第 1 章 计算机技术概述 ..................................................................................................................................... 1
1.1 计算工具的演变 ..................................................................................................................................... 1
1.1.1 手动计算工具.............................................................................................................................. 2
1.1.2 机械计算工具.............................................................................................................................. 4
1.1.3 机电式计算机.............................................................................................................................. 5
1.1.4 电子计算机的诞生 ..................................................................................................................... 7
1.2 计算机的发展与未来 ......................................................................................................................... 10
1.2.1 计算机的发展历程 ................................................................................................................... 10
1.2.2 计算机技术的发展趋势 ........................................................................................................... 12
1.2.3 未来新型计算机系统 ............................................................................................................... 13
1.3 计算机的分类与应用 ......................................................................................................................... 17
1.3.1 计算机的分类............................................................................................................................ 17
1.3.2 计算机的作用............................................................................................................................ 19
1.3.3 计算机的应用领域 ................................................................................................................... 19
1.4 计算机中信息的表示方式.................................................................................................................. 21
1.4.1 数制的概念 ................................................................................................................................ 21
1.4.2 数制间的转换............................................................................................................................ 24
1.4.3 数值信息的表示 ....................................................................................................................... 26
1.4.4 文本信息的表示 ....................................................................................................................... 28
1.5 多媒体信息的表示与处理.................................................................................................................. 32
1.5.1 数字图像 .................................................................................................................................... 32
1.5.2 数字音频 .................................................................................................................................... 36
1.5.3 数字视频 .................................................................................................................................... 39
1.5.4 数据压缩技术............................................................................................................................ 41
思考与练习 ................................................................................................................................................. 42
第 2 章 计算机系统 ............................................................................................................................................. 43
2.1 计算机系统结构 ................................................................................................................................... 43
2.1.1 计算机系统组成 ....................................................................................................................... 43
2.1.2 冯·诺依曼计算机 ................................................................................................................... 44
2.1.3 硬件系统核心部件 ................................................................................................................... 45
2.2 计算机工作原理 ................................................................................................................................... 47
2.2.1 指令与指令系统 ....................................................................................................................... 47
2.2.2 计算机基本工作原理 ............................................................................................................... 48
2.3 微型计算机硬件系统 ........................................................................................................................... 50
2.3.1 微型计算机硬件系统的组成 ................................................................................................... 50
2.3.2 微型计算机系统结构 ............................................................................................................... 62
2.3.3 微型计算机的性能指标 ........................................................................................................... 63
2.4 计算机软件系统 ................................................................................................................................... 64
2.4.1 系统软件 .................................................................................................................................... 65
2.4.2 应用软件 .................................................................................................................................... 68
2.4.3 计算机用户与计算机硬件系统和软件系统的关系 ............................................................. 69
思考与练习 ..................................................................................................................................................... 69
第 3 章 操作系统.............................................................................................................................................. 71
3.1 操作系统概述 ....................................................................................................................................... 71
3.1.1 操作系统的概念 ....................................................................................................................... 71
3.1.2 操作系统的历史 ....................................................................................................................... 72
3.2 操作系统的体系结构 ........................................................................................................................... 75
3.2.1 软件概述 .................................................................................................................................... 75
3.2.2 操作系统组件............................................................................................................................ 76
3.2.3 操作系统功能............................................................................................................................ 76
3.2.4 系统启动 .................................................................................................................................... 79
3.3 典型操作系统介绍 ............................................................................................................................. 81
3.3.1 Windows 操作系统 ................................................................................................................... 81
3.3.2 UNIX 操作系统 ........................................................................................................................ 82
3.3.3 Linux 操作系统 ......................................................................................................................... 83
3.3.4 手持设备操作系统 ................................................................................................................... 84
思考与练习 ..................................................................................................................................................... 84
第 4 章 计算机网络与新技术 ............................................................................................................................ 85
4.1 计算机网络概述 ................................................................................................................................... 85
4.1.1 计算机网络的定义 ................................................................................................................... 85
4.1.2 计算机网络的发展 ................................................................................................................... 86
4.1.3 计算机网络系统的组成 ........................................................................................................... 89
4.1.4 计算机网络的分类 ................................................................................................................... 90
4.2 计算机网络体系结构 ......................................................................................................................... 93
4.2.1 网络体系结构概述 ................................................................................................................... 93
4.2.2 OSI/RM 网络体系结构 ............................................................................................................ 94
4.2.3 TCP/IP 网络体系结构 .............................................................................................................. 96
4.3 网络互连设备 ..................................................................................................................................... 98
4.3.1 物理层网络设备 ....................................................................................................................... 98
4.3.2 数据链路层网络设备 ............................................................................................................... 99
4.3.3 网络层网络设备 ..................................................................................................................... 101
4.3.4 传输介质 ..................................................................................................................................102
4.3.5 其他网络设备.......................................................................................................................... 104
4.4 局域网技术................................................................................................................................. 105
4.4.1 局域网概述 ........................................................................................................................... 105
4.4.2 局域网体系结构 ..................................................................................................................... 107
4.4.3 以太网 ...................................................................................................................................... 107
4.4.4 网络操作系统.......................................................................................................................... 110
4.5 互联网与新技术 ....................................................................................................................... 112
4.5.1 互联网的起源与发展 ............................................................................................................. 112
4.5.2 互联网关键技术 ..................................................................................................................... 114
4.5.3 云计算与云存储 ..................................................................................................................... 117
4.5.4 大数据及其应用 ..................................................................................................................... 119
4.5.5 物联网 ...................................................................................................................................... 121
4.5.6 人工智能与智能化 ................................................................................................................. 122
思考与练习................................................................................................................................................. 126
第 5 章 信息与网络安全技术 .......................................................................................................................... 127
5.1 信息与网络安全概述 ......................................................................................................................... 127
5.1.1 信息安全的含义与特征 ......................................................................................................... 127
5.1.2 信息安全的威胁 ..................................................................................................................... 128
5.1.3 工作和生活中的网络安全 ..................................................................................................... 129
5.1.4 网络空间安全简介 ................................................................................................................. 130
5.2 操作系统的安全性 ............................................................................................................................. 131
5.2.1 操作系统对外部攻击的防范 ................................................................................................. 131
5.2.2 操作系统对内部攻击的防范 ................................................................................................. 132
5.2.3 操作系统的存储安全 ............................................................................................................. 133
5.2.4 Windows 操作系统安全 ......................................................................................................... 135
5.3 网络安全技术 ..................................................................................................................................... 137
5.3.1 网络访问安全控制 ................................................................................................................. 137
5.3.2 防火墙技术 .............................................................................................................................. 142
思考与练习 ................................................................................................................................................... 144
第 6 章 软件技术基础 ....................................................................................................................................... 145
6.1 软件工程基础 ..................................................................................................................................... 145
6.1.1 软件工程概述.......................................................................................................................... 145
6.1.2 结构化开发方法 ..................................................................................................................... 148
6.1.3 面向对象开发方法 ................................................................................................................. 154
6.1.4 软件测试与维护 ..................................................................................................................... 155
6.1.5 软件开发过程模型 ................................................................................................................. 157
6.2 程序设计基础 ..................................................................................................................................... 158
6.2.1 程序和程序设计语言 ............................................................................................................. 158
6.2.2 程序设计步骤与风格 ............................................................................................................. 161
6.2.3 结构化程序设计 ..................................................................................................................... 162
6.2.4 面向对象程序设计 ................................................................................................................. 165
6.3 算法与数据结构 ................................................................................................................................. 167
6.3.1 算法 .......................................................................................................................................... 167
6.3.2 数据结构的基本概念 ............................................................................................................. 170
6.3.3 线性表 ...................................................................................................................................... 172
6.3.4 栈和队列 .................................................................................................................................. 174
6.3.5 树与二叉树 .............................................................................................................................. 175
6.3.6 查找与排序 .............................................................................................................................. 178
6.4 数据库技术.......................................................................................................................................... 180
6.4.1 数据库技术的发展 ................................................................................................................. 180
6.4.2 数据库系统的基本概念 ......................................................................................................... 183
6.4.3 数据库系统的内部结构 ......................................................................................................... 184
6.4.4 数据模型 .................................................................................................................................. 186
6.4.5 关系运算 .................................................................................................................................. 189
6.4.6 数据库设计 .............................................................................................................................. 191
6.4.7 常见的数据库管理系统 ......................................................................................................... 192
思考与练习 ................................................................................................................................................... 193
第 7 章 计算思维简介 ....................................................................................................................................... 194
7.1 科学与科学思维 ................................................................................................................................. 194
7.1.1 科学与计算科学 ..................................................................................................................... 194
7.1.2 思维与科学思维 ..................................................................................................................... 196
7.2 计算思维的概念 ................................................................................................................................. 199
7.2.1 计算思维的定义 ..................................................................................................................... 199
7.2.2 计算思维的特征 ..................................................................................................................... 200
7.2.3 计算思维的本质 ..................................................................................................................... 200
7.3 计算思维与问题求解 ......................................................................................................................... 201
思考与练习 ................................................................................................................................................ 203
参考文献 .............................................................................................................................................................. 204