描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121342059
第1部分 计算系统平台
第1章 计算、计算机与计算思维 2
1.1 计算的概念 4
1.1.1 什么是计算 4
1.1.2 可计算与不可计算 5
1.2 计算的机械化与自动化 6
1.2.1 古老的计算技术 6
1.2.2 机械计算的探索历程 6
1.2.3 基于二进制的电子计算的探索
历程 9
1.2.4 现代电子计算机 11
1.2.5 计算机的发展趋势 12
1.3 计算模型 14
1.3.1 图灵模型 14
1.3.2 冯·诺依曼计算机模型 16
1.4 数学建模与求解 17
1.5 基于计算机的问题求解 18
1.5.1 基于计算机软件的问题求解 19
1.5.2 基于计算机程序的问题求解 19
1.5.3 基于计算机系统的问题求解 20
1.6 计算思维 20
1.7 计算机的应用领域 22
1.7.1 计算机在制造业中的应用 22
1.7.2 计算机在商业中的应用 24
1.7.3 计算机在银行与证券业中的
应用 26
1.7.4 计算机在交通运输业中的
应用 28
1.7.5 计算机在办公自动化与电子
政务中的应用 29
1.7.6 计算机在教育中的应用 29
1.7.7 计算机在医学中的应用 31
1.7.8 计算机在科学研究中的应用 32
1.7.9 计算机在艺术与娱乐中的
应用 33
1.8 计算机新技术 34
1.8.1 云计算 34
1.8.2 大数据 36
1.8.3 物联网 37
1.8.4 虚拟现实 38
1.8.5 人工智能 38
1.8.6 3D打印 39
本章小结 39
课后自测练习题 40
第2章 计算机系统概述 43
2.1 计算机是什么 45
2.2 计算机系统 45
2.3 计算机硬件系统 46
2.3.1 冯·诺依曼体系结构 46
2.3.2 计算机的基本组成 47
2.4 计算机软件系统 48
2.4.1 系统软件 48
2.4.2 应用软件 52
2.5 计算机的基本工作原理 53
2.5.1 算盘解题过程 53
2.5.2 指令系统与程序 53
2.5.3 存储程序的工作原理 56
2.6 微型计算机的体系结构 56
2.6.1 微型计算机的系统组成 56
2.6.2 微处理器 58
2.6.3 存储器 60
2.6.4 总线与接口 63
2.6.5 输入/输出设备 65
本章小结 68
课后自测练习题 68
第3章 操作系统基础 71
3.1 操作系统概述 73
3.1.1 操作系统的概念 73
3.1.2 操作系统的发展 73
3.1.3 操作系统的主要特征 75
3.1.4 操作系统的分类 76
3.1.5 操作系统的引导 77
3.2 操作系统的基本功能 78
3.2.1 程序管理 78
3.2.2 文件管理 81
3.2.3 存储管理 82
3.2.4 磁盘管理 83
3.2.5 用户接口 85
3.3 实用操作系统 86
3.3.1 实用操作系统概述 86
3.3.2 Windows操作系统 88
本章小结 94
课后自测练习题 95
第2部分 信息表示与数据处理
第4章 信息与编码 98
4.1 信息概述 100
4.1.1 信息的含义 100
4.1.2 信息与数据 100
4.1.3 信息的功能 102
4.1.4 人工进行信息处理的过程 103
4.1.5 信息技术 104
4.1.6 信息化与信息化社会 105
4.2 信息在计算机中的表示 106
4.2.1 数制 106
4.2.2 数制之间的转换 108
4.2.3 信息的存储 110
4.3 计算机中的信息编码 112
4.3.1 编码的概念 113
4.3.2 数值信息的编码 113
4.3.3 文本信息的编码 117
4.4 多媒体信息的编码 121
4.4.1 音频信息的数字化 121
4.4.2 图形/图像媒体的数字化 124
4.4.3 颜色信息的数字化 128
★4.5 条形码与RFID 128
4.5.1 一维条形码 128
4.5.2 二维条形码 129
4.5.3 RFID技术 130
本章小结 131
课后自测练习题 132
第5章 数据处理与呈现 134
5.1 数据的概念 136
5.1.1 认识数据 136
5.1.2 数据的类型 137
5.1.3 数据的价值 137
5.1.4 数据的存储组织形式 138
5.2 数据加工处理 138
5.2.1 数据获取 138
5.2.2 数据处理 139
5.2.3 数据处理方式 140
5.2.4 数据编辑 140
5.2.5 数据呈现 140
5.3 数据处理应用程序 141
5.3.1 办公自动化软件 142
5.3.2 图形/图像处理软件 144
5.3.3 科学计算数据处理应用
软件 146
5.4 电子文件的创建、编辑及
输出 148
5.4.1 创建和编辑 150
5.4.2 格式化与排版 154
5.4.3 表格和图文混排 157
5.4.4 电子文件的呈现方式 160
5.4.5 电子文件中的数据处理 164
5.5 数据处理工具 167
5.5.1 电子表格基础 167
5.5.2 数据的计算 168
5.5.3 数据的管理 173
5.5.4 数据的分析 177
本章小结 180
课后自测练习题 181
第6章 数据组织与管理 183
6.1 数据结构 185
6.1.1 什么是数据结构 185
6.1.2 数据结构相关概念 185
6.1.3 数据结构的应用 187
6.2 为什么要管理数据 188
6.2.1 大数据 188
6.2.2 大数据处理 189
6.3 数据库 190
6.3.1 身边的数据库 190
6.3.2 什么是数据库 191
6.3.3 为什么要使用数据库 191
6.3.4 数据库管理系统 192
6.3.5 数据管理技术的发展历程 192
6.4 数据库系统概述 195
6.4.1 常用术语 195
6.4.2 数据模型 196
6.4.3 常见数据库应用系统及其
开发工具 198
6.5 数据库的建立与维护 199
6.5.1 数据库的建立 199
6.5.2 数据库的管理与维护 203
6.5.3 表达式 205
6.5.4 SQL的数据更新命令 206
6.6 数据库查询 208
6.6.1 简单查询 209
6.6.2 排序查询 210
6.6.3 分组查询 211
6.6.4 链接查询 212
6.7 数据库技术对社会的影响 214
本章小结 214
课后自测练习题 215
第7章 算法与程序设计 218
7.1 算法 220
7.1.1 算法的概念 220
7.1.2 简单算法举例 220
7.1.3 算法的特性 221
7.1.4 算法的表示 222
7.2 算法设计的基本方法 225
7.2.1 枚举法 225
7.2.2 迭代法 225
7.2.3 回溯法 226
7.2.4 递归法 227
7.2.5 分治法 227
7.2.6 贪心法 228
7.2.7 动态规划法 229
7.2.8 排序算法 230
7.2.9 查找算法 231
7.3 程序设计的基本概念 232
7.3.1 程序设计的一般过程 232
7.3.2 程序设计方法 234
7.3.3 程序设计是一种方法学 235
7.3.4 如何学习程序设计 236
7.3.5 程序设计语言 236
★7.4 Python程序设计语言简介 238
7.4.1 Python概述 238
7.4.2 Python的特点 239
7.4.3 Python的功能 239
7.4.4 Python的安装与配置 240
本章小结 243
课后自测练习题 243
第3部分 数据传输与承载平台
第8章 计算机网络 248
8.1 计算机网络概述 250
8.1.1 什么是计算机网络 250
8.1.2 计算机网络的发展历史 250
8.1.3 计算机网络的功能 251
8.1.4 计算机网络的分类 252
8.1.5 计算机网络的拓扑结构 253
8.1.6 计算机网络的体系结构和网络
协议 254
8.1.7 计算机网络硬件设备 258
8.2 数据通信基础 260
8.2.1 数据通信基本概念 260
8.2.2 数据编码 262
8.2.3 数据传输模式 264
8.2.4 传输介质 267
8.2.5 数据交换方式 269
8.2.6 数据校验技术 270
8.3 局域网技术 272
8.3.1 局域网及其特点 272
8.3.2 局域网的类型 273
8.3.3 局域网的组成 273
8.3.4 局域网的文件与打印共享 275
本章小结 278
课后自测练习题 278
第9章 Internet的服务与应用 281
9.1 Internet基础 283
9.1.1 Internet概述 283
9.1.2 Internet的工作原理 284
9.1.3 Internet协议 285
9.1.4 IP地址 286
9.1.5 域名系统（DNS） 287
9.1.6 Internet服务供应商 288
9.1.7 Internet的接入 289
9.2 Internet应用概述 292
9.2.1 网页浏览 292
9.2.2 电子邮件 295
9.2.3 文件传输 299
9.2.4 信息检索 301
9.2.5 远程登录 301
9.2.6 即时通信 302
9.2.7 电子商务 302
9.2.8 网络多媒体应用 303
9.2.9 在线教育 303
9.3 网络安全基础知识 306
9.3.1 计算机病毒 306
9.3.2 加密技术 310
9.3.3 数字签名 311
9.3.4 防火墙 312
本章小结 314
课后自测练习题 315
参考文献 317
图灵奖得主Edsger Dijkstra曾说过：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。”随着21世纪的到来，人类进入了信息社会，计算机和网络成了人类生活中不可或缺的一部分。无处不在的计算设备，无处不在的网络和通信，已彻底改变了人类数千年的生活习惯。作为信息社会中的技术人员，建立和掌握利用计算机求解各种专业问题的思路和方法成为一种的能力。
计算机基础教育承担着所有非计算机专业本科生的计算机能力培养，因此，其教学质量和效果不仅直接影响到学生的计算机应用能力，而且在一定程度上也影响到本科教学质量。虽然*高等学校大学计算机课程教学指导委员会（简称教指委）在《计算机基础课程教学基本要求》白皮书中已明确提出了非计算机专业本科生应知应会的计算机知识和技能，但受编写周期限制，教材内容很难完全跟上信息技术的飞速发展，从而不可避免地使学生课堂所学知识与技术发展现状存在一定的脱节。同时，计算机技术中的部分抽象内容，仅通过文字的描述也让读者特别是初学者难以理解。
大规模开放在线课程（Massive Open Online Courses，MOOC）的兴起推动了信息技术与教育教学的深度融合，开展线上、线下相融合的混合教学成为高校教学模式改革的重要方向。同时，也使构建书网一体化的新形态教材成为可能。
从教学内容的组织上，这本书以“计算机的认知能力”为主要培养目标，以计算、数据和算法为主线，阐述了数据的获取、转化、编码、存储、计算、组织管理、传输和安全等完整处理过程，以培养学生在信息社会和大数据时代能够学会以数字的眼光看世界，建立利用计算机求解问题的思路和方法。
本书的主要特色在于将视频资源、翻转课堂教学模式融入传统纸质书籍中，形成了一本独具特色、体现新工科要求和计算思维理念的新形态教材。
首先，书中在每段关键知识点的描述中都嵌入了二维码，通过扫描二维码可以从教材直接跳转到线上课堂。通过观看视频，可以增加学习者对知识的体验感，同时为课堂转化提供帮助。书中所提供的视频除部分MOOC教学视频外，还包括很多央视拍摄的科普类视频，这类视频不仅拍摄效果好，而且通俗易懂、生动有趣，既可以帮助学习者直接观看早期计算工具等这类难以看到的视频资源，又可以让读者对人工智能等目前计算机领域的新技术有感性的认识。
其次，在书的每章章后都设置了课后自测练习题，读者可使用手机扫描自测练习题二维码完成练习，并在答题完成后可以立即看到测试结果和答案解析，充分体现了数字化教材的作用，为学习者带来了新的学习体验。
相比同类教材，该书的另一大特色是在每章起始处都给出了该章的课程学习任务单，这也是作者长期致力于翻转课堂教学改革实践的体会。课程学习任务单中详细描述了该章的学习目标、学习要求、讨论问题和思考等内容，既有助于教师完成小班讨论课的组织，又为学习者提供了学习指导。
我与本书主编卢江老师有近两年的交流合作，卢老师对教学的热爱几近痴迷，他在教学研究和教学改革上的投入令我敬佩。本书是他及他的团队教师多年来在“大学计算机”课程教学研究和翻转课堂教学改革实践上的结晶，不仅有体系完整的理论描述，还包括众多的数字资源，充分体现了作者的用心和底蕴。相信众多的计算机技术初学者，能够通过本书的学习，理解计算机学科的核心概念和基本应用，了解利用计算机进行问题求解的基本思路与方法。
吴 宁
2018年5月于西安交通大学
前 言
20世纪中期以来，计算机以及互联网成为人类发明史上具有划时代意义的新事物。一方面传统学科借助计算机技术呈现出崭新的学科形态和精彩的研究成果；另一方面经济社会各个领域与互联网融合发展催生出新领域、新业态，促进了人类社会生活面貌的巨大改变。
计算机科学与技术的发展，不仅体现在技术与工具层面，而且逐渐凸显为全新的思维方式。与此相适应，面向全体高校学生的大学计算机基础教学的重要程度逐渐上升，成为我国高等教育内容体系中的重要组成部分。
“大学计算机”课程是高等学校计算机基础教学核心课程，是大学通识教育的重要组成部分，其教学目标是全面培养学生的信息素养、计算科学修养和计算思维能力，提高学生的计算机应用水平和计算机问题求解能力，为后续课程的学习奠定基础。本课程是高校非计算机专业本科生必修的公共基础课，也是大学计算机基础课程体系中的门计算机基础课程。
在高校中面向全体非计算机专业学生普遍开展大学计算机基础教学始于20世纪70年代末，教学内容主要是计算机程序设计的初级知识，这是大学计算机基础教学的起步创始阶段。
20世纪90年代，大学计算机基础教学进入普及规范阶段，在课程内容以及教学范围上都迅速扩展。*正式把大学计算机基础课程列为高校重要的必修课，提出了“文化基础—技术基础—应用基础”三个层次的课程体系。在这个阶段，大部分本科院校组建了教师队伍，配备了计算机机房，在教学计划中设置了相关的必修课程，全面深入地推动了大学计算机基础教学的普及工作。
进入21世纪，大学计算机基础教学进入深化提高阶段，通过科学、系统地构建“能力体系—知识体系—课程体系”，从而加大了大学计算机基础教学的深度与广度。
近年来，全国高校的计算机基础教育改革主要围绕着两个主题展开：一是，以计算思维为切入点，提升课程的内涵；二是，应用MOOC/SPOC改进教学方法和手段，提高教学质量。
为实施以计算思维为切入点的教学改革，本书采用了将“大学计算机”和“程序设计”两门课程联动改革的方案，即在大学计算机课程中增加了算法和程序设计的内容，同时在第4章和第5、6章增加了与程序设计相关联的内容，在第1章引入了近期发展迅速的云计算、大数据、人工智能等新技术，以加强计算思维能力和应用创新能力培养。同时，为了适应MOOC/SPOC的混合教学模式，本书为配套资源配置了二维码，形成新形态、新媒体教材，将内容可视化，即学生扫码看短视频，通过视频“应用场景体验”来感悟知识的内涵。学生可以通过扫码做课后习题，做完后可以立刻看到自己的成绩、排名榜及答案解析。
信息技术的高速发展对高校人才培养模式的改革提供了新的机遇与挑战，信息技术与教育教学的深度融合催生了在线教育的发展。从公开课、共享课到今天的MOOC，经历了不断探索、不断提升的过程。
如今，纸质书开始被电子书取代，黑板开始变成PPT，大讲堂里讲座式课程被制成了MOOC。虽然教学形式多种多样，但是教学方式还是大同小异，没有真正的创新点，所以需要开始探寻新的教学模式、教学方法。我们发现，翻转课堂是将MOOC和传统课堂相结合的一种教学模式，开展翻转课堂教学模式将有利于提高教学质量与教学效率，提高学生的自学能力和探究、处理问题的能力。信息时代的翻转课堂是用微视频、云平台等技术支撑的新型“先学后教，以学定教”的课堂，这种教学结构在信息时代下得到“重生”。
近年来，翻转课堂风靡全球，国内外许多研究学者都对翻转课堂开展了各种有益的探索。本书结合理论思考和实践体会，从翻转课堂的关键特征入手，在每一章前面增加了知识地图和课程学习任务单，给出了讨论题，并提出了实施翻转课堂的建议方案，将作者自己的翻转课堂经验和方法分享给其他教师，试图将本书打造成翻转课堂的实施案例，以“课前学习—应用场景体验—课堂内化”的新翻转课堂结构来阐述、展示翻转课堂的内涵、结构和作用，从而加深一线教师对翻转课堂的全面理解，促进翻转课堂实践的有效开展。
为什么采用翻转课堂改进教育质量显得如此至关重要？目前，世界正在以惊人的速度发展，与此同时，这也给我们带来一系列挑战，如气候变暖问题、饥荒、水资源短缺、疾病传播等。那么，究竟是谁将帮助我们应对这些重大的挑战呢？归根到底，就是这些年轻的学生们，他们就是下一代朝气蓬勃、聪慧睿智的科学家们。然而现在的他们，很多人上课时的样子更像是“打酱油”，世界很多大学都是如此，学生听得枯燥乏味、心不在焉，有时甚至不确定为什么要学这个知识点，从学习一开始就云里雾里，于是，教育工作者不断寻找创新的教学方式，但是结果却令人失望。然而翻转课堂教学模式给我们带来了新的改进教学质量的体验。
本书的目的在于引导学生进行面向计算思维能力培养的实践，切入点是计算思维指导下的计算机问题求解，知识脉络是以“计算、数据和算法”为主线，描述了数据的获取、转换、编码、存储、处理、组织管理、传输、安全等一系列处理过程。在这个大数据时代，培养学生“万物皆可数字化”的理念，掌握数据处理的方法与提高数据处理能力是至关重要的，同时培养学生在生活和工作中习惯于用数字化的思维来处理问题。鉴于大学一年级学生的计算机相关知识水平可能不够，因此教材尽可能采用浅显易懂的语言，简单介绍一些必要的知识。
本书由卢江、刘海英、陈婷、马婕、李皎、屈立成和江代有共同创作和编写，卢江负责统稿。其中，卢江编写第1章和第4章、马婕编写第2章、李皎编写第3章、陈婷编写第5章、刘海英编写第6章、江代有编写第7章、屈立成编写第8、9章。感谢西安交通大学的吴宁教授在百忙中为本书写序，感谢各位编者的辛勤付出，感谢电子工业出版社的支持，感谢长期从事大学计算机教学的一线教师对书稿的修改建议。感谢王玥琳等2017级同学给本书提出的建议和评价。
本书从酝酿到编写完成经过了5年思考，虽然本书是第1版，但书中内容是作者在教学过程中多次摸索、总结、实践和修正得到的。因此本书编写的宗旨是：应该有基础性课程所具备的知识体系的基本稳定性。尽管计算机技术发展很快，但是它的科学基础并没有变，至少在可预见的未来也不会有太大变化。总之，计算机科学的基础就是数制、逻辑、体系、数据组织和表达、算法、语言、软件原理等。
本书作者的初衷是编写一本基于翻转课堂的、侧重培养大学生计算思维及意识的教材，希望以“知识脉络化、内容可视化”的形式打造一本连接MOOC和实体课堂的新形态、新媒体教材，以此作为MOOC学习的切入点，同时尝试采用翻转课堂教学模式重点讲解
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