本教材以计算机科学与技术的发展历程为主线，从基本的概念入手，分别沿硬件和软件两条线逐步深入，全书覆盖了计算机专业的所有专业课程知识领域，根据非计算机专业需要着重介绍基本原理，为学生建立正确的基本概念。本书第一部分包括3章，“绪论”和“数据与编码”是概念基础，“计算机系统结构”全面论述体系，树立硬件、软件的概念；第二部分“计算机硬件组成”以硬件组成结构为主线；第三部分包括“操作系统”、“数据结构与算法”、“程序设计语言”、“数据库技术与应用”、“软件工程”等章，以软件为主线编写；第四部分“计算机网络”、“计算机安全”讨论当前计算机的主用应用。

新编计算机科学概论
刘艺 蔡敏　等编著

本书以简明、系统的语言，全景式描绘了计算机科学各子学科的主要领域。就整体而言，全书内容翔实、覆盖面广，旨在向读者展示计算机科学的全貌；从细节上看，本书层次清晰、图文并茂，内容引人入胜，极易引发读者的兴趣，绝无一般教材的枯燥和晦涩。

本书特色
强调概念理解而不是数学模型和技术细节。
涵盖计算机科学的发展趋势和最新技术成果，带给读者最前沿的技术信息。
注重传授知识有效性的同时，培养和引导读者进行思考、分析、探索问题。
提供知识拓展、注意、重要等栏目，加深阅读体验。

欢迎学习计算机科学概论课程。这将是一次美妙和激动人心的探索，可能为你今后从事的充满挑战和令人兴奋的IT职业奠定基础。众所周知，计算机在我们的日常生活中扮演了一个重要的角色，而且在未来也将一样。
　　计算机科学是一个充满了挑战和发展机遇的年轻学科，而计算机科学概论课程则是这门学科的重要基础。随着计算机在各行各业的广泛应用，很多非计算机专业也把计算机科学概论课程列为公共基础课之一。
　　既然是作为基础课的教材，那么本书所假定的读者可以既没有计算机应用经验，也不具备太多的计算机知识。即使是对计算机一无所知的人，也能通过学习本书而获取大量计算机科学的基本知识；如果读者已有一定的计算机应用经验那就更好，他将在本书中发现很多有用的理论知识，以提高自己的专业水平。
　　作为IT专业基础课教材，本书力求做到：知识体系完整，覆盖面广，内容翔实，文风严谨，深入浅出，并符合国内高校的教学实践需要。同时，本书紧跟时代，还介绍了一些计算机科学的最新发展和应用，如移动操作系统、云计算、物联网等。
　　最重要的一点，本教材在吸收国内同类课程教学改革经验的基础上，遵循CC2005课程体系，大胆参考了ACM推荐的CS0、CS1、CS2课程设计，与国际IT教材接轨，使其从广度上覆盖了计算机科学的主要领域。
本书结构
　　本书是为计算机概论/导论课程编写的。该课程将为计算机及其相关专业的本科生勾画出计算机科学体系的框架，为有志于IT行业的学生奠定计算机科学知识的基础，架设进一步深入学习专业理论的桥梁。本书强调的是概念而不是数学模型和技术细节，并通过大量的图片、表格和演示增强读者对阅读的理解和知识的掌握，通过范例讲解概念和相关的模型，通过关键字索引、小结和习题帮助读者掌握自己的学习效果。
　　本书分为11章，各章的主要内容如下：
　　●　第0章 绪论　本章从整体上介绍计算机科学的概念和内涵。概要介绍计算机的发展历史，并分析计算机对现代社会的影响。
　　●　第1章 数据的表示与编码　数据是计算机处理的基本元素，本章讨论数据的表示和运算，以及不同数据类型的编码和存储。
　　●　第2章 计算机体系结构　本章重点讨论计算机的体系结构。先从系统的角度介绍了计算机系统的层次结构，然后从体系结构的角度分析了系统硬件的结构并重点讨论了处理器结构，最后介绍了计算机软件系统的结构。
　　●　第3章 计算机硬件组成　本章讨论计算机硬件系统组成，讲述计算机主要硬件组成部分的原理、结构、实现和发展趋势，并讨论当前主流计算机的常用硬件。
　　●　第4章 数据结构与算法　本章讲解了数据结构和算法的概念，以及算法的描述方法和基本结构，并讨论了几种常见的数据结构和常用算法。
　　●　第5章 操作系统　本章讨论计算机的操作系统，阐述操作系统的功能、基本组成和运行原理。
　　●　第6章 程序设计语言　本章讲述了计算机程序设计语言的发展和分类，介绍程序设计语言的类型和基本知识，讨论了程序编译生成的过程和原理。
　　●　第7章 数据库技术与应用　本章讨论运用数据库方式管理大量数据的方法。着重阐述数据库方法的基本概念、原理，结合关系数据库介绍了SQL基本情况，介绍了数据挖掘技术和数据仓库的基本原理。
　　●　第8章 软件工程　本章讨论规模化软件开发的方法。包括软件过程、需求分析、软件工程方法、软件质量管理、软件项目管理等内容。
　　●　第9章 计算机网络　本章从计算机网络的形成与发展开始，依次讲述了计算机网络体系结构、组建网络和Internet基本技术及应用。
　　●　第10章 信息系统安全　本章从计算机网络信息系统的安全威胁入手，依次讲述了信息安全的核心——数据加密、最常见的安全威胁——计算机病毒、最常见的网络信息安全技术——防火墙和入侵检测。
　　尽管本书包含了以上章节内容，但实际的教学进度和授课内容可以灵活确定，因为这要取决于课堂教学的安排或读者实际技能及对所讨论问题的熟悉程度。教学时数建议安排在40~60课时之间。
本书特色
　　本书特别有助于入门者学习。本书在讲述理论知识的同时，注重理论发展的历史背景、思考方法；在注重知识的系统性、完整性的同时，关注知识发展的动态性、渐进性；在关注知识传授有效性的同时，重点培养和引导读者进行思考、分析、探索问题。
　　1. 概念和知识面
　　贯穿本书，我们始终强调概念要比数学模型更重要，对概念的理解必然左右对模型的理解。同时，我们还特别注意开阔读者的知识面，使读者能够站在比较宽的层面上了解计算机科学。
　　2. 图文并茂
　　本书图文并茂，全书有大量精心设计的图片，这些图片可以增进读者对文字的理解。
　　3. 教辅
　　本书为教师提供PPT课件以及相应的教辅材料（如习题参考答案）。教师可以在机械工业出版社华章分社的网址上找到并下载它们：http://www.hzbook.com/。
　　4. 小结和习题
　　每一章的结尾都包括本章小结和本章习题。本章小结包括了对本章所有关键内容和知识点的简明概括，是复习时的参考。本章习题包括了复习题和练习题。
　　●　复习题：测试本章中所有要点和概念，帮助学生复习巩固重点内容。
　　●　练习题：通过课后练习题，检查学生能否运用掌握的概念和知识独立思考、解决问题。
CC2005课程体系
　　从1990年开始，美国电气电子工程师学会计算机分会（the Computer Society of the Institute for Electrical and Electronic Engineers，简称IEEE-CS）和计算机协会（Association for Computing Machinery，简称ACM）就着手开发新的本科生计算机课程体系。1991年他们联合推出了Computing Curricula 1991（简称CC1991），当时仅限于Computer Science和Computer Engineering两个专业的课程。1998年秋季开始，IEEE-CS和ACM联合投入新的力量更新该课程体系，并在2001年开发出Computing Curricula 2001（简称CC2001），并将该计算机课程体系扩大到Computer Science、Computer Engineering、Software Engineering、Information Systems等多个专业。在CC2001的实施中，专家们发现计算机课程所涉及的学科专业和教学范围正在不断扩大，而且在内容和教学方面的变化也日新月异。IEEE-CS和ACM意识到10年一次的Computing Curricula修订已经难以满足要求，于是他们联合国际信息处理联合会（International Federation for Information Processing，简称IFIP）、英国计算机协会（British Computer Society，简称BCS）等更多的组织开发了Computing Curricula 2005（简称CC2005），使之成为开放的、可扩充的、适合多专业的、整合了计算机教学相关原则体系观点的课程体系指南。其结构参见下图。

　　为了进一步反映当代计算机科学技术的发展水平，与国际主流计算机教育思想接轨，我们通过多年来对IEEE-CS和ACM的Computing Curricula课程体系的跟踪研究编写了本教材。在教材的编写中，借鉴了CC2005课程体系的最新研究成果，同时吸取了国外同类教材的优秀经验，目的是进一步推动教材和课程改革，培养有竞争力的人才。
致谢
　　本书是在作者多年科研和教学基础上编写的，主要参考了作者已发表的文章和著作以及教学中积累的资料。书中还用到了其他中外文教材、资料，由于无法在此一一列举，现谨对这些教材和资料的作者表示衷心的感谢。
　　参与本教材编写的老师有南京航空航天大学的吴英、海军91329部队的李宇；海军指挥学院的陈庆元、秦华、黄冬梅；中电熊猫集团的蔡青；还有洪蕾、张颖等。本教材最后由江苏警官学院的蔡敏老师统稿。
　　一本书的出版离不开许多人的支持，尤其是这本书。为此感谢我们的家人和朋友。
　　由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请各位专家、同仁和读者不吝赐教，并在此表示衷心感谢！

2012年12月25日于南京

计算机\基础

本书以历史和发展的眼光，全景式描绘了计算机科学各个子学科的主要领域。就整体而言，全书内容翔实、覆盖面广，旨在向读者展示计算机科学的全貌；从细节上看，本书层次清晰、图文并茂，内容引人入胜，极易引发读者的兴趣，绝无一般教材的枯燥和晦涩。
　　本书特色：
　　强调概念而不是数学模型和技术细节。
　　涵盖了计算机科学的发展趋势和最新的技术成果，带给读者最前沿的技术信息。
　　提供了知识拓展、注意、重要等小提示，拓宽阅读体验。
　　书中还包含大量的图、表和示例，有助于读者对知识的了解与把握。

前言
教学建议
第0章　绪论　　1
0.1　什么是计算机科学　　1
0.1.1　计算机科学的提出　　1
0.1.2　计算机科学领域　　2
0.1.3　计算机与计算机模型　　3
0.1.4　计算机科学中的经典问题　　4
0.2　计算机的历史　　7
0.2.1　计算机前传　　8
0.2.2　电子计算机　　8
0.2.3　计算机的未来　　13
0.3　计算机与社会　　13
0.3.1　计算机与生活　　13
0.3.2　有关计算机的伦理　　15
0.3.3　与计算机有关的犯罪　　16
0.4　我国计算机科学的发展　　17
本章小结　　18
本章习题　　18
第1章　数据的表示与编码　　21
1.1　数和数制　　21
1.1.1　数字系统　　21
1.1.2　计数与进制　　22
1.1.3　二进制和位　　23
1.1.4　八进制和十六进制　　25
1.1.5　不同进制间的相互转换　　25
1.2　数值的表示与运算　　28
1.2.1　整数的表示　　28
1.2.2　实数的表示　　31
1.2.3　位的算术运算　　32
1.3　非数值信息的编码　　34
1.3.1　字符的编码　　34
1.3.2　静态图像的编码　　37
1.3.3　动态数据的编码　　39
本章小结　　40
本章习题　　41
第2章　计算机体系结构　　44
2.1　计算机系统的多级层次结构　　44
2.2 　计算机体系结构概述　　47
2.2.1　计算机体系结构的基本概念　　47
2.2.2　相关概念　　49
2.3　冯 诺依曼结构和哈佛结构　　50
2.3.1　冯 诺依曼理论　　51
2.3.2　冯 诺依曼体系结构　　 51
2.3.3　冯 诺依曼结构的演变　　53
2.3.4　哈佛结构　　54
2.4　处理器体系结构　　54
2.4.1　指令系统　　54
2.4.2　CISC结构　　56
2.4.3　RISC结构　　57
2.4.4　并行处理与流水线技术　　59
2.5　计算机软件系统　　62
2.5.1　软件的含义　　62
2.5.2　软件系统的组织　　62
2.5.3　软件的社会形态　　64
本章小结　　68
本章习题　　69
第3章　计算机硬件组成　　71
3.1　概述　　71
3.2　处理器　　71
3.2.1　运算器　　72
3.2.2　控制器　　73
3.2.3　摩尔定律与处理器的发展　　74
3.3　存储器　　75
3.3.1　计算机的多级存储系统　　76
3.3.2　主存储器和高速缓存　　77
3.3.3　辅助存储器　　79
3.4　输入输出设备　　81
3.4.1　I/O设备的分类　　81
3.4.2　常见输入设备　　82
3.4.3　常见输出设备　　83
3.5　总线与接口　　84
3.5.1　总线　　84
3.5.2　接口　　86
本章小结　　90
本章习题　　90
第4章　数据结构与算法　　93
4.1　概述　　93
4.1.1　数据结构　　93
4.1.2　算法　　95
4.2　线性结构　　99
4.2.1　线性表和串　　99
4.2.2 栈和队列　　100
4.2.3 数组　　101
4.3 非线性结构　　102
4.3.1 树　　102
4.3.2　图　　104
4.4　基本算法　　105
4.4.1　排序　　106
4.4.2　查找　　108
4.5　递归　　109
本章小结　　110
本章习题　　111
第5章　操作系统　　114
5.1　操作系统概述　　114
5.1.1　操作系统的概念与组成　　114
5.1.2　操作系统的功能　　115
5.1.3　操作系统的分类　　116
5.2　处理器管理和内存管理　　118
5.2.1　处理器管理与进程调度　　119
5.2.2　内存管理　　124
5.3　文件系统　　126
5.3.1　文件的基本概念　　126
5.3.2　文件结构及存取方式　　126
5.3.3　顺序文件　　130
5.3.4　索引文件　　130
5.3.5　散列文件　　130
5.3.6　二进制文件和文本文件　　131
5.4　设备管理与驱动　　133
5.5　典型操作系统　　135
5.5.1　Windows系列　　135
5.5.2　Mac OS系列　　136
5.5.3　UNIX　　136
5.5.4　Linux　　137
5.5.5　移动操作系统　　138
本章小结　　139
本章习题　　140
第6章　程序设计语言　　143
6.1　计算机语言的发展　　143
6.1.1　自然语言与形式语言　　 144
6.1.2　机器语言与汇编语言　　145
6.1.3　高级语言　　146
6.1.4　脚本语言　　147
6.2　程序设计语言的范型　　147
6.3　程序设计语言的语法元素和功能划分　　149
6.4　程序的生成和运行　　154
6.4.1　编译和解释　　154
6.4.2　程序设计环境　　157
本章小结　　158
本章习题　　159
第7章　数据库技术与应用　　162
7.1　数据库的基本概念　　162
7.1.1　什么是数据库　　162
7.1.2　数据模型　　165
7.1.3　数据字典　　167
7.1.4　数据库系统　　167
7. 2　关系数据库及其运算　　168
7.2.1　关系模型　　168
7.2.2　结构化查询语言　　171
7.3 　数据仓库与数据挖掘　　174
7.3.1　数据仓库　　174
7.3.2　数据挖掘　　175
本章小结　　179
本章习题　　179
第8章 软件工程　　182
8.1　从软件到软件工程　　182
8.1.1　再认识软件　　182
8.1.2　软件工程的内涵　　183
8.2　软件开发过程　　184
8.2.1　软件生命周期　　184
8.2.2　软件过程模型　　185
8.3　软件工程的方法与工具　　188
8.3.1　结构化方法　　188
8.3.2　面向对象方法　　191
8.3.3　计算机辅助软件工程　　194
8.4　软件需求管理　　195
8.4.1　软件需求　　196
8.4.2　需求分析　　196
8.4.3　需求的管理 　　198
8.5　软件质量管理　　199
8.5.1　软件质量与评价　　199
8.5.2　软件评审与测试　　200
8.6　软件项目管理　　202
8.6.1　项目管理内容　　202
8.6.2　项目管理过程　　203
8.6.3　团队　　205
8.6.4　管理者　　205
本章小结　　206
本章习题　　206
第9章　计算机网络　　209
9.1　什么是计算机网络　　209
9.1.1　计算机网络的历史　　209
9.1.2　计算机网络的含义　　210
9.1.3　计算机网络的分类　　211
9.2　计算机网络体系结构　　213
9.2.1　概述　　213
9.2.2　OSI参考模型　　214
9.2.3　TCP/IP模型　　215
9.3　组建网络　　217
9.3.1　计算机网络拓扑　　218
9.3.2　网络的物理组成　　219
9.3.3　网络连接　　219
9.4　Internet及其应用　　220
9.4.1　Internet简介　　220
9.4.2　传输协议与地址　　221
9.4.3　Internet应用　　225
9.4.4　Internet发展新趋势　　228
9.5　云计算与物联网　　229
9.5.1　云计算　　229
9.5.2　物联网　　231
本章小结　　232
本章习题　　233
第10章　信息系统安全　　236
10.1 信息安全概述　　236
10.1.1 安全威胁　　236
10.1.2 对信息系统安全的理解　　237
10.1.3 如何才能安全　　238
10.2　数据加密　　241
10.2.1 密码学基础　　241
10.2.2　加密技术　　242
10.3　计算机病毒　　244
10.3.1 计算机病毒概述　　244
10.3.2 计算机病毒的作用机理　　246
10.3.3 计算机病毒防治　　248
10.4 防火墙与入侵检测技术　　249
10.4.1　防火墙　　249
10.4.2 入侵检测技术　　251
本章小结　　256
本章习题　　257
参考文献　　259