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第1章
什么是计算机科学

计算机 是一种用来存储和处理(如修改、转移或者重写)信息的装置,它可以完成各种复杂的计算,也可以存储大量的数据。计算机科学是一门研究如何运用计算机技术来解决问题的学问,研究内容包括 计算机系统 、编程规则、数据与分析、网络,以及计算机对我们生活的影响。计算机比我们人类更擅于存储和分享海量数据,快速解决复杂的计算问题,甚至比我们人类更擅于学习。 计算机科学家的工作就是运用计算机的能力来开发新技术,造福我们的生活。

计算机系统

计算机运行所需要的所有基本硬件(你能看到和摸到的那些部件)和软件(程序)。

计算机技术影响着我们的生活和思维方式,它能帮我们解决问题、改善生活,让我们过得更开心、更安全。

举几个例子:

计算机引导宇宙飞船飞向月球和火星。

机器人帮助医生完成高精度的手术。

计算机为电影和游戏制作逼真的视觉和声音特效。

为了解决问题,计算机科学家不仅要运用现有的技术,还要创造新的技术,他们通过编写程序告诉计算机如何更好更快地完成任务,还能教计算机如何学习新知识。成为一名计算机科学家,意味着你需要从一名 使用者 转变成一名 创造者

计算机科学是一门解决问题的学问,这门学问要研究计算机及其设计,还有计算机处理信息的方式。

我们通过一些例子来看看哪些 属于 计算机科学,哪些 不属于 计算机科学。

不属于计算机科学 ”中的这些例子只是在使用技术,而“ 属于计算机科学 ”中的例子则是在创造新的技术。

计算机科学的五大领域

计算机科学可以分为以下五大主要研究领域:

1.计算机系统

计算机系统指的是能够运行程序和处理信息的设备,比如台式电脑、笔记本电脑和智能手机。有很多电子设备内置了微型计算机,也能够通过 程序 来控制,如洗碗机、电视、智能手表,甚至是某些灯泡。

2.算法和编程

算法 和编程指的是通过编写程序(代码)来告诉计算机应该做什么。程序可以很复杂,如iTunes、Safari浏览器 、谷歌(Google Chrome)浏览器,或者罗布乐思(Roblox)虚拟世界,这些程序包含成千上万条指令。程序也可以很简单,比如可以只输出一句话:“Hello,world!”(你好,世界!)

程序

程序是一系列做事的步骤(或者说是一个算法),这些步骤被翻译成计算机可以理解的指令(代码)。

算法

用人类的语言编写的一张步骤清单,用来告诉一个人应该如何完成一项任务。

编写一个程序一般分为两个步骤:

第一步: 计算机科学家编写一张清单,写清楚他想让程序如何一步一步地完成工作。

第二步: 计算机科学家将他的清单翻译成一种计算机能够理解的语言(代码),这样一来,算法就变成了程序。

计算机很强大,但它们不够聪明,只能按照人类的指示来完成工作,而程序的作用就是告诉计算机该如何完成工作。

3.数据与分析

数据与分析 指的是对资料进行收集、存储、整理和研究,帮助我们从中发现这些数据到底代表什么意思。例如,在一个性格测试项目中,我们需要提问并收集回答(比如“你喜欢和很多朋友一起玩游戏吗?”或者“你空闲的时候都喜欢做些什么?”),把这些回答记录下来,并通过研究这些回答来分析一个人的性格。再举一个简单的例子,我们可以收集和存储游戏中的得分,并从中找出哪个玩家赢了,或者谁是目前的最高分。

数据

没有经过整理和组织的原始资料。

分析

整理、描述和理解数据的过程。

计算机非常擅长海量数据的存储、分享和计算,因此成了数据分析的强大工具。

4.网络和互联网

网络 指的是连接在一起的一组设备(如台式电脑、笔记本电脑和服务器),这些设备可以共享信息,也可以共享一些资源,如打印机。 互联网 是一个巨大的国际网络,可以把几百万台计算机连接在一起。对网络和互联网的研究可以帮助我们更好、更安全地分享信息。

5.计算机的影响

研究计算机的影响,包括研究计算机如何影响我们的生活、文化、安全、法律和行为。我们能够创造新的技术,但这并不意味着我们应该去创造某些新技术。

我们还要想一想这些新技术将如何影响他人的生活。

举个例子,如果你编写一个程序,可以入侵任何人的手机、删除他们最喜欢的照片,这样会带来怎样的后果?

我们需要考虑的问题:

这样做会如何影响受害者的生活?

你的行为会如何影响你的朋友?

法律是否禁止使用这样的程序?

即便我们自己不用,仅仅分享这样的程序算不算违法?

对别人来说,这种新技术到底是会让生活变得更好,还是更糟?

检查所学

1. 什么是计算机科学?

2. 以下哪一种最有可能不属于计算机系统?

A. 手机

B. 新款电视

C. 图书

D. 电子书阅读器

3. 什么是程序?为什么计算机需要程序?

4. 以下哪项不是对计算机科学家的描述?

A. 研究一些有趣的问题,比如,如何用算法让快递变得更快

B. 构建一个计算机系统来解决某种问题

C. 玩电脑游戏

D. 研究一种如何对人们的生活产生影响的新的计算机技术?

5. 什么是计算机系统?请你举几个计算机系统的例子。

6. 计算机科学家通过构建系统来帮助农民为社会生产更多的食物,这一进步最符合计算机科学五大领域中的哪一个?

7. 使用者和创造者的区别是什么?

8. 一组相互连接在一起的计算机被称为什么?

9. 通过研究学生的考试成绩来了解整个班级的学习情况,这个例子属于计算机科学的哪个领域?

10. 讲一讲,算法是什么?

答案见下面

核对答案

1 .计算机科学是一门研究如何运用计算机技术来解决问题的学问。

2 . C

3 .程序是用计算机能理解的语言来编码的一系列指令。没有程序,计算机就无法理解人类想让它做什么。

4 . C

5 .计算机系统指的是能够运行程序和处理信息的设备。例如,台式电脑、笔记本电脑、智能手机,以及其他可以运行程序的设备。

6 .计算机的影响。尽管这五大领域在为农民开发更好的工具的过程中都有所涉及,但是我们要强调的是对社会产生的有利影响,因此这个例子属于计算机的影响。

7 .使用者只是取出使用程序或者内容,而创造者则是去创造内容供使用者来使用。

8 .网络,或者计算机网络。

9 .数据与分析。

10 .算法是用人类的语言编写的一张步骤清单,用来告诉一个人应该如何完成一项任务。 r71b18gSpyHpREnEWnLe7naxsVzIX9HUkxpxyR06KbiPgvm7MDD2+UknGP4BBmzy

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