计算机科学导论 / 普通高等院校计算类专业规划教材·精品系列
定价：￥56.00
作者： 金保华，韩丽
出版时间：2025-09
最新印次日期：2025-9
出版社：中国铁道出版社
河南省“十四五”普通高等教育规划教材
- 中国铁道出版社
- 9787113323820
- 1版
- 572106
- 16开
- 2025-09
- 工学
- 计算机类
- 计算机类
- 本科
作者简介
内容简介
“计算机科学导论”作为计算机类专业的必修课，旨在引导刚刚进入大学的新生对计算机基础知识及发展前沿有一个系统的认知，从而为计算机类专业的后续课程打下基础。本书不仅是学习计算机类专业知识的引导教材，也是大学计算机类专业的基础课教材。全书内容覆盖计算机科学的多个重要领域，结构严谨，层次分明，叙述准确，并紧密结合计算机技术与理论的新进展，确保与行业发展保持同步。全书共11章，包括概述、计算基础、计算机系统、程序设计基础、数据结构与算法、软件工程、操作系统、数据库与大数据、计算机网络、人工智能及计算机类专业课程体系。
目录
第1章概述..........................................1
1.1计算的历史........................................1
1.2计算机的由来....................................6
1.3计算机的应用领域和发展趋势........9
1.3.1计算机的应用领域.....................9
1.3.2计算机的发展趋势....................11
1.4计算系统的层次框架.......................12
1.5计算机与职业素养...........................13
1.5.1计算机对社会的积极影响........13
1.5.2计算机对社会的消极影响........14
1.6计算机与职业规划...........................15
1.6.1学科培养的基本能力................15
1.6.2职业分类....................................16
1.6.3职业规划....................................16
1.7计算机职业道德...............................16
1.7.1计算机从业人员道德................16
1.7.2计算机普通用户道德................17
1.7.3网络隐私与言论自由................19
1.7.4信息安全与风险管理................20
1.7.5计算机犯罪................................20
小结............................................................22
习题............................................................22
第2章计算基础.................................26
2.1进位计数制.......................................26
2.1.1常用进制....................................26
2.1.2进制转换....................................29
2.2数值数据的表示...............................32
2.2.1数的机器码表示........................32
2.2.2定点数的表示及运算................35
2.2.3浮点数的表示............................37
2.3文本数据的表示...............................39
2.3.1ASCII字符集.............................39
2.3.2Unicode字符集..........................40
2.3.3汉字编码....................................40
2.4条形码与二维码...............................43
2.4.1条形码........................................43
2.4.2二维码........................................46
2.5音频、图像和视频信息的表示.......48
2.5.1音频信息的数字化表示............48
2.5.2图像、视频信息的数字化表示............................................49
小结............................................................51
习题............................................................52
第3章计算机系统.............................54
3.1计算机硬件系统...............................54
3.1.1冯·诺依曼结构........................54
3.1.2物理部件....................................55
3.1.3内部结构....................................60
3.2计算机软件系统...............................64
3.2.1指令系统....................................64
3.2.2指令格式与指令周期................65
3.2.3软件分类....................................70
3.2.4计算机硬件和软件的关系........71
3.3计算机性能指标...............................71
3.4国产计算机与自主可控...................73
小结............................................................75
习题............................................................75
第4章程序设计基础.........................77
4.1程序设计语言简介...........................77
4.2由机器语言到高级语言...................77
4.2.1机器语言....................................78
4.2.2汇编语言与汇编程序................78
4.2.3高级语言与编译器....................79
4.3程序设计语言的执行过程...............80
4.3.1编辑源文件................................80
4.3.2预处理及编译............................80
4.3.3链接............................................83
4.3.4加载和运行................................83
4.4高级程序设计语言类型...................85
4.4.1面向过程语言............................85
4.4.2面向对象语言............................86
4.4.3函数式语言................................87
4.4.4逻辑式语言................................87
4.5高级语言编程示例...........................88
4.6编程语言及编译器的自主创新之路...................................................92
4.6.1编程语言的自主创新之路........92
4.6.2编译器的自主创新之路............94
小结............................................................94
习题............................................................94
第5章数据结构与算法.....................98
5.1数据结构概述...................................98
5.1.1数据结构简介............................99
5.1.2数据的逻辑结构........................99
5.1.3数据的存储结构.......................101
5.1.4数据结构的选择.......................102
5.2算法基础..........................................102
5.2.1算法简介...................................102
5.2.2算法描述...................................105
5.2.3算法效率度量...........................106
5.3从问题到算法设计..........................107
5.3.1问题抽象与建模.......................107
5.3.2数据结构选择与设计...............108
5.3.3算法设计与问题求解...............109
5.4算法设计思想..................................111
5.4.1递归与分治：问题分解与解决.......................................111
5.4.2贪心算法：局部最优解的全局应用...................................112
5.4.3暴力法与穷举法：无优化的全枚举.......................................114
5.4.4回溯法：搜索解空间...............116
5.4.5排序与查找：经典算法的应用...........................................117
5.4.6图论算法：社交网络与路径问题...........................................119
5.5算法优化与社会应用......................120
5.5.1算法优化：效率提升的价值...........................................121
5.5.2算法之弊：效率至上的代价...........................................121
小结...........................................................122
习题...........................................................123
第6章软件工程................................125
6.1软件工程概述及软件生命周期......125
6.1.1软件工程的定义及主要目标...........................................125
6.1.2软件工程的发展史...................126
6.1.3软件生命周期...........................127
6.2软件开发过程..................................128
6.2.1可行性分析...............................128
6.2.2需求分析...................................129
6.2.3总体设计...................................132
6.2.4详细设计...................................134
6.2.5编码实现...................................136
6.3软件测试与维护..............................137
6.3.1软件测试...................................137
6.3.2软件维护...................................139
6.4软件成本估算..................................140
6.5软件开发规范与团队协作..............141
6.5.1软件开发规范...........................141
6.5.2个人与团队...............................142
小结...........................................................143
习题...........................................................143
第7章操作系统................................145
7.1初识操作系统..................................145
7.1.1操作系统的定义.......................145
7.1.2计算机的启动过程...................146
7.2操作系统的发展史..........................148
7.3处理机管理......................................152
7.3.1进程管理...................................153
7.3.2处理机调度...............................155
7.4存储管理..........................................156
7.4.1内存分配与回收.......................157
7.4.2内存管理的其他功能...............159
7.4.3内存中的栈和堆.......................160
7.5设备管理..........................................161
7.5.1设备管理的功能.......................161
7.5.2磁盘的性能和调度...................162
7.6文件管理..........................................163
7.6.1文件...........................................163
7.6.2目录管理...................................166
7.6.3文件管理的其他功能...............169
7.7用户接口..........................................170
7.8操作系统的分类..............................170
7.9主流操作系统..................................171
7.9.1Windows操作系统...................171
7.9.2UNIX操作系统........................172
7.9.3Linux操作系统.........................173
7.9.4macOS.......................................174
7.10自主研发之路................................174
7.10.1国产操作系统的发展历程.....174
7.10.2主流国产操作系统.................176
7.11未来操作系统发展趋势.................179
小结...........................................................181
习题...........................................................181
第8章数据库与大数据....................184
8.1数据库技术概述..............................184
8.1.1初识数据库...............................184
8.1.2数据库管理系统主要功能.......185
8.1.3数据库技术的发展...................186
8.1.4数据库系统的构成...................189
8.2结构化数据库的基础：关系模型与SQL..............................................190
8.2.1表结构与关系模型...................190
8.2.2SQL基础...................................192
8.2.3关系数据库管理系统...............196
8.2.4数据由抽象到理论到设计.......197
8.3数据挖掘与运用..............................198
8.3.1数据挖掘问题的提出...............198
8.3.2关联规则基本概念...................198
8.3.3频繁项集挖掘方法...................199
8.3.4多维数据挖掘...........................199
8.4大数据..............................................200
8.4.1大数据的产生、特征与重要性...................................200
8.4.2多样化的数据管理——NoSQL.......................................201
8.4.3大数据存储...............................201
8.4.4大数据处理...............................203
8.4.5大数据与社会...........................204
8.5国产数据库软件与自主创新之路..................................................206
8.5.1国产数据库软件产品...............206
8.5.2自主创新之路...........................207
小结...........................................................208
习题...........................................................208
第9章计算机网络.............................211
9.1计算机网络概述..............................211
9.1.1定义与功能...............................211
9.1.2发展历程...................................212
9.1.3网络分类...................................213
9.1.4网络体系结构...........................216
9.2网络传输介质与设备......................217
9.2.1网络传输介质...........................218
9.2.2物理层设备...............................219
9.2.3数据链路层设备.......................220
9.2.4网络层设备...............................221
9.3Internet基础知识............................223
9.3.1Internet概述..............................224
9.3.2IP地址简介...............................225
9.3.3传输层协议...............................228
9.3.4应用层协议...............................231
9.4新兴网络技术..................................234
9.4.1云计算.......................................235
9.4.2物联网.......................................237
9.4.3空天地一体化网络...................239
9.5中国网络技术自主创新..................242
9.5.1国产核心协议与设备...............242
9.5.2关键技术突破...........................244
9.5.3典型行业应用...........................245
小结...........................................................246
习题...........................................................247
第10章人工智能..............................248
10.1初识人工智能................................248
10.1.1人工智能的产生和发展阶段.........................................249
10.1.2人工智能应用领域.................251
10.1.3人工智能未来挑战.................252
10.2人工智能核心技术........................253
10.2.1机器学习.................................253
10.2.2深度学习.................................264
10.2.3自然语言处理.........................268
10.2.4计算机视觉.............................272
10.2.5知识图谱.................................278
10.3大语言模型....................................281
10.3.1生成式人工智能概述.............281
10.3.2大语言模型基础.....................284
10.3.3生成式人工智能基本原理.....287
10.3.4提示词工程原理及技巧.........288
10.3.5生成式人工智能应用领域.....293
10.3.6国产大模型应用前景与挑战.....................................295
10.4国产人工智能与自主创新之路....297
小结...........................................................299
习题...........................................................299
第11章计算机类专业课程体系......301
11.1计算学科........................................301
11.1.1计算学科的历史背景.............301
11.1.2计算学科领域的分化.............302
11.2计算机类专业划分及能力要求.....302
11.2.1计算机科学.............................304
11.2.2网络工程.................................306
11.2.3网络空间安全.........................306
11.2.4数据科学与大数据技术.........307
11.2.5人工智能.................................309
11.2.6物联网工程.............................309
11.3计算机专业核心课程及其作用.....310
11.3.1数理基础类课程.....................310
11.3.2计算机硬件类课程.................312
11.3.3计算机软件类课程.................314
11.3.4计算机应用类课程.................316
小结...........................................................316
参考文献....................................................318
1.1计算的历史........................................1
1.2计算机的由来....................................6
1.3计算机的应用领域和发展趋势........9
1.3.1计算机的应用领域.....................9
1.3.2计算机的发展趋势....................11
1.4计算系统的层次框架.......................12
1.5计算机与职业素养...........................13
1.5.1计算机对社会的积极影响........13
1.5.2计算机对社会的消极影响........14
1.6计算机与职业规划...........................15
1.6.1学科培养的基本能力................15
1.6.2职业分类....................................16
1.6.3职业规划....................................16
1.7计算机职业道德...............................16
1.7.1计算机从业人员道德................16
1.7.2计算机普通用户道德................17
1.7.3网络隐私与言论自由................19
1.7.4信息安全与风险管理................20
1.7.5计算机犯罪................................20
小结............................................................22
习题............................................................22
第2章计算基础.................................26
2.1进位计数制.......................................26
2.1.1常用进制....................................26
2.1.2进制转换....................................29
2.2数值数据的表示...............................32
2.2.1数的机器码表示........................32
2.2.2定点数的表示及运算................35
2.2.3浮点数的表示............................37
2.3文本数据的表示...............................39
2.3.1ASCII字符集.............................39
2.3.2Unicode字符集..........................40
2.3.3汉字编码....................................40
2.4条形码与二维码...............................43
2.4.1条形码........................................43
2.4.2二维码........................................46
2.5音频、图像和视频信息的表示.......48
2.5.1音频信息的数字化表示............48
2.5.2图像、视频信息的数字化表示............................................49
小结............................................................51
习题............................................................52
第3章计算机系统.............................54
3.1计算机硬件系统...............................54
3.1.1冯·诺依曼结构........................54
3.1.2物理部件....................................55
3.1.3内部结构....................................60
3.2计算机软件系统...............................64
3.2.1指令系统....................................64
3.2.2指令格式与指令周期................65
3.2.3软件分类....................................70
3.2.4计算机硬件和软件的关系........71
3.3计算机性能指标...............................71
3.4国产计算机与自主可控...................73
小结............................................................75
习题............................................................75
第4章程序设计基础.........................77
4.1程序设计语言简介...........................77
4.2由机器语言到高级语言...................77
4.2.1机器语言....................................78
4.2.2汇编语言与汇编程序................78
4.2.3高级语言与编译器....................79
4.3程序设计语言的执行过程...............80
4.3.1编辑源文件................................80
4.3.2预处理及编译............................80
4.3.3链接............................................83
4.3.4加载和运行................................83
4.4高级程序设计语言类型...................85
4.4.1面向过程语言............................85
4.4.2面向对象语言............................86
4.4.3函数式语言................................87
4.4.4逻辑式语言................................87
4.5高级语言编程示例...........................88
4.6编程语言及编译器的自主创新之路...................................................92
4.6.1编程语言的自主创新之路........92
4.6.2编译器的自主创新之路............94
小结............................................................94
习题............................................................94
第5章数据结构与算法.....................98
5.1数据结构概述...................................98
5.1.1数据结构简介............................99
5.1.2数据的逻辑结构........................99
5.1.3数据的存储结构.......................101
5.1.4数据结构的选择.......................102
5.2算法基础..........................................102
5.2.1算法简介...................................102
5.2.2算法描述...................................105
5.2.3算法效率度量...........................106
5.3从问题到算法设计..........................107
5.3.1问题抽象与建模.......................107
5.3.2数据结构选择与设计...............108
5.3.3算法设计与问题求解...............109
5.4算法设计思想..................................111
5.4.1递归与分治：问题分解与解决.......................................111
5.4.2贪心算法：局部最优解的全局应用...................................112
5.4.3暴力法与穷举法：无优化的全枚举.......................................114
5.4.4回溯法：搜索解空间...............116
5.4.5排序与查找：经典算法的应用...........................................117
5.4.6图论算法：社交网络与路径问题...........................................119
5.5算法优化与社会应用......................120
5.5.1算法优化：效率提升的价值...........................................121
5.5.2算法之弊：效率至上的代价...........................................121
小结...........................................................122
习题...........................................................123
第6章软件工程................................125
6.1软件工程概述及软件生命周期......125
6.1.1软件工程的定义及主要目标...........................................125
6.1.2软件工程的发展史...................126
6.1.3软件生命周期...........................127
6.2软件开发过程..................................128
6.2.1可行性分析...............................128
6.2.2需求分析...................................129
6.2.3总体设计...................................132
6.2.4详细设计...................................134
6.2.5编码实现...................................136
6.3软件测试与维护..............................137
6.3.1软件测试...................................137
6.3.2软件维护...................................139
6.4软件成本估算..................................140
6.5软件开发规范与团队协作..............141
6.5.1软件开发规范...........................141
6.5.2个人与团队...............................142
小结...........................................................143
习题...........................................................143
第7章操作系统................................145
7.1初识操作系统..................................145
7.1.1操作系统的定义.......................145
7.1.2计算机的启动过程...................146
7.2操作系统的发展史..........................148
7.3处理机管理......................................152
7.3.1进程管理...................................153
7.3.2处理机调度...............................155
7.4存储管理..........................................156
7.4.1内存分配与回收.......................157
7.4.2内存管理的其他功能...............159
7.4.3内存中的栈和堆.......................160
7.5设备管理..........................................161
7.5.1设备管理的功能.......................161
7.5.2磁盘的性能和调度...................162
7.6文件管理..........................................163
7.6.1文件...........................................163
7.6.2目录管理...................................166
7.6.3文件管理的其他功能...............169
7.7用户接口..........................................170
7.8操作系统的分类..............................170
7.9主流操作系统..................................171
7.9.1Windows操作系统...................171
7.9.2UNIX操作系统........................172
7.9.3Linux操作系统.........................173
7.9.4macOS.......................................174
7.10自主研发之路................................174
7.10.1国产操作系统的发展历程.....174
7.10.2主流国产操作系统.................176
7.11未来操作系统发展趋势.................179
小结...........................................................181
习题...........................................................181
第8章数据库与大数据....................184
8.1数据库技术概述..............................184
8.1.1初识数据库...............................184
8.1.2数据库管理系统主要功能.......185
8.1.3数据库技术的发展...................186
8.1.4数据库系统的构成...................189
8.2结构化数据库的基础：关系模型与SQL..............................................190
8.2.1表结构与关系模型...................190
8.2.2SQL基础...................................192
8.2.3关系数据库管理系统...............196
8.2.4数据由抽象到理论到设计.......197
8.3数据挖掘与运用..............................198
8.3.1数据挖掘问题的提出...............198
8.3.2关联规则基本概念...................198
8.3.3频繁项集挖掘方法...................199
8.3.4多维数据挖掘...........................199
8.4大数据..............................................200
8.4.1大数据的产生、特征与重要性...................................200
8.4.2多样化的数据管理——NoSQL.......................................201
8.4.3大数据存储...............................201
8.4.4大数据处理...............................203
8.4.5大数据与社会...........................204
8.5国产数据库软件与自主创新之路..................................................206
8.5.1国产数据库软件产品...............206
8.5.2自主创新之路...........................207
小结...........................................................208
习题...........................................................208
第9章计算机网络.............................211
9.1计算机网络概述..............................211
9.1.1定义与功能...............................211
9.1.2发展历程...................................212
9.1.3网络分类...................................213
9.1.4网络体系结构...........................216
9.2网络传输介质与设备......................217
9.2.1网络传输介质...........................218
9.2.2物理层设备...............................219
9.2.3数据链路层设备.......................220
9.2.4网络层设备...............................221
9.3Internet基础知识............................223
9.3.1Internet概述..............................224
9.3.2IP地址简介...............................225
9.3.3传输层协议...............................228
9.3.4应用层协议...............................231
9.4新兴网络技术..................................234
9.4.1云计算.......................................235
9.4.2物联网.......................................237
9.4.3空天地一体化网络...................239
9.5中国网络技术自主创新..................242
9.5.1国产核心协议与设备...............242
9.5.2关键技术突破...........................244
9.5.3典型行业应用...........................245
小结...........................................................246
习题...........................................................247
第10章人工智能..............................248
10.1初识人工智能................................248
10.1.1人工智能的产生和发展阶段.........................................249
10.1.2人工智能应用领域.................251
10.1.3人工智能未来挑战.................252
10.2人工智能核心技术........................253
10.2.1机器学习.................................253
10.2.2深度学习.................................264
10.2.3自然语言处理.........................268
10.2.4计算机视觉.............................272
10.2.5知识图谱.................................278
10.3大语言模型....................................281
10.3.1生成式人工智能概述.............281
10.3.2大语言模型基础.....................284
10.3.3生成式人工智能基本原理.....287
10.3.4提示词工程原理及技巧.........288
10.3.5生成式人工智能应用领域.....293
10.3.6国产大模型应用前景与挑战.....................................295
10.4国产人工智能与自主创新之路....297
小结...........................................................299
习题...........................................................299
第11章计算机类专业课程体系......301
11.1计算学科........................................301
11.1.1计算学科的历史背景.............301
11.1.2计算学科领域的分化.............302
11.2计算机类专业划分及能力要求.....302
11.2.1计算机科学.............................304
11.2.2网络工程.................................306
11.2.3网络空间安全.........................306
11.2.4数据科学与大数据技术.........307
11.2.5人工智能.................................309
11.2.6物联网工程.............................309
11.3计算机专业核心课程及其作用.....310
11.3.1数理基础类课程.....................310
11.3.2计算机硬件类课程.................312
11.3.3计算机软件类课程.................314
11.3.4计算机应用类课程.................316
小结...........................................................316
参考文献....................................................318
