【本章导读】
在人类漫长的发展过程中，计数和计算成为人类文明发展的重要标志。人们总是在不断地研究计算的方法和工具，直到20世纪中叶电子计算机的发明，计算才进入了现代化的电子计算机时代，人类也进入了计算机时代，计算机成为人类从工业社会进入信息社会的直接推动力。
人类的思维总是与工具有关，计算机技术的发展和应用的普及，正在影响和改变着人们对世界的认识也影响着人们的思维方式。以设计和构造为特征的“计算思维”被认为是除理论思维、实验思维之外，人类应该具有的第三种思维方式，成为人们对计算机科学认识的一个重要高度。计算思维涉及运用计算机科学的基础概念是求解回题、设计系统和理解人类的行为，它代表着一种普遍的认识和一类普话的技能，是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。木意从计算问题开始，首先阐述什么是计算问题，计算与计算方法和计算机工具的关系，然后对各来计算机的发展进行全面详实的介绍，包括机械计算机的发展历程和代表性人物，电子计算机的诞生、发展过程、各发展阶段技术上的飞跃和标志，还有未来新型计算机的探索以及取得的成就。最后，综述计算思维的起源、发展、定义、本质以及应用领域，以便读者能更好地理解和把握计算思维这一重要的思维方式。
【学习目标】
(1)理解和把握计算的概念，计算、计算方法和计算工具的关系。
(2)了解自动计算的探索过程，熟悉第一台电子计算机相关知识。
电子教案:计算、
计算机与计算思维
(3)理解和掌握图灵机、冯·诺依曼计算机的特点及区别。
(4)了解电子计算机的发展、分类及应用领域。
(5)了解几种新型计算机的特点。
(6)掌握计算思维的概念和内涵。
(7)了解计算思维的应用领域。
1.1
计算
计算一词并不陌生，从小学到大学，计算几乎伴随了整个学习过程。计算的本质是什
么?现代意义上的计算又涵盖哪些内容?本节从计算的概念入手，主要讲解计算的概念以及
与计算相关的计算方法和计算工具，并用案例诠释计算的含义。
1.1.1 什么是计算
谈到计算，自然会想到数学，因为最早的数学就是从记数和算数开始的。每个人从孩童
时代就开始接触数，从对数字0到9的认知，到算术的加、减、乘、除，再到高等数学的微积分，可以说数学伴随了学习过程中的每个阶段。
在小学数学中，经常学习数字和数字的加、减、乘、除运算，如3+2=5、6x7=42 的运算。此时的计算是在“数据”和“运算符”的操作下，按照计算“规则”进行的数据变换。
在中学和大学阶段，又不断地学习各种函数及其计算规则，如对数与指数、微分与积分等。运用雨数和微积分求解各种问题，得到正确的计算结果。比如对一个雨数v=f(x)=sinx，当给定一个x==/2 值，通过正弦雨数规则的计算就可以得到y=1。也就是说，将x变成v的过程也可认为是一次计算，即通过确定的函数计算使得每个输人值得到相应的计算结果。那么究竟什么是计算呢?
计算就是建立在一套公理体系上的，不断向上演化的规则，比如四则运算，它的公理体系由3部分组成:数字、基本运算和组合规则。抽象的描述计算的概念应该是一个基于规则的、符号集的变换过程，即从一个按照规则组织的符号集合开始，再按照既定的规则一步儿地改变这些符号集合，经过有限步骤之后得到一个确定的结果。
从上述计算的定义看，计算都是按照既定规则完成变换，但计算的内容与所解决的问题相关，比如 10 个数求和是一个问题，而 10个数排序是另外一个问题，对求和计算和排序计算会提出不同的变换规则。因此计算是面向问题的计算，不存在任何一种包揽万物的计算。计算与人类总是在同步前进，之前人们对计算的理解只是传统的算术行为或单纯的数值计算，所有计算工具都只为完成数值计算而诞生。随着科学技术的发展和社会需求的牵引。计算的概念被极大地泛化。现代学科包罗万象、分类繁多，每个学科都需要进行大量的计算，以至于冠以“计算”的词语层出不穷。计算不再仅仅只是数值计算，还包括非数值计算以及各种应用推动的数据处理过程，比如，从技术的角度有云计算以及大数据，数据库、多媒体数据处理等;从应用的角度有生物计算、社会计算、量子计算、情感计算、可穿戴计算等。因此，可以说计算无处不在。
1.1.2 计算离不开计算方法和计算工具
计算是对问题的求解，问题的求解过程离不开计算方法，同样也与计算工具息息相关。数值计算是计算的主要问题，很多计算领域的问题，如计算力学、计算物理学、计算化学以及计算经济学等新学科都可以归结为数值计算问题，数值计算方法是一门与计算机应用紧密结合、实用性很强