本書根據(jù)教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)頒布的《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范(試行)》及《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見暨計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求(試行)》中有關(guān)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論和大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求而編寫,是一本學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的入門教材。全書共分 7 章,主要內(nèi)容包括:計(jì)算機(jī)概論、數(shù)據(jù)表示、計(jì)算思維與常用算法、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)信息安全和職業(yè)道德,且每章附有習(xí)題及參考答案。 本書以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維為出發(fā)點(diǎn),并融入計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的全新技術(shù)和成果,旨在提高學(xué)生的科學(xué)修養(yǎng)、信息素養(yǎng)和應(yīng)用能力,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。 本書適合作為普通高等院校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程教材,也適合作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教材,或計(jì)算機(jī)初學(xué)者的入門參考用書。
《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論基于計(jì)算思維》的編寫符合教育部對計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程的要求。計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程應(yīng)為新生提供關(guān)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的入門介紹,使學(xué)生能對該學(xué)科有整體的認(rèn)識,并了解該專業(yè)的學(xué)生應(yīng)具備的基本知識和技能。隨著近年計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,社會(huì)對該專業(yè)學(xué)生所需具備和掌握的計(jì)算機(jī)科學(xué)的能力素養(yǎng)要求發(fā)生了巨大變化,為應(yīng)對這些變化,做好教學(xué)工作,我們編寫了本書。
計(jì)算思維是人類求解問題的一條有效途徑,是一種分析求解問題的過程和思想,F(xiàn)在人類利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能解決各種問題的同時(shí),也需要數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)。這源于計(jì)算機(jī)誕生的本質(zhì),即數(shù)學(xué)和工程思維的融合。所以,計(jì)算思維是一種人、機(jī)、物三元思維的綜合考量,三者互相促進(jìn),互相制約。
2021 年,教育部組織申報(bào)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革項(xiàng)目,要求大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)的總體建設(shè)目標(biāo)應(yīng)該定位在普及計(jì)算機(jī)文化、培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用能力、訓(xùn)練計(jì)算思維能力上。計(jì)算機(jī)不僅為不同專業(yè)提供了解決專業(yè)問題的有效方法和手段,還提供了一種獨(dú)特處理問題的思維方式。
如何將計(jì)算思維融入到大學(xué)計(jì)算機(jī)教育中,已經(jīng)得到教育工作者的廣泛關(guān)注。本書的編寫團(tuán)隊(duì)成員都是多年工作在教學(xué)線的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)工作者,多年專注于計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革和探索研究。本書編寫大綱經(jīng)過多次集體研討,召集書稿討論會(huì)和審定會(huì),并廣泛征求了不同層面學(xué)者、專家的建議和意見,希望本書能滿足當(dāng)下大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的新模式和新方法。本書在編寫過程中以通俗易懂、緊跟科技前沿為目標(biāo),期望能夠適合學(xué)生的需求,貼合教學(xué)目標(biāo)。在教材內(nèi)容組織上強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維能力的培養(yǎng),將計(jì)算思維能力的訓(xùn)練融入計(jì)算機(jī)專業(yè)完整的教學(xué)體系,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程的教學(xué)改革。
本書的主要特色如下:
1.著重對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識進(jìn)行講解和介紹。
2.力求通過深入淺出的風(fēng)格,講授計(jì)算機(jī)和計(jì)算思維之間相互支撐和相互制約的關(guān)系。
3.突出介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的技術(shù)和成果,將其融入課程內(nèi)容中。
4.將計(jì)算思維的新理念貫穿始終,達(dá)到提升計(jì)算機(jī)專業(yè)能力的教學(xué)目的。
5.將理論知識和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,讓學(xué)生清楚地了解計(jì)算機(jī)擅長哪些方面、計(jì)算機(jī)能做什么,如何利用計(jì)算機(jī)來解決實(shí)際問題。
在學(xué)習(xí)過程中,讀者可在中國鐵道出版社有限公司的資源網(wǎng)站(網(wǎng)址 http://www.tdpress.com/51eds/)中下載本書配備的教學(xué)資源,如電子教案、習(xí)題參考答案等。
全書共分為 7 章,第 1 章為計(jì)算機(jī)概論,第 2 章為數(shù)據(jù)表示,第 3 章為計(jì)算思維與常用算法,第 4 章為計(jì)算機(jī)系統(tǒng),第 5 章為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第 6 章為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),第 7章為計(jì)算機(jī)信息安全和職業(yè)道德。
本書由郜曉晶、羅小玲任主編,王艷芬和李建榮參與了本書的編寫。具體編寫分工:第 1 章和第 2 章由李建榮編寫,第 3 章由羅小玲編寫,第 4 章由羅小玲和王艷芬共同編寫,第 5 章和第 7 章由郜曉晶編寫,第 6 章由王艷芬編寫。全書由郜曉晶和羅小玲統(tǒng)稿。在本書的編寫過程中得到潘新、李慧旻、劉艷秋、阿斯雅等多位老師的幫助,以及中國鐵道出版社有限公司編輯的大力支持與幫助,在此表示衷心的感謝。
由于時(shí)間倉促,信息技術(shù)的發(fā)展日新月異,本書涉及的新技術(shù)較多,加之編者水平有限,書中疏漏與不妥之處在所難免,懇請讀者批評指正。
編 者
2021 年 3 月
郜曉晶,博士,副教授,任職于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院,主要研究方向?yàn)槟J阶R別、圖像處理,主講課程為計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C語言程序設(shè)計(jì),參編《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》(第5版)、《Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程》等教材,主持2012年度校級精品課程計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 ,以及多項(xiàng)省級、校級的基金項(xiàng)目,發(fā)表論文十余篇。 羅小玲,碩士,教授,現(xiàn)任職與內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院,是計(jì)算機(jī)科學(xué)與網(wǎng)絡(luò)工程系主任,研究方向:智能計(jì)算與數(shù)據(jù)挖掘,主講課程:計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、C語言程序設(shè)計(jì),發(fā)表論文十余篇。
第 1 章 計(jì)算機(jī)概論1
1.1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展 2
1.1.1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 2
1.1.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史 6
1.1.3 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 9
1.2 人工智能 11
1.2.1 人工智能的概念 11
1.2.2 人工智能的應(yīng)用 11
1.3 云計(jì)算 13
1.3.1 云計(jì)算的概念 13
1.3.2 云計(jì)算的應(yīng)用 14
1.3.3 云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu) 14
1.4 大數(shù)據(jù) 15
1.4.1 大數(shù)據(jù)產(chǎn)生的背景 16
1.4.2 大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景 16
1.4.3 大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù) 19
小結(jié) 22
習(xí)題一 22
第 2 章 數(shù)據(jù)表示 25
2.1 數(shù)值的表示 25
2.1.1 數(shù)制 25
2.1.2 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 27
2.2 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算基礎(chǔ) 29
2.2.1 算術(shù)運(yùn)算 29
2.2.2 邏輯運(yùn)算 30
2.3 計(jì)算機(jī)中的編碼 32
2.3.1字符數(shù)據(jù) 32
2.3.2音頻數(shù)據(jù) 35
2.3.3 圖像和圖形數(shù)據(jù) 36
2.3.4 視頻數(shù)據(jù) 37
小結(jié) 38
習(xí)題二 38
第 3 章 計(jì)算思維與常用算法41
3.1計(jì)算思維的概念 41
3.2計(jì)算思維的應(yīng)用領(lǐng)域 43
3.3計(jì)算思維的特點(diǎn) 43
3.4算法 44
3.4.1算法特征 44
3.4.2算法要素 45
3.4.3算法流程圖 45
3.4.4常用算法 48
3.5程序 56
小結(jié) 56
習(xí)題三 56
第 4 章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)59
4.1計(jì)算機(jī)體