大学计算机导论

“计算机科学导论”作为计算机科学与技术专业的必修课，旨在引导刚刚进入大学的新生对计算机基础知识及研究方向有一个宏观的认识，从而为正规而系统地学习计算机专业的后续课程打下基础。本书是学习计算机专业知识的导引教材，也是大学计算机类专业的基础课教材。其内容涉及计算机科学的诸多方面，结构严谨，层次分明，叙述准确，同时与计算机的最新发展密切结合。全书共分12章，主要内容包括：计算机科学概述、计算基础、计算机组成、计算机网络、程序设计语言、算法与数据结构、数据库技术概述、软件工程、操作系统、多媒体技术概述、社会和职业问题、计算机新技术。

甘勇，郑州工程技术学院党委书记，教授，博士。主持完成两项国家自然科学基金项目，参与三项国家自然科学基金项目（其中一项为国家自然科学基金委员会-河南省人民政府联合基金重点项目）；主持完成河南省杰出青年科学基金项目、河南省科技攻关计划等项目；已有18项科学技术成果通过省部级鉴定。曾荣获航空航天工业部科学技术进步奖一等奖、河南省科学技术进步奖二等奖、中国轻工业联合会科技进步奖三等奖、国家级教学成果奖二等奖、河南省高等教育教学成果特等奖等奖励。 主编教材十余部、学术著作1部，在国际学术会议、全国性学术会议和科技期刊发表学术论文90余篇。荣获河南省优秀专家、河南省高等学校教学名师、河南省跨世纪学术和技术带头人培养对象、河南省优秀教师等荣誉称号。

　第 1章 概 述　1 1.1　计算机发展史　1 1.2　计算机的发展与应用　5 1.2.1　电子计算机的发展　5 1.2.2　计算机的应用领域　8 1.3　计算机模型　9 1.3.1　图灵模型　9 1.3.2　冯 诺依曼模型　10 1.4　计算机应用系统的计算模式　12 1.4.1　单主机计算模式　12 1.4.2　分布式客户/服务器计算模式　12 1.4.3　浏览器/服务器计算模式　13 1.4.4　新的计算模式　13 1.5　计算学科　16 1.5.1　计算学科的历史背景　16 1.5.2　计算学科领域的分化及主要内容　17 1.6　小结　19 　习题1　19 第　2章 计算基础　22 2.1　数制　22 2.1.1　数制的定义　22 2.1.2　数制的规律　23 2.1.3　常用的数制　23 2.1.4　二进制数　25 2.1.5　数制转换　29 2.2　数据存储的组织方式　32 2.2.1　数据存储单位　32 2.2.2　存储设备结构　33 2.2.3　编址与地址　33 2.3　数值在计算机中的表示　34 2.3.1　数的定点和浮点表示　34 2.3.2　数的编码表示　34 2.3.3　计算机中数的浮点表示　36 2.4　信息编码　38 2.4.1　二 — 十进制编码　38 2.4.2　字符编码　39 2.4.3　汉字编码　40 2.4.4　多媒体信息编码　42 2.5　小结　44 　习题2　45 　第3章 计算机组成　48 3.1　计算机的系统组成　48 3.1.1　计算机的硬件系统　48 3.1.2　计算机的软件系统　55 3.1.3　计算机软硬件系统之间的关系　56 3.2　计算机的工作原理　57 3.2.1　计算机指令　57 3.2.2　计算机的工作原理　58 3.3　计算机的性能评价　59 3.4　小结　60 　习题3　60 　第4章 计算机网络　61 4.1　计算机网络概述　61 4.1.1　计算机网络的概念　61 4.1.2　计算机网络的组成　62 4.1.3　计算机网络的发展　62 4.1.4　计算机网络的分类　63 4.1.5　计算机网络体系结构　64 4.1.6　网络服务应用模式　66 4.2　网络中间系统　67 4.2.1　网络传输介质　67 4.2.2　网络接口卡　70 4.2.3　集线器　70 4.2.4　交换机　70 4.2.5　路由器　71 4.3　计算机局域网　72 4.3.1　局域网概述　72 4.3.2　载波侦听多路访问/冲突检测协议　73 4.3.3　以太网　74 4.4　Internet的基础知识　75 4.4.1　Internet的概述　75 4.4.2　Internet的接入　77 4.4.3　IP地址与MAC地址　78 4.4.4　WWW服务　85 4.4.5　域名系统　87 4.4.6　电子邮件　89 4.4.7　文件传输　90 4.4.8　远程登录服务　90 4.4.9　Intranet　90 4.5　小结　91 　习题 4　91 　第5章 程序设计语言　94 5.1　程序设计概述　94 5.1.1　什么是程序　94 5.1.2　程序设计的步骤　95 5.1.3　程序设计语言的发展　96 5.2　程序设计语言模式　97 5.2.1　过程式模式　97 5.2.2　面向对象模式　98 5.2.3　函数式模式　99 5.2.4　逻辑式模式　99 5.3　程序编译过程　99 5.3.1　编译过程概述　99 5.3.2　词法分析　100 5.3.3　语法分析　100 5.3.4　语义分析和中间代码生成　101 5.3.5　目标代码优化　101 5.3.6　目标代码生成　101 5.3.7　表格管理和出错管理　102 5.4　过程式语言的共同概念　102 5.4.1　基本数据类型　102 5.4.2　变量和常量　103 5.4.3　运算符与表达式　103 5.4.4　控制结构　103 5.4.5　函数　105 5.5　面向对象语言的特性　105 5.5.1　面向对象的基本概念　105 5.5.2　面向对象的特征　106 5.5.3　面向对象的特点　107 5.6　主流程序设计语言简介　107 5.6.1　Ｃ语言　107 5.6.2　C++　108 5.6.3　Java　108 5.6.4　Python　109 5.6.5　C#　110 5.6.6　PHP　111 5.6.7　JavaScript　111 5.6.8　Perl　111 5.6.9　Visual Basic.NET　112 5.6.10　Ruby　112 5.7　小结　113 　习题 5　113 　第6章 算法与数据结构　114 6.1　算法概述　114 6.1.1　算法及特性　114 6.1.2　算法的描述方式　115 6.1.3　算法的度量　117 6.2　数据结构概述　118 6.2.1　什么是数据结构　118 6.2.2　数据结构的基本术语　118 6.3　线性结构　119 6.3.1　线性表　119 6.3.2　栈　121 6.3.3　队列　121 6.3.4　串　121 6.4　树状结构　122 6.4.1　树　122 6.4.2　二叉树　123 6.4.3　树的存储　125 6.4.4　树和森林的遍历　126 6.5　图　126 6.5.1　图的定义与术语　126 6.5.2　图的存储　127 6.5.3　图的遍历　128 6.5.4　最小生成树　129 6.5.5　最短路径　130 6.6　排序　130 6.7　计算思维与算法设计技巧　132 6.7.1　计算思维　132 6.7.2　贪心算法　132 6.7.3　分治算法　133 6.7.4　动态规划　134 6.7.5　回溯算法　134 6.7.6　分支界限法　135 6.8　小结　136 　习题 6　136 　第7章 数据库技术概述　138 7.1　数据库系统概述　138 7.1.1　数据库的基本概念　138 7.1.2　数据管理技术的发展　140 7.1.3　数据库系统的构成　142 7.2　数据模型　143 7.2.1　数据模型的三要素　143 7.2.2　数据模型的分类　143 7.2.3　概念模型与逻辑模型　144 7.2.4　实体联系模型　145 7.2.5　常见逻辑模型介绍　145 7.3　关系数据库基本概念　146 7.3.1　关系模型基本概念　147 7.3.2　关系模型的规范化　148 7.4　关系数据库设计　149 7.4.1　系统规划　149 7.4.2　需求分析　150 7.4.3　概念设计　150 7.4.4　逻辑设计　151 7.4.5　物理设计　151 7.4.6　系统实现　152 7.4.7　运行与维护　152 7.5　结构化查询语言　153 7.5.1　数据定义　154 7.5.2　数据查询　155 7.5.3　数据操纵　155 7.5.4　数据控制　156 7.6　数据库管理软件介绍　156 7.7　小结　159 　习题 7　160 　第 8章 软件工程　161 8.1　软件工程概述　161 8.1.1　软件的定义　161 8.1.2　软件危机　162 8.1.1　软件工程的定义　163 8.2　软件开发模型　164 8.2.1　软件生存周期　164 8.2.2　瀑布模型　165 8.2.3　原型模型　165 8.2.4　增量模型　166 8.2.5　螺旋模型　166 8.3　软件开发方法　167 8.3.1　结构化方法　167 8.3.2　面向对象的软件开发方法　167 8.4　软件开发过程　168 8.4.1　可行性研究　168 8.4.2　需求分析　169 8.4.3　总体设计　172 8.4.4　详细设计　175 8.4.5　编码实现　177 8.5　软件质量　178 8.5.1　软件可靠性　178 8.5.2　软件质量的度量　178 8.5.3　软件评审　179 8.6　软件维护　180 8.6.1　软件维护的定义　180 8.6.2　软件维护的分类　180 8.7　软件项目管理　181 8.7.1　软件开发成本估算　181 8.7.2　风险分析　181 8.7.3　软件开发进度安排　182 8.7.4　软件项目的组织　182 8.8　小结　182 　习题 8　183 　第9章 操作系统　184 9.1　操作系统概述　184 9.2　操作系统的发展史　185 9.2.1　手工操作（无操作系统）　185 9.2.2　批处理系统　185 9.2.3　多道程序系统（多道批处理系统）　186 9.2.4　分时系统　187 9.2.5　实时系统　188 9.2.6　通用操作系统　188 9.2.7　操作系统的进一步发展　189 9.3　操作系统的特征　189 9.4　操作系统的功能　190 9.4.1　处理机管理　190 9.4.2　存储管理　193 9.4.3　设备管理　197 9.4.4　文件管理　198 9.4.5　用户接口　199 9.5　操作系统的分类　199 9.6　主流操作系统　201 9.7　未来操作系统发展趋势　202 9.8　小结　203 　习 题9　203 　第 10章 多媒体技术概述　206 10.1　多媒体的基本概念　206 10.1.1　媒体　206 10.1.2　多媒体　207 10.1.3　多媒体系统　207 10.1.4　多媒体技术　207 10.2　音频处理技术　208 10.2.1　声音的本质与听觉系统　208 10.2.2　声音信号的数字化　209 10.2.3　声音文件的存储格式　212 10.2.4　音频处理软件　213 10.3　色彩信息的表示　215 10.3.1　视觉系统对颜色的感知特点　215 10.3.2　颜色的数字化　216 10.3.3　常见颜色模型　218 10.3.4　颜色模型之间的转换　220 10.4　图像处理技术　221 10.4.1　图像处理概述　221 10.4.2　数字图像的属性　222 10.4.3　图像的种类　225 10.4.4　数字图像处理常用的 方法　227 10.4.5　图像文件的存储格式　227 10.5　视频处理技术　229 10.5.1　视频概述　229 10.5.2　彩色视频的编码方法　230 10.5.3　视频技术相关术语　230 10.5.4　视频文件的存储格式　231 10.6　计算机图形学　233 10.6.1　计算机图形学概述　233 10.6.2　计算机图形学的应用　235 10.6.3　光栅图形学概述　237 10.6.4　OpenGL简介　238 10.7　多媒体数据压缩技术　240 10.7.1　多媒体信息的冗余性　240 10.7.2　数据压缩编码技术　241 10.7.3　常见多媒体压缩算法　242 10.8　小结　244 　习 题10　244 　第 11章 社会和职业问题　245 11.1　计算机与社会　245 11.1.1　计算机对社会的影响　245 11.1.2　社会计算　246 11.2　计算机与道德　247 11.2.1　计算机从业人员职业道德　247 11.2.2　计算机用户道德　248 11.2.3　计算机犯罪　249 11.2.4　隐私与言论自由　251 11.3　知识产权　251 11.4　个人与团队　253 11.4.1　个人在团队中的作用　253 11.4.2　个人与团队的合作　253 11.5　计算机与哲学　254 11.5.1　计算机哲学　255 11.5.2　计算机教育哲学　255 11.6　小结　255 　习 题 11　256 　第 12章 计算机新技术　258 12.1　人工智能　258 12.1.1　人工智能的概念　258 12.1.2　人工智能的发展阶段　259 12.1.3　人工智能的研究领域　259 12.1.4　人工智能的研究方法　260 12.2　物联网　260 12.2.1　物联网概述　261 12.2.2　物联网的发展趋势　261 12.2.3　物联网的关键技术　261 12.3　大数据　262 12.3.1　大数据的基本概念和特征　263 12.3.2　大数据的发展趋势　263 12.3.3　大数据的处理技术　264 12.4　云计算与云平台　265 12.4.1　云计算　266 12.4.2　云平台　267 12.5　小结　269 　习 题 12　269