计算与计算思维
“计算”这个词从狭义来说，是根据已知量算出未知量，从广义上说，是一个可以领会却难以言表的概念，可以理解为考虑或谋虑，该怎么办。电子数字计算机的出现和计算机科学的发展泛化了这个概念。计算是人类基本思维活动和行为方式的主要方面之一，也是人们认识世界和改造世界的基本方法，主要是用数学和逻辑的方法来决定事情的处理过程。
计算思维
计算思维是运用计算机科学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。计算思维代表着一种普遍的态度和一类普适的能力，目前大家认可的计算思维有以下特征：
- 计算思维是概念化的抽象思维，不只是程序设计，还要求对事物能够在抽象的多个层次上思维。
- 计算思维是基本的，而不是刻板的技能。
- 计算思维是人的，而不是计算机的思维方式。
- 计算思维是数学和工程思维的互补和融合。
- 计算思维是思想，而不是人造物。
- 计算思维面向所有人，所有的地方。
- 计算思维关注依旧亟待理解和解决的智力上极有挑战性并且引人入胜的科学问题。
科技创新三大思维
科学界一般认为，科学方法分为理论、实验和计算三大类，相对应的是三大科学思维：理论思维、实验思维和计算思维
- 理论思维以数学为基础。公理化方法是最重要的理论思维方法。公理化系统有三个条件：无矛盾性、独立性、完备性。
- 实验思维以物理等学科为基础。对实验思维来说，最为重要的事情就是设计、制造实验仪器和追求理想的实验环境。
- 计算思维以计算机科学为基础。数学和工程思维的互补和融合很好的体现在抽象、理论和设计3个形态/过程上。
可计算性和算法
可计算性是指一个实际问题是否可以使用计算机来解决。可计算性理论是研究计算的一般性质的数学理论，也称为算法理论。计算的过程就是执行算法的过程。可计算函数的精确定义是：能够在抽象计算机上编出程序并计算其值的函数。图灵机就是一种在理论计算机科学中广泛采用的抽象计算机，可用一个图灵机来计算其值的函数是可计算函数，找不到图灵机来计算其值的函数是不可计算函数。建立计算的数学模型是可计算性理论的中心问题。在可计算性理论中，将问题分为可计算的和不可计算的。在复杂性理论中，目标是把可计算的问题分成简单的和困难的，研究的是算法的时间复杂性和空间复杂性，主要解决算法的效率思维。
图灵和图灵机
所谓的图灵机就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。
图灵机的基本思想是用机器来模拟人用纸笔进行数字运算的过程，可用图灵机来计算其值的函数称为可计算函数。可以证明，存在一个通用通用图灵机，它可以模拟任何其他的图灵机，通用图灵机正是后来出现的存储指令的通用数字计算机的理论原型。半个多世纪以来，数学家提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。
算法
算法可以理解为由基本运算及规定的运算顺序所构成的完整的解题步骤。或看成按照要求设计好的有限的确切的计算序列，并且他可以解决一类问题。算法不等于程序，不等于计算方法，程序的编制不可能优于算法的设计。
算法的特征有：可行性、确定性、有穷性、输入、输出。描述算法的工具有自然语言、传统流程图、PAD图、N-S图和伪代码等。
算法的基本要素为：
- 对数据对象的运算和操作。基本的运算和操作有四类：算术运算、逻辑运算（与或非）、关系运算（大小是否相等）、数据传输（赋值、输入、输出等）
- 算法的控制结构。算法中各操作之间的执行顺序称为算法的控制结构，基本的控制饥饿哦股有：顺序、选择、循环。
算法设计的基本方法：列举法、归纳法、递推、递归、回溯法。
算法的复杂度分为：1. 空间复杂度，是对算法所需存储空间的度量。2. 时间复杂度，指执行算法所需要的计算工作量。通常一个算法所用时间等于编译时间加上运行时间。
问题求解的基本步骤
计算机学科为计算机有关问题的求解提供了基本的框架，一般问题求解可以归纳为4个主要步骤：
- 理解问题。即弄清问题的意思，以及问题中设计的属于、词汇的含义，分清问题中的条件和结论等。
- 制定计划。在理解问题的基础上，运用有关的数学模型和方法拟定出解决问题的思路和方法。
- 执行计划。执行计划，检查每个执行步骤，保持执行过程的准确记录。
- 反思展望。对整个解题过程进行必要的检查和反思，也包括检验得到的答案是否适合和符合问题的实际。
计算机概述
计算机发展
计算机的发展经历了大型计算机、微型计算机和计算机网络等不同阶段。在计算机不同的发展阶段，其决定性作用的是电子元器件。所以，计算机发展阶段通常按照计算机中主要功能部件所采用的电子器件（逻辑原件）的不同来划分。一般讲计算机发展分为4个阶段，习惯上称为4代：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和大规模/超大规模集成电路计算机。
第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器（CPU）和微型计算机。未来计算机的芯片的制造技术可能为：超导技术、纳米技术、光技术、生物技术和量子技术。
计算机分类
目前，国内外计算机界以及各类教科书都是采用国际沿用的分类方法，一般把计算机分为巨型机、大型主机、小型机（8~12颗CPU）、工作站（以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域而设计开发的高性能计算机）和个人计算机等几种类型。
计算机特点及发展趋势
计算机是一种可以进行自动控制、具有记忆功能的现代化计算工具和信息处理工具。它有以下5个方面的优点：1.运算速度快 2.计算精度高 3.记忆能力强 4.具有逻辑判断能力 5.可靠性高，通用性强。
计算机的发展表现为：巨型化（速度、存储量等方面）、微型化、多媒体（交互方式）、网络化和智能化。
计算机的主要用途为：数值计算、数据及事务处理、自动控制与人工智能、通信与网络、电子商务、物联网、云计算。
计算机基础知识
计算机系统组成
一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的。
计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。控制器控制存储器、运算器、输入输出设备。数据从输入设备传给存储器，经由运算器计算后再返回给存储器，最后在输出设备上显示。存储器会传递数据给控制器。
计算机软件系统层次有：裸机、操作系统、开发工具（支撑软件）、应用软件。
计算机工作原理
计算机的工作原理，其主要特点是：
- 计算机硬件系统由运算器等五大部件主城，并规定了他们的基本功能
- 计算机内部采用二进制来表示指令和数据。每一条指令通常包括操作码和地址码。
- 使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通讯的工作。
- 存储单位是定长的线性组织。存储空间的单元是直接寻址的。
- 在执行程序和处理数据时，必须将程序和数据从外存储器装入内存储器中，然后才能使计算机在工作时自动地从存储器中取出指令并加以执行。
计算机编码系统
计算机中不但使用数值型数据（二/八/十/十六进制等），还大量使用非数值型数据，如字符、汉字等。信息编码就是指对数据计算机的各种数值和非数值型数据用二进制进行编码的方式。在输入过程中，系统自动将用户输入的各种数据按编码的类型转换成相应的二进制形式存入计算机存储单元中。在输出过程中，再由系统自动地将二进制编码数据转换成用户可以识别的数据格式输出给用户。常用的编码方式有
- BCD编码，即二-十进制编码。用四位二进制表示十进制数，四位分别表示8/4/2/1.
- ASCII码。一个ASCII码占用一个字节（最高位为0），来表示十进制、大小写英文字母、常用的运算符和标点符号等共128个。
- 汉字编码。根据一字一码的原则，国际码（GB 2312-80）字符规定，每个字符有一个2字节代码（区码/位码）组成，每个字节的最高位为0。汉字通过输入设备将外码送入计算机，再由汉字系统将其转换为内码（GB内码，两个字节其高位都为1）存储、传送和处理，当需要输出时，再由汉字系统调用字库（点阵）中汉字的字形码得到结果并输出。
微型计算机硬件
微型计算机，简称“微型机”或“微机”，是发展最快的一类计算机。下图为微型计算机组成图：
主板
主板是一个插槽的几何体，也是整个硬件系统的平台，微机的各个部件都要直接插在主板上或者通过电缆连接在主板上。它主要有两个功能：提供CPU、内存和各种功能卡的插座，以及，为各种常用外部设备提供通用接口。主板主要部件有：芯片组、CPU插座、内存插糟、总线扩展槽、输入/输出接口、基本输入输出系统BIOS和CMOS。
微机总线
总线是各部件见有效高速传输各种信息的通道。总线一般分为内部总线、系统总线和外部总线。
- 内部总线。即微处理器级总线，包括地址总线、数据综合和控制总线，从CPU引脚引出，用来实现CPU与外围控制芯片（主存、Cache等）。常见的总线有：I2C总线、SPI总线、SCI总线。
- 数据总线。又称为I/O通道总线，同样包括地址线、数据线和控制线，用于CPU和接口卡的连接。常见的总线标准有：ISA总线、PCI总线、AGP总线等。
- 外部总线。是微机和外部设备之间的总线，常见的总线有：RS-232C总线、USB总线、RS.485总线和IEEE-488总线等。
微处理器
微机的CPU一般由运算器、控制器和寄存器三个部分组成，通过CPU内部总线连接在一起。其性能主要包括：主频（执行指令的速度）、字长（一次处理的二进制位数）、几核等。
内存储器
内存储器分为只读存储器（ROM）、随机读/写存储器和高速缓冲存储器三类。
- 只读存储器（Read Only Memory）。ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变，结构简单，因此常用用于存储各种固定程序和数组。ROM在没有通电时也能将数据记录下来，是一种非挥发性内存。
- 随机读/写存储器（Random Access Memory）。RAM是计算机工作的存储区，一起要执行的程序和数据都要先装入该存储器内。存储器的数据可以反复使用，断电后，数据会消失。
- 高速缓冲存储器（Cache）。是CPU与内存之间设置的一级或两级高速校容量存储器。
其他
- 硬盘的存储量较大，其主要性能技术指标有：容量、转速、平常寻道时间等，常见的借口方式有：IDE接口、SATA接口、SCSI借口、SAS接口、光纤通道和USB接口等。
- 声卡。声卡是处理声音的设备，它具有把声音编程相应数字信号，以及再将数字信号转换成声音的A/D、D/A转换功能。
- 显卡又称显示适配器，是计算机最基本、最重要的配件之一。显卡是电脑进行数模信号转换的设备，承担输出显示图形的任务，具有图像处理能力，可协助CPU工作，提高整体的运行速度。
- 常见输入设备：鼠标、键盘、扫描仪等。
- 常见输出设备： 显示器、打印机、音箱等。