的描述方式有哪些？
1.自然语言
2.流程图
3.盒图（N-S图）
4.伪代码
4、什么是算法的复杂度分析？
算法复杂性指算法所需要的计算机资源，对一个算法的评价主要从时间复杂度和空间复杂度来考虑。
算法的时间复杂度是指执行算法所需要的计算工作量。
算法的空间复杂度是指算法需要消耗的内存空间。
5、简述机器语言、汇编语言和高级语言各有什么特点。
机器语言编写程序工作量大、难于使用，但执行速度快；
汇编语言程序比机器语言程序易读、易检查、易修改，同时又保持了机器语言程序执行速度快、占用存储空间少的优点；
高级语言更容易阅读、理解和修改，编程效率高。
6、算法的基本控制结构有哪些？
任何一种算法，都能以三种基本控制结构表示，即顺序结构、选择结构和循环结构。
7、评价算法的标准有哪些？
1.正确性
2.可读性
3.健壮性
4.时间复杂度
5.空间复杂度
8、设计一个算法，求1+2+4+...+2n的值，并画出程序框图。
否
是
9、某单位发放职工工资，工人每月工作不超过20天时一律发放2000元。
超过20元时分段处理：
25天以内，超过天数每天100元，25元以上每天150元。
设计一个算法，根据输入的天数，计算应发的工资，并画出程序框图。
同8题
10、找出由n个数组成的数列x中最大的数Max。
如果将数列中的每一个数大小看成是一颗豆子的大小，则可以利用一个捡豆子的生活算法来找到最大数，步骤如下：
首先将第一颗豆子放入口袋中；从第二颗豆子开始比较，如果正在比较的豆子比口袋中的还大，则将它捡起放入口袋中，同时丢掉原先口袋中的豆子，如此循环直到最后一颗豆子；最后口袋中的豆子就是所有的豆子中最大的一颗。
尝试用流程图表示这个算法。
同8题
11、写出用递归法计算n！
的算法。
同8题
12、设计一个算法，找出[1,1000]中所有能被7和11整除的数。
同8题
13、一张单据上有一个5位数的编号，万位数是1，千位数是4，百位数是7，个位数、十位数已经模糊不清。
该5位数是57或67的倍数。
输出所有满足这些条件的5位数的个数。
设计本问题的算法。
同8题
14、雨水淋湿了算数书中的一道题，8个数字只能看清3个，第一个数字虽然看不清，但可看出不是1。
设计一个算法求其余数字是什么。
[口（口3+口）]2=8口口9
同8题
15、有5个人，第5个人说他比第4个人大2岁，第4个人说他比第3个人大2岁，第3个人说他比第2个人大2岁，第2个人说他比第1个人大2岁，第一个人说他10岁。
求第5个人多少岁？
（利用本章所学问题求解的思维，设计本问题的算法。
）
同8题
16、有个莲花池里起初有只莲花，每过一天莲花的数量就会翻一倍。
假设莲花永远不凋谢，30天的时候莲花池全部长满了莲花，请问第23天的莲花占莲花池的几分之几？
（利用本章所学问题求解的思维，设计本问题的算法。
）
同8题
17、有一个农场在第一年的时候买了一头刚出生的牛，这头牛在第四年的时候就能生一头小牛，以后每年这头牛就会生一头小牛。
这些小牛成长到第四年又会生小牛，以后每年同样会生一头牛，假设牛不死，如此反复。
请问50年后，这个农场会有多少头牛？
（利用本章所学问题求解的思维，设计本问题的算法。
）
同8题
18、列举递归和分治算法的生活实例。
开放式回答，无固定答案。
19、递推法也是一种逆向思维方式的体现，举例说明逆向思维方式的应用。
开放式回答，无固定答案。
20、什么是软件危机？
什么是软件工程？
软件危机是指在软件开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。
以工程化的思想和方法来管理整个大型软件产品，这就是软件工程。
21、什么是对象？
什么是类？
并简述面向对象方法的主要思想。
对象是问题域或实现域中某些事物的一个抽象，反映该事物在系统中需要保存的信息和发挥的作用；对象是数据和操作的封装体。
类是对一个或几个相似对象的描述。
类是具有相同（或相似）属性和操作的对象的集合。
面向对象方法是一种新的思维方法，它把程序看作是相互协作而又彼此独立的对象的集合。
每个对象就是想一个微型程序，有自己的数据、操作、功能和目的。
22、参考案例21中的方法，使用面向对象的思想来分析一下学生选课系统中的对象，并写出其属性、操作和方法。
开放式回答，无固定答案。
23、有最好的软件工程方法、最好的编程语言吗？
开放式回答，无固定答案。
24、既然需求分析很困难，不管怎样先把软件做了再说，反正软件时灵活的，随时可以修改。
请分析这种说法正确与否，并说明理由。
开放式回答，无固定答案。
书上黑色字体：
1、“程序=算法+数据结构”
2、算法规定了任务执行或问题求解的一系列步骤。
3、数学建模是指运用数学的语言和方法，通过抽象、简化，建立对问题进行精确描述和定义的数学模型。
简单说，就是抽象出问题，并用数学语言进行形式化描述。
4、算法提供一种解决问题的通用方法。
5、数学建模的实质是：
提取操作对象→找出对象间的关系→用数学语言进行描述
6、递推法又称为迭代法、辗转法，是一种归纳法，其思想是把一个复杂庞大的计算过程转化为简单过程的多次重复，每次重复都在旧值的基础上递推出新值，并由新值代替旧值。
7、递归算法求解问题的基本思想是：
对于一个较为复杂的问题，把原问题分解成若干个相对简单且类同的子问题，这样，较为复杂的原问题就变成了相对简单的子问题
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