《大学计算机》蒋加伏，沈岳主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《大学计算机》

【作　者】蒋加伏，沈岳主编

【丛书名】“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

【页 数】 304

【出版社】 北京邮电大学出版社 , 2017.06

【ISBN号】978-7-5635-5050-0

【分 类】电子计算机-高等学校-教材

【参考文献】 蒋加伏，沈岳主编. 大学计算机. 北京邮电大学出版社, 2017.06.

图书封面：

图书目录：

《大学计算机》内容提要：

本书分为7章,包括计算与计算思维、计算系统平台、信息表示和逻辑运算、计算机操作系统、信息处理与发布、网络通信与信息安全、数据管理。

《大学计算机》内容试读

Chapter

●01

●●●.

计算与计算思维

本章导读

人类一直在追求实现自动计算的梦想，并进行着不懈努力，但关于自动计算的理论直到20世纪才取得突破性成果。本章主要从“演化、模型、抽象”等计算思维概念，讨论计算机的发展历程、计算的理论模型及计算思维的基本概念和方法。

知识列表

⊙1.1计算工具

01.2计算模型

01.3计算思维

大学计算机

(第5版)

1.1

计算工具

计算机的产生和发展经历了漫长的历史进程，在这个过程中，科学家们经过艰难探索，发明了各种各样的计算机器，推动了计算机技术的发展。总体来看，计算机的发展经历了计算工具、计算机器、现代计算机3个历史阶段。

1.1.1早期计算工具

人类最早的计算工具也许是手指和脚趾，因为这些计算工具与生俱来，无须任何辅助设施，具有天然优势；但是手指和脚趾只能实现计算，不能存储，而且局限于0一20以内的计算。目前，发现最早使用的记数工具是2万年前狼的颚骨，颚骨上“逢五一组”，共有55条刻痕。

1.十进制记数法

在古代世界的记数体系中，除了巴比伦文明的楔形数字为六

十进制、玛雅文明为二十进制外，几乎全部为十进制。公元前3400年左右，古埃及已有十进制记数法，只不过这些十进制记数体系还没有位值（数的位置不同，表示的值也不同）的概念。

我国在商朝（约公元前1600一公元前1046年）时已经有了比较完备的文字记数系统，在商朝甲骨文中，已经有了一，二、三、四、

五、六、七、八、九、十、百、千、万这13个记数单字。在商朝某片甲骨上，可以看到将“547天”记为“五百四旬又七日”，这是最早表明中国人使用十进制记数法的典型案例。

周朝（公元前1046一公元前256年）的十进制已经有了明显

十又三白直人六百又五十又九夫

的位值概念。如图1-1所示为西周早期青铜器大盂鼎，其上的铭文记载：“…庶人六百又五十又九夫，易尸司王臣十又三白人”。另外，根据小孟鼎上的铭文记载：“伐鬼方，…获馘四千八百又二馘。俘人万三千八十一人。俘马口口匹。俘车州辆。俘牛三百五

图1-1西周大孟鼎铭文

十五牛”。这里的三、五等数符具有位值记数功能。

(公元前1045年)

2.算筹

算筹是我国古代最早的计算工具之一，成语“运筹帷幄”中的“筹”就是指算筹。南北朝数学家祖冲之(429一500)借助算筹作为计算工具，成功地将圆周率计算到了小数点后第7位。算筹可能起源于周朝，在春秋战国时已经非常普遍了。根据史书记载和考古材料发现，古代算筹实际上是一些差不多长短和粗细的小棍子。

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第1章

计算与计算思维

3.九九乘法口诀

我国使用九九乘法口决（简称九九表）的时间较早，在《荀子》、《管子》、《战国策》等古籍中，能找到“三九二十七”、“六八四十

八”、“四八三十二”、“六六三十六”等语句。可见早在春秋战国时

九九表就已经开始流行了。九九表广泛用于筹算中进行乘法、除法、开方等运算，到明代改良用在算盘上。如图1-2所示为我国目前发现得最早的九九表实物一湖南湘西出土的秦代木椟，上面详细记录了九九表。与今天的九九表不同，秦代木椟上的九九表不是从“一一得一”开始，而是从“九九八十一”开始，到“二半而一”结束。

木核译文：

三三三四E三

三三四四四五五而而而十十而十大九八二大十五

图1-2秦代木椟（公元前221一公元前206年）

位值概念和九九表后来传人高丽、日本等东方国家，又经过丝绸之路传到印度、波斯，继而流行全世界。十进制位值的概念和九

九表是古代中国对世界文化的一项重要贡献

九九表的算法特点是：九九表只用1~10这10个数字：九九

AAAAAAAAAAAA

表包含了乘法的可交换性，因此只需要“八九七十二”，不需要“九

风】

八七十二”；九九表只有45项口诀，而古代玛雅人采用二十进制，理论上乘法表有(19×20)/2=190项口诀（目前无文物佐证）。在13世纪之前，欧洲人计算乘法、除法时十分辛苦，能够除一个大数的人，被视为数学家。13世纪初，中国的计算方法通过阿拉伯人传人欧洲，欧洲人学习到了这种先进的计算技术。

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4.算盘

图13古希腊算板（公元前

算盘一词并不专指中国算盘。从文献资料看，许多文明古国

800年)和我国《清明上河图

都有过各种算盘。古今中外的各式算盘大致分为3类：沙盘类、算

中的穿珠算盘(1101年)

板类、穿珠类，如图1-3所示。

穿珠算盘是我国古代的重要计算工具，在世界计算工具发展中具有非常重要的地位，美国加州计算机历史博物馆展厅入口处就是一个大算盘。从计算技术角度看，算盘主要有以下进步：一是建立了一套完整的算法规则，如“三下五去二”；二是具有临时存储功能（类似于内存），能连续运算；三是出现了五进制，如上档一珠当五；四是制作简单，携带方便。2013年，我国的穿珠算盘被联合国公布为人类非物质文化遗产。

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1.1.2机械式计算机

算盘作为主要计算工具流行了相当长一段时间，直到17世纪，欧洲科学家兴起了计算机器研究热潮。当时，法国数学家笛卡儿(Rene Descartes,1596一1650)曾经预言“总有一天，人类会造出

一些举止与人一样‘没有灵魂的机械’来”。

1.帕斯卡加法器

1642年，法国数学家帕斯卡(Blaise Pascal,1623一1662)制造了第一台能进行6位十进制加法运算的机器（见图1-4），该机器在巴黎博览会展出期间引起了轰动。加法器发明的意义远远超出了

图留毁图盈级踢器溜

机器本身的使用价值，它证明了以前认为需要人类思维的计算过程，完全能够由机器自动化实现，从此欧洲兴起了制造“思维工具”的热潮。帕斯卡在著作《静思录》中写到“算术机器提供了关于哪

图14帕斯卡发明的加法

种方法比动物行为更接近思维的一些印象”。

器和它的内部齿轮结构

2.巴贝奇自动计算机器

(1642年)

(1)差分机的设计和制造

18世纪末，法国数学界调集了大批数学家组成人工手算流水线，经过长期地艰苦奋斗，终于完成了17卷《数学用表》的编制：但是手工计算的数据出现了大量错误，这件事情强烈刺激了英国剑桥大学著名数学家巴贝奇(Charles Babbage,1791一1871)。巴贝奇经过整整10年的研制工作，于1822年成功研制出了第一台差分机，如图1-5所示。

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图15巴贝奇发明的差分机的现代复原模型(1822年)

巴贝奇的基本想法是利用机器将计算到印刷表格的过程全部自动化，全面消除人为错误（如计算错误、抄写错误、校对错误、印制错误等)。差分机是一种专门用来计算特定多项式函数值的机器，“差分”的含义是将函数表的复杂计算转化为差分运算，用简单的加法代替平方运算，快速编制出对数和三角函数数学用表。

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第1章

计算与计算思维

(2)分析机的基本结构

1837年，巴贝奇辞去了剑桥大学教授职务，开始专心设计种由程序控制的通用分析机。巴贝奇先后提出过大约30种不同的分析机设计方案，并对各种方案都绘制出了图纸，图纸上的零件数量多达几万个。巴贝奇希望分析机能自动计算有100个变量的复杂算题，每个数达25位，速度达到每秒运算一次。

巴贝奇的分析机设计方案已经具备了现代计算机的基本特征。分析机由蒸汽机驱动，大约有30米长、10米宽。分析机由3部分构成，第1部分是保存数据的齿轮式寄存器，巴贝奇称其为“堆栈”(store)。分析机具有存储器的概念，它的“内存”大约可以

存储1000个50位的十进制数（大约20.7KB)。第2部分是对数

据进行各种运算的装置，巴贝奇将其命名为“工场”(Ml),它包含

一个算术运算单元，可以进行四则运算、比较和求平方根运算。为了加快运算速度，巴贝奇设计了进位机构。第3部分是对操作进行程序控制，并对数据及输出结果加以选择的装置。分析机采用

十进制记数，使用穿孔卡片作为程序输入，可以运行包含“条件”、“循环”等语句的程序，这台机器的编程语言类似今天的汇编语言。

(3)巴贝奇对计算机发明的贡献

图灵在《计算机器与智能》一文中评价道：“分析机实际上是台万能数字计算机”。巴贝奇以他天才的思想，划时代地提出了类似于现代计算机的逻辑结构，他因此被人们公认为计算机之父。分析机的特征是，它把抽象的代数关系看成可以由机器实现的实体，而且可以机械地操作这些实体，最终通过机器得出计算结果。这实现了最初由亚里士多德和莱布尼兹描述的“形式的抽象和操纵”。

在多年研究和制造实践中，巴贝奇写出了世界上第一部计算机专著《分析机概论》。分析机的设计理论非常先进，它是现代程序控制计算机的雏形。不幸的是，这台分析机直到巴贝奇去世也没有制造出来，巴贝奇也因此而家财散尽，声名败落，贫困潦倒而终。

图1-6爱达对伯努利数的差

3.爱达与程序设计

分运算过程是世界上第一个

爱达(1815一1852)是著名英国诗人拜伦之女，她对数学有极

计算机程序(1812年)

高的兴趣。1842年，爱达花了9个月时间翻译意大利数学家米那比亚(Luigi Menabrea)论述巴贝奇著作《分析机概论》写的备忘录。在爱达译文里，她附加了许多注记，她指出分析机可以像提花机那样进行编程，并详细说明了用机器进行伯努利数运算的过程。这被认为是世界上第一个计算机程序（见图16），因此，爱达也

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被公认为世界上第一位程序设计师。

爱达协助巴贝奇完善了分析机的设计，她发现了编程的基本要素，她建立了循环和子程序的概念。爱达在对分析机进行研究时，先后编写了三角函数程序、级数相乘程序、伯努利函数程序等

一大批算法代码。爱达还创造了许多巴贝奇也未曾提到的新构想。例如，爱达曾经预言：“这个机器未来可以用于排版、编曲或是

图灵机

各种更复杂的用途”。

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1.1.3现代计算机

1.现代计算机科学先驱

现代计算机是指利用电子技术代替机械或机电技术的计算机。现代计算机经历了70多年的发展，其中最重要的代表人物有英国科学家图灵(Alan Mathison Turing,1912一1954)和美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(John von Neumann,1903一1957)。图灵是计算机科学理论的创始人，冯·诺依曼是计算机工程技术的先

驱人物，如图1-7所示。美国计算机协会(ACM)1966年设立了

“图灵奖”，奖励那些对计算机事业做出重要贡献的个人：国际电子

和电气工程师协会(IEEE,读为I3E)于1990年设立了“冯·诺依

曼奖”，目的是表彰在计算机科学和技术上具有杰出成就的科学家。

1936年，图灵在具有划时代意义的论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》中，论述了一种理想的通用计算机，被后人称为图灵机。1950年，图灵发表了著名论文《计算机器与智能》，论文指出，如果机器对于质问的响应与人类做出的响应完全无法区

101报告

别，那么这台机器就具有了智能。这一论断称为图灵测试，它奠定了人工智能的基础。

图灵不只是一位抽象数学家，他还是一位擅长电子技术的工程专家，第二次世界大战期间，他是英国密码破译小组的主要成员。冯·诺依曼生前曾多次谦虚地说：“如果不考虑查尔斯·巴贝奇等人早先提出的有关思想，现代计算机的概念当属于阿兰·图

图1-7图灵和冯·诺依曼

灵”，由此可见图灵对计算机科学影响巨大。

2.ABC计算机

第一台现代电子数字计算机是ABC(Atanasoff-Berry computer,阿塔纳索夫-贝瑞计算机)，它是由美国爱荷华州立大学物理系副教授阿塔纳索夫(John Vincent Atanasoff)和他的研究生克利福特·贝瑞(Clifford Berry)在1939年10月研制成功（见图1-8）的

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···试读结束···