本书是在第三版基础上，根据教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会提出的《大学计算机基础课程教学基本要求》，并立足通识教育，以计算思维为出发点，培养思维能力和应用能力为主线而编写。全书共11章，主要内容包括：计算思维导论、计算机中的信息表示、计算机硬件系统、计算机操作系统、办公软件基础知识与功能设计、数据库技术基础、计算机网络基础、多媒体技术基础、信息社会与安全、问题求解的算法基础与程序设计、计算机发展前沿技术等。
与同类教材相比，本书具有如下特点：强化了计算思维、计算理论、问题求解等基础知识，将著名的大众型“办公软件”的抽象概念、所用技术、功能设计和界面设计做了归纳和总结，体现了计算思维中的工程设计和实现的思想，这是其他教材所没有的。书中没有软件操作，进一步精练了专业性极强的数据库、网络和多媒体等章节的基础和概念，使得内容更加通俗易懂。
本书是一线教师的经验总结，内容丰富，语言精练，通俗易懂，适合作为高等学校计算机基础课程的教材，也可作为计算机学习者自学用书和解决日常计算机应用问题的参考书。

20世纪中期以来，计算机及互联网成为人类发明史上具有划时代意义的新事物，一方面，传统学科借助计算机技术呈现出崭新的学科形态和精彩的研究成果；另一方面，经济社会各个领域与互联网融合发展催生出新领域、新业态，促进了人类社会生活面貌的巨大改变。人们逐渐认识到，支撑这一巨大变化的不仅仅是技术和工具，还有一种全新的思维方式，即计算思维。无处不在的计算思维成为人们认识和解决问题的基本能力之一，也成为所有大学生应该具备的素质和能力。高校大学计算机基础教育也需要随之适应和改变。为此，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会提出了《大学计算机基础课程教学基本要求》（以下简称《基本要求》）。本书正是基于这一《基本要求》，贯穿计算思维的通识教育，以培养利用计算机技术分析问题、解决问题的能力为目的而编写的计算机基础教育的教材。
本书共11章，从内容上可分为：基础知识、应用技术和提高能力三大部分。
基础知识部分由第1章计算思维导论、第2章计算机中的信息表示、第3章计算机硬件系统、第4章计算机操作系统4章组成。阐述了计算和计算思维的概念、计数及计算工具的演化，现代计算机的理论基础与发明，计算理论基础（模型、复杂性、求解过程和典型算法思维与应用）；讲解了计算机系统平台，涉及计算机硬件组成及工作原理、计算机操作系统结构及功能、计算机软件与硬件关系、数制与信息编码表示；介绍了信息、知识与社会等基础知识，为理解和应用计算机打下理论和平台基础。
应用技术部分由第5章办公软件基础知识与功能设计、第6章数据库技术基础、第7章计算机网络基础、第8章多媒体技术基础、第9章信息社会与安全5章组成。讲解了现代办公软件技术和特点，从一个成功的软件中学习其问题提出、分析和概念抽象，操作文件和内容、功能和界面设计等，取消了办公软件的操作等讲解；介绍了网络的基本知识和原理以及应用，讲解了网络技术的未来发展和网络计算；讲解了多媒体信息的处理原理、技术和应用，采集和使用多媒体信息的主要形式与方法。介绍了数据库基本知识、技术和应用，讲解了数据模型、关系数据库和设计与管理；介绍了信息安全的概念、目标和主要的安全威胁，数据加密模型及密码体制等应用技术。通过掌握和应用各种技术培养学生处理各种信息的综合能力。
提高能力部分由第10章问题求解的算法基础与程序设计、第11章计算机发展前沿技术2章组成。分析和讲解了计算机求解问题过程，核心是算法设计。为此，介绍了算法分类、特性和评价方法，算法结构、表示和发现，常用典型算法实例，以及程序设计和编程思想。问题的最终求解实现是通过编程、调试和运行来完成的；为了认识计算机的发展趋势和专业应用，介绍和引入了人机交互、高性能计算和人工智能。讲解了由高性能计算产生的大规模并行计算、大数据处理等，以及数字地球、物联网、智慧地球、区块链、自动驾驶、云计算的概念和核心技术等计算机发展前沿技术和应用，从而认识算法是计算机求解问题的核心，同时将推进计算机前沿技术与专业应用相结合的能力。
与第三版比较，保留了原来的章节和内容结构，以及重点内容。第四版主要是将专业性极强的内容，更进一步精练，以适合非计算机专业学生学习。如第6章数据库技术基础、第7章计算机网络基础和第8章多媒体技术基础3章减少精练了内容，将概念、原理和技术讲解得更准确、易懂。另外，对第3章计算机硬件系统和第11章计算机发展前沿技术等内容，做了补充和调整，使内容更贴近时代。
本书有以下3个特色：
（1）以培养计算思维和意识为主线，强化问题求解方法与分析能力培养
本书与同类教材相比，更注重展现的是计算和计算机理论基础，系统原理、结构、体系和平台等系统思想，以及硬件、软件、算法、数据、通信等计算机技术，到问题求解过程、编程思想、算法设计等实现程序化方法，以达到培养思维能力和问题求解能力的目的。
（2）以提升内容深度为宗旨，重视思想性、知识性和原理性内容的讲解
书中内容分为三大部分（11章），每章同时设置有小结和习题，便于学生总结和练习。书中不涉及计算机的软件操作，纠正了人们关于计算机传统的“狭隘工具论”的认识，但同时也不排除讲解“应用软件或工具”实现的原理性知识。例如，针对著名的大众型“办公软件”归纳和总结出抽象概念、所用技术、功能设计和界面设计等系统构造的原理性内容，体现了计算思维中的工程设计和实现的思想。
（3）突出主教材的理论性和实践教材的应用性，提高教材的适应性
主教材在设计上不介绍应用软件的具体操作，重点讲解计算机理论、原理、方法和技术，避免了因应用软件的升级而改版。配套的实践教材增加了应用软件的介绍，同时有详细的实验操作讲解，便于学生自主学习和实践。
本书由肖明任主编，姜远明、马晓敏、李瑞旭任副主编，齐永波、孙风芝、李玲、胡光参与了编写。编写分工：第1、4章和第5章5.1节和5.2节由肖明编写，第2章由胡光编写，第3章由齐永波编写，第5章5.3节由孙风芝编写，第6章由李瑞旭编写，第7、8章由马晓敏编写，第5章5.4节和第9、10章由姜远明编写，第11章由李玲编写。全书由肖明教授统稿。
在本书编写过程中，许多老师和领导提出了宝贵的建议和意见，国内高校一些专家也给出了具体指导，在此一并表示衷心的感谢。此外，本书参考了许多著作和网站的内容，在此表示感谢。
由于计算机技术发展很快，加之编者水平有限，书中难免有疏漏与不妥之处，恳请读者批评指正，以便再版时及时修订。
编  者       
2019年5月于烟台大学

目  录
 
第一部分  基 础 知 识
第1章  计算思维导论 1
1.1  计算机科学 1
1.2  计算与计算思维 2
1.2.1  计算的含义 2
1.2.2  思维概述 4
1.2.3  计算思维的概念 5
1.3  数与计算工具 7
1.3.1  数与计算 7
1.3.2  计算工具 9
1.3.3  计算机的雏形 13
1.3.4  计算机的理论基础 15
1.3.5  电子计算机的诞生 17
1.3.6  计算机的分代 19
1.3.7  现代计算机在中国的发展 21
1.3.8  计算机的特点和应用 23
1.4  计算理论 26
1.4.1  可计算性问题 26
1.4.2  计算复杂性 27
1.4.3  计算模型——图灵机 29
1.4.4  求解问题过程 30
1.5  典型问题的思维与算法 32
1.5.1  数据有序排列——排序
算法 32
1.5.2  汉诺塔求解——递归思想 33
1.5.3  国王婚姻问题——并行
计算 34
1.5.4  旅行商问题——最优化
思想 35
1.5.5  计算思维的应用 36
1.6  信息社会与知识社会 38
1.6.1  信息和信息社会 38
1.6.2  信息社会特征 40
1.6.3  个人素质与信息素养 41
小结 42
习题 43
第2章  计算机中的信息表示 45
2.1  数制与转换 45
2.1.1  进位计数制 45
2.1.2  数制间的转换 47
2.1.3  二进制数的运算规则 49
2.2  数据的存储单位 50
2.3  数值数据的表示 51
2.3.1  定点数与浮点数 51
2.3.2  带符号数的表示 54
2.4  信息编码 55
2.4.1  十进制数的编码 56
2.4.2  ASCII编码 57
2.4.3  汉字编码 58
2.4.4  Unicode编码 60
2.4.5  多媒体信息的表示 61
小结 61
习题 62
第3章  计算机硬件系统 63
3.1  计算机系统组成 63
3.2  计算机硬件基础 64
3.2.1  图灵机的理论模型 64
3.2.2  冯·诺依曼体系结构 64
3.2.3  计算机实现 64
3.2.4  计算机硬件构成 66
3.2.5  计算机的指令系统与工作
原理 67
3.3  微型计算机概述 69
3.3.1  微型计算机的硬件组成 69
3.3.2  微型计算机的类型 69
3.4  主机系统和外围设备 71
3.4.1  中央处理器 71
3.4.2  主板 74
3.4.3  存储器 77
3.4.4  I/O总线与I/O接口 83
3.4.5  其他外围设备 86
3.5  微型计算机配置参考 89
小结 90
习题 90
第4章  计算机操作系统 91
4.1  计算机软件系统 91
4.1.1  计算机软件的概念 91
4.1.2  计算机程序的工作机制 92
4.1.3  专有软件、自由软件
和开源软件 93
4.1.4  计算机软件与硬件的关系 95
4.1.5  计算机软件的分类
与层次结构 95
4.2  操作系统的定义和类型 97
4.2.1  操作系统的概念 97
4.2.2  操作系统的分类 98
4.2.3  操作系统的特征 101
4.3  常见的操作系统 101
4.4  操作系统的结构和组成 106
4.4.1  操作系统的层次结构 106
4.4.2  操作系统的功能组成 107
4.4.3  进程管理 107
4.4.4  存储器管理 110
4.4.5  设备管理 113
4.4.6  文件管理 117
4.5  Windows 操作系统 129
4.5.1  概述 129
4.5.2  系统结构 131
4.5.3  系统管理 131
4.5.4  启动和停机 132
小结 133
习题 134
第二部分  应 用 技 术
第5章  办公软件基础知识与功能设计 135
5.1  办公软件包 135
5.2  文字处理软件 137
5.2.1  文字处理概述 137
5.2.2  文字处理的基本概念 137
5.2.3  Word 2010的功能设计
与操作原理 145
5.2.4  Word 2010的文档制作
流程 151
5.2.5  案例分析 152
5.3  电子表格软件 154
5.3.1  电子表格概述 154
5.3.2  电子表格的基本概念 155
5.3.3  Excel 2010的功能设计
与操作原理 161
5.3.4  Excel 2010表格的制作
流程 166
5.3.5  案例分析 167
5.4  演示文稿软件 169
5.4.1  演示文稿概述 170
5.4.2  演示文稿基本概念 170
5.4.3  PowerPoint 2010的功能
设计与操作原理 171
5.4.4  PowerPoint 2010的演示
文稿制作流程 174
5.4.5  案例分析 174
小结 176
习题 176
第6章  数据库技术基础 178
6.1  数据库技术基础知识 178
6.1.1  数据库的基本概念 178
6.1.2  数据管理技术的发展 180
6.1.3  数据库系统的特点 182
6.2  数据库系统的内部体系结构 182
6.2.1  三级模式 183
6.2.2  两级映射 184
6.3  数据模型 184
6.3.1 数据模型的基本类型 184
6.3.2  E-R模型 185
6.3.3  常用的逻辑数据模型 187
6.4  关系数据库 189
6.4.1  关系术语 189
6.4.2  关系的完整性 190
6.4.3  关系运算 191
6.5  数据库设计 191
6.5.1  数据库设计概述 192
6.5.2  需求分析 192
6.5.3  概念设计 193
6.5.4  逻辑设计 194
6.5.5  物理设计 195
6.6  SQL 195
6.6.1  SQL的概念 195
6.6.2  SQL的特点 196
6.6.3  一个使用SQL的例子 197
小结 199
习题 199
第7章  计算机网络基础 200
7.1  计算机网络概述 200
7.1.1  计算机网络的组成与分类 200
7.1.2  计算机网络通信基础 206
7.1.3  计算机网络工作模式 211
7.2  组建网络：硬件、软件、协议
    与体系结构 213
7.2.1  网络硬件 213
7.2.2  网络软件 217
7.2.3  计算机网络协议与体系
结构 218
7.3  网络的网络：因特网 222
7.3.1  因特网的历史 223
7.3.2  因特网的组成及常用专业
术语 224
7.3.3  因特网的IP地址及域名
系统 225
7.3.4  网络命令 230
7.3.5  接入因特网的上网方式 230
7.4  因特网的资源 233
7.4.1  WWW和网站 233
7.4.2  电子邮件服务 235
7.4.3  搜索引擎 236
7.4.4  文件传输 238
7.4.5  社交媒体 239
7.5  发展中的因特网 241
7.5.1  第二代互联网Web 2.0
和第三代互联网Web 3.0 241
7.5.2  GPS和智能手机 242
7.5.3  电子商务和电子支付 242
小结 243
习题 243
第8章  多媒体技术基础 245
8.1  多媒体概述 245
8.1.1  多媒体技术的基本概念 245
8.1.2  多媒体信息处理的关键
技术 248
8.1.3  多媒体技术的应用领域 249
8.1.4  多媒体技术的发展方向 250
8.2  多媒体系统 251
8.2.1  多媒体系统简介 251
8.2.2  多媒体硬件系统 251
8.2.3  多媒体软件系统 252
8.3  数字图形图像处理 253
8.3.1  图形与图像的基本参数 253
8.3.2  图形和图像概念 254
8.3.3  数字图像的获取 255
8.3.4  数字图像的压缩 256
8.3.5  数字图像的存储格式
或压缩标准 257
8.3.6  数字图像处理软件 258
8.4  数字声音处理 259
8.4.1  声音基本概念 260
8.4.2  声音信号数字化 261
8.4.3  常见数字声音的文件格式 263
8.4.4  声音处理软件 264
8.5  数字视频处理 265
8.5.1  数字视频基本概念 265
8.5.2  视频信号数字化和压缩 266
8.5.3  数字视频的文件格式 267
8.5.4  数字视频的处理软件与
应用 269
小结 270
习题 271
第9章  信息社会与安全 273
9.1  社会影响 273
9.1.1  社会问题 273
9.1.2  计算机犯罪 274
9.2  计算机与环境 274
9.3  计算机与人类健康 275
9.4  信息安全基础 275
9.4.1  计算机安全工程 276
9.4.2  因特网面临的攻击 277
9.4.3  常见网络安全技术 278
9.4.4  计算机病毒 279
9.4.5  反病毒软件的机制与防治 279
9.4.6  网络黑客及防范 280
小结 281
习题 281
第三部分  提 高 能 力
第10章  问题求解的算法基础与程序
         设计 282
10.1  计算机求解问题过程 282
10.2  算法的概念 283
10.3  算法的分类、特性和评价方法 284
10.3.1  算法的分类 284
10.3.2  算法的特性 284
10.3.3  算法的评价方法 284
10.4  算法的三种结构 285
10.4.1  顺序结构 285
10.4.2  分支结构 285
10.4.3  循环结构 286
10.5  算法的表示 286
10.5.1  自然语言 287
10.5.2  传统流程图 287
10.5.3  N-S图 287
10.5.4  伪代码 288
10.6  算法的发现 288
10.7  算法举例 289
10.7.1  基本算法 290
10.7.2  迭代 291
10.7.3  递归 291



10.7.4  排序 292
10.7.5  查找 294
10.8  程序设计基础 295
10.8.1  程序设计语言分类 295
10.8.2  程序设计语言的基本元素 296
10.8.3  面向过程与面向对象的
 语言 297
小结 298
习题 299
第11章  计算机发展前沿技术 300
11.1  交互新技术 300
11.1.1  动作识别人机交互 300
11.1.2  声音识别人机交互 301
11.1.3  情感识别交互 301
11.1.4  可穿戴的交互设备 302
11.2  高性能计算 303
11.2.1  新型计算机 303
11.2.2  大规模并行计算技术 306
11.2.3  大数据智能处理 307
11.2.4  虚拟现实和3D打印 309
11.3  人工智能 311
11.3.1  人工智能技术求解
问题的独到之处 311
11.3.2  人工智能的应用领域 313
11.3.3  人工智能的未来 316
11.4  数字化生存 317
11.4.1  数字化地球 317
11.4.2  物联网 321
11.4.3  智慧地球 323
11.4.4  区块链 323
11.4.5  自动驾驶 323
11.4.6  云计算 324
小结 324
习题 324
参考文献 326

肖明，烟台大学

本书与同类教材相比，结构做了修改，展现的是计算和计算机理论基础，系统原理、结构、体系和平台等系统思想，以及硬件、软件、算法、数据、通信等计算机技术，到问题求解过程、编程思想、算法设计等实现程序化方法，以达到培养思维能力和问题求解能力的目的。