全书按计算机学科自身发展体系组织，即按计算机系统、计算机开发、计算机理论及计算机文化等四部分组织教材内容，为学生提供计算机学科平台知识、为学生修读后续课程提供帮助、为选修课程提供指导、为规划专业向方提供思路、为日后工作提供学科基础、为选择职业拓宽门路。

在计算机学科相关专业中，计算机导论是一门重要的入门基础课，也是一门新引入的课程。该课程来源于美国计算机协会（ACM）及美国电气和电子工程师协会（IEEE）在2001年所发布的计算机科学2001教程CC2001，并于2002年由中国计算机学会及全国高等学校教育研究会发布，成为中国计算机科学与技术学科教程CCC2002中的一门课程。目前，该课程已在国内几乎所有的计算机学科相关专业开设，有关教材也陆续出版，课程建设已逐渐走向正轨。
　　但是，该课程自引入我国以来一直患有“水土不服”之症，教学效果不甚理想，课程内容至今仍未稳定，课程目标定位认识仍需理清。因此我们认为，计算机导论课程目前正在经历“本土化”的艰难变革，它需要不断调整课程目标与课程内容，来适应我国计算机教学的需要。为此，在本教材的编写中首先需对课程的有关问题作探讨，并提出相关的对策，在此基础上再对教材编写进行讨论。这里，我们主要讨论下面两个论题：
计算机导论课程。
计算机导论教材编写。
一、计算机导论课程的讨论
1.课程内容定位
目前，此门课程的内容大多都是介绍一些计算机学科的分支内容，系统性不强、完整性不够、全面性不足，学生所学到的是一些有关计算机的片面的、分割的以及不系统的知识，因此学生对计算机的理解仅仅是一些名词与知识的堆砌，而且所有这些知识在后续相关课程中还将有更系统、更详细的讲述，这不但造成大量的重复学习，更重要的是造成了该课程的特色不明、个性不显。一门课程如果没有特色与个性，那它必将是一门没有前途、不受欢迎的课程。而计算机导论目前正是处在这种尴尬状态之中。为解决此问题，必须对课程内容作必要的改革，其改革的核心是使它成为一门有特色、有个性的课程。编者认为，它应该有如下几方面的特色。
（1）从整体角度对计算机学科有一个全面、完整及系统的介绍
在计算机专业中有很多课程，它们都是计算机学科中的一个部分或分支，它们将计算机学科分割成很多个部分，这有利于对分支与部分的深入研究与学习，但是，学科的分裂使一个具有完整体系的计算机学科概念分裂、内容隔离。因此，需要有一门课程从整体角度还原计算机学科的本来面目，它按学科体系组织，并按学科来统一概念，这样，使学生对计算机学科有一个全面、完整及系统的了解与认识，这门课程就是计算机导论。这种从整体角度介绍计算机学科的课程是其他所有课程所不能取代的。
（2）从整体角度对计算机中的重要基础性概念作介绍
计算机学科中有很多基础性的重要概念，但是，从目前来看，任何一门计算机课程都难以将这些概念介绍清楚，而这又是计算机专业的学生所必须要了解的。例如计算机系统的概念、计算机软件的概念、计算机应用系统开发的概念以及计算机数据的概念等基础性概念，只有通过计算机导论课程所构造的统一平台才能解释清楚。
（3）宏观了解计算机学科中各课程的地位、作用及关系
在计算机学科中有很多分支，它们可分解成很多课程，每门课程中对其内容都有全面与详细的介绍，但是往往缺少从计算机学科整体视角下对其地位、作用及彼此间关系的介绍，而这种介绍是非常必要的，它对学生全面认识相应的课程或分支非常重要，而这种介绍也只能由计算机导论课程来完成。
“计算机导论”课程只有引导学生在入门阶段建立起对计算机学科的整体认识后，才能在后续课程中从整体角度分析它们，从更高的视角观察它们，达到高屋建瓴的效果。
2.课程目标定位
与课程内容定位相关联的是课程的目标定位，对于“计算机导论”课程的目标定位，应该有下面几个部分：
1）为计算机学科提供基础平台知识。
2）为修读后续课程提供帮助，为选修课程提供指导，为规划专业方向提供思路。
3）为日后工作提供坚实的学科基础，为选择职业拓宽门路。
二、计算机导论教材编写的讨论
课程内容定位与目标定位是指导性的，而教材编写则是相对具体、实在的。一般来讲，抽象性的指导要通过具体教材编写体现出来也是一个困难的过程，对此我们分两个方面来讨论。
1.教材编写原则
教材编写原则是对课程抽象指导具体化需要考虑的第一个方面。“计算机导论”教材编写原则有如下几个方面。
（1）按计算机学科自身体系组织教材
“计算机导论”课程是从整体角度介绍计算机学科，因此其教材必须按计算机学科自身的体系组织编写，而并不按教学中的课程体系、实际开发中的应用体系或研究中的理论体系等编写，因为所有这些其他的体系对学科而言都有一定的片面性与局限性。
（2）介绍全面、重点突出
“计算机导论”按学科体系组织编写，因此对学科中的各分支内容都要作介绍，这才能体现学科体系的普遍性的原则。但是，在学科体系中各分支是有轻重与主次之分的，因此，必须有重点地介绍，这种既能照顾到点又能考虑到面的编写原则，使得教材内容既紧凑又全面。
（3）具有完整性与关联性
计算机学科是一个完整、统一的学科，仅仅是为了教学方便才将它们分割成不同课程的，而在不同课程的讲授中往往将原本是统一与完整的概念及内容分割成片面与分离的知识，因此在“计算机导论”中有必要还原其本来面目，将原本完整的、相互关联的内容与概念展现在读者面前。
（4）分支学科内容介绍要有重点、有选择
计算机学科是由各分支学科组成的，因此对各分支学科的介绍是必需的，但是这些分支学科都是在计算机学科统一平台中的分支，在介绍时应突出分支核心内容，重点关注它在计算机学科中的地位与作用并注重它与其他分支学科的关系。至于分支学科自身详细内容的介绍，将会是各后续课程的主要任务而并非计算机导论课程的主要任务。
2.教材的组织与内容
教材的组织与内容，是对课程抽象性指导具体化需要考虑的第二个方面。它以教材编写原则为指导对教材的组织与内容作具体的探讨，可以分为下面的几个内容。
（1）教材组织
教材按学科体系组织。计算机学科是包含科学、技术与工程在内的一门综合性学科，它同时还包括社会科学的内容——计算机文化，具体的内容包括计算机系统、计算机理论、计算机开发以及计算机文化四个部分。其中，计算机系统包括计算机系统基础、计算机硬件、计算机软件、计算机网络以及信息安全；计算机理论包括可计算性理论、数学理论、算法理论及数据理论；计算机开发包括软件工程、计算机应用；计算机文化包括计算机道德、计算机法律与法规以及计算机教育等。
本书分为六篇，共18章：
第一篇：计算机全景图，介绍计算机学科概念，包括第1章和第2章。
第二篇：计算机系统构建，介绍计算机系统的五个部分，包括第3～11章。
第三篇：计算机应用系统开发，介绍计算机开发的两个部分，包括第12～14章。
第四篇：计算机理论，介绍计算机理论的四个部分，包括第15章和第16章。
第五篇：计算机文化，介绍计算机文化的相关知识，包括第17章。
第六篇：计算机发展，介绍计算机的最新发展，包括第18章。
这种教材组织结构体现了按学科体系组织的原则，也体现了内容的系统性与完整性。
（2）内容重点
本书的内容重点分为三个层次：
1）篇重点——计算机系统。
2）章重点——计算机基础知识介绍、计算机软件、操作系统、计算机网络。
3）节重点——计算机基本概念、互联网、软件开发过程。
（3）重要的基本概念
本书中的重要基本概念包括：
计算机系统。
计算机软件。
计算机数据。
计算机应用系统。
（4）知识关联
在本书的每章中都有该章内容知识间关联点的介绍，在每篇篇首均有本篇内容知识间关联点的介绍。
（5）教学安排
本书内容精练，适合于学时数为48及32两种不同模式的课程安排。其中部分章节带有“*”，可视情况自行删减。
本书在编写过程中得到了南京大学计算机软件新技术国家重点实验室的支持，同时还得到了南京大学徐永森教授、金志权教授及史九林教授的帮助，在此一并表示感谢。
本书由南京大学金志权教授审稿，在审稿中他对全书提出了诸多宝贵意见，在此表示衷心感谢。
本书的编写从内容到方式都作了新的尝试，错误和不妥之处在所难免，希望广大读者提出宝贵意见，可发邮件至xujiepan@nju.edu.cn。

编者

计算机\基础

计算机导论是计算机学科相关专业中一门重要的入门基础课，其目的在于从整体角度还原计算机学科的本来面目，使学生对计算机学科有一个全面、完整及系统的了解与认识。本书按照计算机导论课程的特点，结合作者多年的教学经验，
重点介绍计算机系统概念、软件概念、操作系统、计算机网络、数据库操作及应用系统开发等内容。
本书特点：
按学科体系组织内容，介绍全面，重点突出，兼顾原理与操作，既介绍概念又强调应用。
介绍学科基础性知识，为读者学习后续课程提供支撑，规划方向理清思路，实际应用打下基础。　
　　将不同课程中介绍的原本是统一、完整的概念与内容还原成本来面目，将原本完整的、相互关联的内容与概念展现在读者面前。

前言
第一篇　计算机全景图
第1章　计算机基本概念2
　1.1　概述2
　1.2　什么叫计算机2
　1.3　计算机的概念及其变迁3
　　1.3.1　计算机硬件3
　　1.3.2　计算机软件7
　　1.3.3　计算机网络10
　1.4　现代计算机系统12
　本章小结12
　习题一13
第2章　计算机学科与计算机学科体系14
　2.1　计算机学科的概念14
　2.2　计算机学科内容14
　2.3　计算机学科体系15
　　2.3.1　计算机学科内容间的关系15
　　2.3.2　计算机学科知识构成15
　　2.3.3　计算机学科的洋葱头模型16
　　2.3.4　计算机学科体系的特点16
　　2.3.5　计算机学科体系与教学体系间的
关系17
　2.4　计算机学科教育18
　　2.4.1　计算机学科知识18
　　2.4.2　计算机能力19
　　2.4.3　素质19
　本章小结20
　习题二20
第二篇　计算机系统构建
第3章　数字技术22
　3.1　二进位数的基本知识22
　3.2　布尔代数23
　3.3　数字电路简介24
　3.4　二进位数及其操作的扩展表示26
　　3.4.1　数值类型表示与操作26
　　3.4.2　数值类型表示与运算的电信号
实现29
　　3.4.3　文本类型表示与操作32
　　3.4.4　多媒体类型表示与操作34
　本章小结39
　习题三40
第4章　计算机硬件41
　4.1　计算机硬件的基本工作原理41
　4.2　冯·诺依曼体系结构42
　4.3　中央处理器CPU43
　4.4　存储器45
　　4.4.1　存储器概述45
　　4.4.2　主存储器46
　　4.4.3　外存储器47
　4.5　输入/输出设备48
　　4.5.1　常用输入设备49
　　4.5.2　常用输出设备50
　4.6　总线与接口51
　　4.6.1　总线51
　　4.6.2　接口52
　　4.6.3　计算机硬件的连接53
　　4.6.4　计算机硬件的工作流程53
　4.7　计算机硬件的物理组成55
　　4.7.1　主板55
　　4.7.2　适配卡56
　　4.7.3　CPU、内存条及总线56
　　4.7.4　I/O设备56
　本章小结56
　习题四57
第5章　计算机软件59
　5.1　计算机系统与计算机软件59
　5.2　计算机软件的基本概念59
　5.3　计算机软件的特性60
　5.4　软件系统61
　5.5　程序63
　　5.5.1　程序的基本概念63
　　5.5.2　程序设计语言介绍64
　　5.5.3　程序设计语言的基本组成66
　　5.5.4　语言处理系统67
　　5.5.5　程序设计68
　5.6　计算机软件中的数据68
　5.7　计算机软件中的文档70
　本章小结71
　习题五72
第6章　操作系统73
　6.1　操作系统的作用73
　6.2　操作系统的结构74
　6.3　操作系统的安装75
　6.4　进程管理75
　6.5　资源管理77
　　6.5.1　CPU管理77
　　6.5.2　存储管理77
　　6.5.3　设备管理78
　　6.5.4　文件管理79
　6.6　用户服务80
　6.7　软硬件接口81
　　6.7.1　中断管理81
　　6.7.2　操作系统的宏观接口82
　6.8　常用操作系统82
　本章小结84
　习题六84
第7章　数据库与数据库管理系统85
　7.1　数据库85
　7.2　数据库管理系统85
　7.3　关系数据库管理系统86
　　7.3.1　关系数据库86
　　7.3.2　关系数据库管理系统88
　7.4　常用的关系数据库管理系统产品91
　　7.4.1　大型数据库产品Oracle91
　　7.4.2　小型数据库产品SQL Server92
　　7.4.3　桌面式数据库产品Access92
　7.5　数据库语言SQL93
　本章小结96
　习题七96
第8章　语言处理系统97
　8.1　语言处理系统概述97
　8.2　汇编语言处理系统98
　8.3　高级语言处理系统之一——解释程序…98
　8.4　高级语言处理系统之二——编译程序…99
　　8.4.1　编译程序的工作原理99
　　8.4.2　编译程序的实现101
　本章小结102
　习题八102
第9章　计算机网络与互联网103
　9.1　计算机网络概述103
　9.2　计算机网络的组成104
　9.3　计算机网络的体系结构106
　9.4　计算机网络分类107
　　9.4.1　局域网107
　　9.4.2　广域网108
　　9.4.3　互联网109
　9.5　计算机网络设备110
　9.6　计算机网络的实现112
　本章小结113
　习题九114
第10章　计算机网络与互联网软件115
　10.1　网络软件的分布式结构115
　10.2　网络软件的分层构造116
　10.3　网络中的系统软件详细介绍117
　　10.3.1　网络操作系统117
　　10.3.2　基于网络环境的数据库管理
系统117
　　10.3.3　网络程序设计语言118
　　10.3.4　网络专用开发工具119
　10.4　网络中的支撑软件119
　10.5　网络应用软件120
　10.6　两种重要的网络软件121
　　10.6.1　中间件121
　　10.6.2　Web123
　本章小结128
　习题十128
第11章　信息安全技术130
　11.1　信息安全概述130
　11.2　信息安全的均衡性原则131
　　11.2.1　信息安全的四个层次131
　　11.2.2　信息安全的六个部分132
　　11.2.3　信息安全的技术手段133
　　11.2.4　信息安全标准133
　11.3　信息安全的技术措施134
　　11.3.1　身份鉴别134
　　11.3.2　访问控制技术135
　　11.3.3　完整性技术136
　　11.3.4　审计技术136
　　11.3.5　入侵检测技术137
　　11.3.6　数据加密技术137
　　11.3.7　防火墙技术139
　　11.3.8　虚拟专用网技术140
　　11.3.9　计算机病毒防治140
　本章小结141
　习题十一142
第三篇　计算机应用系统开发
第12章　软件工程144
　12.1　软件工程概述144
　　12.1.1　软件危机与软件工程144
　　12.1.2　软件工程的基本概念144
　12.2　软件工程介绍145
　　12.2.1　软件开发方法145
　　12.2.2　软件开发过程147
　　12.2.3　软件开发工具149
　　12.2.4　软件开发的标准与文档149
　　12.2.5　软件项目管理151
　　12.2.6　软件质量保证151
　12.3　基于结构化开发方法的软件开发
过程152
　　12.3.1　结构化开发方法介绍152
　　12.3.2　结构化分析方法153
　　12.3.3　结构化设计方法154
　　12.3.4　系统编码157
　　12.3.5　测试157
　　12.3.6　运行与维护158
　本章小结158
　习题十二159
第13章　计算机应用系统160
　13.1　计算机应用系统的组成160
　　13.1.1　应用系统的基础平台层160
　　13.1.2　应用系统的数据资源层161
　　13.1.3　应用系统的业务逻辑层162
　　13.1.4　应用系统的应用表现层162
　　13.1.5　应用系统的用户层163
　13.2　计算机应用系统的结构163
　　13.2.1　典型的C/S结构计算机应用
系统163
　　13.2.2　典型的B/S结构计算机应用系统164
　13.3　计算机应用系统的分类164
　13.4　计算机典型应用系统介绍166
　　13.4.1　计算机应用系统之一——在商业领域中的应用及电子商务166
　　13.4.2　计算机应用系统之二——在控制领域中的应用及嵌入式系统169
　　13.4.3　计算机应用系统之三——在企业管理领域中的应用及企业资源规划ERP171
　　13.4.4　计算机应用系统之四——在多媒体领域中的应用及图像处理174
　　13.4.5　计算机应用系统之五——在智能领域中的应用及决策支持系统177
　本章小结181
　习题十三182
第14章　计算机应用系统开发简介183
　14.1　计算机应用系统开发概述183
　14.2　计算机应用系统开发步骤183
　14.3　计算机应用系统开发实例——嵌入式电子点菜系统185
　　14.3.1　嵌入式电子点菜系统简介185
　　14.3.2　需求调查185
　　14.3.3　系统分析186
　　14.3.4　系统设计188
　　14.3.5　系统平台190
　　14.3.6　系统详细设计191
　　14.3.7　系统总结构图192
　　14.3.8　系统的信息安全192
　　14.3.9　系统实现192
　本章小结193
　习题十四193
第四篇　计算机理论
第15章　算法与数据结构196
　15.1　算法基础196
　　15.1.1　算法的基本概念196
　　15.1.2　算法的基本特征197
　　15.1.3　算法的基本要素197
　　15.1.4　算法描述198
　　15.1.5　算法设计199
　　15.1.6　算法评价202
　　15.1.7　一个完整的算法表示204
　　15.1.8　算法与程序设计的关系204
　15.2　数据理论与数据结构205
　　15.2.1　计算机数据组织发展历史205
　　15.2.2　数据概念205
　　15.2.3　数据组成206
　　15.2.4　数据元素与数据单元208
　　15.2.5　数据操纵208
　　15.2.6　数据结构209
　　15.2.7　线性结构209
　　15.2.8　树结构213
　　15.2.9　图结构215
　　15.2.10　数据分类217
　本章小结220
　习题十五222
第16章　计算机的数学基础223
　16.1　离散数学与计算机223
　　16.1.1　概述223
　　16.1.2　集合论223
　　16.1.3　代数结构228
　　16.1.4　图论229
　　16.1.5　数理逻辑231
　　16.1.6　离散数学在计算机中的应用234
　16.2　可计算性理论——图灵机与计算机237
　　16.2.1　可计算性问题238
　　16.2.2　图灵机原理238
　　16.2.3　丘奇-图灵论题240
　　16.2.4　图灵机与计算机240
　本章小结241
　习题十六242
第五篇　计算机文化
第17章　计算机与社会244
　17.1　计算机文化244
　17.2　计算机道德245
　17.3　计算机的法律与法规246
　17.4　教育247
　本章小结247
　习题十七248
第六篇　计算机发展
第18章　计算机学科的新进展250
　本章小结251
　习题十八251
参考文献252