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第1部分 认识篇 3

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1 23

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

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2 42

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3 56

第2部分 硬件层 61

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4 80

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CPU 88

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5 95

第3部分 程序设计 99

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 104

6.3.1 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6 114

第4部分 系统软件层 119

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7 128

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DB 132

8.1.2 数据库管理系统DBMS 133

8.1.3 结构化查询语言SQL 133

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8 140

第5部分 应用软件层 143

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9 152

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10 161

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11 174

第6部分 通信层 179

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12 189

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13 201

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14 211

第7部分 职业道德篇 215

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15 225

参考文献 226