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本书是为计算机及相关专业学生编写的综述性入门级课程教材，针对专业入门级学生的学习需求，将计算机科学的有关概念、理论、技术及相关介绍作为本书的编写主线。本书涵盖计算机学科的各个方面，包括计算机概述、数据表示与编码、计算机系统组成、操作系统、算法与数据结构、计算机程序设计基础、数据库技术、软件工程与开发方法、多媒体与数字媒体技术、数据通信与计算机网络、云计算与大数据、人工智能。每章配备相应的习题以帮助学生巩固基本概念，加深学生对专业知识的认识和理解，同时编排具有思政特点的专业扩展阅读，以提升学生的学习兴趣，激发学生的学习热情。为便于教师使用本书，本书配有电子教案等教学资料。本书可作为普通高等学校、高等职业技术学校及相关专业院校计算机及相关专业教学使用，也可作为成人高等教育或其他培训机构的培训教材或自学参考书。

第1章  计算机概述	
1.1　计算机的诞生与发展	
1.1.1  计算机的诞生	
1.1.2  计算机的发展	
1.2　计算机的分类	
1.3　计算机的特点	
1.4　计算机的应用	
1.5　计算模式的发展	
1.6　计算机的发展趋势	
1.7　未来新型计算机	
1.8　计算思维	
1.8.1  计算思维的定义	
1.8.2  计算思维的基本特征	
1.8.3  计算思维的发展	
1.9　计算机学科体系	
1.9.1  计算学科领域的分化	
1.9.2  计算机科学专业的知识领域	
本章小结	
习题	
第2章  数据表示与编码	
2.1　数制	
2.1.1  数制要素	
2.1.2  常用数制	
2.1.3  进制之间的转换	
2.2　数据的存储	
2.2.1  数据的存储单位	
2.2.2  数据编址	
2.3　数值在计算机中的表示	
2.3.1  数值的编码表示	
2.3.2  二进制数的基本运算	
2.4  信息编码	
2.4.1  字符编码	
2.4.2  图形和图像编码	
2.4.3  颜色表示法	
2.4.4  音频信息	
2.4.5  视频信息	
本章小结	
习题	
第3章  计算机系统组成	
3.1　计算机系统	
3.2　计算机硬件系统	
3.3　计算机软件系统	
3.3.1  系统软件	
3.3.2  应用软件	
3.3.3  软件系统的维护	
3.4　计算机指令系统	
3.5　微型计算机的体系结构	
3.5.1  主板	
3.5.2  CPU	
3.5.3  内存储器	
3.5.4  外存储器	
3.5.5  输入设备	
3.5.6  输出设备	
本章小结	
习题	
第4章  操作系统	
4.1　操作系统概述	
4.2　操作系统分类	
4.3　操作系统特征	
4.4　操作系统功能	
4.4.1  处理机管理功能	
4.4.2  存储器管理功能	
4.4.3  设备管理功能	
4.4.4  文件管理功能	
4.4.5  用户界面	
4.5　常用操作系统	
4.5.1  DOS	
4.5.2  Windows操作系统	
4.5.3  UNIX操作系统	
4.5.4  Linux操作系统	
4.5.5  Android操作系统	
4.5.6  macOS操作系统和iOS操作系统	
4.5.7  Harmony OS	
4.6　Windows 10操作系统	
4.6.1  Windows 10操作系统的功能和特点	
4.6.2  文件和文件夹的概念	
4.6.3  文件资源管理器	
4.6.4  文件和文件夹的基本操作	
4.6.5  任务管理器	
4.6.6  控制面板与设置	
本章小结	
习题	
第5章  算法与数据结构	
5.1　算法	
5.1.1  算法的概念	
5.1.2  算法的基本特性	
5.1.3  算法的描述	
5.1.4  算法的设计要求	
5.2　数据结构的概念	
5.2.1  数据结构的发展	
5.2.2  数据结构的定义	
5.2.3  逻辑结构	
5.2.4  存储结构	
5.2.5  数据运算	
5.3　几种常见的数据结构	
5.3.1  线性表	
5.3.2  树型结构	
5.3.3  图形结构	
5.4　查找和排序	
5.4.1  查找	
5.4.2  排序	
本章小结	
习题	
第6章  计算机程序设计基础	
6.1　程序设计语言概述	
6.1.1  机器语言	
6.1.2  汇编语言	
6.1.3  高级语言	
6.2　高级语言程序的编译执行和解释执行	
6.3　结构化程序设计语言C语言	
6.3.1  程序的基本框架	
6.3.2  数据存储与运算	
6.3.3  分支语句	
6.3.4  循环语句	
6.3.5  函数	
6.3.6  数组	
6.3.7  指针	
6.3.8  结构	
6.4　面向对象的编程语言Java	
6.5　动态程序设计语言Python	
6.5.1  Python简介	
6.5.2  Python基本元素	
6.6　如何学习程序设计	
6.6.1  理解程序运行过程	
6.6.2  学习至少一种高级程序设计语言	
6.6.3  掌握一些基本算法	
6.6.4  学习完整的解决问题的过程	
6.6.5  多做练习	
本章小结	
习题	
第7章  数据库技术	
7.1　数据库概述	
7.2　数据模型	
7.2.1  概念模型	
7.2.2  逻辑模型	
7.2.3  物理模型	
7.2.4  常见的逻辑模型	
7.3　关系数据库	
7.3.1  关系数据库的基本概念	
7.3.2  关系模型的完整性	
7.3.3  关系模式的规范化	
7.4　结构化查询语言	
7.4.1  数据类型和运算符	
7.4.2  数据定义	
7.4.3  数据更新	
7.4.4  数据查询	
7.4.5  数据控制	
7.5　数据库设计	
7.6　常用的数据库管理系统	
7.7　数据库技术的新发展	
7.7.1  分布式数据库	
7.7.2  并行数据库	
7.7.3  面向对象数据库	
7.7.4  多媒体数据库	
7.7.5  工程数据库	
7.7.6  NoSQL数据库	
7.8　数据仓库与数据挖掘	
7.8.1  数据仓库	
7.8.2  数据挖掘	
本章小结	
习题	
第8章  软件工程与开发方法	
8.1　软件危机	
8.1.1  软件危机的表现	
8.1.2  软件危机产生的原因	
8.1.3  如何应对软件危机	
8.2　软件工程	
8.2.1  软件工程的定义及本质特性	
8.2.2  软件工程的基本原理	
8.2.3  软件工程方法学	
8.3　软件生命周期及其模型	
8.3.1  软件生命周期	
8.3.2  软件生命周期模型	
8.4　分析阶段的开发方法	
8.4.1  与用户沟通获取需求的方法	
8.4.2  分析建模与规格说明	
8.5　设计阶段的开发方法	
8.5.1  设计的基本原理	
8.5.2  设计的启发式规则	
8.6　实现阶段的开发方法	
8.6.1  程序设计语言的选择	
8.6.2  软件测试的相关技术	
8.6.3  软件调试	
8.7　维护阶段的相关技术	
8.7.1  维护活动的分类	
8.7.2  非结构化维护与结构化维护	
本章小结	
习题	
第9章  多媒体与数字媒体技术	
9.1　媒体的基础知识	
9.1.1  媒体的含义	
9.1.2  媒体的分类	
9.1.3  媒体间的关系	
9.2　多媒体技术	
9.2.1  多媒体的构成要素	
9.2.2  计算机与多媒体	
9.2.3  多媒体技术的概念	
9.2.4  多媒体技术的特点	
9.3　多媒体计算机系统	
9.3.1  多媒体硬件系统	
9.3.2  多媒体软件系统	
9.3.3  多媒体外围设备	
9.4　多媒体技术的研究内容	
9.4.1  多媒体数据压缩技术	
9.4.2  多媒体数据的组织与管理	
9.4.3  多媒体信息的展现与交互	
9.4.4  多媒体通信与分布处理	
9.4.5  多媒体数据库和基于内容检索	
9.4.6  VR技术	
9.5　多媒体技术的应用领域	
9.5.1  教育与培训	
9.5.2  过程模拟	
9.5.3  商业广告	
9.5.4  影视娱乐	
9.5.5  旅游业	
9.5.6  通信领域	
本章小结	
习题	
第10章  数据通信与计算机网络	
10.1　数据通信基础	
10.1.1  数据和信号	
10.1.2  数据通信主要技术指标	
10.1.3  数据传输	
10.1.4  数据交换技术	
10.2　计算机网络概述	
10.2.1  计算机网络的产生与发展	
10.2.2  计算机网络的定义与功能	
10.2.3  计算机网络的拓扑结构	
10.2.4  计算机网络的分类	
10.2.5  网络系统的实体组成	
10.3　计算机网络体系结构	
10.3.1  网络体系结构	
10.3.2  OSI模型	
10.3.3  TCP/IP模型	
10.3.4  IP地址	
10.4　Internet及应用	
10.4.1  Internet在中国的发展	
10.4.2  Internet提供的服务	
10.5　下一代Internet及新技术	
10.5.1  下一代Internet	
10.5.2  5G技术	
10.5.3  物联网	
10.5.4  工业互联网	
10.5.5  无线车载网络和智能交通	
本章小结	
习题	
第11章  云计算与大数据	
11.1　云计算基础	
11.1.1  云计算简介	
11.1.2  云计算的发展历程	
11.1.3  云计算的服务类型	
11.1.4  云计算的部署	
11.1.5  云计算的特点	
11.2　云计算的关键技术	
11.3　云计算的应用	
11.3.1  云计算平台	
11.3.2  云计算衍生产品	
11.4　云计算与其他集群计算比较	
11.4.1  云计算与网格计算	
11.4.2  云计算与分布式计算	
11.4.3  云计算与并行计算	
11.4.4  云计算与效用计算	
11.5　大数据简介	
11.5.1  大数据的定义	
11.5.2  大数据的数据结构类型	
11.5.3  大数据的特征	
11.5.4  大数据处理技术	
11.6　云计算与大数据系统	
11.6.1  大数据处理系统的功能	
11.6.2  大数据处理系统的特性	
11.6.3  云计算与大数据处理系统	
11.7　大数据处理系统实例	
11.7.1  Google大数据处理系统	
11.7.2  Hadoop	
11.8　大数据应用	
11.8.1  精准广告投放	
11.8.2  精密医疗卫生体系	
11.8.3  个性化教育	
11.8.4  交通行为预测	
11.8.5  数据安全	
本章小结	
习题	
第12章  人工智能	
12.1　人工智能的起源与发展	
12.1.1  萌芽期	
12.1.2  形成期	
12.1.3  发展期	
12.2　人工智能的定义与研究意义	
12.2.1  人工智能的定义	
12.2.2  研究人工智能的意义	
12.3　人工智能的研究与应用领域	
12.3.1  专家系统	
12.3.2  机器学习	
12.3.3  模式识别	
12.3.4  自动定理证明	
12.3.5  自然语言理解	
12.3.6  人工神经网络	
12.3.7  智能决策支持系统	
12.3.8  博弈	
12.3.9  智能仿真	
12.3.10  智能设计与制造	
12.3.11  智能计算机辅助教学	
12.3.12  智能机器人	
12.3.13  数据挖掘与知识发现	
12.3.14  计算机辅助创新	
12.3.15  计算机文艺创作	
12.3.16  自动驾驶	
12.3.17  智能医疗	
本章小结	
习题

前  言
计算机科学技术的发展极大地影响着人类社会的发展，大数据、云计算、物联网、人工智能等各类新技术让人目不暇接，而这些技术的发展都离不开计算机系统。作为一名计算机及相关专业的学生，迈入大学校门时对这门学科充满了无限向往，对未来专业课的学习充满了期待，迫切想要了解计算机学科的内涵和外延。学生在未来的专业课学习中需要学习哪些专业知识？掌握哪些基本技能？毕业后可以从事哪些工作？对于这些问题，通过对本书的学习都可以初步地找到答案。
为了进一步贯彻党的二十大精神，实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑，编者在专业课教学中积极摸索，不断深入进行教育教学改革，探索新的教学方法和教学手段。通过长期实践，我们发现，导论级课程可以很好地帮助学生构建专业课的整体框架，尽早明确后续专业课在计算机科学技术发展中所处的地位和重要性，有助于学生尽早做好专业学习规划。学习本书后，学生可以带着问题进入到后续专业课的学习中，做到对专业学习有方向、有目标，也能提升学生对专业课学习的兴趣和愿望。
本书作为计算机及相关专业学生的第一门专业课程教材，将介绍有关计算机组成、程序设计语言、软件工程、计算机网络、人工智能等专业课程的入门知识点及与信息技术相关的社会人文知识，力求使学生对所学专业有比较深入的了解，并树立学习本专业的责任感和自豪感。与此同时，使学生对后续专业课的学习建立一个框架，为今后的学习打下基础。为了达到上述目的，本书在内容和形式上都力求实现以下目标。
（1）引导学生对计算机及相关专业课设置的意义进行思考，构建计算机及相关专业课的框架，理解和掌握计算机科学的基本原理，了解待解决的根本问题，构建计算思维新模式，从专业层面上做好后续专业课学习的准备。
（2）通过对各章基本内容的学习，使学生掌握信息在计算机中的表示、计算机系统组成、操作系统的作用、数据结构、算法与程序的关系、数据库技术的基本概念、计算机网络的基本概念、云计算与物联网的基本概念、人工智能的应用等，力求在大学学习的开始阶段就培养学生对计算机科学技术的学习和研究兴趣。
（3）通过相关主题的扩展阅读，打开学生专业学习的视角，培养学生自主探究、理性思考和创新思维的能力。
（4）通过了解中国在计算机科学与技术方面的发展，力图用领域大师的辉煌成果激励学生，使他们了解学科发展的现状与未来，开阔他们的视野，辅助课程思政的实施，帮助学生树立专业自信和文化自信。
本书可作为高等院校计算机及相关专业“计算机导论”（“计算机科学导论”“计算机专业导论”）课程的主要教材。针对计算机及相关专业学生的发展需求，通过对计算机专业知识的入门学习，掌握与计算机科学技术相关的基本概念，理解浅层的原理，了解其应用场景，为学生后续各门专业课的学习做好引导和铺垫。本书所涉及的内容繁多，各个学校的教师和学生的情况也不一样，在学习本书时各个学校可以适当调整，对其中一些章节内容的学习也可以根据各个学校的实际情况进行裁剪处理。
本书包含的配套教学资料源，读者可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）下载。
本书由潘海珠教授担任主编，并且编写了第7章、第10章、第11章；金梅编写了第1章、第2章、第3章和第4章；李长荣编写了第5章和第6章，杜鹃编写了第8章、第9章和第12章。编者力图在教材层面突出校企合作的特色，以便开展教学型和应用型相结合的专业课程，使学生了解专业知识的企业级应用，特邀请杭州麦狐信息科技有限公司研发经理储善忠、陈怀，联想集团IT全球智能运维专家彭丽霞、李毅、王宇靖、杨岳，珠海虹桥高科产品研发中心副总经理井元勇，上海诺基亚贝尔股份有限公司研发经理郭晓辉，北京思图场景数据科技服务有限公司COO陈锐共同参与了本书相关工作，在此一并表示感谢。同时感谢刘彦忠副教授、硕士生赵晓玉、硕士生朱月霞，他们也参与了本书部分工作。本书的编写得到“黑龙江省高等教育教学改革项目重点委托项目（SJGZ20220112）”的支持，在此一并表示感谢。
由于计算机科学技术发展迅速，加上编者水平有限，对书中存在的不妥之处恳请读者批评指正。

编  者

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