正版 计算机科学导论(河南省十四五普通高等教育规划教材) 金保华

第1章 概述 1
1.1 计算的历史 1
1.2 计算机的由来 6
1.3 计算机的应用领域和发展趋势 9
1.3.1 计算机的应用领域 9
1.3.2 计算机的发展趋势 10
1.4 计算学科 11
1.4.1 计算学科的历史背景 11
1.4.2 计算学科领域的分化及计算学科课程体系的核心内容 12
1.5 计算系统的层次框架 15
1.6 小结 16
习题1 16
第2章 计算基础 19
2.1 进位计数制 19
2.1.1 十进制 20
2.1.2 二进制 21
2.1.3 八进制 21
2.1.4 十六进制 22
2.1.5 不同进制数之间的转换 22
2.2 计算机数据存储的组织形式 26
2.2.1 数据的存储单位 27
2.2.2 存储设备 27
2.2.3 编址与地址 28
2.3 数字数据的二进制表示 29
2.3.1 数的定点和浮点表示 29
2.3.2 数的编码表示 29
2.3.3 计算机中数的浮点表示 33
2.4 文本数据的二进制表示 36
2.4.1 ASCII字符集 37
2.4.2 Unicode字符集 37
2.4.3 汉字编码 38
2.5 音频、图像、视频信息的表示 41
2.5.1 音频信息的数字化表示 41
2.5.2 图像、视频信息的数字化表示 43
2.6 小结 45
习题2 45
第3章 计算机系统 48
3.1 计算机系统结构 48
3.2 计算机硬件系统 49
3.2.1 主机箱及主板 50
3.2.2 CPU 51
3.2.3 存储器 52
3.2.4 输入/输出设备 55
3.2.5 总线 56
3.3 计算机软件系统 57
3.3.1 软件概述 57
3.3.2 软件分类 58
3.3.3 计算机硬件和软件的关系 59
3.3.4 计算机指令 59
3.3.5 计算机指令的执行过程 60
3.3.6 计算机的启动过程 61
3.4 计算机性能指标 62
3.5 我国的超级计算机 64
3.6 小结 66
习题3 66
第4章 程序设计基础 68
4.1 什么是程序设计语言 68
4.2 程序设计语言的演化 69
4.2.1 机器语言 69
4.2.2 汇编语言 69
4.2.3 高级语言 70
4.3 高级语言类型 70
4.3.1 面向过程语言概述 70
4.3.2 面向对象语言概述 71
4.3.3 函数式语言概述 72
4.3.4 逻辑式语言概述 72
4.4 面向过程语言 72
4.4.1 变量和基本数据类型 73
4.4.2 常量 73
4.4.3 运算符与表达式 73
4.4.4 程序结构 74
4.4.5 函数 76
4.4.6 注释 76
4.5 面向对象语言 76
4.5.1 面向对象的基本概念 76
4.5.2 面向对象的特征 77
4.5.3 面向对象的特点 78
4.6 程序设计语言的执行过程 78
4.6.1 编辑源文件 78
4.6.2 预处理及编译 79
4.6.3 链接 81
4.6.4 加载和运行 82
4.7 高级语言发展历程 83
4.7.1 C 84
4.7.2 Java 85
4.7.3 Python 85
4.7.4 C++ 86
4.7.5 C# 87
4.7.6 JavaScript 87
4.7.7 PHP 88
4.7.8 SQL 88
4.7.9 Ruby 89
4.8 小结 89
习题4 89
第5章 算法 91
5.1 初识算法 91
5.2 算法概述 93
5.3 算法的描述工具 93
5.4 算法的基本结构 95
5.5 算法分析 98
5.6 *简单的递推方程求解 98
5.7 *经典算法思想概述 100
5.8 小结 104
习题5 104
第6章 数据结构 106
6.1 初识数据结构 106
6.2 数据结构概述 107
6.2.1 什么是数据结构 107
6.2.2 数据的逻辑结构 107
6.2.3 数据的存储结构 108
6.3 线性结构 109
6.3.1 线性表 109
6.3.2 栈 111
6.3.3 队列 112
6.4 树和二叉树 112
6.4.1 树 112
6.4.2 二叉树 113
6.5 图 116
6.5.1 图的定义与术语 116
6.5.2 图的遍历 117
6.5.3 最小生成树 117
6.5.4 最短路径 118
6.6 小结 120
习题6 120
第7章 软件工程 122
7.1 软件与软件危机 122
7.1.1 软件危机的定义及典型表现 122
7.1.2 产生软件危机的主要原因 123
7.1.3 消除软件危机的主要措施 123
7.2 软件工程概述及软件生命周期 124
7.2.1 软件工程的定义及主要目标 124
7.2.2 软件工程的发展史 124
7.2.3 软件生命周期 125
7.3 软件开发过程 126
7.3.1 可行性分析 126
7.3.2 需求分析 127
7.3.3 总体设计 130
7.3.4 详细设计 133
7.3.5 编码实现 136
7.4 软件测试与维护 136
7.4.1 软件测试 136
7.4.2 软件维护 138
7.5 软件成本估算 139
7.5.1 估算规模 139
7.5.2 估算工作量 139
7.5.3 估算工期 139
7.5.4 估算成本 140
7.6 软件开发规范与职业道德修养 140
7.6.1 软件开发规范 140
7.6.2 职业道德修养 141
7.7 小结 141
习题7 141
第8章 操作系统 143
8.1 初识操作系统 143
8.1.1 操作系统的定义 143
8.1.2 计算机的启动过程 144
8.2 操作系统的发展史 146
8.3 处理机管理 150
8.3.1 进程管理 150
8.3.2 处理机调度 153
8.4 存储管理 155
8.4.1 内存分配与回收 155
8.4.2 内存管理的其他功能 157
8.4.3 内存中的栈和堆 158
8.5 设备管理 159
8.5.1 设备管理的功能 159
8.5.2 磁盘的性能和调度 160
8.6 文件管理 160
8.6.1 文件 161
8.6.2 目录管理 164
8.6.3 文件管理的其他功能 166
8.7 用户接口 167
8.8 操作系统的分类 168
8.9 主流操作系统 169
8.9.1 Windows 169
8.9.2 UNIX 170
8.9.3 Linux 171
8.9.4 macOS 172
8.10 我国自主研发之路 172
8.10.1 国产操作系统的发展历程 172
8.10.2 主流国产操作系统 174
8.11 操作系统未来发展趋势 176
8.12 小结 177
习题8 177
第9章 数据库基础 180
9.1 数据库技术概述 180
9.1.1 初识数据库 180
9.1.2 数据库的基本概念 181
9.1.3 数据库技术的发展 182
9.1.4 数据库系统的构成 185
9.2 数据库系统的体系结构 186
9.2.1 三级模式 186
9.2.2 两层映像 186
9.3 数据模型 187
9.3.1 概念层数据模型 187
9.3.2 组织层数据模型 188
9.4 关系数据库及表结构 189
9.4.1 关系数据库 189
9.4.2 关系型数据表 190
9.5 关系数据库及其设计 191
9.6 结构化查询语言 195
9.6.1 数据定义 196
9.6.2 数据查询 197
9.6.3 数据操纵 197
9.6.4 数据控制 198
9.7 数据库管理软件介绍 199
9.8 国产数据库和我国自主创新之路 201
9.8.1 国产数据库 201
9.8.2 我国自主创新之路 203
9.9 小结 203
习题9 203
第10章 多媒体处理技术 205
10.1 初识多媒体技术 205
10.2 文本处理技术 208
10.2.1 文本概述 208
10.2.2 文本处理基础 208
10.2.3 常用文本处理软件 212
10.3 动画处理技术 214
10.3.1 动画概述 214
10.3.2 动画处理基础 216
10.3.3 常用动画制作软件 218
10.4 数字图像处理技术 219
10.4.1 数字图像处理概述 219
10.4.2 数字图像处理基础 221
10.4.3 数字图像处理软件 227
10.5 数字音频处理技术 228
10.5.1 数字音频概述 228
10.5.2 数字音频处理基础 229
10.5.3 数字音频处理软件 233
10.6 数字视频处理技术 235
10.6.1 数字视频概述 235
10.6.2 数字视频处理基础 236
10.6.3 数字视频处理软件 240
10.7 多媒体压缩技术 241
10.7.1 多媒体压缩概述 241
10.7.2 多媒体压缩基础 241
10.8 多媒体技术的新发展 244
10.8.1 多媒体智能化 244
10.8.2 多媒体云计算 245
10.8.3 多媒体大数据 246
10.8.4 视频会议系统 247
10.8.5 流媒体技术 248
10.9 国产多媒体相关产品及公司和我国自主创新之路 248
10.9.1 国产多媒体相关产品及公司 248
10.9.2 我国自主创新之路 249
10.10 小结 250
习题 10 250
第11章 计算机网络 252
11.1 初识计算机网络 252
11.2 计算机网络概述 253
11.2.1 计算机网络的概念 253
11.2.2 计算机网络的组成 254
11.2.3 计算机网络的发展 255
11.2.4 计算机网络的功能与分类 256
11.2.5 计算机网络体系结构 260
11.2.6 网络应用模式 262
11.3 网络中间系统 264
11.3.1 网络传输介质 264
11.3.2 网络接口卡 267
11.3.3 集线器 268
11.3.4 交换机 268
11.3.5 路由器 269
11.4 计算机局域网 270
11.4.1 局域网概述 270
11.4.2 以太网 270
11.5 Internet基础知识 271
11.5.1 Internet概述 271
11.5.2 Internet的接入 273
11.5.3 IP地址与MAC地址 274
11.5.4 WWW服务 278
11.5.5 域名系统 281
11.5.6 电子邮件 284
11.5.7 文件传输 285
11.5.8 远程登录服务 285
11.6 国产网络相关产品和我国自主创新之路 286
11.6.1 国产网络相关产品 286
11.6.2 我国自主创新之路 287
11.7 小结 287
习题11 287
第12章 计算机新技术 291
12.1 人工智能 291
12.1.1 实例展现 291
12.1.2 人工智能的概念 292
12.1.3 人工智能的生产和发展阶段 293
12.1.4 人工智能的研究领域 294
12.1.5 人工智能的研究方法 296
12.2 云计算与云平台技术 297
12.2.1 实例展现 297
12.2.2 云计算 298
12.2.3 云平台 300
12.3 大数据技术 301
12.3.1 实例展现 301
12.3.2 大数据的基本概念和特征 302
12.3.3 大数据的发展趋势 302
12.3.4 大数据的处理技术 303
12.4 物联网技术 304
12.4.1 实例展现 304
12.4.2 物联网概述 305
12.4.3 物联网的发展趋势 305
12.4.4 物联网关键技术 306
12.5 区块链技术 306
12.5.1 实例展现 307
12.5.2 区块链概述 307
12.5.3 区块链的应用前景 309
12.5.4 区块链关键技术 310
12.6 虚拟现实与增强现实技术 311
12.6.1 实例展现 311
12.6.2 虚拟现实与增强现实概述 312
12.6.3 虚拟现实与增强现实的发展趋势 313
12.6.4 虚拟现实与增强现实关键技术 314
12.7 小结 318
习题12 318

金保华，教授，计算机与通信工程学院院长，主要从事人工智能、计算机辅助决策系统等方面的研究。近年来，主持或参加纵向及横向课题十余项，发表论文30余篇，主编或参编教材6部，主持省科技进步奖1项，通过省部级成果鉴定6项，主持省级教学成果鉴定1项，获得软件著作权3项。
自工作以来，先后主持和参加了国家“十一五”科技支撑计划“省级应急平台与城市应急联动应用与示范项目”、河南省科技攻关项目“安全生产应急指挥平台关键系数研究”、以及各类教改项目等。主持的教改项目“卓越工程师培养校企专业共建模式研究与改革”获得河南省教学成果二等奖，参加的“安全生产应急救援指挥系统的研究与开发”获河南省科技进步奖三等奖。

“计算机科学导论”是计算机类专业的必修课程，可以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，从而为其系统地学习计算机类专业的后续课程打基础。本书是学习计算机类专业知识的引导教材，也是大学计算机类专业的基础课程教材，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。全书内容包括概述、计算基础、计算机系统、程序设计基础、算法、数据结构、软件工程、操作系统、数据库基础、多媒体处理技术、计算机网络、计算机新技术、计算机与职业素养。
本书密切结合“计算机科学导论”课程的基本教学要求，在介绍计算机科学相关基本概念和理论的同时兼顾计算机技术和理论的最新发展成果。通过本书的学习，学生可以较全面地掌握计算机软/硬件技术与网络技术的基本概念，以及软/硬件系统的基本工作原理，并且能够对计算机科学的基本理论、学科知识体系、方法，以及与其他学科之间的关系进行系统了解，为后续课程的学习奠定基础。此外，本书融入了思政教育的理念，强化思政内涵，引导学生开阔视野，培养学生的价值选择能力，帮助学生树立正确的理想信念和职业道德意识，提升学生综合素质。 本书可作为高校计算机类专业“计算机科学导论”课程的教材，也可作为电子信息类专业学生或其他计算机爱好者了解、学习计算机科学知识的参考书。

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"“计算机科学导论”是计算机类专业的必修课程，可以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，从而为其系统地学习计算机类专业的后续课程打基础。本书是学习计算机类专业知识的引导教材，也是大学计算机类专业的基础课程教材，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。全书内容包括概述、计算基础、计算机系统、程序设计基础、算法、数据结构、软件工程、操作系统、数据库基础、多媒体处理技术、计算机网络、计算机新技术、计算机与职业素养。 本书密切结合“计算机科学导论”课程的基本教学要求，在介绍计算机科学相关基本概念和理论的同时兼顾计算机技术和理论的近期新发展成果。通过本书的学习，学生可以较全面地掌握计算机软/硬件技术与网络技术的基本概念，以及软/硬件系统的基本工作原理，并且能够对计算机科学的基本理论、学科知识体系、方法，以及与其他学科之间的关系进行系统了解，为后续课程的学习奠定基础。此外，本书融入了思政教育的理念，强化思政内涵，引导学生开阔视野，培养学生的价值选择能力，帮助学生树立正确的理想信念和职业道德意识，提升学生综合素质。 本书可作为高校计算机类专业“计算机科学导论”课程的教材，也可作为电子信息类专业学生或其他计算机爱好者了解、学习计算机科学知识的参考书。"