本書是根據(jù)教育部計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)頒布的《大學(xué)計(jì) 算機(jī)基礎(chǔ)大綱》編寫的教材。

本書注重提高讀者對(duì)計(jì)算科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的理解，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的理念和能力，力求激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算產(chǎn)生高度興趣。

本書把計(jì)算思維能力的培養(yǎng)作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的教學(xué)要求，核心內(nèi)容體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)學(xué)科的思想和方法，注重對(duì)學(xué)生的技能培養(yǎng)與思維訓(xùn)練。

在我國(guó)，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育已開展多年，可以說(shuō)取得了很好的效果。

隨著時(shí)代的進(jìn)步，也有一些問(wèn)題產(chǎn)生。主要的問(wèn)題是把計(jì)算機(jī)定位為狹義工具，基礎(chǔ)課教學(xué)主要的內(nèi)容是教學(xué)生怎樣使用計(jì)算機(jī)。應(yīng)該說(shuō)這種認(rèn)識(shí)目前已經(jīng)不適合對(duì)大學(xué)生的培養(yǎng)，會(huì)使得學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科和計(jì)算學(xué)科的認(rèn)知淡化，無(wú)助于計(jì)算技術(shù)中最重要的核心思想和方法的掌握。整個(gè)課程學(xué)下來(lái)，不是不知所云，就是無(wú)所適從。可以說(shuō)已經(jīng)無(wú)法引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。

高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容不能僅僅局限于教會(huì)學(xué)生怎樣使用軟件工具，而應(yīng)有相對(duì)穩(wěn)定的、體現(xiàn)計(jì)算機(jī)學(xué)科思想和方法的核心內(nèi)容，綜合考慮技能培養(yǎng)與思維訓(xùn)練，構(gòu)建新的課程體系，推進(jìn)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革。

本書把學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的過(guò)程主要定位在通過(guò)學(xué)習(xí)培養(yǎng)思維能力。不過(guò)把計(jì)算思維能力培養(yǎng)作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的教學(xué)要求，不論是將其視為教學(xué)核心內(nèi)容還是教學(xué)內(nèi)容之一，都是一件前無(wú)古人的開創(chuàng)性工作。目前，培養(yǎng)思維能力這種提法從2010年11月陳國(guó)良院士在第六屆大學(xué)計(jì)算機(jī)課程報(bào)告論壇提出到現(xiàn)在不滿5年，取得了一些成果但經(jīng)驗(yàn)還是很少，無(wú)論從理論層面，還是實(shí)踐環(huán)節(jié)都在摸索中，本書也是在探索之中。

本書主要由以下8章內(nèi)容構(gòu)成：

第1章 導(dǎo)論，主要介紹計(jì)算、計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算科學(xué)，以及計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史、計(jì)算機(jī)在中國(guó)、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

第2章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要介紹計(jì)算機(jī)（以微機(jī)為例）硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)工作原理和微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成。

第3章 數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示，主要介紹數(shù)值、字符、圖形圖像和聲音等信息在計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制表示。

第4章 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要介紹程序的概念、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本理念。

第5章 算法基礎(chǔ)，主要介紹常用算法和算法的設(shè)計(jì)方法。并在實(shí)踐教程中介紹RAPTOR（the Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning，用于有序推理的快速算法原型工具），實(shí)現(xiàn)無(wú)語(yǔ)言基礎(chǔ)的算法描述。

第6章 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要介紹數(shù)據(jù)的基本邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。

第7章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要介紹數(shù)據(jù)的管理體系和管理方式、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的基本關(guān)系運(yùn)算。

第8章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，主要介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)的組成、體系結(jié)構(gòu)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)、互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新。

本書由周麗娟、張守偉任主編，侯仲尼、楊海波任副主編。參加本書編寫工作的人員還有劉久明、紀(jì)澍琴、于雪晶、韓志明、段麗霞、顧煜新等。

本書是在原有的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》上探索和改革的一門課程，教材中難免有不完善的地方，敬請(qǐng)廣大讀者諒解，并誠(chéng)摯歡迎讀者提出寶貴建議。

編 者

2015年7月

前言

第1章 導(dǎo)論 1
1.1 計(jì)算概念 1
1.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算科學(xué) 1
1.3 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史 2
1.3.1 計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展 2
1.3.2 計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展 5
1.3.3 計(jì)算機(jī)在中國(guó) 6
1.3.4 未來(lái)新型計(jì)算機(jī) 9
1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 10
本章小結(jié) 12
習(xí)題1 12
第2章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 14
2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 14
2.1.1 馮•諾依曼型計(jì)算機(jī) 14
2.1.2 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 15
2.1.3 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 16
2.1.4 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間的
關(guān)系 18
2.2 計(jì)算機(jī)工作原理 19
2.2.1 計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng) 19
2.2.2 計(jì)算機(jī)基本工作原理 19
2.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 20
2.3.1 微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 21
2.3.2 微型計(jì)算機(jī)的硬件組成 22
2.3.3 微型計(jì)算機(jī)的軟件配置 35
2.4 計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及性能評(píng)價(jià) 37
本章小結(jié) 38
習(xí)題2 38
第3章 數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示 42
3.1 數(shù)據(jù)與數(shù)制 42
3.1.1 數(shù)據(jù)及其分類 42
3.1.2 數(shù)制 42
3.1.3 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 45
3.2 數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示 48
3.2.1 數(shù)值編碼 48
3.2.2 數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示 52
3.3 字符在計(jì)算機(jī)中的表示 54
3.3.1 英文字符在計(jì)算機(jī)中的表示 55
3.3.2 漢字字符在計(jì)算機(jī)中的表示 56
3.4 圖形和圖像在計(jì)算機(jī)中的表示 64
3.4.1 圖形在計(jì)算機(jī)中的表示 64
3.4.2 圖像在計(jì)算機(jī)中的表示 64
3.4.3 常用的圖像文件格式 66
3.5 聲音在計(jì)算機(jī)中的表示 68
3.5.1 聲音在計(jì)算機(jī)中的表示 68
3.5.2 聲音文件格式 69
本章小結(jié) 70
習(xí)題3 70
第4章 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 73
4.1 程序設(shè)計(jì)概述 73
4.1.1 程序和程序設(shè)計(jì) 73
4.1.2 程序設(shè)計(jì)方法 73
4.1.3 程序設(shè)計(jì)風(fēng)格 73
4.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 75
4.2.1 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的原則 75
4.2.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu) 75
4.2.3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言 76
4.3 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì) 77
4.3.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法概述 78
4.3.2 對(duì)象和類 80
4.3.3 消息（Message） 82
4.3.4 繼承性和多態(tài)性 83
4.3.5 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言 84
本章小結(jié) 85
習(xí)題4 86
第5章 算法基礎(chǔ) 87
5.1 算法概述 87
5.1.1 算法的定義 87
5.1.2 算法的基本特征及評(píng)價(jià) 89
5.1.3 算法復(fù)雜度 89
5.1.4 算法的基本要素 91
5.2 描述算法的工具 92
5.2.1 傳統(tǒng)流程圖 92
5.2.2 N-S結(jié)構(gòu)化流程圖 93
5.2.3 PAD圖 94
5.2.4 過(guò)程設(shè)計(jì)語(yǔ)言 95
5.3 窮舉法 95
5.4 迭代法 101
5.5 遞歸法 106
5.6 排序算法 110
5.6.1 冒泡排序 110
5.6.2 簡(jiǎn)單選擇排序 113
5.6.3 直接插入排序 115
5.7 查找算法 116
5.7.1 順序查找 116
5.7.2 二分法查找 117
本章小結(jié) 119
習(xí)題5 119
第6章 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 123
6.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念 123
6.1.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 123
6.1.2 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu) 124
6.1.3 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 125
6.1.4 數(shù)據(jù)的運(yùn)算 126
6.2 線性表 127
6.2.1 線性表的定義 127
6.2.2 順序表及其基本運(yùn)算 127
6.2.3 鏈表及其基本運(yùn)算 128
6.3 棧和隊(duì)列 129
6.3.1 棧及其基本運(yùn)算 130
6.3.2 隊(duì)列及其基本運(yùn)算 131
6.4 樹與二叉樹 133
6.4.1 樹的基本概念 134
6.4.2 二叉樹及其基本性質(zhì) 135
6.4.3 二叉樹的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 138
6.4.4 二叉樹的遍歷 138
習(xí)題6 139
第7章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 142
7.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念 142
7.1.1 數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理 142
7.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展 143
7.1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 144
7.1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的基本功能 145
7.1.5 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 146
7.1.6 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu) 147
7.2 數(shù)據(jù)模型 149
7.2.1 數(shù)據(jù)模型的基本概念 149
7.2.2 概念模型 150
7.2.3 E-R模型 151
7.2.4 邏輯數(shù)據(jù)模型 152
7.3 關(guān)系代數(shù) 155
7.3.1 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算 155
7.3.2 專門的關(guān)系運(yùn)算 157
7.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理 159
7.4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 159
7.4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理 160
本章小結(jié) 161
習(xí)題7 161
第8章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 164
8.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 164
8.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展 164
8.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 166
8.1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 168
8.1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能 174
8.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 175
8.2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述 175
8.2.2 ISO/OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型 176
8.2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu) 179
8.3 Internet基礎(chǔ) 180
8.3.1 Internet的概述 181
8.3.2 Internet的接入方式 181
8.3.3 IP地址和域名系統(tǒng) 183
8.3.4 Internet的應(yīng)用 185
8.4 互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新 187
習(xí)題8 192
參考文獻(xiàn) 198

1. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國(guó)勇 晏廷榮]
2. Java Web項(xiàng)目化設(shè)計(jì)實(shí)踐教程 [邱云 曾陳萍]
3. 人工智能開發(fā)框架應(yīng)用 [主編 王明超 蘆婭云]
4. 民航客艙服務(wù)實(shí)用英語(yǔ)教程 [主編 田靜 徐亞玲]
5. Python數(shù)據(jù)分析 [主編　馮志輝　趙磊　李放]
6. 大學(xué)信息技術(shù) [曾翰穎 編著]
7. 多維視域下的高校籃球教學(xué)創(chuàng)新研究 [張利超 李寧 著]
8. 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練實(shí)踐教程 [主編 王日華 陳武 黃喆誠(chéng)]
9. 實(shí)用運(yùn)籌學(xué) [主編　邢育紅　于晉臣]
10. 電子技術(shù)（第二版） [主編 覃愛(ài)娜 李飛]
11. 勞動(dòng)爭(zhēng)議處理實(shí)務(wù) [主編 王秀卿 羅靜]
12. 工程數(shù)學(xué) [主編 郭立娟 王海]
13. 語(yǔ)音識(shí)別理論與實(shí)踐 [主編　莫宏偉]
14. 武術(shù)基礎(chǔ)教程 [主編 李代勇 謝志民]
15. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
16. 畫法幾何與機(jī)械制圖習(xí)題集（多學(xué)時(shí)） [主編 趙軍]
17. 電工電子技術(shù)基礎(chǔ) [主編 劉 軍 楊國(guó)龍 劉天成]
18. MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目式教程 [陳亞峰]
19. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第二版） [主編 田亞平 李愛(ài)姣]
20. 畫法幾何與機(jī)械制圖 [主編 趙軍]
21. C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)習(xí)題與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)（第二版） [主編 甄增榮 張賓]
22. C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版） [主編 甄增榮 田云霞]
23. Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐 [主 編 劉龍]
24. 智能化技術(shù)基礎(chǔ)（第三版） [鄧文達(dá)　李禮]
25. 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) [主編 張勇 張平華 趙小龍]
26. 網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷 [主編 夏薇薇 劉婷 尚潔]
27. 電視節(jié)目策劃與制作（微課版） [主　編　黃滴滴]
28. 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐教程（SQL Server 2019） [主 編 嚴(yán)暉 周肆清]
29. 大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué) [主編 郭立娟]
30. 工業(yè)機(jī)器人拆裝與調(diào)試 [主編 胡月霞 向艷芳 朱奇]