本書(shū)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(jiàn)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(xiě),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(mén)教材。全書(shū)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(shū)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(shū)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(mén)參考用書(shū)。
《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論基于計(jì)算思維》的編寫(xiě)符合教育部對(duì)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(mén)介紹,使學(xué)生能對(duì)該學(xué)科有整體的認(rèn)識(shí),并了解該專業(yè)的學(xué)生應(yīng)具備的基本知識(shí)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(duì)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(duì)這些變化,做好教學(xué)工作,我們編寫(xiě)了本書(shū)。
計(jì)算思維是人類求解問(wèn)題的一條有效途徑,是一種分析求解問(wèn)題的過(guò)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(wèn)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(wèn)題的有效方法和手段,還提供了一種獨(dú)特處理問(wèn)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(shū)的編寫(xiě)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(shū)編寫(xiě)大綱經(jīng)過(guò)多次集體研討,召集書(shū)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(jiàn),希望本書(shū)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(shū)在編寫(xiě)過(guò)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(shū)的主要特色如下:
1.著重對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行講解和介紹。
2.力求通過(guò)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(shí)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(zhǎng)哪些方面、計(jì)算機(jī)能做什么,如何利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。
在學(xué)習(xí)過(guò)程中,讀者可在中國(guó)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(shū)配備的教學(xué)資源,如電子教案、習(xí)題參考答案等。
全書(shū)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(shū)由郜曉晶、羅小玲任主編,王艷芬和李建榮參與了本書(shū)的編寫(xiě)。具體編寫(xiě)分工:第 1 章和第 2 章由李建榮編寫(xiě),第 3 章由羅小玲編寫(xiě),第 4 章由羅小玲和王艷芬共同編寫(xiě),第 5 章和第 7 章由郜曉晶編寫(xiě),第 6 章由王艷芬編寫(xiě)。全書(shū)由郜曉晶和羅小玲統(tǒng)稿。在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)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(guó)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(cāng)促,信息技術(shù)的發(fā)展日新月異,本書(shū)涉及的新技術(shù)較多,加之編者水平有限,書(shū)中疏漏與不妥之處在所難免,懇請(qǐng)讀者批評(píng)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(shí)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(yǔ)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(jí)精品課程計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 ,以及多項(xiàng)省級(jí)、校級(jí)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(yǔ)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(shì) 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(chǎng)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