大学计算机基础

重量一流本科课程主讲教材、“高等教育重量教学成果奖”配套教材 本书从“科学、技术、交叉、素养”四个方面全面总结和概括了计算机科学的基础知识、理论、思维、技术和发展，以通俗易懂的语言和丰富多样的素材进行内容组织和介绍，让学生能够从科学、数学、逻辑、信息素养等角度广泛理解信息技术和其影响力，认识和了解计算思维的本质和内涵，从而能够在工作和日常生活中富有成效地运用信息技术，具有运用计算机处理和解决问题的能力。 本课程帮助学习者建立对计算机科学的全面认识，实现将信息技术与学习者原有的知识体系进行融合，通过批判思考和问题的解决过程达到创新和突破的目标。

计算机科学作为一门科学学科，继承和发展着科学的研究方法与思维模式。其蓬勃发展和日新月异的知识，正在加速各学科的变革，推动学科交叉与融合，也已成为其他许多领域进步的必要动力。能够理解、领会和综合应用计算机技术也已是新时代人才推荐的基础素质与能力。 本书立足于全面培养学生的计算思维和信息素养，贯彻国家立德树人的教育方针，从科学、技术、交叉、素养4方面组织内容和编写，实现知识、能力、素质的有机融合。在计算思维核心知识的学习中，融入科学素养、信息素养和创新交叉能力的培养，体现课程的高阶性和育人特点；开展思维训练、强调“抽象”理论的背景和应用，不仅介绍知识，也介绍知识的“来龙”和“去脉”，重视培养学习者的自主知识建构能力，让学生在学习技术知识的同时增强人文关怀，培养具有科学精神和社会责任感的新一代人才。 书中采用简洁明了的语言，使用大量示例与图解，内容切合实际，既适用于课堂教学，也适用于自学。全书共分为4篇11章，系统地介绍计算机科学中的基础知识和原理、前沿技术和交叉知识、信息素养等。以本书为基础，可以帮助大学生打下扎实的计算机基础，为进一步学习计算机后续课程和应用计算机相关技术奠定基础。

第1部分科学篇
第1章计算机发展历史3
1.1逻辑学和计算3
1.1.1莱布尼茨的奇思妙想3
1.1.2把逻辑变成代数的布尔4
1.1.3弗雷格的谓词逻辑5
1.1.4希尔伯特计划6
1.1.5图灵和图灵机7
1.2机械式计算机的发展11
1.2.1机械式计算机发展概述11
1.2.2帕斯卡的计算器13
1.2.3查尔斯·巴贝奇的发明15
1.3电子计算机的发展16
1.3.1电子计算机发展概述16
1.3.2电子计算机的诞生18
1.3.3计算机的发展阶段19
1.3.4微型计算机的发展历史22
1.3.5计算机应用领域23
习题26
第2章计算系统27
2.10和1的信息表示27
2.1.1信息的符号化27
2.1.2数制的基本概念29
2.1.3不同数制之间的转换30
2.1.4数值的表示与计算32
2.1.5计算机文本的编码表示35
2.1.6计算机中图形和图像的表示39
2.2计算机的系统组成41
2.2.1冯·诺依曼计算机结构41
2.2.2多级存储体系44
2.2.3计算机基本工作原理48
2.3一个简单加法器的实现51
2.3.1计算机只懂0和151
2.3.2基本逻辑运算的实现52
2.3.3层次化思维实现加法器55
2.4计算机编程语言58
2.4.1计算机语言的发展58
2.4.2语言处理程序61
2.4.3程序设计技术62
习题67
第3章计算思维69
3.1计算思维概念69
3.1.1什么是计算思维69
3.1.2计算思维的特征70
3.1.3计算思维的影响71
3.2计算思维中的基本方法72
3.2.1抽象思维72
3.2.2虚拟化思维72
3.2.3分层抽象思维74
习题75
第2部分技术篇
第4章操作系统79
4.1操作系统概述79
4.1.1操作系统的发展79
4.1.2常见操作系统84
4.2现代操作系统89
4.2.1操作系统的功能89
4.2.2进程管理91
4.2.3存储管理92
4.2.4文件管理96
4.2.5设备管理97
习题100第5章软件技术102
5.1软件技术概述102
5.1.1软件定义102
5.1.2软件分类103
5.2人工智能技术105
5.2.1人工智能定义105
5.2.2人工智能发展历程106
5.2.3人工智能研究领域107
5.3基础软件109
5.3.1基础软件定义109
5.3.2基础软件分类110
5.4工业软件114
5.4.1工业软件定义和特色114
5.4.2工业软件分类116
5.5开源软件120
5.5.1开源软件定义120
5.5.2开源软件分类120
习题122
第6章硬件技术123
6.1微型计算机硬件系统123
6.1.1主机系统123
6.1.2总线和接口127
6.2芯片技术128
6.2.1历史发展128
6.2.2芯片技术概述129
习题131
第7章计算机网络技术132
7.1计算机网络基础132
7.1.1计算机网络的发展132
7.1.2计算机网络的功能134
7.1.3网络的拓扑结构135
7.1.4计算机网络协议137
7.1.5联网设备140
7.2Internet基础与应用143
7.2.1Internet发展概述143
7.2.2TCP/IP体系结构145
……