不插电的计算机科学1

不插电的计算机科学1 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:中国科学技术大学出版社
作者:倪伟
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2019-5
价格:120.00元
装帧:
isbn号码:9787312046797
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机科学
  • 儿童文学
  • 计算思维
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具体描述

《不插电的计算机科学1》是由中国科学技术大学出版社2019年5月出版的实体系列书,本书由重庆理工大学计算思维课程组老师倪伟著。本书结合儿童的发育、认知能力,向儿童展示了一个神秘、有趣的计算机王国。本书围绕有趣的“计算机科学”,既有对计算机的描述,又有贴近生活的案例,旨向儿童传达、科普计算机科学的知识,启蒙儿童的计算思维,帮助他们开启计算世界的大门,迈入科学殿堂。

本书遵从面向世界范围的信息科学普及项目-“不插电的计算机科学”的宗旨,提倡“玩中学,做中学” 的信息技术学习方法,结合儿童的认知特点,以计算机王国的形式向儿童展示了神秘的计算机世界。该书的特色在于:

(1)以游戏教学为基础,引导 儿童快乐地探寻、领悟计算机工作原理和解决问题的方法,从而高效地使用计算机,并激发其创新性思维;

(2)通过具体的活动展现计算机的相关技术及其与日常生活的密切联系,进而启发儿童在日常生活及学习中触类旁通地利用计算思维解决实际问题,领会科学技术服务于生活、让生活更美好的本质;

(3)计算思维的培养可以激发儿童的创造性,更有效地激发儿童的求知欲和创造力,主动探索、积极思维,帮助儿童更好地理解和运用科学知识;

(4)培养儿童的优良品德,养成良好的生活习惯。计算机的发明汇集了人类的科学智慧,人类的优良品德、良好的生活习惯也融入了计算思维。

《零功耗之思:模拟世界中的计算极限》 本书简介 《零功耗之思:模拟世界中的计算极限》并非一本关于电子元件或现代数字逻辑的书籍。相反,它深入探究了一个迷人且经常被现代技术所忽视的领域:完全依赖物理、机械和化学过程的计算模型。本书旨在带领读者穿越时空,回到信息处理的“前硅时代”,探索如何利用自然界的基本力量——力、运动、扩散、折射乃至流体力学——来执行逻辑运算和数据存储。 本书的核心论点是:计算的本质植根于物质的相互作用,而非特定的载体。 即使在完全没有电能输入的情况下,物理系统依然遵循严格的因果律,这为构建具有计算能力的机器提供了基础。 第一部分:基础范式与机械逻辑的复兴 本书开篇首先回顾了计算史上的重要里程碑,重点聚焦于那些诞生于机械时代的奠基性思想。我们不会止步于莱布尼茨的步进计算器或巴贝奇的差分机,而是深入解析这些宏大装置背后的抽象逻辑。 1. 逻辑的物质化表达: 详细阐述了如何将布尔代数的“与”、“或”、“非”操作转化为物理实体之间的相互作用。例如,齿轮的啮合(物理阻挡/通过)、杠杆的支点(物理反转)以及凸轮机构(序列控制)。我们将通过大量精细的图解,展示如何构建一个完全由机械运动控制的加法器,其精度完全依赖于机械加工的精度,而非电压阈值。 2. 串联与反馈回路的构建: 讨论了如何利用机械反馈机制(如游标卡尺的归零操作,或复杂钟表中的擒纵机构)来实现迭代计算和状态保持。这部分深入探讨了“存储”的概念在纯机械系统中的实现,例如通过锁定销或特定的齿轮位置来代表二进制位。 3. 极限与效率的早期探索: 分析了早期的机械计算设备在处理复杂任务时的内在局限性——摩擦、磨损、尺寸膨胀和精度损失。这为后续章节中探索更“自然”的计算介质奠定了对比基础。 第二部分:流体动力学的并行计算 本部分将视角转向了流体——水、空气或粘性液体——作为信息载体。流体动力学是理解非线性动力学和并行处理的绝佳模型。 1. 水力逻辑门 (Hydro-Logic Gates): 详细介绍了如何设计和建造基于流体分流和压力耦合的逻辑门。例如,一个精心设计的管道系统可以充当“与门”:只有当两个输入管道都具有足够的水压时,输出管道才能被激活。讨论了如何利用文丘里效应或涡流来模拟更为复杂的逻辑功能。 2. 扩散与信息传播: 探讨了化学扩散过程在信息处理中的潜力。通过观察染料在特定介质中的扩散模式,可以模拟某些类型的积分运算或模式识别。我们将分析这种计算方式的固有“模糊性”与现代数字计算的精确性之间的根本区别。 3. 模拟集成电路的先驱: 阐述了流体系统在模拟信号处理中的优势,例如在滤波和控制系统中的应用。这些系统天然地对连续变化做出反应,使得它们成为早期模拟计算机的理想蓝本。 第三部分:化学、分子与自组织计算 这是本书中最具前瞻性(尽管是基于“非电子”的)的部分。我们将探索生命过程和化学反应如何体现计算的原则。 1. 振荡反应与时钟: 以著名的贝洛索夫-扎博廷斯基(BZ)反应为例,展示了化学振荡如何提供一个自然、自洽的时钟源,驱动非电子计算序列。分析了利用反应速率的差异来实现时间延迟和事件同步的可能性。 2. 细胞群落与形态发生计算: 探讨了基于细胞自动机(Cellular Automata, CA)的物理实现。关注如何利用霉菌的生长、细菌菌落的竞争性扩散,或晶体的自组装过程来解决优化问题(如最短路径发现)。这些系统展现了分布式、无中心控制的强大计算能力。 3. 分子机器的设想: 虽然不涉及现代纳米技术中的电子控制,但本书追溯了早期对“分子机器”的设想——利用分子间作用力、氢键或构象变化来实现信息读取和写入。这部分着重于热力学驱动的计算,强调熵在信息处理中的角色。 第四部分:计算的物理极限与哲学反思 最后一部分将讨论在完全不依赖电子介质的前提下,计算的理论极限和哲学意义。 1. 能量耗散的物理学基础: 深入探讨兰道尔原理(Landauer’s Principle)在机械和化学计算中的体现。即使是纯机械过程,信息的擦除和重置也必然伴随着热量的产生。本书对比了不同介质(齿轮、水流、化学键)在信息单位操作上的能量效率。 2. 容错性与健壮性: 机械和模拟系统最大的弱点在于环境干扰(温度、振动)。分析了这些“不插电”系统如何通过冗余设计、集体效应(如流体中的平均化)来提高计算的健壮性,与数字系统的错误校验码进行对比。 3. 计算的本质:定义与边界: 本书总结认为,对计算的理解不应被电流和晶体管所束缚。通过回顾这些非主流的计算模型,读者将对“什么是计算”产生更深刻、更基础的理解,认识到计算是物质世界中结构化因果关系的一种表现形式。 读者对象: 本书适合对计算理论有深刻兴趣的计算机科学家、物理学爱好者、工程史研究者,以及任何希望跳出硅基思维框架,探索信息处理基础原理的读者。它提供了一份关于计算的“反向工程”指南,展示了我们如何用最原始的物质工具来模拟最复杂的逻辑。

作者简介

倪伟,重庆理工大学计算机科学与工程学院教师,主持重庆市级、校级及横向课题15项,完成软件著作权10余项,发表论文20余篇,编写教材6部,获得各种奖励及技术证书近20项,指导学生各级竞赛获奖40余项。2018年作为唯*主讲人录制漫谈计算思维课程在网易云课堂上线;近年来在重庆某幼儿园开展兴趣课教学实验落地成功,并得到儿童及家长好评,建立并正完善国内计算思维启蒙教学系统化的教学体系;主讲的计算思维课程获第十八届全国教育教学信息化大奖赛高等教育组精品开放课程二等奖。

目录信息

第1册 你好,计算机(神奇的计算机)
第2册 忠诚的1和0(二进制位)
第3册 空间不够了,怎么办?(压缩)
第4册 报告,发现错误!(检错)
第5册 尼可的困扰(合理使用计算机)
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的哲学思辨色彩也让我印象深刻,它不仅仅是一本技术指南,更像是一部关于计算本质的哲学小册子。作者似乎在不断地叩问:‘什么是信息’?‘什么是程序’?在探讨有限性和无限性时,书中引用了一些非常精妙的悖论,这些内容拓宽了我的视野,让我意识到计算领域背后所蕴含的深刻理论基础。它并没有试图提供最终的答案,而是鼓励读者去质疑和探索。例如,书中关于“停机问题”的讨论,虽然没有给出严格的数学证明,但通过一个逻辑上的‘说书人’的角色扮演,生动地展示了理论上的局限性。这种处理方式避免了让读者陷入数学公式的泥潭,却有效地传递了核心思想。这种对计算边界的审视,让这本书的深度远超一般的入门教材,它提供了一种批判性的视角,让人学会敬畏计算的强大与局限。

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我必须强调一下这本书在“计算思维”培养上的贡献。很多计算机入门书籍侧重于教你怎么‘操作’计算机,但这本《不插电的计算机科学1》关注的却是如何‘像计算机一样思考’。书中大量的“思考实验”和“动手(无需工具)”的小挑战,迫使读者必须停下来,在脑海中模拟整个计算过程。比如,关于数据结构的部分,作者设计了一个用绳结和标记物来模拟栈和队列操作的场景,要求我们通过描述一系列的指令来完成数据的存取和重排。这个过程让我对内存分配和数据流动的物理意义有了更深刻的理解。这种强迫性的心智模型训练,远比单纯观看动画或阅读代码片段来得有效。我清晰地感觉到,我的解决问题的框架正在被重塑,我开始习惯于将复杂问题拆解成一系列明确的、无歧义的步骤。这不仅仅是计算机科学的学习,更像是一种高效的逻辑训练手册。

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作为一本“不插电”的教材,它的实用性可能不会直接体现在你写出某个特定语言的程序上,但它提供的底层构建能力是通用的,并且是持久的。我发现自己现在在阅读任何关于软件架构或系统设计的文章时,都能更迅速地捕捉到其背后的逻辑骨架。这本书的价值在于“去魅化”——它把那些被现代科技光环笼罩的复杂系统,还原成了最基础的逻辑操作和物理规律的组合。我特别喜欢它在总结部分对未来计算形态的展望,虽然内容是基于基础逻辑的推演,但充满了启发性。它教会了我,无论技术如何发展,只要基础的逻辑推理不变,那么任何新的计算范式,都逃不出这些基本原理的约束。总而言之,这是一本真正意义上重塑思维模式的书籍,它为我打开了一扇通往计算机科学核心世界的后门,让我得以窥见那纯粹的逻辑之美。

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这本书的叙述节奏把握得非常精妙,它不是那种一口气把所有知识点塞给你的类型,而是采取了一种循序渐进的教学方式。我感觉作者像是耐心的向导,每一步都走得很稳健。举个例子,在讲解算法思维时,它没有直接抛出快速排序或归并排序的伪代码,而是用一个小组分工合作解决一个大问题的场景来模拟分解和迭代的过程。这种对抽象概念的具象化处理,极大地降低了初学者的门槛。我发现自己不再是被动的接受者,而是在跟随作者的引导下,主动地去‘构建’这些概念。书中对于计算模型(例如图灵机概念的初步引入)的介绍也处理得非常巧妙,它不是直接上图灵机的形式化定义,而是通过一个想象中的‘纸带记录员’的工作流程来阐述什么是‘可计算性’。这种‘故事化’的叙事风格,使得学习过程充满了探索的乐趣,而不是纯粹的记忆和死记硬背。我很少在技术书籍中体验到这种强烈的代入感和阅读的愉悦性。

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我最近读到一本关于计算机科学的书,名叫《不插电的计算机科学1》,老实说,它的名字听起来就挺吸引人的,让我充满了好奇。这本书的侧重点非常独特,它没有像市面上大多数计算机科学书籍那样一上来就让你接触复杂的代码或者深奥的算法理论。相反,它更像是在引导你用一种完全不同的视角去思考计算的本质。我记得最清楚的是书中对信息编码的描述,作者用非常生动的生活化例子,比如扑克牌的排序、或者图书馆的书架排列,来解释二进制、八进制甚至更高进制的转换和逻辑。这使得那些原本枯燥的数学概念变得触手可及。我尤其欣赏它在讲解布尔代数时所采用的类比方法,它摒弃了过于抽象的公式推导,转而通过实际的开关、门电路的物理模型来建立直观的理解。读完这部分内容,我突然领悟到,原来计算机的底层逻辑可以如此‘接地气’。它成功地搭建了一个坚实的、基于物理和逻辑的认知框架,为后续更深入的学习铺设了一条平坦且充满趣味的道路。这本书最棒的一点是,它让你在没有接触任何电子设备的情况下,就能理解计算机“思考”的过程。

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计算机思维真的很适合儿童启蒙,对孩子以后的思维方式成长有很大的帮助!

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还不错哟、带插画通俗易懂,非常适合小朋友

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浅显易懂,思维框架构造合理,符合孩子的学习习惯!孩子很喜欢听也喜欢看!

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可以,用形象的漫画加简短的文字描述将复杂的计算机思维轻松愉快地展示出来,利于孩子接受,让他们能从日常生活情境中感知到计算机世界的魅力以及培养计算机思维,值得阅读!

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很适合小朋友,启蒙计算思维,为后面学习计算机科学、计算机编程打基础,中国教育的趋势啊

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