普通高等教育“十三五”规划教材:计算机科学与技术导论（第2版）

        本书是计算机科学与技术专业的基础教材，以通俗易懂、深入浅出的方式阐述计算机科学与技术专业的基础知识与基本方法。全书共分为6 章，内容包括绪论、计算机基础知识、计算机系统结构、计算机科学与技术学科中的典型问题、计算机科学与技术学科中的核心概念、计算机信息安全与计算机职业道德。为了提高和巩固学习效果，每章还提供了相应的小结和习题。本书内容丰富，能够使读者直观、迅速地掌握计算机学科的基础知识，为后续计算机专业课程的学习构建一个基本的知识框架，使计算机科学与技术专业的学生对今后要学习的主要知识、专业方向有一个基本的了解。本书适合作为高等院校计算机科学与技术专业的“计算机导论”课程教材，也可作为计算机基础课程参考书及计算机入门普及教材。

第1 章
绪论. 1

1.1 计算机的基本概念… 1

1.1.1 计算机的发展史………………
1

1.1.2 计算机的分类及发展趋势.. 10

1.1.3 计算机的特点及应用……… 17

1.1.4 未来计算机. 19

1.1.5 中国计算机事业的发展史.. 21

1.1.6 计算机界著名奖项………….
25

1.2 计算机科学与技术学科……………..
27

1.2.1 计算机科学与技术学科的定义及研究范畴……………..
27

1.2.2 计算机科学与技术学科知识体系………
28

1.2.3 计算机科学与技术专业实践……………..
38

1.2.4 计算思维….. 39

小结…………. 40

习题…………. 41

第2 章
计算机基础知识. 42

2.1 计算及图灵机模型. 42

2.2 计算机中的数据存储和表示………
46

2.2.1 进位制数及其相互转换….. 46

2.2.2 数据单位….. 52

2.2.3 数据编码….. 52

2.2.4 声音、图像的表示………….
60

2.2.5 算术运算及逻辑运算……… 64

小结…………. 71

习题…………. 72

第3 章
计算机系统结构. 73

3.1 计算机系统构成….. 73

3.2 计算机硬件系统….. 74

3.2.1 冯·诺依曼体系结构及计算机工作原理. 74

3.2.2 CPU ………… 76

3.2.3 内存………… 81

3.2.4 输入/输出设备 83

3.2.5 辅助存储设备. 91

3.2.6 总线………… 94

3.3 计算机软件系统….. 96

3.3.1 软件系统的分类…………….
96

3.3.2 操作系统….. 97

3.3.3 软件开发基础………………
105

3.3.4 软件的实现… 110

小结……….. 114

习题……….. 115

第4 章
计算机科学与技术学科中的典型问题……… 116

4.1 计算机科学与技术学科中的学科形态…………
116

4.1.1 科学问题的定义…………..
117

4.1.2 计算本质及计算学科的根本问题…….
117

4.1.3 计算机学科中的三个学科形态………..
120

4.2 计算机学科领域典型问题认知…. 122

4.2.1 哥尼斯堡七桥问题………..
122

4.2.2 梵天塔问题… 124

4.2.3 证比求易算法………………
127

4.2.4 旅行商问题… 128

4.2.5 哲学家共餐问题…………..
129

4.2.6 两军问题… 131

4.2.7 图灵测试… 133

4.2.8 中文屋子问题………………
134

4.2.9 博弈问题… 135

小结……….. 138

习题……….. 138

第5 章
计算机科学与技术学科中的核心概念……… 140

5.1 算法.. 140

5.1.1 算法的概念… 140

5.1.2 算法的表示… 141

5.1.3 算法分析… 144

5.1.4 典型算法列举………………
145

5.2 数据结构…………..
161

5.2.1 数据结构的基本概念……. 161

5.2.2 常用数据结构………………
162

5.3 数据库………………
164

5.3.1 数据库概念… 165

5.3.2 数据库的发展………………
165

5.3.3 数据库基础知识…………..
168

5.3.4 常用数据库… 170

5.4 数据通信与网络… 171

5.4.1 数据通信的基础知识……. 171

5.4.2 计算机网络的基础知识… 175

5.4.3 因特网…… 180

5.4.4 物联网…… 184

5.4.5 大数据与云计算…………..
187

5.4.6 区块链…… 190

5.4.7 人工智能… 192

小结……….. 196

习题……….. 197

第6 章
计算机信息安全与计算机职业道德…………. 198

6.1 计算机信息安全… 198

6.1.1 计算机信息安全的基本概念……………
198

6.1.2 计算机信息安全面临的威胁……………
200

6.1.3 计算机信息安全防范策略 201

6.2 计算机病毒………. 203

6.2.1 计算机病毒的基本知识… 203

6.2.2 典型计算机病毒介绍……. 206

6.2.3 计算机病毒的检测与防治 208

6.3 计算机法律法规和职业道德…….
209

6.3.1 计算机犯罪… 210

6.3.2 计算机法律法规和职业道德规范…….
211

小结……….. 215

习题……….. 215

附录
历届图灵奖获得者… 216

参考文献…. 220

当前，信息技术发展日新月异，在物联网、云计算、大数据、人工智能、现代通信技术等领域向更深、更宽的方向拓展，引起了社会各方面的变革。信息技术在融入社会生活方方面面的同时，深刻改变着人类的思维、生活和学习方式，展示了人类社会发展的前景。随着这一进程的全面深入，无处不在的计算思维成为人们认识和解决问题的基本能力之一。

本书是在国内外广泛关注且推进“计算思维”教学理念的大背景下，在*高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制的《高等学校计算机科学与技术专业实践教学体系与规范》和《高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案》基础上，对《计算机科学与技术导论》的一次全面修订。随着教学理念的不断完善以及教学经验的积累，本书大多数章节都在原有内容基础上进行了修改和扩充，试图使读者深刻理解问题的计算特性并善于利用计算机解决问题，即培养读者的“计算思维”能力；同时鼓励读者在该学科领域张扬“学科思维”个性化，在实践中体验“登峰”的感觉。

本书以此为出发点，期望实现两个目标：将计算机科学与技术学科的全貌呈现在读者面前；使读者体验利用计算机解决实际问题的过程和思路，并在此过程中感受学习的乐趣。全书分为6 章，首先从计算机科学与技术专业的基础知识入手，介绍了计算机的发展史、计算机科学与技术学科知识体系、图灵机模型、计算机中数据的存储与表示、计算机系统结构、软件实现等，然后介绍了计算机科学与技术学科中的一些典型问题、核心概念等，后对计算机信息安全与职业道德的部分基础知识做了介绍。每章都配有核心内容、小结和习题。全书力求做到概念清、层次明、知识全。

 

本书由王建国任主编，付禾芳、李静、胡宁玉任副主编。后，由王建国、李静负责统稿。本书在编写过程中参考了一些相关书籍，并从Internet 上参考了部分有价值的资料，在此向相关资料的作者、编者、译者、出版者和网站表示感谢。同时，本书得到了全国高等院校计算机基础教育研究会2018 年度“计算机基础教育教学研究项目（项目编号：2018-AFCEC-367）”的资助，在此一并表示感谢。

由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正。

编
者

2018 年7 月