计算机学科概论

第1部分 认识篇

第1章 认识计算机3

【情景问题】 无处不在的计算机3

1.1 计算机的史前史--计算工具的发展简史4

1.1.1 手动式计算工具4

1.1.2 机械式计算工具5

1.1.3 机电式计算机7

1.1.4 电子计算机8

1.2 计算机的历史和未来9

1.2.1 计算机的发展简史9

1.2.2 计算机的发展趋势12

1.3 什么是计算机14

1.3.1 冯·诺依曼体系结构14

1.3.2 计算机的工作原理16

1.3.3 计算机的分类和特点17

1.4 什么是计算机系统20

1.4.1 系统科学与分层方法20

1.4.2 计算机系统的分层结构20

阅读材料--中国计算机发展简史22

习题123

第2章 认识计算机学科25

【情景问题】 “计算作为一门学科”的存在性证明25

2.1 什么是计算机学科26

2.1.1 计算机学科的定义26

2.1.2 计算机学科的三个形态27 计算机学科概论（第2版）目录

2.1.3 计算机学科的核心概念28

2.2 计算机学科的根本问题30

2.2.1 图灵对计算本质的揭示30

2.2.2 可计算问题与不可计算问题33

2.2.3 易解问题与难解问题33

2.2.4 NP问题与NP完全问题35

2.3 计算机学科的科学问题36

2.3.1 计算的平台与环境问题36

2.3.2 计算过程的能行操作与效率问题38

2.3.3 计算的正确性问题40

阅读材料--著名计算机组织42

习题242

第3章 学习计算机学科45

【情景问题】 大学--人生的转折点45

3.1 计算机学科的知识体系和课程体系46

3.1.1 计算机学科及其专业方向46

3.1.2 计算机学科的知识体系47

3.1.3 计算机学科的课程体系49

3.2 学科基本知识和基本能力50

3.2.1 知识、能力和素质50

3.2.2 学科基本知识51

3.2.3 学科基本能力52

阅读材料--大学应该怎样听课和记笔记54

习题356

第2部分 硬件层

第4章 计算机的运算基础61

【情景问题】 模拟数据和数字数据61

4.1 数理逻辑基础62

4.1.1 数理逻辑的起源和发展62

4.1.2 命题代数与逻辑代数63

4.2 二进制64

4.2.1 进位计数制65

4.2.2 二进制数和十进制数之间的转换66

4.3 数字化原理--信息的编码68

4.3.1 整数的编码68

4.3.2 浮点数的编码69

4.3.3 字符的编码70

4.3.4 汉字的编码71

4.3.5 声音的编码72

4.3.6 图形和图像的编码73

4.3.7 指令的编码74

4.4 逻辑电路75

4.4.1 门75

4.4.2 逻辑电路76

4.4.3 集成电路78

阅读材料--著名计算机奖项79

习题480

第5章 计算机部件83

【情景问题】 计算机的基本配置83

5.1 存储器84

5.1.1 存储器的层次结构84

5.1.2 内存储器85

5.1.3 外存储器86

5.1.4 高速缓冲存储器87

5.2 中央处理器CPU88

5.2.1 总线88

5.2.2 运算器88

5.2.3 控制器89

5.3 输入输出设备91

5.3.1 输入设备91

5.3.2 输出设备92

5.3.3 输入输出接口93

阅读材料--著名计算机公司94

习题595

第3部分 程序设计

第6章 问题求解与程序设计99

【情景问题】 七桥问题99

6.1 问题求解与程序设计100

6.1.1 程序设计的一般过程100

6.1.2 程序设计的关键101

6.2 数据结构102

6.2.1 基本的数据结构 102

6.2.2 数据结构的存储表示103

6.3 算法和算法分析

1046.3.1 算法及描述算法的方法104

6.3.2 算法分析105

6.4 程序设计语言106

6.4.1 程序设计语言的发展106

6.4.2 程序设计语言的基本要素108

6.4.3 程序设计的环境109

6.5 翻译程序110

6.5.1 翻译程序的工作方式110

6.5.2 编译程序的基本过程111

阅读材料--几种经典的高级语言113

习题6114

第4部分 系统软件层

第7章 操作系统119

【情景问题】 操作系统为我们做了什么119

7.1 什么是操作系统120

7.1.1 操作系统的定义120

7.1.2 操作系统的用户界面121

7.1.3 操作系统的启动122

7.1.4 操作系统的分类123

7.2 操作系统的基本功能124

7.2.1 处理器管理124

7.2.2 存储管理125

7.2.3 设备管理126

7.2.4 文件管理126

阅读材料--几种流行的操作系统127

习题7128

第8章 数据库管理系统131

【情景问题】 查找肇事车辆131

8.1 什么是数据库132

8.1.1 数据库DB132

8.1.2 数据库管理系统DBMS133

8.1.3 结构化查询语言SQL133

8.2 数据库的建立和使用134

8.2.1 数据表示--建立数据库134

8.2.2 数据处理--操作数据库137

8.2.3 数据保护机制138

阅读材料--常用的数据库管理系统139

习题8140

第5部分 应用软件层

第9章 软件工程143

【情景问题】 “著名”软件错误143

9.1 软件危机144

9.1.1 软件危机的表现144

9.1.2 软件开发的复杂性144

9.2 什么是软件工程146

9.2.1 软件工程的定义146

9.2.2 软件工程的基本原理147

9.3 软件过程148

9.3.1 软件生命周期149

9.3.2 软件开发模型150

9.4 软件质量150

9.4.1 软件质量特性150

9.4.2 软件测试151

阅读材料--软件、硬件和人件152

习题9152

第10章 人机交互155

【情景问题】 用户界面的作用155

10.1 什么是人机交互156

10.1.1 人机交互的定义156

10.1.2 人机交互的基本形式156

10.1.3 人机交互的发展趋势157

10.2 人机交互的接口--用户界面158

10.2.1 命令行交互界面158

10.2.2 图形交互界面158

10.2.3 多媒体交互界面158

10.2.4 虚拟现实交互界面159

阅读材料--如何预防计算机对人体健康的危害160

习题10161

第11章 人工智能163

【情景问题】 人与计算机的能力对比163

11.1 什么是人工智能164

11.1.1 人工智能的定义164

11.1.2 人工智能的研究意义165

11.2 人工智能的研究方法166

11.2.1 符号智能一枝独秀166

11.2.2 计算智能异军突起167

11.2.3 智能Agent方兴未艾167

11.3 人工智能的研究与应用领域168

11.3.1 机器博弈168

11.3.2 专家系统169

11.3.3 数据挖掘与知识发现170

11.3.4 自然语言理解171

11.3.5 模式识别172

11.3.6 机器人172

阅读材料--人机共生173

习题11174

第6部分 通信层

第12章 计算机通信179

【情景问题】 通信系统与物流系统179

12.1 概述180

12.1.1 通信的起源和发展180

12.1.2 计算机通信系统模型180

12.1.3 通信协议181

12.2 信息的编码182

12.2.1 信号182

12.2.2 信道184

12.3 数据交换185

12.3.1 线路交换185

12.3.2 存储转发交换185

12.4 寻址186

12.4.1 通信方向186

12.4.2 地址标识186

12.4.3 路由187

阅读材料--未来通信188

习题12189

第13章 计算机网络191

【情景问题】 网络带来的变化191

13.1 什么是计算机网络192

13.1.1 计算机网络的定义192

13.1.2 计算机网络的分类192

13.1.3 计算机网络的拓扑结构193

13.2 计算机网络的基本组成194

13.2.1 网络硬件系统194

13.2.2 网络软件系统195

13.3 网络体系结构196

13.3.1 网络体系结构的分层原则196

13.3.2 OSI参考模型197

13.4 互联网198

13.4.1 互联网的起源和发展198

13.4.2 TCP/IP分层模型198

13.4.3 互联网提供的服务199

阅读材料： 我国Internet的起源和发展201

习题13201

第14章 网络安全203

【情景问题】 在互联网时代还有个人隐私吗203

14.1 什么是网络安全204

14.1.1 网络安全的定义204

14.1.2 常见的网络安全问题204

14.2 信息加密205

14.2.1 什么是信息加密205

14.2.2 对称加密206

14.2.3 非对称加密206

14.3 数字认证207

14.3.1 身份认证207

14.3.2 数字签名208

14.4 网络检测与防范208

14.4.1 防火墙208

14.4.2 入侵检测209

阅读材料--逻辑炸弹210

习题14211

第7部分 职业道德篇

第15章 职业与职业道德215

【情景问题】 谁来为软件错误负责215

15.1 专业岗位216

15.1.1 信息时代对计算机人才的需求216

15.1.2 有关职位217

15.2 职业道德219

15.2.1 道德选择219

15.2.2 工程师的道德规范219

15.2.3 软件工程师的道德规范220

15.3 计算机法律法规221

15.3.1 新的法律问题221

15.3.2 软件知识产权222

15.3.3 其他法律法规224

阅读材料--QQ与360之战224

习题15225

参考文献226

《普通高校本科计算机专业特色教材精选·计算机基础·国家精品课程配套教材：计算机学科概论（第2版）》是计算机及相关专?业第1门专业基础课的教材，在整个课程体系中处于入门的引导地位，分为认识篇、系统篇、职业道德篇。认识篇从专业的角度认知计算机和计算机学科，为学习计算机学科提供正确的方法指导；系统篇以自底向上的方式介绍计算机系统，由内到外地讨论计算机可以做什么以及是如何做的，使学生了解学科富有智慧的核心思想；职业道德篇通过典型案例、道德选择、法律法规使学生了解计算机专业人员的行为规范和道德指引。
《普通高校本科计算机专业特色教材精选·计算机基础?·国家精?品课程配套教材：计算机学科概论（第2版）》内容丰富，知识面宽，涉及计算机专业一级学科的几乎所有主题，有相当的深度和广度，可作为计算机及相关专业的入门教材，也可作为非计算机专业了解计算机学科的参考书。

在《计算机学科概论（第2版）》第1版成功的基础上，课程组不断锐化思想、总结经验，从教学思想、课程结构、教材内容、教材体例、表述方式等方面进一步探索和实践，从大一学生的认知规律出发进一步研究如何实现课程的教学目标，编写了第2版。俯瞰计算机学科，理清教学主线，合理规划课程结构。第2版采用模块化结构，模块一从专业的角度队知计算机和计算机学科，为学习计算机学科提供正确的方法指导；模块二以自底向上的方式介绍计算机系统，由内到外地讨论计算机可以做什么以及是如何做的，使学生厂解学科富有智慧的核心思想；模块三通过典型案例、道德选择、法律法规使学生了解计算机专业人员的行为规范和道德指引。以“专业视角，认知学科；计算思维，抽象分层；始于问题，应用驱动；领会思想，引发思考”的教学思想为指导，突出导引性质，激发学习兴趣，为后续课程的学习打下基础。图文并茂，通俗易懂，大量引用计算机发展历史和行业的具体事例以及生活中的实例进行生动形象的类比。教师易教，学生易学。