本書根據(jù)應(yīng)用型本科高校計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)需求編寫，針對大學(xué)一年級學(xué)生的認(rèn)知特點，按照計算機(jī)發(fā)展的主線，系統(tǒng)地介紹了計算機(jī)科學(xué)的主要理論和技術(shù)應(yīng)用。全書共10章，主要內(nèi)容包括：計算機(jī)發(fā)展史、計算機(jī)的組成與工作原理、數(shù)據(jù)的表示和存儲、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、程序設(shè)計和軟件工程、操作系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)與人工智能以及實驗等。本書旨在幫助學(xué)生對計算機(jī)學(xué)科進(jìn)行整體認(rèn)知，引發(fā)學(xué)生對計算機(jī)科學(xué)的興趣，因此在內(nèi)容選擇上注重理論引導(dǎo)，兼顧動手實踐，達(dá)到學(xué)以致用的目的。
本書可作為應(yīng)用型本科高校計算機(jī)類專業(yè)的計算機(jī)導(dǎo)論或?qū)I(yè)導(dǎo)論教材，也可作為非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)基礎(chǔ)教材，還可作為廣大計算機(jī)愛好者了解計算機(jī)基礎(chǔ)知識的參考書。
“計算機(jī)導(dǎo)論”課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)以及相關(guān)專業(yè)(包括數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能科學(xué)與技術(shù)、人工智能、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件工程、信息管理與信息系統(tǒng)等)的一門通識基礎(chǔ)課。課程的目的是引導(dǎo)學(xué)生對本專業(yè)的基礎(chǔ)知識和前沿發(fā)展有一個整體的認(rèn)識，為學(xué)生后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)建立良好的開端，打下扎實的基礎(chǔ)。
本書針對應(yīng)用型本科高校學(xué)生的特點，由淺入深地講解計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的相關(guān)知識和發(fā)展動態(tài)，在內(nèi)容的組織上緊緊把握3個主線：一是以計算機(jī)發(fā)展的歷史為時間主線，貫穿計算機(jī)科學(xué)的各個主要知識模塊；二是以計算機(jī)各種資源的虛擬化為空間主線，從具體到抽象、以模塊化的方式介紹計算機(jī)科學(xué)的相關(guān)思想、理論和方法；三是以社會、道德與職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)為思政主線，將未來信息技術(shù)人才必備的道德、法律、文化、倫理等基本素質(zhì)和能力融入相應(yīng)知識點進(jìn)行講解，并開展開放性的專題討論。
本書在內(nèi)容的選擇上，以計算思維的思想為指引，理論聯(lián)系實際，講解計算機(jī)的硬件、軟件、應(yīng)用等科學(xué)問題，兼顧知識性與趣味性。在知識點的選擇上，本書深度適中，更側(cè)重于廣度。每一章首先通過一個案例的導(dǎo)入，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；然后通過本章導(dǎo)讀，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考；最后通過一個應(yīng)用案例，將本章內(nèi)容的理論學(xué)習(xí)應(yīng)用于解決具體的實際問題，做到理論聯(lián)系實際。
全書共10章，編寫分工為：第一章和第十章由陳燕副教授編寫，第二章和第三章由吳煒煒教授編寫，第四章和第七章由汪紅霞副教授編寫，第五章和第六章由王德成教授編寫，第八章由呂騰教授編寫，第九章由刁艷玉老師編寫。全書由呂騰統(tǒng)稿，配套的幻燈片由姚靜同學(xué)制作完成。
本書為安徽省高等學(xué)校省級質(zhì)量工程一流教材建設(shè)項目(2021yljc063)。
由于編寫者水平有限，加之計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展一日千里，書中難免存在一些不足之處，懇請讀者批評指正。
編 者?
2022年4月
第一章 計算機(jī)發(fā)展史 1
1.1 計算工具的發(fā)展 2
1.1.1 手動式計算工具 2
1.1.2 機(jī)械式計算工具 3
1.2 現(xiàn)代電子計算機(jī)的誕生和發(fā)展 4
1.2.1 世界上第一臺計算機(jī)ENIAC 5
1.2.2 現(xiàn)代計算機(jī)的主要特征 5
1.2.3 電子計算機(jī)的發(fā)展 5
1.3 計算機(jī)的分類 6
1.3.1 按用途分類 6
1.3.2 按性能分類 7
1.4 微型機(jī)的發(fā)展 8
1.5 我國計算機(jī)的發(fā)展 9
1.5.1 我國計算機(jī)的初創(chuàng)時期 9
1.5.2 我國計算機(jī)的發(fā)展歷程 10
1.5.3 我國計算機(jī)的主要成就 11
1.6 計算機(jī)的應(yīng)用 13
本章小結(jié) 14
習(xí)題 14
第二章 計算機(jī)的組成與工作原理 16
2.1 馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu) 17
2.1.1 馮?諾依曼計算機(jī)的基本特征 17
2.1.2 馮?諾依曼計算機(jī)的基本部件 18
2.1.3 馮?諾依曼計算機(jī)的工作原理 19
2.2 計算機(jī)硬件系統(tǒng) 20
2.2.1 CPU 20
2.2.2 存儲器 21
2.2.3 輸入設(shè)備 25
2.2.4 輸出設(shè)備 27
2.2.5 主板 28
2.3 計算機(jī)軟件系統(tǒng) 29
本章小結(jié) 31
習(xí)題 31
第三章 數(shù)據(jù)的表示和存儲 33
3.1 信息與數(shù)據(jù) 34
3.2 計算機(jī)中的數(shù)制 36
3.2.1 十進(jìn)制(Decimal) 36
3.2.2 二進(jìn)制(Binary) 36
3.2.3 八進(jìn)制(Octal) 37
3.2.4 十六進(jìn)制(Hexadecimal) 37
3.3 數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 38
3.3.1 二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)和十六
進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 38
3.3.2 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)、
八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù) 38
3.3.3 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)和
十六進(jìn)制數(shù) 39
3.3.4 八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)
轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 40
3.4 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示 40
3.4.1 定點數(shù)的表示方法 40
3.4.2 浮點數(shù)的表示方法 41
3.5 字符型數(shù)據(jù)的編碼表示 41
3.5.1 ASCII碼 41
3.5.2 大端法和小端法 42
3.6 漢字的編碼表示 44
3.7 應(yīng)用案例——查看和修改操作
?系統(tǒng)的文字編碼 45
本章小結(jié) 48
習(xí)題 48
第四章 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法 49
4.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 50
4.1.1 線性結(jié)構(gòu) 52
4.1.2 樹形結(jié)構(gòu) 56
4.1.3 圖形結(jié)構(gòu) 59
4.2 算法 61
4.2.1 算法概述 61
4.2.2 搜索 66
4.2.3 排序 67
4.2.4 并行算法 70
4.3 應(yīng)用案例——排序算法的實現(xiàn) 73
本章小結(jié) 76
習(xí)題 76
第五章 程序設(shè)計和軟件工程 79
5.1 程序設(shè)計語言 80
5.1.1 程序的概念 80
5.1.2 程序設(shè)計語言的分類 80
5.1.3 程序設(shè)計語言的選擇 82
5.2 程序設(shè)計方法 83
5.2.1 程序設(shè)計的基本過程 83
5.2.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法 83
5.2.3 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法 85
5.3 軟件工程 87
5.3.1 軟件危機(jī) 88
5.3.2 軟件工程 89
5.3.3 軟件生命周期 91
5.3.4 軟件工程方法學(xué) 93
5.3.5 軟件測試 97
5.4 設(shè)計模式 100
5.4.1 設(shè)計模式的原則 101
5.4.2 設(shè)計模式的類型 102
5.5 應(yīng)用案例——九九乘法表 106
本章小結(jié) 107
習(xí)題 107
第六章 操作系統(tǒng) 109
6.1 操作系統(tǒng)概述 110
6.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 110
6.1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展史 115
6.2 操作系統(tǒng)的功能 122
6.2.1 處理機(jī)管理功能 122
6.2.2 存儲器管理功能 125
6.2.3 設(shè)備管理功能 126
6.2.4 文件管理功能 128
6.2.5 操作系統(tǒng)與用戶之間的接口 129
6.3 常用操作系統(tǒng)介紹 130
6.4 應(yīng)用案例——Windows的使用 132
6.4.1 桌面、圖標(biāo)和任務(wù)欄 133
6.4.2 窗口 134
6.4.3 對話框 136
6.4.4 控制面板 137
本章小結(jié) 141
習(xí)題 141
第七章 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng) 143
7.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 144
7.1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義 144
7.1.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 144
7.1.3 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 146
7.1.4 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能與分類 147
7.1.5 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo) 149
7.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 151
7.2.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成 151
7.2.2 劃分層次的必要性 152
7.2.3 具有七層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 152
7.2.4 實體、協(xié)議、服務(wù)和
服務(wù)訪問點 153
7.2.5 TCP/IP體系結(jié)構(gòu) 154
7.3 因特網(wǎng)介紹 155
7.3.1 因特網(wǎng)概述 155
7.3.2 Internet的接入 162
7.3.3 IP地址與MAC地址 163
7.3.4 WWW服務(wù) 168
7.3.5 域名系統(tǒng) 173
7.3.6 電子郵件 175
7.3.7 文件傳輸 176
7.4 應(yīng)用案例——計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的
?簡單配置和測試 177
本章小結(jié) 185
習(xí)題 186
第八章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 188
8.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展概況 189
8.1.1 人工管理階段 190
8.1.2 文件系統(tǒng)管理階段 190
8.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理階段 192
8.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展概況 194
8.2.1 網(wǎng)狀和層次數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 194
8.2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 196
8.2.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和
方法的新進(jìn)展 197
8.2.4 我國數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展概況 203
8.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡述 205
8.3.1 數(shù)據(jù)庫 206
8.3.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 206
8.3.3 系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和
使用人員 207
8.3.4 管理信息系統(tǒng) 207
8.4 數(shù)據(jù)模型 208
8.4.1 概念模型 208
8.4.2 邏輯模型 209
8.4.3 物理模型 209
8.5 關(guān)系模型和關(guān)系代數(shù) 209
8.5.1 基本術(shù)語 210
8.5.2 關(guān)系的性質(zhì) 211
8.5.3 關(guān)系完整性約束 212
8.5.4 關(guān)系代數(shù) 212
8.6 關(guān)系模式的規(guī)范化 218
8.6.1 函數(shù)依賴 219
8.6.2 范式 221
8.7 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 224
8.7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟 225
8.7.2 需求分析 225
8.7.3 概念設(shè)計 226
8.7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 227
8.7.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 229
8.8 應(yīng)用案例——學(xué)籍管理系統(tǒng)的
?實現(xiàn) 229
本章小結(jié) 233
習(xí)題 233
第九章 大數(shù)據(jù)與人工智能 235
9.1 大數(shù)據(jù) 236
9.1.1 大數(shù)據(jù)概述 236
9.1.2 數(shù)據(jù)科學(xué)和數(shù)據(jù)思維 237
9.1.3 大數(shù)據(jù)處理與可視化 239
9.2 人工智能 249
9.2.1 人工智能概述 249
9.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí) 256
9.2.3 機(jī)器人 270
9.3 大數(shù)據(jù)與人工智能的關(guān)系 272
9.4 大數(shù)據(jù)與人工智能的應(yīng)用
?及社會問題 273
9.5 應(yīng)用案例——手寫數(shù)字識別 275
本章小結(jié) 277
習(xí)題 278
第十章 實驗 279
參考文獻(xiàn) 280
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