计算机学科概论

第1章 计算机发展史

1.1 计算工具的发展简史

1.1.1 手动式计算工具

1.1.2 机械式计算工具

1.1.3 机电式计算机

1.1.4 电子计算机

1.2 计算机发展简史

1.2.1 计算机硬件发展简史

1.2.2 计算机软件发展简史

1.2.3 计算机的发展趋势

1.3 计算机的分类和特点

1.3.1 计算机的分类

1.3.2 计算机的特点

1.4 计算机的应用领域

1.4.1 科学计算

1.4.2 数据处理

1.4.3 实时控制

1.4.4 辅助工程与辅助教育

1.4.5 艺术与娱乐

阅读材料：中国计算机发展简史

习题1

第2章 认识计算机学科

2.1 什么是计算机学科

2.1.1 什么是计算

2.1.2 科学与学科

2.1.3 计算机学科的定义

2.1.4 计算机学科的根本问题

2.1.5 计算机学科与其他学科的关系

2.2 计算机学科的科学问题

2.2.1 什么是科学问题

2.2.2 计算机学科的科学问题

2.3 计算机学科的经典问题

2.3.1 GOTO语句问题与程序设计方法学

2.3.2 哥尼斯堡七桥问题与图论

2.3.3 哲学家共餐问题与进程同步

2.3.4 汉诺塔问题与计算复杂性

2.3.5 证比求易与NP类问题

2.3.6 TSP问题与组合爆炸

2.3.7 图灵测试与人工智能

2.4 计算机学科的知识体系

2.4.1 计算机科学

2.4.2 计算机工程

2.4.3 软件工程

2.4.4 信息系统

2.4.5 信息技术

阅读材料：著名计算机组织

习题2

第3章 计算机运算基础

3.1 数理逻辑基础

3.1.1 数理逻辑的起源和发展

3.1.2 命题逻辑与命题代数

3.1.3 逻辑代数

3.2 二进制

3.2.1 进位计数制

3.2.2 二进制数和十进制数之间的转换

3.2.3 二进制数与八进制数和十六进制数之间的转换

3.3 数值数据的表示方法

3.3.1 数的长度

3.3.2 数的原码、反码和补码

3.3.3 数的定点表示和浮点表示

3.4 逻辑电路

3.4.1 门

3.4.2 电路

3.4.3 集成电路

阅读材料：著名计算机奖项

习题3

第4章 计算机硬件系统

4.1 计算机硬件系统的基本组成

4.1.1 计算机体系结构

4.1.2 计算机的工作原理

4.2 存储器

4.2.1 存储器的层次结构

4.2.2 内存储器

4.2.3 外存储器

4.2.4 高速缓冲存储器

4.2.5 存储器的发展趋势

4.3 中央处理器

4.3.1 运算器

4.3.2 控制器

4.3.3 处理器的发展趋势

4.4 输入输出设备

4.4.1 输入设备

4.4.2 输出设备

4.4.3 输入/输出接口

4.4.4 输入/输出设备的发展趋势

阅读材料：著名计算机公司

习题4

第5章 计算机程序设计

5.1 问题求解与程序设计

5.1.1 问题求解的一般过程

5.1.2 程序与程序设计

5.2 程序设计语言

5.2.1 程序的基本结构

5.2.2 单词

5.2.3 数据的表现形式

5.2.4 表达式

5.2.5 语法单位

5.3 程序设计方法

5.3.1 结构化程序设计

5.3.2 面向对象程序设计

5.3.3 程序设计方法的发展

5.4 数据结构

5.4.1 数据结构的起源和发展

5.4.2 基本的数据结构

5.4.3 数据结构在计算机中的存储方法

5.5 算法和算法分析

5.5.1 算法及描述算法的方法

5.5.2 算法设计技术

5.5.3 算法分析

阅读材料：几种经典的高级语言

习题5

第6章 计算机软件系统

6.1 计算机软件系统的基本组成

6.2 操作系统

6.2.1 操作系统的定义

6.2.2 操作系统的起源和发展

6.2.3 操作系统的主要功能

6.3 翻译程序

6.3.1 翻译程序的工作方式

6.3.2 编译程序的基本过程

6.3.3 翻译程序的发展

6.4 数据库管理系统

6.4.1 数据库技术的产生和发展

6.4.2 数据库与数据模型

6.4.3 数据库管理系统

6.4.4 数据库系统

6.5 工具软件

6.5.1 文件压缩软件

6.5.2 文件下载软件

6.5.3 防病毒软件

6.6 计算机应用软件

6.6.1 专用软件

6.6.2 通用软件

阅读材料：开源软件

习题6

第7章 人机交互

7.1 人机交互技术

7.1.1 人机交互的起源和发展

7.1.2 人机交互方式

7.1.3 人机界面

7.1.4 人机交互的发展趋势

7.2 多媒体技术

7.2.1 媒体、多媒体与超媒体

7.2.2 多媒体信息的数字化

7.2.3 多媒体信息的压缩

7.3 虚拟现实技术

7.3.1 虚拟现实的基本特征

7.3.2 虚拟现实系统的组成

7.3.3 虚拟现实的应用领域

阅读材料：如何预防计算机对人体健康的危害

习题7

第8章 人工智能

8.1 什么是人工智能

8.1.1 人工智能的定义

8.1.2 人工智能的起源和发展

8.1.3 人工智能的研究意义

8.2 人工智能的研究方法

8.2.1 符号智能一枝独秀

8.2.2 计算智能异军突起

8.2.3 智能Agent方兴未艾

8.3 人工智能的研究与应用领域

8.3.1 机器博弈

8.3.2 专家系统

8.3.3 数据挖掘与知识发现

8.3.4 自然语言理解

8.3.5 模式识别

8.3.6 智能机器人

阅读材料：人机共生

习题8

第二篇 工程篇

第9章 认识工程

9.1 什么是工程

9.1.1 工程的定义

9.1.2 科学、技术和工程的关系

9.1.3 “科学-技术-工程-产业”链

9.2 工程的几个关键问题

9.2.1 工程理念

9.2.2 工程决策

9.2.3 工程管理

9.2.4 工程进度

9.3 工程创新

9.3.1 创新思维的形式

9.3.2 工程创新的体现

9.4 工程教育

9.4.1 我国工程教育的历史

9.4.2 工程教育的特点

9.5 信息化工程

9.5.1 什么是信息化工程

9.5.2 信息化工程的特点

9.5.3 信息化工程的成本

阅读材料：从工程大国到工程强国，我们缺少什么

习题9

第10章 软件工程

10.1 概述

10.1.1 软件工程的发展简史

10.1.2 软件工程的基本原理

10.2 软件质量

10.2.1 软件开发的复杂性

10.2.2 软件质量特性

10.3 软件过程

10.3.1 软件生命周期

10.3.2 软件开发模型

10.3.3 软件能力成熟度模型

10.4 软件开发方法

10.4.1 结构化方法

10.4.2 面向对象方法

10.5 软件维护

10.5.1 软件维护的定义

10.5.2 与软件维护有关的问题

10.6 软件项目管理

10.6.1 成本估算

10.6.2 进度安排

10.6.3 人员组织

10.6.4 软件配置管理

阅读材料：软件、硬件和人件

习题10

第11章 网络工程

11.1 概述

11.1.1 计算机网络的起源和发展

11.1.2 计算机网络的定义和分类

11.1.3 计算机网络的应用

11.2 网络体系结构

11.2.1 网络标准和协议

11.2.2 OSI参考模型

11.2.3 TCP/IP分层模型

11.3 网络设备

11.3.1 主机系统

11.3.2 网络互联设备

11.3.3 传输介质

11.3.4 网络存储设备

11.4 网络工程

11.4.1 网络工程的含义

11.4.2 网络工程的组织

11.4.3 工程实施的要点

11.5 网络信息安全

11.5.1 信息加密

11.5.2 身份认证

11.5.3 防火墙

11.5.4 入侵检测

阅读材料：我国Internet的起源和发展

习题11

第三篇 方法篇

第12章 计算机学科方法论

12.1 什么是计算机学科方法论

12.2 计算机学科的三个形态

12.3 计算机学科的核心概念

12.4 计算机学科的系统科学方法

12.4.1 系统科学的基本概念

12.4.2 系统科学遵循的一般原则

12.5 计算机学科的典型方法

12.5.1 抽象方法

12.5.2 构造性方法

12.5.3 公理化方法

12.5.4 形式化方法

12.5.5 原型方法与演化方法

阅读材料：计算机学科二维定义矩阵

习题12

第13章 如何学习计算机学科

13.1 计算机学科的专业基础课

13.1.1 专业基础课在计算机学科中的地位

13.1.2 如何学好专业基础课

13.2 数学思维能力的培养

13.2.1 数学在计算机学科中的地位

13.2.2 如何实现思维方式的数学化

13.3 程序设计能力的培养

13.3.1 程序设计在计算机学科中的地位

13.3.2 如何提高程序设计能力

13.4 实验和实践能力的培养

13.4.1 实验在计算机学科中的地位

13.4.2 如何提高实验和实践能力

13.5 专业外语能力的培养

13.5.1 专业外语在计算机学科的地位

13.5.2 如何提高专业外语能力

阅读材料： 大学学习中怎样听课和记笔记

习题13

第14章 职业与职业道德

14.1 对计算机学科毕业生的要求

14.1.1 科学素养

14.1.2 知识、能力和素质

14.1.3 专业能力与综合素质

14.1.4 终生学习

14.2 专业岗位

14.2.1 信息时代对计算机人才的需求

14.2.2 有关职位

14.3 专业人员的职业道德

14.3.1 道德选择

14.3.2 职业责任

14.3.3 软件工程师的道德规范

14.4 计算机法律法规

14.4.1 计算机软件知识产权

14.4.2 计算机犯罪

阅读材料：逻辑炸弹

习题14

参考文献

计算机教育史上，有关整个学科综述性导引课程的构建问题是一个长期以来引起激烈争论的主题。本书分为三篇： 科学篇、工程篇和方法篇。其中科学篇从认知的角度粗线条介绍计算机学科的核心思想以及基本知识；工程篇从工程的角度介绍工程的一般概念以及软件工程和网络工程；方法篇从计算机学科方法论以及学习方法的角度介绍如何学习计算机学科。本书通过对计算机学科进行系统化和科学化的描述，以历史和发展的观点介绍每一个专题，将学生引入计算机学科各个富有挑战性的领域，引导学生正确认知和学习计算机学科。本书内容丰富，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计算机导论课程的教材，也可作为非计算机专业了解计算机学科的参考书。

俯瞰计算机学科，按照教育部高等学校计算机与技术教学指导委员会编制的《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范》，《计算机学科概论》分科学篇、工程篇和方法篇，系统地介绍计算机学科最核心的基本知识，使学生在大学生活的开始就知道要构建一个什么样的知识体系，以及如何构建这个知识体系。
突出导引性质，介绍本学科的方法论以及科学的学习方法，使学生理解计算机学科的基本原理根本问题以及解决问题的思维模式，明确怎样认识和学习计算机学科。
以历史和发展的观点介绍每一个主题，使学生能够领悟各主题的基本思想及发展趋势，激发学习兴趣，为后续课程的学习打下伏笔。知识粒度把准确，知识拓扑结构科学，采取高级科普的深度定位通俗易懂的语言，大量引用计算机行业的具体事例以及生活中的实例进行类比。