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