这是一本系统地介绍计算机工作原理、培养学生计算机应用技能和计算思维能力的大学计算机基础教材。

本教材以计算机软硬件组成和工作原理为主线，着重讨论了二进制数与信息表示、计算机硬件组成、计算机语言和程序设计、算法、数据结构、操作系统、计算机网络、信息安全等内容，在讨论计算机软硬件知识的同时，通过挖掘计算机自身发展规律和解决各种问题的普遍性方法，培养学生运用计算机解决本专业问题的能力和在本专业拓展计算机应用范围的能力。

本教材将计算机基础知识、计算机应用技能和计算思维有机集成，不仅清楚表达了计算机能够做什么及如何做，而且给出了基于信息技术解决现实生活中问题和其他专业问题的科学方法。

本教材适合作为“大学计算机基础”课程教材，对于需要系统了解计算机软硬件组成和工作原理的人员，也是一本非常好的入门书籍。

随着高校非计算机专业课程实现1+X教学模式，“大学计算机基础”课程的教学内容和教学目标已经发生重大改变，该课程的教学目标不再是单纯培养学生计算机应用技能，而是需要实现以下多个目标: 一是培养学生计算思维能力；二是使学生全面了解计算机；三是培养学生计算机应用技能；四是为学生学习后续课程打下基础。培养学生的计算思维能力就是使学生具有以下三种能力，一是用计算机解决问题的方法解决其他专业领域中的问题的能力；二是将计算机应用拓展到其他专业领域，并因此产生新的计算机应用领域的能力；三是用计算机的新技术解决现实生活中尚未解决的问题的能力。但这些能力不是凭空生成的，而是需要学生在学习计算机工作原理和用计算机解决现实问题的过程中养成，因此，掌握计算机工作原理和计算机解决问题的方法是培养计算思维的基础，培养学生计算机应用技能与培养学生计算思维能力是相辅相成、不可分割的。

本教材的最大特点是有机地集成计算机基础知识、计算机应用技能和计算思维三方面内容，通过挖掘计算机自身发展规律和解决各种问题的普遍性方法，培养学生具有计算机科学家一样的思维方式；通过全面了解计算机具有的功能、计算机解决问题的方法，使学生具有把握本专业新的发展方式和发展方向的能力；通过深入介绍PC和Windows 7的基本功能，尤其是网络功能和安全功能，使学生具备计算机应用技能，尤其是访问Internet资源和信息安全技能；通过全面介绍计算机基础知识，为学生进一步学习其他计算机课程打下基础。

本教材以计算机软硬件组成和工作原理为主线，着重讨论了二进制数与信息表示、计算机硬件组成、计算机语言和程序设计、算法、数据结构、操作系统、计算机网络、信息安全等内容。全书充满趣味性，通过大量有趣例子形象阐述抽象原理和方法。

作为一本无论在内容组织、叙述方法，还是教学目标都和传统“大学计算机基础”教材有一定区别的新教材，错误和不足之处在所难免，殷切希望使用该教材的老师和学生批评指正，也殷切希望读者能够就教材内容和叙述方式提出宝贵建议和意见，以便进一步完善教材内容。

  作者

2014年2月于南京

第1章概述/1

1.1计算机发展过程/1

1.1.1计算机定义/1

1.1.2计算机先驱——图灵机/2

1.1.3冯·诺依曼结构/5

1.1.4计算机系统/6

1.1.5计算机硬件发展过程/8

1.1.6计算机软件发展过程/10

1.1.7计算机分类/14

1.1.8计算机技术现状与趋势/17

1.2计算思维定义与内涵/19

1.2.1计算思维定义和特征/19

1.2.2计算思维内涵/21

1.2.3计算思维能力培养过程/21

1.3计算机引发的新的领域和问题/22

1.3.1计算机引发的新的领域/22

1.3.2计算机引发的问题/25

本章小结/26

习题/27第2章二进制数与信息表示/28

2.1二进制数/28

2.1.1数的进制/28

2.1.2二进制数基本计算/33

2.1.3二进制数奇妙特性/34

2.1.4二进制数检错与纠错/37

2.2数值表示/40

2.2.1补码与计算过程机械化/40

2.2.2浮点数/432.3字符表示/45

2.3.1ASCII/45

2.3.2GBK和Unicode/47

2.4图形和图像表示/49

2.4.1像素和分辨率/50

2.4.2图形/50

2.4.3图像/52

2.5音频表示/53

2.5.1A /D转换 /54

2.5.2D/A转换/55

2.6视频表示/56

2.6.1A/D转换过程/56

2.6.2不同分辨率映射过程/57

2.7数据压缩/58

2.7.1压缩算法类型/58

2.7.2霍夫曼编码/58

2.7.3音频数据和视频数据压缩思路/62

本章小结/63

习题/63第3章计算机硬件组成/66

3.1从图灵机模型到冯·诺依曼结构/66

3.1.1图灵机模型/66

3.1.2冯·诺依曼结构/68

3.2核心部件功能和指令执行过程/69

3.2.1存储器/69

3.2.2运算器/71

3.2.3控制器/73

3.2.4计算机工作过程/74

3.2.5存储程序的本质/77

3.3PC硬件组成和工作原理/78

3.3.1PC系统/78

3.3.2PC结构/81

3.4PC核心部件性能指标/87

3.4.1CPU/87

3.4.2存储器/91

3.4.3显示系统/92

3.4.4硬盘/93

3.5PC发展过程/95

3.5.1PC性能演变过程/95

3.5.2PC应用演变过程/98

3.5.3PC发展过程的几点启示/99

本章小结/100

习题/101第4章计算机语言和程序设计/103

4.1机器语言/103

4.1.1模型机结构/103

4.1.2机器指令系统/106

4.1.3机器语言程序设计/108

4.1.4机器语言特点/117

4.2汇编语言/118

4.2.1汇编指令与机器指令/118

4.2.2汇编语言程序设计/120

4.2.3汇编语言的特点和启迪/122

4.3面向过程语言/123

4.3.1语法说明/124

4.3.2程序设计/129

4.3.3面向过程语言的特点和启迪/132

4.3.4常见的面向过程语言/135

4.4面向对象语言/135

4.4.1面向过程程序设计方法及局限/135

4.4.2面向对象程序设计方法/136

4.4.3面向对象语言的特点与启迪/138

4.4.4常见的面向对象语言/139

4.5软件面临的问题/139

4.5.1软件漏洞/140

4.5.2软件保护/140

本章小结/141

习题/142第5章算法/144

5.1算法的作用和定义/144

5.1.1算法的作用/144

5.1.2算法的定义/144

5.1.3算法分层和抽象/146

5.1.4算法设计/146

5.1.5算法分析/150

5.1.6算法的重要性/150

5.2排序算法/151

5.2.1问题说明/151

5.2.2冒泡排序算法/152

5.2.3快速排序算法/155

5.2.4排序算法分析/160

5.2.5排序算法的启迪/160

5.3折半查找算法/161

5.3.1顺序查找算法的缺陷/161

5.3.2猜数字游戏/162

5.3.3折半查找算法设计与实现/165

5.3.4折半查找算法的启迪/167

5.4汉诺塔问题/168

5.4.1问题描述/168

5.4.2问题解决思路/168

5.4.3算法设计和实现/171

5.4.4移动次数分析/172

5.4.5汉诺塔问题的启迪/173

5.5算法时间复杂度分析/174

5.5.1算法时间复杂度比较/174

5.5.2P问题和NP问题/174

本章小结/175

习题/175第6章数据结构/177

6.1数据结构研究内容和定义/177

6.1.1术语/177

6.1.2数据结构研究内容/177

6.1.3数据结构定义/178

6.2数组和链表/179

6.2.1基本知识/179

6.2.2存储方式/181

6.2.3操作过程/183

6.2.4性能特性/189

6.2.5数组和链表的启迪/191

6.3堆栈和队列/192

6.3.1堆栈/192

6.3.2队列/194

6.3.3堆栈和队列的几点说明/197

6.4二叉树/197

6.4.1树与二叉树/197

6.4.2二叉树存储结构/200

6.4.3二叉树遍历/202

6.4.4折半查找树/206

6.5图/210

6.5.1图的一般概念/210

6.5.2图存储结构/212

6.5.3最短路径算法/214

6.5.4图的其他操作/215

6.6数据结构的启迪/216

本章小结/216

习题/217第7章操作系统/220

7.1操作系统概述/220

7.1.1操作系统功能/220

7.1.2操作系统发展过程/222

7.1.3操作系统现状/224

7.2进程管理/225

7.2.1程序、进程和线程/226

7.2.2进程控制/227

7.3存储管理/230

7.3.1连续存储空间分配和重定位/230

7.3.2分页和重定位/232

7.3.3虚拟存储器/235

7.4设备管理/237

7.4.1程序查询/237

7.4.2程序中断/238

7.4.3DMA/239

7.4.4三种数据传输方式比较/240

7.5文件管理/241

7.5.1文件、和路径/241

7.5.2硬盘逻辑结构/242

7.5.3文件系统实现过程/243

7.5.4文件操作/247

7.6操作系统的启迪/249

7.7Windows 7/250

7.7.1PC结构和系统引导过程/250

7.7.2用户界面/251

7.7.3进程管理/254

7.7.4设备管理/256

7.7.5文件管理/257

本章小结/260

习题/260第8章计算机网络/262

8.1网络概述/262

8.1.1互连网结构/262

8.1.2基本术语/263

8.1.3计算机网络定义/264

8.1.4计算机网络分类/265

8.1.5计算机网络协议和体系结构/267

8.2以太网/271

8.2.1以太网结构/271

8.2.2以太网MAC帧传输过程/273

8.2.3以太网标准/275

8.3无线局域网/276

8.3.1信道/277

8.3.2IBSS/277

8.3.3ESS/278

8.3.4无线局域网标准/280

8.4IP与网络互连/281

8.4.1网络互连和IP分组传输过程/281

8.4.2IP地址/282

8.4.3AP与路由器的区别/285

8.4.4例题解析/286

8.5Internet接入过程/288

8.5.1接入控制协议与接入方式/288

8.5.2局域网接入Internet方式/290

8.6DNS与DHCP/292

8.6.1DNS/292

8.6.2DHCP/293

8.7计算机网络的启迪/294

8.8Windows 7网络功能/295

8.8.1创建宽带连接/295

8.8.2配置网络信息/297

8.8.3创建无线临时网络/299

8.8.4桥接/302

8.8.5家庭局域网接入Internet /303

8.8.6共享Internet接入/307

8.8.7共享资源/310

8.8.8网络管理与监测命令/320

本章小结/324

习题/325第9章信息安全/328

9.1信息安全概述/328

9.1.1信息安全问题/328

9.1.2信息安全目标/334

9.2信息安全技术/335

9.2.1加密技术/335

9.2.2报文摘要技术/336

9.2.3数字签名技术/337

9.2.4病毒监测技术/337

9.2.5鉴别技术/339

9.2.6防火墙技术/340

9.3信息安全的启迪/343

9.4Windows 7安全功能/344

9.4.1UAC/344

9.4.2Windows Defender/350

9.4.3防火墙/354

本章小结/363

习题/364英文缩写词/365