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編輯推薦

　　?本書特色：

　　統籌兼顧，綜閤安排計算機科學基礎知識與計算思維內容。

　　雙重作用，將計算機基礎知識作為計算思維應用的研究對象。

　　內容較廣，用多領域案例，嚮學生展現計算思維的應用。

　　前置要求低，讀者可無程序設計背景知識，適用於大學新生。

內容簡介

　　本書兼顧計算機科學基礎知識和計算思維，以計算思維相關內容為主，將信息錶示、計算機係統、操作係統、網絡、多媒體技術等知識穿插進來，選擇Python作為計算實踐的語言，內容更偏重於如何應用計算思維解決各領域問題，各領域包括計算機科學領域。實踐內容將在授課內容的基礎上進行拓展，並要求學生運用Python及相關的配套庫進行問題求解練習。最終，通過應用問題求解的講授和實踐，培養學生在理解計算機係統的基礎上，主動在各自專業學習中利用計算思維的方法和技能，進行問題求解的能力，並能動手解決具有一定難度的實際問題。 　　本書內容豐富，語言淺顯易懂，案例驅動，概念清晰，實用性強，適閤作為高等學校計算機基礎課程的教材，也可以作為計算機培訓、計算機等級考試和計算機初學者的參考書。

作者簡介

　　李暾 男，博士，副教授，畢業於國防科技大學計算機科學與技術專業。長期從事計算機專業相關課程教學與研究工作，承擔瞭“大學計算機基礎”“計算機程序設計”“離散數學”“軟件體係結構與設計”等課程的授課任務。在微處理器設計驗證、衛星綜閤電子係統等方麵發錶論文50餘篇，他引160餘次。在ACM*教學會議ITiCSE、《計算機教育》等會議和期刊發錶教學論文10餘篇，進入EI檢索3篇。

目錄

目錄大學計算機基礎(第2版)第1章計算與社會11.1計算概論11.2計算裝置發展簡史41.2.1機械式計算裝置41.2.2圖靈機和圖靈71.2.3現代電子計算機91.2.4計算機的發展趨勢121.3計算技術的應用131.4信息化社會與人181.5小結201.6習題20第2章Python簡介212.1引言212.2Python基本元素222.2.1對象、錶達式和數值類型222.2.2變量和賦值242.3分支語句252.4str類型與輸入272.5循環282.6內置數據結構292.6.1列錶292.6.2元組322.6.3字典332.7函數332.8麵嚮對象基礎362.9Python編程示例——模擬圖靈機40大學計算機基礎(第2版)目錄2.10小結442.11習題44第3章計算思維與計算機問題求解473.1計算思維483.1.1計算思維簡介483.1.2一個例子——混沌現象493.2計算機問題求解503.2.1基本步驟513.2.2Eratosthenes的篩子513.3算法、數據結構與程序543.3.1算法543.3.2數據結構563.3.3程序583.4算法設計593.4.1算法設計基礎593.4.2算法設計常用策略603.4.3算法示例613.4.4算法復雜度663.5程序設計語言683.5.1程序設計語言及其分類693.5.2Python實現編譯器示例713.6軟件開發方法及示例743.6.1軟件開發方法743.6.2結構化程序設計示例763.7小結793.8習題80第4章信息編碼及數據錶示824.1信息論基礎834.2進製854.2.1進製的概念854.2.2二進製864.2.3八進製和十六進製894.2.4二進製與八進製、十六進製之間的轉換894.3數字電路及模擬904.3.1邏輯門的建模與模擬914.3.2加法器建模與模擬944.3.3存儲電路建模與模擬964.4計算機數值錶示984.4.1計算機碼製994.4.2定點數和浮點數1014.5信息的數字化1034.5.1數值的數字化1034.5.2字符的數字化1054.5.3漢字編碼1074.5.4Ｕｎｉｃｏｄｅ碼1084.6信息處理示例——加解密1094.6.1RSA加密原理1094.6.2RSA的Python實現1104.7小結1144.8習題114第5章計算機係統組成與結構1185.1概述1195.1.1計算機硬件係統的結構1195.1.2計算機軟件1215.2中央處理器1225.2.1CPU的結構1225.2.2指令係統1235.2.3CPU的工作過程1255.2.4CPU高級話題1265.3存儲係統1285.3.1主存儲器係統1295.3.2輔存儲器係統1315.3.3高速緩存1335.4總綫1345.5輸入輸齣係統1355.5.1係統結構與控製1355.5.2常見的輸入輸齣設備1375.6Python構建馮·諾依曼體係結構模擬器1405.7計算機軟件概述1445.7.1軟件與軟件的組成1445.7.2軟件的特點1455.7.3幾類常用的軟件1465.7.4軟件的安全與保護1495.8小結1495.9習題150第6章操作係統1526.1概述1536.1.1操作係統發展簡史1536.1.2操作係統基礎1556.1.3常用的操作係統1566.2進程管理1586.2.1進程與程序1586.2.2進程狀態1606.2.3進程管理與調度1616.2.4利用Python查看進程信息1636.3存儲管理1656.3.1存儲管理概述1656.3.2存儲管理方式1676.3.3利用Python查看係統存儲信息1706.4文件管理1726.4.1文件與文件係統1726.4.2文件組織結構1746.4.3目錄與文件控製塊1756.4.4文件存儲空間管理1776.4.5Python文件操作1786.5設備管理1806.5.1設備管理基礎1806.5.2輸入輸齣軟件係統1816.6用戶接口1836.7操作係統的加載1856.8小結1866.9習題186第7章計算機網絡及應用1887.1計算機網絡基礎1897.1.1計算機網絡的發展曆史1897.1.2計算機網絡的分類1917.1.3計算機網絡體係結構與協議1927.1.4計算機網絡傳輸介質及設備1977.2局域網1997.2.1局域網概述1997.2.2介質訪問控製協議2007.2.3以太網2037.3Internet基礎2047.3.1Internet概述2047.3.2TCP/IP協議2067.3.3PythonTCP/IP網絡編程2117.4Internet應用2157.4.1萬維網2157.4.2電子郵件2187.4.3文件傳輸2197.4.4搜索引擎2207.4.5Python編程發送電子郵件2217.5無綫網絡2227.6物聯網2257.7Python案例——抓取網頁2277.8小結2327.9習題232第8章數據庫技術應用基礎2338.1概述2338.1.1數據管理發展簡史2358.1.2數據庫的基本概念2358.1.3數據庫技術管理數據的主要特徵2378.1.4數據庫的應用2388.2數據模型2408.2.1概念模型2418.2.2邏輯模型2458.2.3E�睷模型到關係模型的轉化2498.3數據庫管理係統2498.3.1數據庫管理係統的功能2508.3.2常見數據庫管理係統軟件2518.4Python數據庫程序設計示例2538.5數據分析示例2558.6小結2608.7習題260第9章多媒體技術基礎2629.1概述2639.1.1多媒體的基本概念2639.1.2多媒體計算機係統組成2649.1.3多媒體技術的主要應用2669.2數字音頻2679.2.1聲音的數字化2679.2.2數字音頻的技術指標2689.2.3數字音頻處理2699.2.4常用音頻文件格式2719.3數字圖像處理技術2729.3.1圖像的顔色2729.3.2圖像的數字化2749.3.3數字圖像的屬性2759.3.4位圖與矢量圖2769.3.5圖像的加工處理2779.3.6常用圖像文件格式2789.3.7Python繪製分形圖形2799.4視頻和動畫技術2829.4.1視頻基礎2829.4.2常用視頻文件格式2839.4.3計算機動畫概述2839.4.4動畫文件格式2849.5多媒體數據壓縮2849.5.1概述2849.5.2數據壓縮標準2879.5.3數據壓縮示例及Python實現2879.6Python示例——生成驗證碼2939.7小結2949.8習題294第10章計算機發展新技術29710.1高性能計算29810.1.1高性能計算的含義及意義29810.1.2高性能計算的關鍵技術29910.1.3高性能計算的典型應用30310.1.4高性能計算的發展挑戰30310.2雲計算與大數據30510.2.1雲計算30510.2.2大數據30710.3人工智能30910.3.1人工智能的基本概念與發展曆程30910.3.2搜索31010.3.3知識錶示與推理31110.3.4機器學習31310.3.5智能控製31610.4新型計算技術31710.4.1量子計算31710.4.2光計算31810.4.3生物計算31810.5小結31910.6習題320參考文獻321

精彩書摘

　　第5章計算機係統組成與結構【學習內容】　　本章介紹計算機係統的相關內容，主要知識點包括如下。　　(1)計算機係統的基本概念及其組成。　　(2)馮·諾依曼體係結構及其工作機製。　　(3)中央處理器的結構和工作原理。　　(4)存儲係統的基礎知識與工作原理。　　(5)總綫結構、工作過程及常用標準。　　(6)輸入輸齣控製方式。　　(7)計算機軟件係統的分類、層次結構及主要功能。　　(8)計算思維在計算機係統中的體現。　　【學習目標】　　通過本章的學習，讀者應掌握以下內容。　　(1)瞭解計算機係統的組成，理解係統各部分的作用。　　(2)理解馮·諾依曼體係結構。　　(3)掌握中央處理器的工作過程。　　(4)理解存儲係統的設計原理、構成和工作原理。　　(5)理解輸入輸齣係統的構成和控製方式，掌握基本術語和一些指標的計算方法。　　(6)理解總綫結構、工作原理以及評價指標。　　(7)瞭解CISC、RISC、流水及並行處理等概念。　　(8)瞭解計算機軟件係統的分類、層次結構及主要功能。　　(9)瞭解對復雜係統如馮·諾依曼體係結構的抽象與模擬的方法。本章主要介紹信息處理的核心裝置——計算機的硬件係統，包括其結構、如何支持信息處理，以及各部分在信息處理中的作用。首先從全局角度介紹計算機係統的體係結構，以馮·諾依曼體係結構為依據，介紹計算機係統的硬件構成。然後圍繞該體係結構的各部件，介紹它們如何進行信息錶示、信息傳遞和信息處理，偏重於各部件的核心構成以及基本工作原理，並用模擬的方法進行研究。最後介紹軟件係統的基礎知識。大學計算機基礎(第2版)第5章計算機係統組成與結構5.1概述　　一般來說，計算機是一種可編程的機器，它接收輸入，存儲並且處理數據，然後按某種有意義的格式進行輸齣。可編程指的是能給計算機下一係列的命令，並且這些命令能被保存在計算機中，並在某個時刻能被取齣執行。　　通常所說的計算機實際上指的是計算機係統，它包括硬件和軟件兩大部分。硬件係統指的是物理設備，包括用於存儲並處理數據的主機係統，以及各種與主機相連的、用於輸入和輸齣數據的外部設備，如鍵盤、鼠標、顯示器和磁帶機等，根據其用途又分為輸入設備和輸齣設備。計算機的硬件係統，是整個計算機係統運行的物理平颱。計算機係統要能發揮作用，僅有硬件係統是不夠的，還需要具備完成各項操作的程序，以及支持這些程序運行的平颱等條件，這就是軟件係統。所以，一個實際的計算機係統通常由圖5��1所示的結構構成。　　圖5��1計算機係統的構成　　……

前言/序言

　　　　齣版說明　　高等學校計算機基礎教育教材精選在教育部關於高等學校計算機基礎教育三層次方案的指導下，我國高等學校的計算機基礎教育事業蓬勃發展。經過多年的教學改革與實踐，全國很多學校在計算機基礎教育這一領域中積纍瞭大量寶貴的經驗，取得瞭許多可喜的成果。　　隨著科教興國戰略的實施以及社會信息化進程的加快，目前我國的高等教育事業正麵臨著新的發展機遇，但同時也必須麵對新的挑戰。這些都對高等學校的計算機基礎教育提齣瞭更高的要求。為瞭適應教學改革的需要，進一步推動我國高等學校計算機基礎教育事業的發展，我們在全國各高等學校精心挖掘和遴選瞭一批經過教學實踐檢驗的優秀的教學成果，編輯齣版瞭這套教材。教材的選題範圍涵蓋瞭計算機基礎教育的三個層次，包括麵嚮各高校開設的計算機必修課、選修課以及與各類專業相結閤的計算機課程。　　為瞭保證齣版質量，同時更好地適應教學需求，本套教材將采取開放的體係和滾動齣版的方式（即成熟一本、齣版一本，並保持不斷更新），堅持寜缺毋濫的原則，力求反映我國高等學校計算機基礎教育的最新成果，使本套叢書無論在技術質量上還是文字質量上均成為真正的“精選”。　　清華大學齣版社一直緻力於計算機教育用書的齣版工作，在計算機基礎教育領域齣版瞭許多優秀的教材。本套教材的齣版將進一步豐富和擴大我社在這一領域的選題範圍、層次和深度，以適應高校計算機基礎教育課程層次化、多樣化的趨勢，從而更好地滿足各學校由於條件、師資和生源水平、專業領域等的差異而産生的不同需求。我們熱切期望全國廣大教師能夠積極參與到本套叢書的編寫工作中來，把自己的教學成果與全國的同行們分享；同時也歡迎廣大讀者對本套教材提齣寶貴意見，以便我們改進工作，為讀者提供更好的服務。　　我們的電子郵件地址是jiaoh@tup.tsinghua.edu.cn。聯係人：焦虹。　　清華大學齣版社　　前言　　大學計算機基礎(第2版)人要成功融入社會所必備的思維能力，是由其所處時代能夠獲得的工具決定的。計算機是信息社會的必備工具之一，如何有效利用計算機分析和解決問題，將與閱讀、寫作和算術一樣，成為21世紀每個人的基本技能，而不僅僅屬於計算機專業人員。計算機正在對人們的生活、工作，甚至思維産生深刻的影響。　　“大學計算機基礎”是大學本科教育的第一門計算機公共基礎課程，它的改革越來越受到人們的關注。課程的主要目的是從使用計算機、理解計算機係統和計算思維3個方麵培養學生的計算機應用能力。從2008年開始，以“計算思維”的培養為主綫開展計算科學通識教育，逐漸成為國內外計算機基礎教育界的共識。　　基於這種認識，作者對第一版教材進行瞭較大幅度的修改，增加瞭計算思維所占的比重。指導思想是兼顧計算機基礎知識和計算思維，選擇Python作為實踐語言，將信息錶示與處理、計算機係統、網絡、數據庫、多媒體等知識既作為教學內容，又作為計算思維求解問題的研究對象，並加以實踐，教材內容更偏重於如何應用計算思維解決各領域問題。最終，希望通過這種問題求解的學習和實踐，培養學生在理解計算機基礎知識的同時，能主動在各自專業學習中利用計算思維的方法和技能，進行問題求解，能動手解決具有一定難度的實際問題。　　本書包含10章，大緻可分為如下部分：計算與社會（第1章）、計算思維與問題求解基礎（第2、3章）、信息錶示及處理（第4、8、9章）、計算機係統與網絡（第5～7章）、計算機發展新技術（第10章）。　　本書內容涉及計算機專業多門課程的知識，概念龐雜，術語繁多。錶麵上看，章與章之間的聯係鬆散。對於初學者來說,學好這門課程並不容易，融會貫通就更加睏難。如何把握全書的脈絡？建議以“信息錶示和信息處理”和“計算思維與計算機問題求解”作為理解章節內容聯係的兩條主要綫索。　　計算機係統是信息處理的工具，而信息處理依賴於某種形式的信息錶示。本書主要介紹用二進製錶示數值信息、字符信息、聲音信息和圖像信息的方法，以文件和數據庫形式組織信息的技術，計算機係統處理信息的工作原理。每一個計算機係統功能都涉及某類或某幾類信息，每一個計算機係統功能都可以轉換為信息處理過程。讀者應該思考：這些信息是怎樣錶示的？為什麼要使用這種錶示方法？計算機係統功能由哪些信息處理過程組成？這些處理過程包含哪些步驟？處理步驟是如何（自動）實現的？在理解信息錶示和信息處理的基礎上，學習計算思維與計算機問題求解方法，是為瞭更好地發揮計算機的作用，解決具體問題。讀者在學習計算思維與計算機問題求解時，應該考慮：以計算機基礎知識為研究內容，計算思維如何思考問題和解決問題，如何類比到其他領域的問題上。碰到具體問題時，可以考慮該問題是否有計算的解，解是什麼，如何實現解，如何讓計算機幫助求解。　　如果這些問題都明晰瞭，對融會貫通全書內容會有很大幫助。　　本書適用於計算機專業和非計算機專業一年級新生，不要求有計算機程序設計經驗，並且也不是以程序設計為主要內容，而是要求學生專注於理解計算思維求解問題的方法和技能。本書中一些Python語言基礎知識的介紹，是幫助讀者閱讀和理解教材中給齣的Python程序。希望讀者能在理解的基礎上，對這些程序進行小修改，來實踐自己的問題求解方法。　　本書的第1、4章由陳躍新編寫，第3章大部分由王挺編寫，第2和第5～7章由李暾編寫，第8章由賈麗麗編寫，第9章由黃旭慧編寫，第10章由陳立前編寫，各章案例及新增內容由李暾編寫。全書由李暾、毛曉光負責統稿。王誌英、寜洪、陳懷義和王保恒等教授對本書的編寫給予瞭許多指導，陳立前為本書的文字整理和校對做瞭大量工作。此外，本書還參考瞭很多文獻資料和網絡素材，在此一並錶示衷心的感謝。　　本書的寫作集體根據多年的教學實踐，在內容的甄選、全書組織形式等方麵既藉鑒瞭同類書的成功經驗，也做齣瞭自己的努力進行瞭改進，而且改進的空間還很大，熱切希望廣大讀者能夠予以斧正。　　作者　　2017年7月18日大學計算機基礎(第2版)

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