计算机思维论文

什么是计算机思维

姓名:李红梅

学号:[1**********]2 专业:数字媒体技术

摘要:意义上的思维分广义和狭义, 广义的思维是人脑对客观现实概括的和间接的反映，它反映的是事物的本质和事物间规律性的联系，包括逻辑思维和形象思维。而狭义的通常的心理学意义上的思维专指逻辑思维。计算机思维就是从如何设计计算机，到如何由计算机生产出产品的整过程，所用到的逻辑思维和形象思维，计算机思维是从那里来的呢？和计算机网络体系思想有什么相同之处？ Abstract ：Broad and narrow sense of thinking points, general thinking is the human brain to objective reality generalization and indirectly reflect, it reflects the regularity of the relationship between the nature of things and things, including the logical thinking and image thinking. And narrow usually psychology in the sense of thinking specifically to logic thinking. Computer thinking is how to design computer, how to produce the products in the whole process by computer, the use of logic thinking and image thinking, thinking in computer where it came from?

关键字：递归思考 抽象和分离 基本技能 是思想

Keywords ：Recursive thinking ；Abstraction and separation ；Basic skillsThinking

引言:计算机思维不仅是对于计算机科学家, 对每一个人都是一种基本技能, 应用计算机思维来融入到我们的生活之中.

借助于一系列功能完善界面美观的应用，用户普遍认为现代化生活依靠迷人的科技创业、“算法”之类的词组排列和某些星云状社会化媒体共同造就的。以至于真实的计算机科学和休闲的计算机用户之间形成了偏差，不过所幸的是依然有很多公司并未忘记计算机科学，微软科研部门副总裁Jeannette Wing在接受采访中阐述了“计算机思维”理念，向传统计算机科学发起挑战。计算机思维建立在计算过程本神的作用和局限上，不管这种计算是由人还是机器完成的。计算

机方法和建模给了我们解决问题和设计系统的勇气, 离开它我们难以解决这样复杂的问题。计算机思维首先面临的问题是及其的智力到底有多高：什么事情人可以做得更好？更基本的是，她要回答这个问题：什么是可计算的。指导今天，我们对这样的问题还是一知半解。

计算机思维将一些对计算机科学基本的概念用于解决问题, 设计系统和理解人的行为。计算机思维包括大量的思维工具，这些工具反应了计算机领域的多么的包罗万象。

在解决一个特定的问题时，我们也许回温：解决他有多难？最好的解决方案是什么？计算机科学靠见识的理论基础精确的回答这些问题。描述一个问题的难点，是理解用来完成她的及其潜在作用的一部分。我们还必须考虑及其指令集，资源限制和操作环境。

计算机思维就是在完成复杂任务或者是设计复杂系统时，使用抽象和分解的方法。就是把考虑的问题分离开。就是为问题选择一个正确的表示方法或者给一个问题的相关方面建模。就是使用常量来简明地描述系统的行为。就是自信地认为我们能够安全地使用、修改和影响一个大而复杂的系统，而不必去理解每一个细节。就是在建模的时候想到多用户，为了将来使用而预取和缓冲。

计算机思维就是通过冗余、容错（damage containment ）和纠错来防止发生不好的情景，一旦发生也可以从中恢复。就是用死锁来产生僵局和简化接口。（原文是：It is calling gridlock deadlock and contracts interfaces）就是在同步的时候避免产生竞争条件。

计算机思维就是用启发式的推理去发现一个解决方法。就是在不确定出现时能够有条不紊地调度。就是搜索，搜索，再搜索，直到找到一个网页列表，一个游戏攻略，或者其它类似的例子。计算机思维就是用大量的数据加速计算。就是在时间和空间，处理效率和存储容量之间的折中。

计算机网络系统是独立的计算机通过已有通信系统连接形成的，其功能是实现计算机的远程访问和资源共享。因此，计算机网络的问题主要是解决异地独立工作的计算机之间如何实现正确、可靠的通信，计算机网络分层体系结构模型正是为解决计算机网络的这一关键问题而设计的。而什么是网络体系结构呢？为了降低网络设计的复杂性，绝大多数网络都组织成一个层次栈(a stackof layer)

或分级栈(a stack of level ），每一层都建立在其下一层的基础之上。层的个数、每一层的内容以及每一层的功能各个网络都不尽相同。每一层的目的是向上一层提供特定的服务，而把如何实现这些服务的细节对上一层加以屏蔽。从某种意义上讲，每一层都是一种虚拟机，它向上一层提供特定的服务。这种分层的概念被广泛应用于计算机科学各个领域中，只是称谓有所不同---信息隐藏、抽象数据类型、数据封装以及面向对象程序设计。其基本思想是一个特定的软件/硬件向其用户提供某种服务，但是将内部状态和算法细节隐藏。分层结构是一种有实际价值软件体系结构风格，但也有缺点。

层和协议的集合称为网络体系结构。网络体系结构的规范必须包含足够的信息，以便实现者为每一层编写的程序或者设计的硬件能遵守有关的协议。实现细节和接口规范不属于网络体系结构的内容，因为他们在机器内部，对外界是不可见的。甚至，一个网络中所有机器的接口也不必都一样，只要每台机器能够正确地使用所有的协议即可。

在《计算机网络-Andrew 》中，作者严格区分了网络体系结构中三个最重要的概念：服务，协议，与接口。

计算思维是人类求解问题的一条途径，但决非要使人类像计算机那样地思考。计算机枯燥且沉闷，人类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机激情。配置了计算设备，我们就能用自己的智慧去解决那些在计算时代之前不敢尝试的问题，实现“只有想不到，没有做不到”的境界。

网络体系结构是计算机网络的分层、各层协议、功能和层间接口的集合。不同的计算机网络具有不通的体系结构、其层的数量、各层的名称、内容和功能以及相邻层之间的接口不一样。然而，在任何网络中，每一层都是为了向他邻接的上一层而设置的，而且每一层都对上层屏蔽实现协议的具体细节。这样，网络体系结构就能做到与具体物理实现无关，即使连接网络中的主机和终端的型号以及性能各不相同，只要它们共同遵守相同的协议就可以实现互通信和互操作。

计算机思维抽象和分解来迎接庞杂的任务或者设计巨大复杂的系统。它是关注的分离（SOC 方法）。它是选择合适的方式去陈述一个问题，或者是选择合适的方式对一个问题的相关方面建模使其易于处理。它是利用不变量简明扼要且表述性地刻画系统的行为。它使我们在不必理解每一个细节的情况下就能够安全地

使用、调整和影响一个大型复杂系统的信息。它就是为预期的未来应用而进行的预取和缓存，计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式从最坏情形恢复的一种思维。它称堵塞为“死锁”，称约定为“界面”。计算思维就是学习在同步相互会合时如何避免“竞争条件”（亦称“竞态条件”）的情形。这跟

计算机网络体系有点像，计算机网络体系的分层，就是一种分离，一级一级的链接和传递。连接到网路中的主机跟终端的要共同遵守相同的协议，而协议又是什么呢 ？协议是用来描述通信进程之间的信息交换的一个术语。在网络中，包含多种计算机系统，在硬件和软件系统各部相同，要使得他们之间相互通信，就必须有一套通信管理极致，使通信双方能正确的接收消息，并理解对方所传输信息的含义。也就是说，当用户使用程序、文件传输信息包、数据库管理系统电子邮件等相互通信时，他们必须实现约定一种规则，这种规则可称为协议。准确的说，协议就是为实现网络中的数据交换而建立的规则标准或约定。为了降低设计的复杂性和便于维虎，一般的网络设计都采用了层次结构，这里的协议分层有一下的特点：（1）各层之间相互独立，高层不必关心底层的实现细节，可以真正做到各司其职。(2)利于实现和辩护, 某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。

（3）易于标准化。

计算机网路体系思想跟计算机思维在某些方面不谋而同，计算机思维并不是一种什么特殊技能，而是一种基本技能。它源于我们生活，运用与我们生活。他是人解决问题的思维方式，不是试着让人像计算机一样思考，人是聪明并且具有想象力额。我们人类使得计算机如此激动人心，有了计算设备，窝们能够用自己的聪明才智来解决一些在计算机时代之前不敢着手解决的问题，建立的系统的功能也仅仅局限与我们的想象力。因此我们的生活中很多东西都与计算机网络息息相关，计算机网络系统，这是一种基于人类的想象力，最终发展成这样的一个比较成功的例子。

参考文献：《计算机与人脑》 《计算机网络》百度资料等等；

作业：

1-12 因特网的两大组成部分（边缘部分和核心部分）的特点是什么？它们的工作方式各有什么特点？ 答：边缘部分：由各主机构成，用户直接进行信息处理和信息共享；低速连入核心网。核心部分：由各路由器连网，负责为边缘部分提供高速远程分组交换。

1-17 收发两端的传输距离为1000km ，信号在媒体上的传播速率为2 x 108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延:

(1) 数据长度为107bit ，数据发送速率为100kb/s。

(2) 数据长度为103bit ，数据发送速率为1Gb/s。

答： （1）发送时延：ts=107/105=100s；传播时延：tp=106/（2 x 108）=0.005s

（2）发送时延：ts=103/109=1us；传播时延：tp=106/（2 x 108）=0.005s 1-21 协议和服务有何区别？有何关系？ 答：网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成：

（1） 语法：即数据与控制信息的结构或格式。

（2） 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

（3） 同步：即事件实现顺序的详细说明。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，而要实现本层协议，还需要使用下面一层提供服务。

协议和服务的区别：

1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。

2、协议时“水平的”，即协议时控制两个对等实体进行通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI 中称为服务原话。 1-26 试解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。

答：协议栈：指计算机网路体系结构采用分层模型后，每层的主要功能由对

等层协议的运行来实现，因而每层可用一些主要协议来标准几个层次画在一起很像一个栈的结构。实体：表示任何可发送或接受信息的硬件或软件进程。对等层：在网络体系结构中，通信双方实现同样功能的层。协议数据单元：对等层实体进行信息交换的数据单位。服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方、客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。客户-服务器方式：是进程之间服务和被服务的关系。 P63

2-01 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？

答：物理层要解决的问题：（1）物理层尽可能的屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。（2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。（3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。

物理层的主要特点：（1）由于在OSI 之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI 的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，讲物理层确定为描述与传输媒体接口的机械，电气，功能和过程特性。（2）由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。

2-03 试给出数据通信系统的模型并说明其主要构成组件的作用。 答：数据通信系统的模型，源点：源点设备产生要传输的数据，源点又称为源站。

发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。接收器：接手传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息。终点又称为目的站传输系统。信号物理通道

2-04 试解释以下名词：数据、信号、模拟数据、模拟信号、基带信号、带

通信号、数字数据、数字信号、码元、单工信号、半双工信号、全双工信号、串行信号、并行信号。

答：数据：是运送信号的实体。信号：是数据的电气或电磁的表现。模拟数据：运送信息的模拟信号。模拟信号：连续变化的信号。基带信号：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图案文件的数据信号都属于基带信号。带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。数字数据：取值为不连续值的数据。数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。单工信号：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互：半双工信号：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。全双工信号：即通信的双方可以同时发送和接收信息。串行信号：信号一个接一个传。并行信号：一次传多个信号。

2-08 假定要用3kHz 带宽的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示）这个结果说明什么问题？

答：C= Wlog2（1+S/N）（b/s）

W=3khz，C=64khz S/N=64.2dB 这个结果说明是个信噪比要求很高的信源。

2-14 试写出系列英文缩写的全文，并进行简单的解释。

FDM,TDM,STDM,WDM,DWDM,CDMA,SONET,SDH,STM-1，OC-48。

答：FDM ：Frequency Division Multiplexing

TDM ：Time Division Multiplexing

STDM ：Statistic Time Division Multiplexing

WDM ：Wave Division Multiplexing

DWDM ：Dense Wave Division Multiplexing

CDMA ：Code Wave Division Multiplexing

SONET ：Synchronous Optical Network 同步光纤网

SDH ：Synchronous Digital Hierarchy 同步数字系列

STM-1：Synchronous Transfer Module 第1级同步传递模块

OC-48：Optical Carrier 第48级光载波

2-15 码分多址为什么可以使所用用户在同样的视觉使用同样的频带进行通信而不会相互干扰？这种复用方法有何优缺点？ 答：各用户使用经过特殊挑选的相互正交的不同码型，因此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。占用较大的带宽。

2-16 共有4个站进行码分多址CDMA 通信，四个站的码片序列为： A （-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1） B（-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1） C （-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1） D（-1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1）

现收到这样的码片序列：（-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1）。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是1还是0？

答：S ·A=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1，A 发送1

S·B=（+1-1-3-1-1-3+1-1）/8=-1，B 发送0

S·C=（+1+1+3+1-1-3-1-1）/8=0， C无发送

S·D=（+1+1+3-1+1+3+1-1）/8=1，D 发送1