大学计算机 计算与信息素养 第2版 战德臣 聂兰顺 高等教育出版社

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内容提要

《大学计算机：计算与信息素养（第2版）》是计算思维通识类课程“大学计算机”的教材，力求将蕴涵在计算机学科中的经典计算思维和信息时代人们应具备的基本计算素养结合起来进行系统、全面的介绍。《大学计算机：计算与信息素养（第2版）》分为四个部分：第1-3章的基本思路为由计算到计算思维，由符号化、计算化到自动化，进而讲解什么是程序、程序的构造性及程序构造的基本手段；第4-6章进一步讲解程序是如何被执行的，由机器级程序的执行讲解到复杂环境下程序的执行，进而讲解到不同层面下的程序编写，即程序设计问题；第7-9章介绍什么是算法，如何用算法进行问题求解，进一步以两类典型的算法来阐述为什么要研究算法和怎样研究算法；第10-13章的基本思路是在具有了前面的计算思维后，使学生进一步具有较为全面的信息素养。
　　《大学计算机：计算与信息素养（第2版）》可作为门计算机课程的教材，也可作为学习计算机知识的参考书；对计算机教育工作者、从事计算机工作的人员，也有较高参考价值。

目录

作者介绍

战德臣，哈尔滨工业大学计算机学院教授，博士生导师，哈尔滨工业大学教学名师奖获得者，宝钢教育基金教师奖获得者，教育部大学计算机课程教学委员。先后完成国家863计划课题、国家自然科学基金课题、国家科技支撑计划课题等20余项，其成果获省部级科技进步一等奖1项、二等奖3项、三等奖3项，在外主要刊物上发表论文100多篇，著书6部，获发明2项，软件著作权22项。目前主要研究新型软件体系结构、云服务与云计算、物流／制造服务系统、软件建模与复用、业务过程管理、数据与知识工程、企业资源规划与供应链管理系统。自1998年以来，一直从事“大学计算机”课程的教学工作，并致力于计算思维与教育教学改革方面的研究工作，是教育部大学计算机课程改革项目“理工类高校计算思维与计算机课程研究及教材建设”的主持人。
　　
　　聂兰顺，博士，哈尔滨工业大学副教授，硕士生导师，法国克莱蒙费郎第二大学访问教授，美国圣路易斯华盛顿大学访问学者。主持（并完成）国家863计划课题、国家自然科学基金项目、国家科技支撑计划课题等课题6项，参与国家科技重大专项课题等、省部级课题10余项，成果获省部级科技进步一等奖1项，二等奖3项，发表学术论文40余篇，获发明2项，软件著作权18项，编撰教材2部。主要研究信息物理系统、资源调度、智能优化方法等。自2007年以来，一直从事“大学计算机”课程教学实践及面向计算思维的教学改革研究，获校青年教师教学基本功竞赛一等奖，主持完成校“985”工程教学项目“面向拔尖创新人才培养的计算思维通识教育课程建设”。
　　
　　张丽杰，哈尔滨工业大学副教授。长期以来一直从事计算机专业及非计算机专业的教学工作，获得教学成果奖3项，黑龙江省教学成果二等奖1项。负责黑龙江省自然科学基金项目1项，参加国家自然科学基金项目，近年来发表论文10余篇。讲授“计算机组成原理”、“计算机接13”、“微机原理与接口”及“大学计算机”等课程。

文摘

《大学计算机：计算与信息素养（第2版）》：
　　1.6.1计算之树的树根——计算技术与计算系统的奠基性思维
　　计算之树的树根体现的是计算技术与计算系统最基础、最核心的或者说奠基性的技术或思想，这些思想对于今天乃至未来研究各种计算手段仍有着重要的影响。仔细分析这些思想，本书认为“O和1”、“程序”和“递归”三大思维最重要。
　　“O和1”的思维：计算机本质上是以0和1为基础来实现的。“0和1”的思维体现了“语义符号化→符号计算化→计算0（和）1化→0（和）1自动化→分层构造化→构造集成化”的思维，体现了软件与硬件之间最基本的连接纽带，体现了如何将“社会／自然”问题转变为“计算问题”，进一步再将“计算问题”转变成“自动计算问题”的基本思维模尸是最基本的抽象与自动化机制，是最重要的一种计算思维。
　　“程序”的思维：一个复杂系统是怎样实现的？系统可被认为是由基本动作（注：基本动作是容易实现的）以及基本动作的各种组合所构成（注：多变的、复杂的动作可由基本动作的各种组合来实现）。因此实现一个系统仅需实现这些基本动作以及实现一个控制基本动作组合与执行次序的机构。对基本动作的控制就是指令；而指令的各种组合及其次序就是程序。系统可以按照“程序”控制“基本动作”的执行以实现复杂的功能。指令与程序的思维体现了基本的抽象、构造性表达与自动执行思维，计算机或者计算系统就是能够执行各种程序的机器或系统，也是最重要的一种计算思维。
　　“递归”的思维：递归是可以用自相似方式或者自身调用自身方式不断重复的一种处理机制，是以有限的表达方式来表达无限对象实例的一种方法，是最典型的构造性表达手段与重复执行手段，被广泛地用于构造语言、构造过程、构造算法、构造程序。递归体现了计算技术的典型特征，是实现问题求解的一种重要的计算思维。计算理论认为，递归函数是可计算函数的精确的数学描述，图灵机本质上也是递归：图灵可计算函数与递归函数等价，凡可计算的函数都是一般递归函数，即丘奇一图灵命题，说明计算系统是一种可递归计算的系统，由此也可看出递归对计算技术与计算系统的奠基性思维作用。
　　1.6.2计算之树的树干——通用计算环境的进化思维
　　计算之树的树干体现的是通用计算环境暨计算系统的发展与进化。深入理解通用计算系统所体现出的计算思维对于理解和应用计算手段进行各学科对象的研究，尤其是专业化计算手段的研究有重要的意义。这种发展，本书认为可从4个方面来看。
　　冯·诺依曼机：冯，诺依曼计算机体现了存储程序与程序自动执行的基本思维。程序和数据事先存储于存储器中，由控制器从存储器中一条接一条地读取指令、分析指令并依据指令按时钟节拍产生各种电信号予以执行。它体现的是程序如何被存储、如何被CPU（控制器和运算器）执行的基本思维，理解冯·诺依曼计算机如何执行程序对于利用算法和程序手段解决社会／自然问题有重要的意义。
　　个人计算环境：个人计算环境本质上仍旧是冯·诺依曼计算机，但其扩展了存储资源，由内存（RAM/）、外存（硬盘／光盘／软盘）等构成了存储体系，随着存储体系的建立，程序被存储在永久存储器（外存）中，运行时被装入内存再被CPU执行。它引入了操作系统以管理计算资源，它体现的是在存储体系环境下程序如何在操作系统协助下被硬件执行的基本思维。并行与分布计算环境：并行分布计算环境通常是由多CPU（多核处理器）、多磁盘阵列等构成的具有较强并行分布处理能力的复杂的服务器环境，这种环境通常应用于局域网络／广域网络的计算系统的构建，体现了在复杂环境下（多核、多存储器），程序如何在操作系统协助下被硬件并行、分布执行的基本思维。云计算环境：云计算环境通常由高性能计算结点（多计算机系统、多核微处理器）和大容量磁盘存储结点所构成，为充分利用计算结点和存储结点，其能够按使用者需求动态配置形成所谓的“虚拟机”、“虚拟磁盘”，而每一个虚拟机、每一个虚拟磁盘则像一台计算机、一个磁盘一样来执行程序或存储数据。它体现的是按需索取、按需提供、按需使用的一种计算资源虚拟化、服务化的基本思维。图灵奖获得者Edsger Dijkstra说过：“我们所使用的工具对思维习惯会产生重要影响，进而它将影响思维能力。”这从一个方面说明，通用计算环境的进化思维是很重要的计算思维，理解了计算环境，不仅对新计算环境的创新有重要影响，而且对基于先进计算环境的跨学科创新也会产生重要的影响。
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序言