《计算机导论（微课视频版）》以计算机系统层次为主线，基本按照从底层硬件到高层应用的顺序，深入浅出地介绍计算机主要知识领域的基本内容。《计算机导论（微课视频版）》层次清晰，知识系统，内容翔实，重点突出，兼顾理论性与实用性；同时剔除陈旧知识，增添部分前沿内容。《计算机导论（微课视频版）》可作为普通高等学校计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全、数字媒体技术、人工智能等专业以及相近专业的本科生教材，也可供相关科技人员参考。

21世纪是高速发展的信息化时代，计算机应用不断深入并与其他学科相结合，相关知识领域不断扩大。“计算机导论”作为计算机类专业的入门课程，需要介绍的知识在不断增加，但相应的学时可能还在减少。为了适应信息产业新技术的发展，满足普通高等院校提高教学质量的需要，高校教学和学习的教材必须与时代同步并不断更新。

本书主要面向计算机大类各专业学生。大多数学生在最初的学习中可能有一个误解，以为计算机专业就是熟练使用常用软件、维修计算机以及编写程序，实际上计算机专业需要学习的内容远非如此。本书将带领学生游览计算机的世界，让学生从不同角度了解计算机系统，了解计算机专业涉及内容的广度，并对本科阶段将学习的主要专业课的概况有所了解。 

其他读者如果对计算机专业感兴趣，从这本书入门，也是一个不错的选择。

本书采用自底向上、由内到外的方式，探讨了计算机如何工作，可以做什么以及如何做。计算机系统就像一个交响乐队，由许多不同的元素组织在一起，构成一个整体。本书旨在使学生对未来几年需要学习的主要课程有一个总体的了解，在此基础上，对相关课程的特点及相互关系有一个全局的把握。

第1章主要描述了本书的组织结构以及计算机软硬件的发展历史。计算机系统在工作时是一个整体，为了能够方便地学习及探讨其功能，可以将其分层，每层在整个系统中扮演着特定的角色。这种分层构成了计算机系统的全景图。

第2章和第3章分析了最内层——信息层，它反映了计算机内部表示信息的方式，这是一个纯概念层。计算机内的信息采用二进制数字表示，所以要理解计算机处理技术，首先必须理解二进制数制以及它与其他数制（如人们日常使用的十进制数制）的关系，第2章介绍了该内容。第3章探讨了如何用二进制表示及存储多种类型（如数值、文本、图像、音频和视频等）的信息。

第4章介绍了硬件层，探讨了计算机硬件的基础——门与电路。此外，第4章还介绍了计算机硬件各组成部分的功能以及计算机指令的工作流程。

第5章和第6章介绍了程序设计层。第5章分析了问题求解过程以及计算机的问题求解方法，讲述了算法在解决问题中的作用、开发算法的策略、跟踪和测试算法的技术，并介绍了算法的基本结构以及伪代码表示。第6章介绍了多种程序设计语言，描述了不同类型程序设计语言的特点及主要语法。

第7章讨论了操作系统和文件系统。每台计算机都用操作系统管理计算机的资源，实现人机交互，了解操作系统能做什么是理解计算机的关键。

第8章和第9章讨论了通信层。第8章介绍基本的计算机网络技术，第9章介绍因特网及其应用。现在，计算机不再只是个人使用的孤立系统，计算机被连接到网络上，以共享信息和资源。通信层是计算机连接的基础层，利用计算机技术可以与地球上的任何地方通信。因特网逐渐演化成全球性的网络，万维网使通信变得相对容易，它从根本上改变了计算机的使用价值，使普通人也能使用它。

前面（内部）的分层重点在于如何使计算机系统运转，而应用层的重点则是用计算机解决真实世界的问题。通过运行相应的应用程序可以在多个领域展示计算机的威力，如财务管理、建筑设计或游戏等。这一层范围广大，涉及计算机科学的几个子学科。第10章讨论了数据库方面的问题，第11章讨论了软件工程相关问题，第12章讨论了信息安全问题，第13章讨论了人工智能。

第14章讨论了计算机在硬件、软件及通信方面的缺陷，以及哪些问题计算机不能解决或解决得不好，并分析了计算机的这些缺陷。

本书附带7个实验（相关资料请到清华大学出版社网站本书页面下载），读者既能通过实验提高动手能力，也有助于理解理论知识。

有时读者很容易陷入细节，看不清事物的全貌。本书每章都设置了“小结”，是对每章内容的概括，在学习完一章后，可以根据小结将该章核心内容回顾一遍。另外，在学习本书的过程中，应该时常回想一下计算机系统的全景图，了解每一章所讲的内容处于计算机系统的哪一层。每一层的细节很重要，但只有从整体上理解它们，才能将这些细节融会贯通，体会到它们的精妙之处。当然，计算机系统的分层不是绝对的，有些内容可能贯穿好几层，所以应该灵活对待。

本书基本涵盖了计算机科学领域的主要内容。考虑到初学者对算法的理解及程序设计能力有限，所以与数据结构相关的比较难的内容，本书没有涉及。考虑到篇幅以及学生的知识基础，本书也没有讨论计算机图形学以及图像处理的内容。

本书在编写过程中得到了宁夏大学信息工程学院领导和同事的鼓励及大力帮助，我的学生也参与绘制了本书的大部分插图，在此一并感谢。作者在本书的编写过程中，花费了大量心血，力求做到完美，但由于精力和能力有限，书中难免有疏漏、不妥之处，恳请各位同仁与广大读者批评指正。

刘进锋2020年1月

第1章概论

1. 1计算机系统

1.1.1计算机系统的分层

1.1.2抽象

1.2计算机的历史

1.2.1计算机硬件简史

1.2.2计算机软件简史

1.3计算机的分类

1.4计算机应用领域

1.5计算机科学与技术学科知识体系

1.5.1CS2013概况

1.5.2知识领域

1.6小结

1.7习题

第2章计数系统

2.1数字与计算

2.2其他计数系统的运算

2.3数制间的转换

2.3.1非十进制数转换为十进制数

2.3.2十进制数转换为非十进制数

2.3.3二进制数与八进制数、十六进制数的转换

2.4计算机与二进制

2.5小结

2.6习题

第3章计算机中信息的表示方法

3.1数据类型

3.1.1数据类型简介

3.1.2计算机内部的数据

3.2数值数据的表示方法

3.2.1整数的表示方法

3.2.2实数的表示方法

3.3字符的表示方法

3.4音频的表示方法

3.5图像和图形的表示方法

3.5.1图像的表示方法

3.5.2图形的表示方法

3.6视频的表示方法

3.7小结

3.8习题

第4章计算机组成

4.1门与电路

4.1.1概述

4.1.2门

4.1.3电路

4.1.4集成电路

4.2计算机硬件的基本结构

4.2.1存储程序原理

4.2.2计算机硬件的组成部件

4.3计算机工作过程

4.3.1机器周期

4.3.2简单计算机

4.3.3具体实例演示

4.4具体的计算机硬件

4.4.1CPU

4.4.2二级存储设备

4.4.3输入/输出设备

4.5小结

4.6习题

第5章问题求解和算法设计

5.1问题求解

5.1.1如何解决问题

5.1.2应用示例

5.2计算机问题求解

5.2.1计算机问题求解过程

5.2.2计算机问题求解要点

5.3伪代码

5.3.1伪代码的功能

5.3.2伪代码示例

5.4算法基础

5.4.1使用选择结构

5.4.2使用循环结构

5.4.3复合变量及用法

5.4.4搜索算法

5.4.5排序算法

5.5几个重要思想

5.6小结

5.7习题

第6章程序设计语言

6.1计算机语言的演化

6.1.1机器语言

6.1.2汇编语言

6.1.3高级语言

6.2翻译

6.2.1编译和解释

6.2.2翻译过程

6.3编程范式

6.3.1命令式范式

6.3.2声明式范式

6.4高级程序语言的共同概念

6.4.1数据类型

6.4.2标识符

6.4.3输入输出结构

6.4.4表达式

6.4.5语句

6.5面向对象语言的要素

6.5.1封装

6.5.2继承

6.5.3多态性

6.6小结

6.7习题

第7章操作系统

7.1操作系统的角色

7.1.1应用软件与系统软件

7.1.2操作系统的基本功能

7.2操作系统的历史及演化

7.2.1批处理

7.2.2分时系统

7.2.3其他

7.3内存管理

7.3.1单道程序

7.3.2多道程序

7.4进程管理

7.4.1进程状态

7.4.2进程控制块

7.4.3CPU调度

7.5设备管理

7.6文件系统与

7.6.1文件系统

7.6.2

7.7主流操作系统介绍

7.7.1UNIX

7.7.2Linux

7.7.3Windows

7.7.4Mac OS

7.7.5移动端操作系统

7.8小结

7.9习题

第8章计算机网络

8.1计算机网络概述

8.2网络的类型

8.3网络模型及网络协议

8.3.1OSI模型

8.3.2TCP/IP模型

8.3.3TCP/IP协议的功能

8.4网络地址

8.4.1网络地址概述

8.4.2子网掩码

8.5家庭上网方式

8.6网络互联

8.6.1传输介质

8.6.2网络互联设备

8.7小结

8.8习题

第9章因特网应用

9.1因特网概述

9.1.1因特网的起源及发展

9.1.2中国因特网的发展

9.1.3互联网与因特网的区别

9.2电子邮件

9.2.1电子邮件系统有关协议

9.2.2电子邮件工作原理

9.2.3电子邮件的使用

9.3FTP

9.4Telnet

9.5域名系统

9.5.1域名规则

9.5.2域名与IP地址解析

9.6万维网

9.6.1Web工作原理

9.6.2Web工作的3种情景

9.6.3HTML简介

9.7小结

9.8习题

第10章数据库

10.1数据库概述

10.1.1数据库系统的应用

10.1.2数据库系统的产生

10.2数据抽象

10.3数据库模型

10.3.1层次数据库

10.3.2网状数据库

10.3.3关系数据库

10.4关系数据库详解

10.4.1关系数据库模型

10.4.2结构化查询语言

10.5数据库设计

10.5.1实体联系模型的基本概念

10.5.2实体—联系图的基本图素

10.5.3从ER图到关系 

10.6大数据简介

10.6.1大数据的概念与意义

10.6.2大数据的来源

10.6.3大数据的应用场景

10.6.4大数据的处理方法

10.7小结

10.8习题

第11章软件工程

11.1软件工程概述

11.1.1软件的特点

11.1.2软件危机

11.1.3软件工程的概念

11.2软件开发模型

11.2.1瀑布模型

11.2.2增量模型

11.3软件生命周期

11.3.1软件生命周期阶段划分

11.3.2生命周期理论对开发过程的指导意义

11.3.3定义时期

11.3.4设计阶段

11.3.5实现阶段

11.3.6测试阶段

11.3.7软件文档

11.4软件项目管理

11.4.1软件项目管理概况

11.4.2软件过程能力评估

11.5小结

11.6习题

第12章信息安全

12.1信息安全概述

12.1.1信息安全的必要性

12.1.2信息安全的定义及属性

12.1.3安全威胁

12.1.4安全技术

12.2对称密钥密码

12.2.1传统对称密钥密码

12.2.2现代对称密钥密码

12.3非对称密钥密码

12.4数字签名

12.4.1数字签名系统

12.4.2数字签名提供的安全服务

12.5认证

12.6防火墙

12.6.1包过滤防火墙

12.6.2代理防火墙

12.6.3状态监测防火墙

12.6.4防火墙技术展望

12.7计算机病毒

12.7.1计算机病毒的概念

12.7.2计算机病毒的分类

12.7.3计算机病毒的防御

12.8信息安全管理措施

12.9小结

12.10习题

第13章人工智能

13.1概论

13.1.1图灵测试

13.1.2人工智能的发展历程

13.1.3人工智能流派及发展

13.2知识表示

13.2.1知识的概念

13.2.2语义网法

13.2.3谓词逻辑法

13.3专家系统

13.4机器学习

13.4.1基本概念

13.4.2学习方式

13.4.3线性回归

13.4.4k近邻算法

13.4.5决策树

13.4.6贝叶斯算法

13.4.7聚类算法

13.4.8人工神经网络

13.5深度学习

13.5.1深度学习的特点

13.5.2常用的深度学习框架

13.6人工智能的主要成果

13.6.1人工智能的3个层次

13.6.2人工智能的主要应用领域

13.7小结

13.8习题

第14章计算的限制

14.1硬件限制

14.1.1算术运算的限制

14.1.2部件的限制

14.1.3通信的限制

14.2软件限制

14.2.1软件的复杂度

14.2.2当前提高软件质量的方法

14.3问题可解性

14.3.1算法比较

14.3.2图灵机

14.3.3停机问题

14.3.4算法分类

14.4小结

14.5习题

附录ASCII码对照表及其说明

参考文献

《计算机导论（微课视频版）》系统展示计算机科学的全貌；内容翔实、层次清晰、知识框架明确、重点突出，兼顾大数据和人工智能等内容。

全书通过大量图表生动讲解了计算机领域的基础核心知识，同时配套大量资源——微课视频（20个）、课件、学习建议、大纲与教案、习题答案、试卷（2套）、实验指导（7个），助力读者高效掌握《计算机导论（微课视频版）》内容，极具可读性。

刘进锋，教授。长期从事计算机专业的教学及科研工作，涉及课程范围较广，熟悉计算机专业的多个领域。主持、参与国家自然科学基金项目3项，发表高水平论文10余篇。