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编辑推荐

　　?本书特色：

　　统筹兼顾，综合安排计算机科学基础知识与计算思维内容。

　　双重作用，将计算机基础知识作为计算思维应用的研究对象。

　　内容较广，用多领域案例，向学生展现计算思维的应用。

　　前置要求低，读者可无程序设计背景知识，适用于大学新生。

内容简介

　　本书兼顾计算机科学基础知识和计算思维，以计算思维相关内容为主，将信息表示、计算机系统、操作系统、网络、多媒体技术等知识穿插进来，选择Python作为计算实践的语言，内容更偏重于如何应用计算思维解决各领域问题，各领域包括计算机科学领域。实践内容将在授课内容的基础上进行拓展，并要求学生运用Python及相关的配套库进行问题求解练习。最终，通过应用问题求解的讲授和实践，培养学生在理解计算机系统的基础上，主动在各自专业学习中利用计算思维的方法和技能，进行问题求解的能力，并能动手解决具有一定难度的实际问题。 　　本书内容丰富，语言浅显易懂，案例驱动，概念清晰，实用性强，适合作为高等学校计算机基础课程的教材，也可以作为计算机培训、计算机等级考试和计算机初学者的参考书。

作者简介

　　李暾 男，博士，副教授，毕业于国防科技大学计算机科学与技术专业。长期从事计算机专业相关课程教学与研究工作，承担了“大学计算机基础”“计算机程序设计”“离散数学”“软件体系结构与设计”等课程的授课任务。在微处理器设计验证、卫星综合电子系统等方面发表论文50余篇，他引160余次。在ACM*教学会议ITiCSE、《计算机教育》等会议和期刊发表教学论文10余篇，进入EI检索3篇。

目录

目录大学计算机基础(第2版)第1章计算与社会11.1计算概论11.2计算装置发展简史41.2.1机械式计算装置41.2.2图灵机和图灵71.2.3现代电子计算机91.2.4计算机的发展趋势121.3计算技术的应用131.4信息化社会与人181.5小结201.6习题20第2章Python简介212.1引言212.2Python基本元素222.2.1对象、表达式和数值类型222.2.2变量和赋值242.3分支语句252.4str类型与输入272.5循环282.6内置数据结构292.6.1列表292.6.2元组322.6.3字典332.7函数332.8面向对象基础362.9Python编程示例——模拟图灵机40大学计算机基础(第2版)目录2.10小结442.11习题44第3章计算思维与计算机问题求解473.1计算思维483.1.1计算思维简介483.1.2一个例子——混沌现象493.2计算机问题求解503.2.1基本步骤513.2.2Eratosthenes的筛子513.3算法、数据结构与程序543.3.1算法543.3.2数据结构563.3.3程序583.4算法设计593.4.1算法设计基础593.4.2算法设计常用策略603.4.3算法示例613.4.4算法复杂度663.5程序设计语言683.5.1程序设计语言及其分类693.5.2Python实现编译器示例713.6软件开发方法及示例743.6.1软件开发方法743.6.2结构化程序设计示例763.7小结793.8习题80第4章信息编码及数据表示824.1信息论基础834.2进制854.2.1进制的概念854.2.2二进制864.2.3八进制和十六进制894.2.4二进制与八进制、十六进制之间的转换894.3数字电路及模拟904.3.1逻辑门的建模与模拟914.3.2加法器建模与模拟944.3.3存储电路建模与模拟964.4计算机数值表示984.4.1计算机码制994.4.2定点数和浮点数1014.5信息的数字化1034.5.1数值的数字化1034.5.2字符的数字化1054.5.3汉字编码1074.5.4Ｕｎｉｃｏｄｅ码1084.6信息处理示例——加解密1094.6.1RSA加密原理1094.6.2RSA的Python实现1104.7小结1144.8习题114第5章计算机系统组成与结构1185.1概述1195.1.1计算机硬件系统的结构1195.1.2计算机软件1215.2中央处理器1225.2.1CPU的结构1225.2.2指令系统1235.2.3CPU的工作过程1255.2.4CPU高级话题1265.3存储系统1285.3.1主存储器系统1295.3.2辅存储器系统1315.3.3高速缓存1335.4总线1345.5输入输出系统1355.5.1系统结构与控制1355.5.2常见的输入输出设备1375.6Python构建冯·诺依曼体系结构模拟器1405.7计算机软件概述1445.7.1软件与软件的组成1445.7.2软件的特点1455.7.3几类常用的软件1465.7.4软件的安全与保护1495.8小结1495.9习题150第6章操作系统1526.1概述1536.1.1操作系统发展简史1536.1.2操作系统基础1556.1.3常用的操作系统1566.2进程管理1586.2.1进程与程序1586.2.2进程状态1606.2.3进程管理与调度1616.2.4利用Python查看进程信息1636.3存储管理1656.3.1存储管理概述1656.3.2存储管理方式1676.3.3利用Python查看系统存储信息1706.4文件管理1726.4.1文件与文件系统1726.4.2文件组织结构1746.4.3目录与文件控制块1756.4.4文件存储空间管理1776.4.5Python文件操作1786.5设备管理1806.5.1设备管理基础1806.5.2输入输出软件系统1816.6用户接口1836.7操作系统的加载1856.8小结1866.9习题186第7章计算机网络及应用1887.1计算机网络基础1897.1.1计算机网络的发展历史1897.1.2计算机网络的分类1917.1.3计算机网络体系结构与协议1927.1.4计算机网络传输介质及设备1977.2局域网1997.2.1局域网概述1997.2.2介质访问控制协议2007.2.3以太网2037.3Internet基础2047.3.1Internet概述2047.3.2TCP/IP协议2067.3.3PythonTCP/IP网络编程2117.4Internet应用2157.4.1万维网2157.4.2电子邮件2187.4.3文件传输2197.4.4搜索引擎2207.4.5Python编程发送电子邮件2217.5无线网络2227.6物联网2257.7Python案例——抓取网页2277.8小结2327.9习题232第8章数据库技术应用基础2338.1概述2338.1.1数据管理发展简史2358.1.2数据库的基本概念2358.1.3数据库技术管理数据的主要特征2378.1.4数据库的应用2388.2数据模型2408.2.1概念模型2418.2.2逻辑模型2458.2.3E�睷模型到关系模型的转化2498.3数据库管理系统2498.3.1数据库管理系统的功能2508.3.2常见数据库管理系统软件2518.4Python数据库程序设计示例2538.5数据分析示例2558.6小结2608.7习题260第9章多媒体技术基础2629.1概述2639.1.1多媒体的基本概念2639.1.2多媒体计算机系统组成2649.1.3多媒体技术的主要应用2669.2数字音频2679.2.1声音的数字化2679.2.2数字音频的技术指标2689.2.3数字音频处理2699.2.4常用音频文件格式2719.3数字图像处理技术2729.3.1图像的颜色2729.3.2图像的数字化2749.3.3数字图像的属性2759.3.4位图与矢量图2769.3.5图像的加工处理2779.3.6常用图像文件格式2789.3.7Python绘制分形图形2799.4视频和动画技术2829.4.1视频基础2829.4.2常用视频文件格式2839.4.3计算机动画概述2839.4.4动画文件格式2849.5多媒体数据压缩2849.5.1概述2849.5.2数据压缩标准2879.5.3数据压缩示例及Python实现2879.6Python示例——生成验证码2939.7小结2949.8习题294第10章计算机发展新技术29710.1高性能计算29810.1.1高性能计算的含义及意义29810.1.2高性能计算的关键技术29910.1.3高性能计算的典型应用30310.1.4高性能计算的发展挑战30310.2云计算与大数据30510.2.1云计算30510.2.2大数据30710.3人工智能30910.3.1人工智能的基本概念与发展历程30910.3.2搜索31010.3.3知识表示与推理31110.3.4机器学习31310.3.5智能控制31610.4新型计算技术31710.4.1量子计算31710.4.2光计算31810.4.3生物计算31810.5小结31910.6习题320参考文献321

精彩书摘

　　第5章计算机系统组成与结构【学习内容】　　本章介绍计算机系统的相关内容，主要知识点包括如下。　　(1)计算机系统的基本概念及其组成。　　(2)冯·诺依曼体系结构及其工作机制。　　(3)中央处理器的结构和工作原理。　　(4)存储系统的基础知识与工作原理。　　(5)总线结构、工作过程及常用标准。　　(6)输入输出控制方式。　　(7)计算机软件系统的分类、层次结构及主要功能。　　(8)计算思维在计算机系统中的体现。　　【学习目标】　　通过本章的学习，读者应掌握以下内容。　　(1)了解计算机系统的组成，理解系统各部分的作用。　　(2)理解冯·诺依曼体系结构。　　(3)掌握中央处理器的工作过程。　　(4)理解存储系统的设计原理、构成和工作原理。　　(5)理解输入输出系统的构成和控制方式，掌握基本术语和一些指标的计算方法。　　(6)理解总线结构、工作原理以及评价指标。　　(7)了解CISC、RISC、流水及并行处理等概念。　　(8)了解计算机软件系统的分类、层次结构及主要功能。　　(9)了解对复杂系统如冯·诺依曼体系结构的抽象与模拟的方法。本章主要介绍信息处理的核心装置——计算机的硬件系统，包括其结构、如何支持信息处理，以及各部分在信息处理中的作用。首先从全局角度介绍计算机系统的体系结构，以冯·诺依曼体系结构为依据，介绍计算机系统的硬件构成。然后围绕该体系结构的各部件，介绍它们如何进行信息表示、信息传递和信息处理，偏重于各部件的核心构成以及基本工作原理，并用模拟的方法进行研究。最后介绍软件系统的基础知识。大学计算机基础(第2版)第5章计算机系统组成与结构5.1概述　　一般来说，计算机是一种可编程的机器，它接收输入，存储并且处理数据，然后按某种有意义的格式进行输出。可编程指的是能给计算机下一系列的命令，并且这些命令能被保存在计算机中，并在某个时刻能被取出执行。　　通常所说的计算机实际上指的是计算机系统，它包括硬件和软件两大部分。硬件系统指的是物理设备，包括用于存储并处理数据的主机系统，以及各种与主机相连的、用于输入和输出数据的外部设备，如键盘、鼠标、显示器和磁带机等，根据其用途又分为输入设备和输出设备。计算机的硬件系统，是整个计算机系统运行的物理平台。计算机系统要能发挥作用，仅有硬件系统是不够的，还需要具备完成各项操作的程序，以及支持这些程序运行的平台等条件，这就是软件系统。所以，一个实际的计算机系统通常由图5��1所示的结构构成。　　图5��1计算机系统的构成　　……

前言/序言

　　　　出版说明　　高等学校计算机基础教育教材精选在教育部关于高等学校计算机基础教育三层次方案的指导下，我国高等学校的计算机基础教育事业蓬勃发展。经过多年的教学改革与实践，全国很多学校在计算机基础教育这一领域中积累了大量宝贵的经验，取得了许多可喜的成果。　　随着科教兴国战略的实施以及社会信息化进程的加快，目前我国的高等教育事业正面临着新的发展机遇，但同时也必须面对新的挑战。这些都对高等学校的计算机基础教育提出了更高的要求。为了适应教学改革的需要，进一步推动我国高等学校计算机基础教育事业的发展，我们在全国各高等学校精心挖掘和遴选了一批经过教学实践检验的优秀的教学成果，编辑出版了这套教材。教材的选题范围涵盖了计算机基础教育的三个层次，包括面向各高校开设的计算机必修课、选修课以及与各类专业相结合的计算机课程。　　为了保证出版质量，同时更好地适应教学需求，本套教材将采取开放的体系和滚动出版的方式（即成熟一本、出版一本，并保持不断更新），坚持宁缺毋滥的原则，力求反映我国高等学校计算机基础教育的最新成果，使本套丛书无论在技术质量上还是文字质量上均成为真正的“精选”。　　清华大学出版社一直致力于计算机教育用书的出版工作，在计算机基础教育领域出版了许多优秀的教材。本套教材的出版将进一步丰富和扩大我社在这一领域的选题范围、层次和深度，以适应高校计算机基础教育课程层次化、多样化的趋势，从而更好地满足各学校由于条件、师资和生源水平、专业领域等的差异而产生的不同需求。我们热切期望全国广大教师能够积极参与到本套丛书的编写工作中来，把自己的教学成果与全国的同行们分享；同时也欢迎广大读者对本套教材提出宝贵意见，以便我们改进工作，为读者提供更好的服务。　　我们的电子邮件地址是jiaoh@tup.tsinghua.edu.cn。联系人：焦虹。　　清华大学出版社　　前言　　大学计算机基础(第2版)人要成功融入社会所必备的思维能力，是由其所处时代能够获得的工具决定的。计算机是信息社会的必备工具之一，如何有效利用计算机分析和解决问题，将与阅读、写作和算术一样，成为21世纪每个人的基本技能，而不仅仅属于计算机专业人员。计算机正在对人们的生活、工作，甚至思维产生深刻的影响。　　“大学计算机基础”是大学本科教育的第一门计算机公共基础课程，它的改革越来越受到人们的关注。课程的主要目的是从使用计算机、理解计算机系统和计算思维3个方面培养学生的计算机应用能力。从2008年开始，以“计算思维”的培养为主线开展计算科学通识教育，逐渐成为国内外计算机基础教育界的共识。　　基于这种认识，作者对第一版教材进行了较大幅度的修改，增加了计算思维所占的比重。指导思想是兼顾计算机基础知识和计算思维，选择Python作为实践语言，将信息表示与处理、计算机系统、网络、数据库、多媒体等知识既作为教学内容，又作为计算思维求解问题的研究对象，并加以实践，教材内容更偏重于如何应用计算思维解决各领域问题。最终，希望通过这种问题求解的学习和实践，培养学生在理解计算机基础知识的同时，能主动在各自专业学习中利用计算思维的方法和技能，进行问题求解，能动手解决具有一定难度的实际问题。　　本书包含10章，大致可分为如下部分：计算与社会（第1章）、计算思维与问题求解基础（第2、3章）、信息表示及处理（第4、8、9章）、计算机系统与网络（第5～7章）、计算机发展新技术（第10章）。　　本书内容涉及计算机专业多门课程的知识，概念庞杂，术语繁多。表面上看，章与章之间的联系松散。对于初学者来说,学好这门课程并不容易，融会贯通就更加困难。如何把握全书的脉络？建议以“信息表示和信息处理”和“计算思维与计算机问题求解”作为理解章节内容联系的两条主要线索。　　计算机系统是信息处理的工具，而信息处理依赖于某种形式的信息表示。本书主要介绍用二进制表示数值信息、字符信息、声音信息和图像信息的方法，以文件和数据库形式组织信息的技术，计算机系统处理信息的工作原理。每一个计算机系统功能都涉及某类或某几类信息，每一个计算机系统功能都可以转换为信息处理过程。读者应该思考：这些信息是怎样表示的？为什么要使用这种表示方法？计算机系统功能由哪些信息处理过程组成？这些处理过程包含哪些步骤？处理步骤是如何（自动）实现的？在理解信息表示和信息处理的基础上，学习计算思维与计算机问题求解方法，是为了更好地发挥计算机的作用，解决具体问题。读者在学习计算思维与计算机问题求解时，应该考虑：以计算机基础知识为研究内容，计算思维如何思考问题和解决问题，如何类比到其他领域的问题上。碰到具体问题时，可以考虑该问题是否有计算的解，解是什么，如何实现解，如何让计算机帮助求解。　　如果这些问题都明晰了，对融会贯通全书内容会有很大帮助。　　本书适用于计算机专业和非计算机专业一年级新生，不要求有计算机程序设计经验，并且也不是以程序设计为主要内容，而是要求学生专注于理解计算思维求解问题的方法和技能。本书中一些Python语言基础知识的介绍，是帮助读者阅读和理解教材中给出的Python程序。希望读者能在理解的基础上，对这些程序进行小修改，来实践自己的问题求解方法。　　本书的第1、4章由陈跃新编写，第3章大部分由王挺编写，第2和第5～7章由李暾编写，第8章由贾丽丽编写，第9章由黄旭慧编写，第10章由陈立前编写，各章案例及新增内容由李暾编写。全书由李暾、毛晓光负责统稿。王志英、宁洪、陈怀义和王保恒等教授对本书的编写给予了许多指导，陈立前为本书的文字整理和校对做了大量工作。此外，本书还参考了很多文献资料和网络素材，在此一并表示衷心的感谢。　　本书的写作集体根据多年的教学实践，在内容的甄选、全书组织形式等方面既借鉴了同类书的成功经验，也做出了自己的努力进行了改进，而且改进的空间还很大，热切希望广大读者能够予以斧正。　　作者　　2017年7月18日大学计算机基础(第2版)

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