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內容提要 本書根據教育部和軍隊有關“大學計算機基礎”課程的教學要求,結合計算機信息技術的發(fā)展現(xiàn)狀編寫,是一本學習計算機基礎知識、掌握計算機應用技能的基礎教材。全書主要講述計算機發(fā)展與信息技術、計算機系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數據庫技術基礎、多媒體技術基礎、計算機網絡與Internet應用、信息安全等內容。本書內容深入淺出、圖文并茂、重點突出,既有豐富的理論知識,也有大量的實際范例,可以幫助學生提高計算機的使用能力,掌握基礎知識。 本書可作為高等學校非計算機專業(yè)計算機基礎課程教材,也可以作為計算機愛好者的自學用書。 前言 計算機科學與技術的迅猛發(fā)展,主要源于其應用的廣泛性與強烈的需求性。當前,它已逐漸滲透到人類社會的各個領域,成為經濟發(fā)展的倍增器以及科學文化與社會進步的催化劑。計算機知識與技術是當今大學生學習現(xiàn)代科學的基礎,也是大學生進入現(xiàn)代社會所具備的重要技能之一。 “大學計算機基礎”是針對高等院校大學一年級學生所開設的第一層次的計算機基礎教育課程。此課程的開設是為了能夠拓展學生的視野,并為后續(xù)課程的學習做好必要的知識準備,使學生在各自的專業(yè)領域內能夠運用計算思維認識、分析并處理計算機應用過程中可能出現(xiàn)的各種問題,為學生提供一本能夠掌握計算機、網絡及其他相關信息技術的基礎知識的實用教程。本書共分為10章。 第1章主要介紹計算機、計算機科學與計算機學科的基本概念,然后從計算工具、計算機硬件、計算機軟件三個方面介紹計算機的發(fā)展歷史,并介紹計算思維的定義及其特征,闡述計算思維在不同學科領域的影響和應用。 第2章主要介紹計算機如何存儲二進制數據以及二進制與日常使用的其他進制如何互換,二進制如何進行加減運算,如何處理帶符號的數,如何處理帶小數點的數,如何處理字符和漢字等內容。 第3章主要介紹信息處理的核心裝置——計算機硬件系統(tǒng),包括它的組成、結構和基本功能。在該章節(jié)的學習中,讀者將看到如何在計算機硬件系統(tǒng)的設計中體現(xiàn)抽象化和自動化、流水線、緩沖、預取等計算思維。 第4章主要介紹什么是操作系統(tǒng)及操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位和作用,然后從資源管理的視角介紹計算機操作系統(tǒng)的基本功能以及相關技術。 第5章首先概述數據庫的基本概念和數據庫應用,然后介紹數據模型的概念,以及數據庫管理系統(tǒng)的概念與功能,最后簡述了管理信息系統(tǒng)與數據庫之間的關聯(lián)。 第6章圍繞程序設計的中心問題——如何分析解決實際問題、如何構思算法,簡明扼要地介紹程序設計中的基本概念、基本思想、基本技術和基本方法。 第7章主要講述計算機網絡的形成和發(fā)展以及計算機網絡的基礎知識,重點講解計算機網絡的分類、網絡拓撲結構及網絡協(xié)議。 第8章主要從計算機技術的角度討論信息安全的相關問題和主要的信息安全技術及防范措施。 第9章首先介紹多媒體和多媒體技術的基本概念、多媒體計算機的系統(tǒng)組成,然后分別介紹多媒體技術中對聲音、圖形、圖像、視頻、動畫等媒體的處理方法,并介紹多媒體數據的壓縮技術。 第10章作為知識面拓展章節(jié),主要闡述高性能計算、大數據、物聯(lián)網、可計算理論、自動機理論、人工智能、虛擬現(xiàn)實與可視化、信息物理融合系統(tǒng)等計算機領域最新的知識內容。 本書的主要特色:①按照教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會2009年出版的《高等學校計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求》的精神,及軍隊院校教育轉型對培養(yǎng)高素質新型軍事人才的訴求,力求體現(xiàn)計算思維的精髓,精心組織教材內容,較為詳細地講解了各類數據在計算機中的表示、計算機組成和基本工作原理、操作系統(tǒng)、數據庫、多媒體、網絡的基本理論和概念,內容全面,深入淺出。②書中添加了計算機技術在軍事領域中的應用等閱讀資料,使教學內容體現(xiàn)時代的特征,可以提高學生的學習興趣,激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。③配有電子課件,請登錄東南大學出版社官方網站下載(網址:www.tools.fath-pk.cn)。④配有SPOC在線教學資源,請聯(lián)系解放軍理工大學課程編寫組。 本書第1章由葉旭光撰寫,第2、7章由張婷婷撰寫,第3章由賴俊撰寫,第4、5、6章由湯偉撰寫,第8、10章由何明撰寫,第9章由楊飛撰寫,全書由何明負責統(tǒng)稿。本書在編寫的過程中參考了一些相關資料和教材,在此向這些資料和教材的作者表示感謝! 由于計算機科學知識和技術更新很快,加之作者水平有限,書中難免有疏漏或不完善之處,敬請讀者不吝指正。 作者2015年6月 目錄 第1章引論(1) 1.1計算機科學與計算機學科(1) 1.2計算機發(fā)展史(2) 1.2.1計算工具發(fā)展史(2) 1.2.2計算機硬件發(fā)展史(3) 1.2.3計算機軟件發(fā)展史(6) 1.3計算思維(7) 1.3.1計算思維的定義(7) 1.3.2計算思維的特征(8) 1.3.3計算思維的本質(9) 1.3.4計算思維與計算機的關系(9) 1.4計算思維的應用領域(10) 1.5擴展閱讀(12) 1.6本章小節(jié)(19) 第2章數據表示及邏輯基礎(21) 2.1計算機中信息的表示方法(21) 2.1.1進制的概念(21) 2.1.2進制間的轉換方法(22) 2.1.3原碼、反碼和補碼(25) 2.1.4定點數和浮點數(27) 2.2常用字符信息編碼方法(29) 2.2.1ASCII字符編碼(29) 2.2.2漢字編碼(31) 2.3擴展閱讀(34) 2.4本章小結(34) 第3章計算機硬件系統(tǒng)(37) 3.1計算機系統(tǒng)的基本組成與原理(37) 3.1.1計算機的硬件(38) 3.1.2計算機的軟件(39) 3.1.3計算機的主要性能指標(39) 3.2主板(40) 3.2.1主板的板型(40) 3.2.2主板的主要芯片和插槽(43) 3.2.3主板的外部接口(44) 3.3中央處理器(CPU)(46) 3.3.1CPU的結構(46) 3.3.2指令系統(tǒng)(48) 3.3.3CPU工作過程(48) 3.3.4指令流水線(50) 3.3.5多核處理器(51) 3.4存儲器(51) 3.4.1主存儲器(52) 3.4.2磁盤存儲器(54) 3.4.3光盤(55) 3.4.4虛擬存儲器(57) 3.4.5移動存儲器(57) 3.4.6高速緩存(58) 3.5系統(tǒng)總線(59) 3.5.1總線的分類(60) 3.5.2總線的連接方式(60) 3.5.3總線結構的主要優(yōu)缺點(61) 3.5.4總線的標準化和性能指標(61) 3.6輸入/輸出系統(tǒng)(62) 3.6.1輸入/輸出設備的系統(tǒng)結構(63) 3.6.2輸入/輸出設備的控制方式(63) 3.6.3輸入/輸出設備舉例(66) 3.7拓展閱讀(68) 3.7.1超級計算機(68) 3.7.2“天河二號”(70) 3.8本章小結(72) 第4章操作系統(tǒng)(74) 4.1操作系統(tǒng)概述(74) 4.1.1操作系統(tǒng)的發(fā)展(75) 4.1.2操作系統(tǒng)的定義(78) 4.1.3典型操作系統(tǒng)(80) 4.2進程管理(81) 4.2.1進程的定義(81) 4.2.2進程的狀態(tài)(85) 4.2.3進程的控制(86) 4.2.4進程的調度(87) 4.3存儲管理(91) 4.3.1存儲管理概述(91) 4.3.2存儲管理的方式(93) 4.4文件管理(99) 4.4.1文件與文件系統(tǒng)(99) 4.4.2文件組織結構(101) 4.4.3文件目錄(105) 4.4.4文件存儲空間管理(105) 4.5設備管理(106) 4.5.1設備管理概述(107) 4.5.2輸入/輸出系統(tǒng)(107) 4.6用戶接口(110) 4.7擴展閱讀(112) 4.8本章小結(113) 第5章數據庫基礎(115) 5.1數據庫技術概述(115) 5.1.1數據庫系統(tǒng)(116) 5.1.2數據庫技術的發(fā)展(118) 5.1.3數據庫的應用(122) 5.2數據模型(123) 5.2.1概念模型(124) 5.2.2邏輯模型(128) 5.2.3物理模型(131) 5.3數據庫管理系統(tǒng)(132) 5.3.1數據庫管理系統(tǒng)的工作模式(132) 5.3.2常見數據庫管理系統(tǒng)(133) 5.4擴展閱讀(134) 5.5本章小結(135) 第6章算法與程序設計(137) 6.1計算機問題求解(137) 6.1.1日常生活問題的解決(137) 6.1.2計算機問題求解(138) 6.2算法基礎(139) 6.2.1算法的基本概念(139) 6.2.2算法設計的基本策略(143) 6.2.3算法分析(144) 6.3程序設計基礎(147) 6.4程序設計語言(148) 6.4.1程序設計語言的定義(148) 6.4.2程序設計語言的發(fā)展(149) 6.4.3程序設計語言的分類(150) 6.5擴展閱讀(152) 6.6本章小結(152) 第7章計算機網絡(153) 7.1計算機網絡基礎(153) 7.1.1計算機網絡的起源與發(fā)展(153) 7.1.2計算機網絡的特點與分類(154) 7.1.3網絡拓撲結構(155) 7.2計算機網絡體系結構與協(xié)議(156) 7.2.1計算機網絡體系結構(156) 7.2.2TCP/IP協(xié)議(159) 7.2.3IP地址和域名服務(161) 7.3擴展閱讀(165) 7.4本章小結(166) 第8章信息安全(168) 8.1信息安全概論(168) 8.1.1信息安全基本概念(168) 8.1.2硬件系統(tǒng)的安全(169) 8.1.3軟件系統(tǒng)的安全(170) 8.1.4 計算機網絡安全(173) 8.2計算機病毒及其防治(174) 8.2.1計算機病毒的定義與特征(174) 8.2.2計算機病毒的分類與常見癥狀(175) 8.2.3計算機病毒傳播的方式和途徑(177) 8.2.4計算機病毒防治方法(177) 8.2.5惡意程序(178) 8.2.6擺渡攻擊(179) 8.3安全技術(180) 8.3.1加密技術(180) 8.3.2訪問控制技術(181) 8.3.3漏洞分析(182) 8.3.4防火墻(182) 8.3.5入侵檢測(183) 8.3.6審計(184) 8.3.7虛擬私有網絡(184) 8.4外軍的信息安全保密(185) 8.4.1外軍的信息安全對策(185) 8.4.2外軍的安全保密應用(186) 8.5本章小結(186) 第9章多媒體技術基礎(188) 9.1多媒體技術概述(188) 9.1.1多媒體概述(188) 9.1.2多媒體計算機系統(tǒng)(193) 9.2數字音頻技術(196) 9.2.1音頻基礎知識(196) 9.2.2數字音頻(197) 9.3數字圖像處理技術(201) 9.3.1圖像基礎知識(201) 9.3.2數字圖像(203) 9.4視頻和動畫技術(208) 9.4.1視頻基礎(208) 9.4.2計算機動畫基礎(209) 9.5多媒體數據壓縮(210) 9.5.1數據壓縮概述(210) 9.5.2數據壓縮的方法(212) 9.6拓展閱讀(213) 9.6.1流媒體技術(213) 9.6.2多媒體技術的軍事應用(217) 9.7本章小結(220) 第10章高級主題(222) 10.1高性能計算(222) 10.1.1并行計算(222) 10.1.2分布式計算(223) 10.1.3集群計算(223) 10.1.4網格計算(224) 10.1.5云計算(224) 10.1.6其他計算(225) 10.2大數據(226) 10.2.1數據倉庫(226) 10.2.2并行數據庫(227) 10.2.3MapReduce數據庫(227) 10.3物聯(lián)網(228) 10.3.1RFID(228) 10.3.2傳感器(229) 10.3.3傳感器網絡(230) 10.3.4軍事應用(231) 10.4可計算性理論(231) 10.4.1可計算函數(231) 10.4.2哥德爾數(232) 10.4.3阿柯曼函數(233) 10.5自動機理論(234) 10.5.1有限自動機(234) 10.5.2圖靈機(234) 10.5.3細胞自動機(235) 10.6計算復雜性(236) 10.6.1復雜性的度量(236) 10.6.2P問題和NP問題(236) 10.7人工智能(237) 10.7.1圖靈測試(237) 10.7.2推理:知識表達(238) 10.7.3專家系統(tǒng)(239) 10.7.4神經網絡(240) 10.7.5機器人(240) 10.7.6自然語言處理(241) 10.7.7機器學習(242) 10.7.8數據挖掘(243) 10.8虛擬現(xiàn)實與可視化(244) 10.8.1建模與仿真(244) 10.8.2VRML技術(244) 10.8.3可視化技術(245) 10.8.4軍事應用(246) 10.9信息物理融合系統(tǒng)(247) 10.10本章小結(248) 參考文獻(250) |