計算機科學導論(2016年電子工業出版社出版的教材)

成書過程

《計算機科學導論》由甘勇、尚展壘、韓麗等編著，其中鄭州輕工業學院的甘勇、尚展壘任主編，鄭州輕工業學的韓麗、張旭、常化文任副主編。參加該教材編寫的還有鄭州輕工業學院的盧冰、朱會東、孟潁輝、南姣芬、王華。該教材具體編寫分工如下：第1章由甘勇和尚展壘編寫，第2、9章張旭編寫，第3章由南姣芬編寫，第4章由韓麗編寫，第5、6章由盧冰編寫，第7、12章由王華編寫，第8章由朱會東編寫，第10章由常化文編寫，第11章由孟潁輝編寫，韓麗、張旭還負責該教材的統稿和組織工作。該教材在編寫過程中得到了鄭州輕工業學院、河南省高等學校計算機教育研究會以及電子工業出版社的支持。

2016年9月，該教材由電子工業出版社出版。

內容簡介

《計算機科學導論》共分12章，主要內容包括：計算機的發展過程與趨勢、計算基礎、計算機組成、計算機網路、程式設計語言、算法與數據結構、資料庫、軟體工程、作業系統、多媒體技術、社會與職業道德、計算機新技術。

教材目錄

第1章概述 1

1.1 計算機發展前史 1

1.2 計算機的發展與套用 6

1.2.1　電子計算機的發展 6

1.2.2　計算機的套用領域 8

1.3 計算機模型 10

1.3.1　圖靈模型 10

1.3.2　馮?諾依曼模型 11

1.4 計算機套用系統的計算模式 12

1.4.1　單主機計算模式 13

1.4.2　分散式客戶/伺服器計算模式 13

1.4.3　瀏覽器/伺服器計算模式 14

1.4.4　新的計算模式 14

1.5 計算學科 17

1.5.1　計算學科的歷史背景 17

1.5.2　計算學科領域的分化及主要內容 18

1.6 小結 20

第2章計算基礎 23

2.1 數制 23

2.1.1　數制的定義 23

2.1.2　數制的規律 24

2.1.3　常用的數制 24

2.1.4　二進制數 26

2.1.5　數制轉換 29

2.2 數據存儲的組織方式 32

2.2.1　數據存儲單位 33

2.2.2　存儲設備結構 33

2.2.3　編址與地址 34

2.3 數值在計算機中的表示 34

2.3.1　數的定點和浮點表示 35

2.3.2　數的編碼表示 35

2.3.3　計算機中數的浮點表示 37

2.4 信息編碼 39

2.4.1　二—十進制編碼（BCD碼） 39

2.4.2　字元編碼 39

2.4.3　漢字編碼 41

2.4.4　多媒體信息編碼 43

2.5 小結 45

第3章計算機組成 48

3.1 計算機的系統組成 48

3.1.1　計算機的硬體系統 49

3.1.2　計算機的軟體系統 55

3.1.3　計算機軟硬體系統之間的關係 57

3.2 計算機的工作原理 57

3.2.1　計算機指令 57

3.2.2　計算機的工作原理 58

3.3 計算機的性能評價 59

3.4 小結 60

第4章計算機網路 61

4.1 計算機網路概述 61

4.1.1　計算機網路的概念 61

4.1.2　計算機網路的組成 62

4.1.3　計算機網路的發展 62

4.1.4　計算機網路的分類 63

4.1.5　計算機網路體系結構 64

4.1.6　網路服務套用模式 66

4.2 網路中間系統 67

4.2.1　網路傳輸介質 67

4.2.2　網路接口卡 70

4.2.3　集線器 70

4.2.4　交換機 71

4.2.5　路由器 71

4.3 計算機區域網路 72

4.3.1　區域網路概述 72

4.3.2　載波偵聽多路訪問/衝突檢測協定 73

4.3.3　乙太網 74

4.4 Internet的基礎知識 75

4.4.1　Internet的概述 75

4.4.2　Internet的接入 77

4.4.3　IP位址與MAC地址 78

4.4.4　WWW服務 85

4.4.5　域名系統 88

4.4.6　電子郵件 91

4.4.7　檔案傳輸 91

4.4.8　遠程登錄服務 92

4.4.9　Intranet 92

4.5 小結 92

第5章程式設計語言 96

5.1 程式設計概述 96

5.1.1　什麼是程式 96

5.1.2　程式設計的步驟 97

5.1.3　程式設計語言的發展 98

5.2 程式設計語言模式 99

5.2.1　過程式模式 99

5.2.2　面向對象模式 100

5.2.3　函式式模式 101

5.2.4　邏輯式模式 101

5.3 程式編譯過程 102

5.3.1　編譯過程概述 102

5.3.2　詞法分析 102

5.3.3　語法分析 103

5.3.4　語義分析和中間代碼生成 103

5.3.5　目標代碼最佳化 103

5.3.6　目標代碼生成 104

5.3.7　表格管理和出錯管理 104

5.4 過程式語言的共同概念 104

5.4.1　基本數據類型 104

5.4.2　變數和常量 105

5.4.3　運算符與表達式 105

5.4.4　控制結構 105

5.4.5　函式 107

5.5 面向對象語言的特性 107

5.5.1　面向對象的基本概念 108

5.5.2　面向對象的特徵 108

5.5.3　面向對象的特點 109

5.6 當下主流語言的介紹 109

5.6.1　C語言 109

5.6.6　C++ 110

5.6.3　Java 111

5.6.4　Python 111

5.6.5　C# 112

5.6.6　PHP 113

5.6.7　JavaScript 113

5.6.8　Perl 114

5.6.9　Visual Basic.NET 114

5.6.10　Ruby 115

5.7 小結 115

第6章算法與數據結構 116

6.1 算法概述 116

6.1.1 算法及特性 116

6.1.2 算法的描述方式 117

6.1.3 算法的度量 119

6.2 數據結構概述 120

6.2.1 什麼是數據結構 120

6.2.2 數據結構的基本術語 120

6.3 線性結構 121

6.3.1 線性表 121

6.3.2 棧 123

6.3.3 佇列 123

6.3.4 串 123

6.4 樹狀結構 124

6.4.1 樹 124

6.4.2 二叉樹 125

6.4.3 樹的存儲 127

6.4.4 樹和森林的遍歷 128

6.5 圖 128

6.5.1 圖的定義與術語 128

6.5.2 圖的存儲 129

5.5.3 圖的遍歷 130

6.5.4 最小生成樹 131

6.5.5 最短路徑 132

6.6 排序 132

6.7 計算思維與算法設計技巧 134

6.7.1 計算思維 134

6.7.2 貪心算法 134

6.7.3 分治算法 135

6.7.4 動態規劃 136

6.7.5 回溯算法 136

6.7.6 分支界限法 137

6.6 小結 138

第7章資料庫技術概述 140

7.1 資料庫系統概述 140

7.1.1 資料庫的基本概念 140

7.1.2 數據管理技術的發展 142

7.1.3 資料庫系統的構成 144

7.1 數據模型 145

7.2.1 數據模型的三要素 145

7.2.2 數據模型的分類 146

7.2.3 概念模型與邏輯模型 146

7.2.4 實體聯繫模型 147

7.2.5 常見邏輯模型介紹 147

7.3 關係資料庫基本概念 148

7.3.1 關係模型基本概念 149

7.3.2 關係模型的規範化 150

7.4 關係資料庫設計 151

7.4.1 系統規劃 151

7.4.2 需求分析 152

7.4.3 概念設計 152

7.4.4 邏輯設計 153

7.4.5 物理設計 153

7.4.6 系統實現 154

7.4.7 運行與維護 154

7.5 結構化查詢語言 155

7.5.1 數據定義 156

7.5.2 數據查詢 157

7.5.3 數據操縱 158

7.5.4 數據控制 158

7.6 資料庫管理軟體介紹 159

7.7 小結 161

第8章軟體工程 163

8.1 軟體工程概述 163

8.1.1 軟體的定義 163

8.1.2 軟體危機 164

8.1.1 軟體工程的定義 165

8.2 軟體開發模型 166

8.2.1 軟體生存周期 166

8.2.2 瀑布模型 167

8.2.3 原型模型 168

8.2.4 增量模型 168

8.2.5 螺旋模型 168

8.3 軟體開發方法 169

8.3.1 結構化方法 169

8.3.2 面向對象的軟體開發方法 170

8.4 軟體開發過程 170

8.4.1 可行性研究 170

8.4.2 需求分析 171

7.4.3 總體設計 174

8.4.4 詳細設計 177

8.4.5 編碼實現 180

8.5 軟體質量 180

8.5.1 軟體可靠性 180

8.5.2 軟體質量的度量 181

8.5.3 軟體評審 182

8.6 軟體維護 182

8.6.1 軟體維護的定義 182

8.6.2 軟體維護的分類 182

8.7 軟體項目管理 183

8.7.1 軟體開發成本估算 183

8.7.2 風險分析 184

8.7.3 軟體開發進度安排 184

8.7.4 軟體項目的組織 184

8.8 小結 185

第9章作業系統 186

9.1 作業系統概述 186

9.2 作業系統的發展史 187

9.1.2 手工操作（無作業系統） 187

9.2.2 批處理系統 187

9.2.3 多道程式系統（多道批處理系統） 188

9.2.4 分時系統 189

9.2.5 實時系統 189

9.2.6 通用作業系統 190

9.2.7 作業系統的進一步發展 190

9.3 作業系統的特徵 191

9.4 作業系統的功能 192

9.4.1 處理機管理 192

9.4.2 存儲管理 195

9.4.3 設備管理 198

9.4.4 檔案管理 199

9.4.5 用戶接口 201

9.5 作業系統的分類 201

9.6 主流作業系統 202

9.7 未來作業系統發展趨勢 204

9.8 小結 204

第10章多媒體技術概述 207

10.1 多媒體的基本概念 207

10.1.1 媒體 207

10.1.2 多媒體 208

10.1.3 多媒體系統 208

10.1.4 多媒體技術 209

10.2 音頻處理技術 209

10.2.1 聲音的本質與聽覺系統 210

10.2.2 聲音信號的數位化 211

10.2.3 聲音檔案的存儲格式 213

10.2.4 音頻處理軟體 214

10.3 色彩信息的表示 216

10.3.1 視覺系統對顏色的感知特點 217

10.3.2 顏色的數位化 217

10.3.3 常見顏色模型 219

10.3.4 顏色模型之間的轉換 221

10.4 圖像處理技術 222

10.4.1 圖像處理概述 222

10.4.2 數字圖像的屬性 223

10.4.3 圖像的種類 226

10.4.4 數字圖像處理常用的方法 228

10.4.5 圖像檔案的存儲格式 228

10.6 視頻處理技術 230

10.6.1 視頻概述 230

10.6.2 彩色視頻的編碼方法 231

10.6.3 視頻技術相關術語 231

10.6.4 視頻檔案的存儲格式 232

10.7 計算機圖形學 234

10.7.1 計算機圖形學概述 234

10.7.2 計算機圖形學的套用 236

10.7.3 光柵圖形學概述 238

10.7.4 OpenGL簡介 240

10.8 多媒體數據壓縮技術 241

10.8.1 多媒體信息的冗餘性 242

10.8.2 數據壓縮編碼技術 242

10.8.3 常見多媒體壓縮算法 243

10.9 小結 245

第11章社會和職業問題 247

11.1 計算機與社會 247

11.1.1 計算機對社會的影響 247

11.1.2 社會計算 249

11.2 計算機與道德 249

11.2.1 計算機從業人員職業道德 249

11.2.2 計算機用戶道德 251

11.2.3 計算機犯罪 252

11.2.4 隱私與言論自由 253

11.3 智慧財產權 254

11.4 個人與團隊 255

11.4.1 個人在團隊中的作用 255

11.4.2 個人與團隊的合作 256

11.5 計算機與哲學 257

11.5.1 計算機哲學 257

11.5.2 計算機教育哲學 257

11.6 小結 258

第12章計算機新技術 260

12.1 人工智慧 260

12.1.1 人工智慧的概念 260

12.1.2 人工智慧的發展階段 261

12.1.3 人工智慧的研究領域 261

12.1.4 人工智慧的研究方法 262

12.2 物聯網 263

12.2.1 物聯網概述 263

12.2.2 物聯網的發展趨勢 263

12.2.3 物聯網的關鍵技術 264

13.3 大數據 265

12.3.1 大數據的基本概念和特徵 265

12.3.2 大數據的發展趨勢 265

12.3.3 大數據的處理技術 266

12.4 雲計算與雲平台 268

12.4.1 雲計算 268

12.4.2 雲平台 270

12.5 小結 271

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

配套教材

《計算機科學導論》有配套教材——《計算機科學導論實踐教程》。

書名	ISNB	出版社	出版時間	作者
《計算機科學導論實踐教程》	9787121289682	電子工業出版社	2016年9月	甘勇等

教材特色

《計算機科學導論》本著“通俗易懂，注重理論、兼顧實踐、科學導學”的原則，從計算機硬體、軟體、網路和套用等幾個方面對計算機科學與技術專業課程和相關知識點進行了介紹。該教材內容結合教指委對該課程的基本教學要求，同時兼顧計算機軟體和硬體的發展。該教材構建在計算學科認知模型的基礎上，並以計算機科學的內容為背景，從學科思想與方法層面對計算學科進行導引，提高學生的計算思維能力。該教材為學生正確認知計算學科提供方法，為學習計算機課程作鋪墊。該教材具有以下幾個特點：

1、該教材使計算機專業的學生剛進入大學就能了解計算機領域的專業知識，發展及套用。使學生掌握計算機硬體技術、軟體技術、資料庫技術、多媒體技術、網路技術、信息安全技術、職業道德、法律法規。

2、使學生對今後學習的知識，專業方向有一個了解，為後繼課程構建一個基本知識框架，為今後學習和掌握專業知識進行科學研究奠定基礎，通過學習計算機科學導論使學生了解計算機行業的技術標準、軟硬體發展知識，新技術和計算機行業發展趨勢。

3、為學生今後的專業學習做一個鋪墊，使學生了解相關的職業，職業道德法律法規。

作者簡介

甘勇：男，1965年5月生，研究生學歷，鄭州輕工業學院計算機與通信工程系學院教授，院長。曾獲得河南省優秀專家、河南省管優秀青年科技專家、河南省跨世紀學術和技術帶頭人培養對象、河南省優秀教師等稱號。