計算思維與計算機導(dǎo)論 課件 00-計算思維導(dǎo)論概述、01-計算思維和計算、02-計算機系統(tǒng)的基本思維

計算思維與計算機導(dǎo)論

天津科技大學(xué)

計算機基礎(chǔ)與新技術(shù)教研部1課程簡介課程名稱：計算思維導(dǎo)論課程編碼：K100100220英文名稱：AnIntroductionofComputationalThinking學(xué)時：32學(xué)分：2適用專業(yè)：全校理工類專業(yè)起點二課程類別：必修課程性質(zhì)：公共基礎(chǔ)課先修課程：教學(xué)目的教學(xué)目的：學(xué)生樹立計算思維的理論體系，培養(yǎng)使用計算思維的方法解決實際問題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他課程打下堅實基礎(chǔ)，與各學(xué)科的專業(yè)知識融合進(jìn)行研究和創(chuàng)新。主要內(nèi)容計算思維和計算計算系統(tǒng)的基本思維計算機硬件的基本思維計算機軟件的基本思維問題求解計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信息安全技術(shù)新一代信息技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)wps文字處理wps表格處理wps演示文稿設(shè)計學(xué)時安排課程總學(xué)時32，（1）理論課講授（20學(xué)時）（2）上機實踐（12學(xué)時）（3）自主學(xué)習(xí)參考教材參考教材：[1]寧愛軍，王淑敬等.計算思維與計算機導(dǎo)論（第2版）（微課版）[M].北京：人民郵電出版社，2023年8月考核方式課程成績=平時成績100%=作業(yè)*20%+上機實驗30%+平時測驗30%+考勤*10%+課堂表現(xiàn)*10%小結(jié)通過本章的學(xué)習(xí)，了解課程的有關(guān)情況。81計算思維和計算天津科技大學(xué)

計算機公共基礎(chǔ)系9目錄1.1計算思維概述 1.2計算與自動計算 1.3計算工具的發(fā)展史 1.1計算思維概述計算思維是指計算機、軟件以及計算相關(guān)學(xué)科的科學(xué)家和工程技術(shù)人員的思維方法。目的是希望人們能夠像計算機科學(xué)家一樣思考，將計算技術(shù)與各學(xué)科的理論、技術(shù)與藝術(shù)融合，實現(xiàn)創(chuàng)新。計算思維的基本內(nèi)容計算思維包括多項基本內(nèi)容。二進(jìn)制0和1的基礎(chǔ)思維。指令和程序的思維計算機系統(tǒng)發(fā)展的思維問題求解的思維遞歸的思維網(wǎng)絡(luò)化的思維1.1.2計算思維與各學(xué)科的關(guān)系1．應(yīng)用計算手段促進(jìn)各學(xué)科的研究和創(chuàng)新2．各學(xué)科創(chuàng)新自己的新型計算手段3．計算思維可以幫助培養(yǎng)各專業(yè)的人才1.2計算與自動計算計算是指數(shù)據(jù)在運算符的操作下，按照規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)變換。有時候雖然人們知道了計算的規(guī)則，但是因為計算過于復(fù)雜，超過了人的計算能力，所以無法計算得到結(jié)果。a=3+2

對數(shù)指數(shù)微分積分計算與自動計算兩種解決方法（1）通過數(shù)學(xué)上的規(guī)則推導(dǎo)，獲得等效的計算方法，從而完成計算?！纠?.2】計算

通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)可得

，可以輕松的完成計算計算與自動計算（2）設(shè)計簡單的規(guī)則，讓機器重復(fù)執(zhí)行，進(jìn)行自動計算?！纠?.3】計算

可以轉(zhuǎn)化為可以由機器重復(fù)執(zhí)行的自動計算的計算規(guī)則step1:輸入整數(shù)nStep2:s=0Step3:i=1Step4:s=s+iStep5:i=i+1Step6:如果i<=n，那么轉(zhuǎn)入step4執(zhí)行Step7:輸出s，算法結(jié)束。計算與自動計算2．計算科學(xué)的基本問題：“什么能夠被有效地自動計算，什么不能被有效地自動計算？”（1）哪些問題可以在有限時間和有限空間內(nèi)自動計算，計算的時間和空間復(fù)雜度怎樣？（2）通過人類的各種思維模式，如何設(shè)計有效的計算方法，以減少計算的時間和空間復(fù)雜度。1.3計算工具的發(fā)展史計算和自動計算時需要考慮以下4個問題：（1）數(shù)據(jù)的表示。（2）數(shù)據(jù)的存儲及自動存儲。（3）計算規(guī)則的表示。（4）計算規(guī)則的執(zhí)行與自動執(zhí)行。提示：計算工具的發(fā)展過程就是人們不斷追求計算的機械化、自動化和智能化，嘗試各種計算工具，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的表示、存儲和自動存儲數(shù)據(jù)、計算規(guī)則的表示、執(zhí)行和自動執(zhí)行計算規(guī)則的過程。1.3.1計算工具的發(fā)展計算工具的發(fā)展包括三個階段:手動計算器機械計算器電子計算機1．手動計算器手動計算器利用算法進(jìn)行輔助數(shù)字計算過程的設(shè)備，手動操作。小石塊和有刻痕的小棍算籌、算盤，珠算歌訣。納皮爾籌（納皮爾計算尺）滑動刻度尺2．計算機的雛形——機械式計算器機械式計算器可以自動完成計算，操作者不需要了解算法.1642年，帕斯卡加法器1673年，萊布尼茲乘法器1822年，差分機庫塔（Curta）帕斯卡加法器萊布尼茨改進(jìn)的計算器差分機庫塔計算器3．電子計算機電子計算機能夠自動自動存儲數(shù)據(jù)，能夠理解和自動執(zhí)行任意的復(fù)雜規(guī)則，能進(jìn)行任意形式的計算。ABC計算機電子計算機1937-1942年，阿塔納索夫-貝瑞計算機（Atanasoff-BerryComputer，ABC）真空電子管代替機械式開關(guān)作為處理電路基于二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的理念。ABC本身不可編程，僅用于求解線性方程組電子計算機1946年2月，ENIAC使用18

000個電子管，耗電150kw，總重量30噸每秒5

000次加法運算，是手工計算的20萬倍造價48萬美元ENIAC是世界公認(rèn)的第一臺通用電子計算機。1.3.2元器件的發(fā)展電子計算機元器件發(fā)展中經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路三個階段電子管晶體管集成電路電子管1895年，英國約翰·弗萊明發(fā)明了第一只電子管（真空二極管）；1907年，美國李·德福雷斯特發(fā)明真空三極管，贏得了“無線電之父”的稱號。在二極管的燈絲和板級間加了一塊柵板，使得電子流動可以控制，從而使得電子管進(jìn)入普及和應(yīng)用階段，電子管可以用于存儲和控制二進(jìn)制數(shù)的電子元器件。電子管比機械式繼電器反應(yīng)快，計算速度快缺點是體積大、可靠性低、能耗大、易損壞晶體管1947年，貝爾（Bell）實驗室發(fā)明了晶體管，不僅可以控制電流和電壓，還可以作為電子信號的開關(guān)。與電子管相比，晶體管的體積更小、價格更便宜，并且能耗低、可靠。以晶體管為主要器件的計算機體積更小，速度提升到百萬次/秒此時出現(xiàn)操作系統(tǒng)、高級語言晶體管計算機需要使用電線將數(shù)萬個晶體管連接起來，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜集成電路1958年，德州儀器公司杰克·基爾比提出集成電路構(gòu)想：

通過在同一材料（硅）塊上集成所有元件，并通過上方的金屬化層連接各個部分，自動實現(xiàn)復(fù)雜的變換。這樣，就不再需要分立的獨立元件，避免了手工組裝元件、導(dǎo)線的步驟。（1）1980年代，超大規(guī)模集成電路（VLSI），幾十萬（2）1990年代，特大規(guī)模集成電路（ULSI），幾百萬級（3）2012年，一塊硅片上可以集成14億個元件。摩爾定律摩爾定律：當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目約每18個月會增加1倍，其性能也提升1倍。提示：元器件的發(fā)展規(guī)律是：元件的尺寸越來越小，芯片體積越來越小，芯片上集成的器件越來越多，可靠性越來越高，運行速度越來越快，價格卻越來越便宜。計算機的計算速度越來越快，功能越來越強大，能夠完成的任務(wù)也越來越復(fù)雜。2計算機系統(tǒng)的基本思維天津科技大學(xué)

計算機基礎(chǔ)與新技術(shù)教研部30目錄2.10和1的思維 2.2二進(jìn)制與數(shù)據(jù)編碼 2.3圖靈機與馮?諾依曼計算機 2.10和1的思維計數(shù)制是指用一組固定的數(shù)碼和一套統(tǒng)一的規(guī)則表示數(shù)值的方法。按進(jìn)位的原則進(jìn)行計數(shù)稱為進(jìn)位計數(shù)制十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制。進(jìn)位計數(shù)制進(jìn)位計數(shù)制中表示一位數(shù)所能使用的數(shù)碼符號個數(shù)稱為基數(shù)。例如：十進(jìn)制數(shù)有0～9共10個數(shù)碼，基數(shù)為10，逢10進(jìn)1不同數(shù)位的數(shù)碼表示的值的大小不同。例如：進(jìn)位計數(shù)制進(jìn)位計數(shù)制1．十進(jìn)制十進(jìn)制中，K表示0～9的10個數(shù)碼中的任意一個數(shù)碼，則任何一個數(shù)（N）可以表示為：為了便于區(qū)分，在十進(jìn)制數(shù)后加“D”，表示數(shù)為十進(jìn)制數(shù)，如323.4D。進(jìn)位計數(shù)制2．二進(jìn)制計算機中信息的存儲和處理都采用二進(jìn)制。二進(jìn)制數(shù)只有0、1兩個數(shù)碼，基數(shù)為2，逢2進(jìn)1。為了便于區(qū)分，在二進(jìn)制數(shù)后加“B”，表示二進(jìn)制數(shù)。進(jìn)位計數(shù)制3．八進(jìn)制八進(jìn)制有0～7共8個數(shù)碼，基數(shù)為8，逢8進(jìn)1。為了便于區(qū)分，在八進(jìn)制數(shù)后加“O”，表示數(shù)為八進(jìn)制數(shù)。例如：進(jìn)位計數(shù)制4．十六進(jìn)制十六進(jìn)制有0～9、A、B、C、D、E、F共16個數(shù)碼，基數(shù)為16，逢16進(jìn)1，用A～F表示十進(jìn)制中10～15的6種狀態(tài)。為了便于區(qū)分，在十六進(jìn)制數(shù)后加“H”，表示數(shù)為十六進(jìn)制數(shù)。例如：2.1.2不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換1．不同進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)【例2.1】將二進(jìn)制數(shù)110010100111.1B、八進(jìn)制數(shù)6

247.4O、十六進(jìn)制數(shù)CA7.8H轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換2．十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)將十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)，通常采用“除R取余法”，即用十進(jìn)制整數(shù)除以R取余數(shù)，將商反復(fù)除以R，直至商為零。得到的第一個余數(shù)為最低位，最后一個余數(shù)為最高位，將所得余數(shù)從高位到低位依次排列，就是對應(yīng)R進(jìn)制數(shù)。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換【例2.2】將十進(jìn)制整數(shù)167轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換每3位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)一位八進(jìn)制數(shù)，每4位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)【例2.3】將二進(jìn)制數(shù)10100111.1011B轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換【例2.4】將367.45O、E7B2.C8H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。2.1.3二進(jìn)制與易經(jīng)易經(jīng)是中國最古老的哲學(xué)思想，通過陰陽的組合來進(jìn)行現(xiàn)實世界的語義符號化。語義符號化是指將現(xiàn)實世界的使用符號來表達(dá)，進(jìn)而進(jìn)行基于符號的計算的一種思維。

陰：兩個短線（或六）

陽：一根長線（或九）

陰對應(yīng)二進(jìn)制0，陽對應(yīng)二進(jìn)制1二進(jìn)制與易經(jīng)三畫卦，8種組合，即八卦

天（乾）、地（坤）、

雷（震）、風(fēng)（巽）、

水或月（坎）、

火或日（離）、

山（艮）、澤（兌）二進(jìn)制與易經(jīng)六畫卦，共有64種組合，即六十四卦。六畫卦可以描述人從生到死的變化規(guī)律，或者描述一年二十四節(jié)氣的演變規(guī)律。八卦：三位二進(jìn)制數(shù)的8個數(shù)六十四卦：8位二進(jìn)制數(shù)的64個數(shù)2.1.4二進(jìn)制與邏輯運算邏輯指的是事物之間遵循的規(guī)律，是現(xiàn)實生活中普適的思維方式。邏輯的基本表現(xiàn)形式是命題和推理。例如：10>6籃球是圓的姚明比我高二進(jìn)制與邏輯運算命題是由語句表達(dá)的內(nèi)容為真或假的一個判斷。推理就是依據(jù)簡單命題的判斷結(jié)論推導(dǎo)出復(fù)雜命題的判斷結(jié)論的過程。命題和推理可以用二進(jìn)制的0表示假，1表示真?！纠?.5】命題舉例，假如小明是一個男的小學(xué)生。命題1：小明是男生，結(jié)果為真，值為1。命題2：小明是小學(xué)生，結(jié)果為真，值為1。命題3：小明是男生，并且是個小學(xué)生，結(jié)果為真，值為1。命題4：小明是女生，結(jié)果為假，值為0。二進(jìn)制與邏輯運算命題和推理可以符號化，用符號來表示命題和推理。【例2.6】將例2.5的命題符號化。命題1用X表示，值為1。命題2用Y表示，值為1。命題3用Z表示，則“Z=XANDY”，則值為1。二進(jìn)制與邏輯運算復(fù)雜命題的推理可以通過邏輯運算完成。邏輯運算符（1）AND與：XANDY，X和Y都為真時，為真。（2）OR或：XORY，X和Y都為假，才為假。（3）NOT非：NOTX，X為真時值為假，X為假時值為真（4）XOR異或：XXORY，X和Y不同時為真。XYNOTXXANDYXORYXXORY1101101000110110110010002.1.5二進(jìn)制與元器件基本的邏輯運算可以由電子元器件及其電路實現(xiàn)。如高電平為1，低電平為0。電子計算機中，使用電子管來表示十進(jìn)制的十種狀態(tài)過于復(fù)雜，而使用電子管的開和關(guān)兩種狀態(tài)來表示二進(jìn)制的0和1則非常容易實現(xiàn)。二進(jìn)制與元器件【例2.7】使用8個電子管的一組開關(guān)狀態(tài)表示二進(jìn)制數(shù)10100110二進(jìn)制與元器件硬盤也稱為磁存儲設(shè)備，通過電磁學(xué)原理讀寫數(shù)據(jù)，存儲介質(zhì)為磁盤或磁帶，通過讀寫磁頭改變存儲介質(zhì)中每個磁性粒子的磁極為兩個狀態(tài)，分別表示0和1二進(jìn)制與元器件光盤利用激光束在光盤表面存儲信息，根據(jù)激光束和反射光的強弱不同，可以實現(xiàn)信息的讀寫。在寫入光盤時會在光盤表面形成小凹坑，有坑的地方記錄“1”，反之為“0”。二進(jìn)制與元器件計算機中采用二進(jìn)制數(shù)有以下優(yōu)點。（1）可行性。

只需要0、1兩種狀態(tài)，易于實現(xiàn)。（2）簡易性。算術(shù)運算規(guī)則簡單。

如兩數(shù)相乘，只有0×0=0、0×1=0、1×0=0、1×1=1共4種組合，而十進(jìn)制卻有100種組合（3）適合邏輯運算。

1和0對應(yīng)“真”和“假”（4）易于轉(zhuǎn)換。

二進(jìn)制與十、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方便。。2.1.6存儲單位關(guān)系（1）位（bit）：一“位”只能表示0和1中的一個。（2）字節(jié)（Byte）：每8個位為字節(jié)（簡寫為B）。常用單位：B、KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB、BB、NB、DB換算率為10241張JPG圖片，大約1MB，使用傳統(tǒng)電子管存儲需要220×8，約800萬個。2.2二進(jìn)制與數(shù)據(jù)編碼在計算機中，數(shù)字、字符、圖片、聲音、視頻等所有信息都要進(jìn)行二進(jìn)制編碼才能存儲和處理2.2.1二進(jìn)制與數(shù)字的表示1．機器數(shù)在計算機中采用固定數(shù)目的二進(jìn)制位數(shù)來表示數(shù)字，稱為機器數(shù)。機器數(shù)的表示范圍受計算機字長的限制，一般字長為8、16、32或64位數(shù)值超出機器數(shù)能表示的范圍，會出現(xiàn)“溢出”錯誤。通常把一個二進(jìn)制數(shù)的最高位作為符號位。機器數(shù)【例2.8】8位計算機中整數(shù)+7和-7對應(yīng)的機器數(shù)+7機器數(shù)是

00000111-7機器數(shù)是10000111原碼在計算機中，數(shù)字可以采用原碼、反碼、補碼存儲和處理原碼是數(shù)字最簡單的表示方法。用0表示正號、1表示負(fù)號。0的原碼有兩種表示方法反碼正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼由原碼的數(shù)值部分按位取反得到（即0變?yōu)?，1變?yōu)?）。0的反碼有兩種表示方法補碼正數(shù)的補碼與原碼、反碼相同，負(fù)數(shù)的補碼等于負(fù)數(shù)的反碼加10有唯一的補碼，[+0]補=[-0]補=00000000補碼的算術(shù)運算補碼可以將計算中的減法運算轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃ㄟ\算，而原碼和反碼則不行。2.2.2計算機中的字符編碼常用的西文字符有128個（1）10個十進(jìn)制的數(shù)碼0～9（2）52個大小寫英文字母A～Z及a～z（3）32個標(biāo)點符號、運算符、專用符號和34個控制符采用ASCII碼存儲和處理西文字符，是通用的國際標(biāo)準(zhǔn)編碼每個字符占用1Byte空間，最高位為0，其余7位表示ASCII值2.2.3計算機中的漢字編碼1981年頒布《信息交換用漢字編碼字符集——基本集》，國家標(biāo)準(zhǔn)GB2312—80，簡稱國標(biāo)碼?；炯彩占瘽h字6

763個，常用一級漢字3

755，二級漢字3

008個。2個字節(jié)（16位）表示一個漢字，理論上可以表示256×256=65

536個漢字機內(nèi)碼為了區(qū)分漢字編碼和ASCII字符，將國標(biāo)碼每個字節(jié)的最高位由0改為1，構(gòu)成漢字的機內(nèi)碼，也稱內(nèi)碼漢字在計算機內(nèi)部存儲、處理和傳輸時使用機內(nèi)碼

漢字內(nèi)碼=漢字國標(biāo)碼+8080H輸入碼通過鍵盤向計算機中輸入漢字所使用的編碼為輸入碼，也稱外碼。以拼音為基礎(chǔ)的拼音類輸入法以字形為基礎(chǔ)的字形類輸入法以拼音、字形混合為基礎(chǔ)的混合類輸入碼搜狗輸入法、智能ABC、微軟全拼五筆字型自然碼輸出碼輸出碼也稱漢字字型碼，指漢字字庫中存儲的漢字字型的數(shù)字化信息，用于漢字在顯示或打印輸出。不同的漢字字庫存放不同形狀的漢字字型（即字體），如宋體、楷體、隸書等分為：點陣字庫和矢量字庫點陣字庫用點陣表示字型，將一個漢字放在一個多行多列的網(wǎng)格中，有筆畫通過的網(wǎng)格用二進(jìn)制位1表示，沒有筆畫通過的網(wǎng)格用二進(jìn)制位0表示。一般有16×16、24×24、48×48、64×64點陣漢字字型碼以二進(jìn)制數(shù)形式保存在存儲器中，構(gòu)成漢字字庫48×48點陣需要288Byte（48×48/8）空間存放一個漢字的字型碼矢量字庫矢量漢字字庫存儲的是描述漢字字型的輪廓特征，當(dāng)要輸出漢字時，通過計算機的計算由漢字字型描述生成所需大小和形狀的漢字點陣。放大以后不影響輸出效果2.2.4圖像的數(shù)字化編碼圖像是指由輸入設(shè)備捕捉的實際場景畫面或以數(shù)字化形式存儲的畫面圖像由許多像素組合而成，每個像素用若干二進(jìn)制位來表示其顏色。每個像素所占二進(jìn)制位數(shù)越多，則色彩越豐富，效果越逼真。色彩采用RGB模式，24位顏色中從低位到高位分別用1字節(jié)表示藍(lán)色、綠色和紅色。紅色#FF0000

綠色#00FF00

藍(lán)色#0000FF白色#FFFFFF

黑色#000000位圖位圖主要用于表現(xiàn)人物、動植物等真實存在的自然景物位圖進(jìn)行縮放時圖像會失真圖像的數(shù)字化現(xiàn)實中的圖像都是模擬圖像，要在計算機中存儲、顯示和處理，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，即數(shù)字化圖像的采集和數(shù)字化設(shè)備：數(shù)碼相機、攝像頭、掃描儀圖像的數(shù)字化過程主要包括：（1）采樣（2）量化（3）編碼采樣采樣是對二維空間上的模擬圖像在水平和垂直方向上等間距地分割成矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個微小方格稱為一個像素分辨率是指圖像在橫縱方向上像素的個數(shù)，分辨率越高，圖像質(zhì)量越好，文件也越大。一幅640×480像素的圖像，包括640×480=307

200個像素量化量化是將采樣的每個像素的顏色用相同位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)表示每個像素使用二進(jìn)制數(shù)的編碼表示其顏色，將所有點的二進(jìn)制編碼保存在一起成為一個圖片文件。（1）一張24位色、640×480像素的照片 224=16777216種顏色存儲照片約需640×480×24/8B=921600B=900KB（2）一張24位色、4288×2848像素的照片約需 4288×2848×24bit=35778KB=34.94MB

編碼由于采樣、量化后得到的圖像數(shù)據(jù)量巨大，必須采用編碼技術(shù)來壓縮其數(shù)據(jù)量。采用壓縮的方法減少其占用的空間例如：JPEG壓縮，一張24位色、4288×2848像素的照片壓縮為約3.2MB的JPG文件2.2.5聲音的數(shù)字化編碼聲音又稱音頻。自然界的聲音是模擬音頻，是隨時間連續(xù)變化的模擬量，信號體現(xiàn)為波形計算機中存儲的音頻為數(shù)字音頻，它是隨時間不連續(xù)或離散變化的數(shù)字量。音頻數(shù)字化模擬音頻進(jìn)入計算機時需要進(jìn)行數(shù)字化處理，使其轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻音頻采集和數(shù)字化所需的硬件設(shè)備主要有聲卡、話筒等過程：

（1）采樣（2）量化（3）編碼聲音的數(shù)字化編碼采樣過程是指每隔一定時間T對模擬音頻信號的振幅取值，其中T稱為采樣周期，得到的振幅值稱為采樣值，采樣后的數(shù)據(jù)仍為模擬量。將每1秒的采樣次數(shù)稱為采樣頻率，如22.05kHz、44.1kHz、48kHz，編碼可以用8bit、16bit、24bit表示聲音的數(shù)字化編碼例如44.1kHz的32位音頻每秒有44.1×1024=45158.4個采用每個采樣能描述232=4294967296種聲音信號單聲道1分鐘的44.1kHz的32位音頻，需要存儲空間 44.1×1024×60×32bit=10584KB=10.34MB2.2.6數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)對數(shù)據(jù)重新編碼，以減少所需的比特數(shù)，減少占用的存儲空間，便于傳輸。數(shù)據(jù)壓縮是可逆的，它的逆過程稱為解壓縮。數(shù)據(jù)之所以能被壓縮，是因為數(shù)據(jù)中存在冗余。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)1．壓縮的指標(biāo)

（1）壓縮比。如：100:1，5:1，2:1（2）壓縮質(zhì)量。（3）壓縮和解壓縮速度。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)壓縮的分類（1）有損壓縮。

如圖像、視頻或者音頻等

壓縮比可以從幾倍到上百倍（2）無損壓縮。

用于文本數(shù)據(jù)、程序代碼和特殊應(yīng)用場合的圖像數(shù)據(jù)（如指紋圖像、醫(yī)學(xué)影像等）

壓縮比一般為2∶1～5∶1數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)圖像壓縮JPEG，有損壓縮。（a）原始BMP文件

（b）30%壓縮率的JPG文件2.3圖靈機與馮?諾依曼計算機阿蘭·麥席森·圖靈英國著名數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家、密碼學(xué)家是計算機邏輯的奠基者被稱為計算機科學(xué)之父、人工智能之父圖靈機圖靈測試圖靈機的基本思想圖靈認(rèn)為自動計算就是人或者機器對一條兩端無限延長的紙帶上的一串0和1，執(zhí)行指令，一步步地改變紙帶上的0和1，經(jīng)過有限步驟得到結(jié)果的過程。（1）指令由0和1表示，（2）例如00表示停止01表示轉(zhuǎn)0為1,10表示翻轉(zhuǎn)1為011表示移位圖靈機模型圖靈機（TuringMachine）是指一個抽象的計算模型。圖靈機模型被認(rèn)為是計算機的基本理論模型，它是一種離散的、有窮的、構(gòu)造性的問題求解思路，一個問題的求解可以通過構(gòu)造器圖靈機來解決。圖靈可計算問題：凡是能用算法解決的問題，也一定能用圖靈機解決；凡是圖靈機解決不了的問題，任何算法也解決不了。圖靈測試圖靈測試，是圖靈提出的一個關(guān)于機器人的著名判斷原則，它是一種測試機器是否具備人類智能的方法。如果計算機能在5min內(nèi)回答由人類測試者提出的一系列問題，且其超過30%的回答讓測試者誤認(rèn)為是人類所答，則計算機通過測試圖靈測試2014年6月聊天程序“尤金·古斯特曼”（EugeneGoostman）首次通過了圖靈測試。