本書根據高等學校大學計算機課程教學指導委員會提出的《大學計算機基礎課程教學基本要求》，立足通識教育，以計算思維為出發點，培養思維能力和應用能力為主線而編寫。全書共11章，主要內容包括：計算思維導論、計算機中的信息表示、計算機硬件系統、計算機操作系統、辦公軟件基礎知識與功能設計、數據庫技術基礎、計算機網絡基礎、網絡的網絡：因特網、信息社會與信息安全、算法基礎與程序設計、計算機發展前沿技術等。 與同類教材相比，本書具有如下特點：強化了計算思維、計算理論、問題求解等基礎知識，將著名的大眾型“辦公軟件”的抽象概念、所用技術、功能設計和界面設計做了歸納和總結，體現了計算思維中的工程設計和實現的思想，這是其他教材所沒有的。書中沒有軟件操作，進一步精練了專業性強的數據庫、網絡和信息安全等章節的基礎和概念，使得內容更加通俗易懂。 本書是一線教師的經驗總結，內容豐富，語言精練，通俗易懂，適合作為高等學校計算機基礎課程的教材，也可作為計算機愛好者的自學用書和解決日常計算機應用問題的參考書。

20 世紀中期以來，計算機及互聯網成為人類發明史上具有劃時代意義的新事物。一方面，傳統學科借助計算機技術呈現出嶄新的學科形態和精彩的研究成果；另一方面，經濟社會各個領域與互聯網融合發展催生出新領域、新業態，促進了人類社會生活面貌的巨大改變。人們逐漸認識到，支撐這一巨大變化的不僅僅是技術和工具，還有一種全新的思維方式，即計算思維。無處不在的計算思維成為人們認識和解決問題的基本能力之一，也成為所有大學生應該具備的素質和能力。高校大學計算機基礎教育也需要隨之適應和改變。為此，教育bu高等學校大學計算機課程教學指導委員會提出了《大學計算機基礎課程教學基本要求》（以下簡稱《基本要求》）。本書正是基于這一《基本要求》，貫穿計算思維的通識教育，以培養利用計算機技術分析問題、解決問題的能力為目的而編寫的計算機基礎教育的教材。



本書共11 章，分為基礎知識、應用技術和提高能力三大部分。



基礎知識部分由第1 章計算思維導論、第2 章計算機中的信息表示、第3 章計算機硬件系統、第4 章計算機操作系統4 章組成。闡述了計算和計算思維的概念、計數及計算工具的演化，現代計算機的理論基礎與發明，計算理論基礎（模型、復雜性、求解過程和典型算法思維與應用）；講解了計算機系統平臺，涉及計算機硬件組成及工作原理、計算機操作系統結構及功能、計算機軟件與硬件關系、數制與信息編碼表示；介紹了信息、知識與社會等基礎知識，為理解和應用計算機打下理論和平臺基礎。



應用技術部分由第5 章辦公軟件基礎知識與功能設計、第6 章數據庫技術基礎、第7章計算機網絡基礎、第8 章網絡的網絡：因特網、第9 章信息社會與信息安全5 章組成。從現代辦公軟件的功能技術特點入手，學習其問題提出、分析和概念抽象，操作文件和內容、功能和界面設計等，取消了具體軟件操作講解；介紹了網絡的基本知識、原理及應用，講解了網絡技術的未來發展和網絡計算；介紹了數據庫基本知識、技術和應用，講解了數據模型、關系數據庫的設計與管理；介紹了信息安全的概念、目標和主要的安全威脅，數據加密模型及密碼體制等應用技術。通過掌握和應用各種技術培養學生處理各種信息的綜合能力。



提高能力部分由第10 章算法基礎與程序設計、第11 章計算機發展前沿技術2 章組成。分析和講解了計算機求解問題過程，核心是算法設計。介紹了算法分類、特性和評價方法，算法結構和表示，常用典型算法實例，以及程序設計和編程思想。問題的最終求解實現是通過編程、調試和運行來完成的；為了認識計算機的發展趨勢和專業應用，介紹了新型計算模型，包括并行計算、量子計算、網格計算和云計算；介紹了物聯網、大數據以及虛擬現實等計算機前沿技術的發展和應用；介紹了人工智能的起源與發展、人工智能的求解問題和應用領域，以及人工智能的發展趨勢。同時推進將計算機前沿技術與專業應用相結合的能力。



與第四版比較，基本保留了原來的章節和內容結構，以及重點內容。第五版主要是將專業性極強的內容更進一步精練，以適合非計算機專業的學生學習。例如，將第四版的第8 章多媒體技術基礎內容精簡后加入第2 章計算機中的信息表示；將第四版的第7章計算機網絡基礎中的互聯網的內容加以擴展成為新的章節第8 章網絡的網絡：因特網，將概念、原理和技術講解得更準確、易懂。另外，對第3 章計算機硬件系統、第4 章計算機操作系統和第11 章計算機發展前沿技術等內容，做了調整，使內容更貼近時代。



本書具有以下3 個特色：



（1）以培養計算思維和意識為主線，強化問題求解方法與分析能力培養本書與同類教材相比，更注重展現的是計算和計算機理論基礎，系統原理、結構、體系和平臺等系統思想，以及硬件、軟件、算法、數據、通信等計算機技術，到問題求解過程、編程思想、算法設計等實現程序化方法，以達到培養思維能力和問題求解能力的目的。



（2）以提升內容深度為宗旨，重視思想性、知識性和原理性內容的講解書中內容分為三大部分（共11 章），每章同時設置有小結和習題，便于學生總結和練習。書中不涉及計算機的軟件操作，糾正了人們關于計算機傳統的“狹隘工具論”的認識，但同時也不排除講解“應用軟件或工具”實現的原理性知識。例如，針對著名的大眾型“辦公軟件”歸納和總結出抽象概念、所用技術、功能設計和界面設計等系統構造的原理性內容，體現了計算思維中的工程設計和實現的思想。



（3）突出主教材的理論性和實踐教材的應用性，提高教材的適應性主教材在設計上不介紹應用軟件的具體操作，重點講解計算機理論、原理、方法和技術，避免了因應用軟件的升級而改版。配套的實踐教材增加了應用軟件的介紹，同時有詳細的實驗操作講解，便于學生自主學習和實踐。



本書由馬曉敏任主編，曲霖潔、齊永波任副主編，姜遠明、胡鳳燕、王玲玲、胡光參與編寫。編寫分工：第1 章由胡光編寫，第2 章由王玲玲編寫，第3 章和第5 章由齊永波編寫，第4 章和第11 章由馬曉敏編寫，第6 章由胡鳳燕編寫，第7～9 章由曲霖潔編寫，第10 章由姜遠明編寫。全書由馬曉敏統稿。



在本書編寫過程中，許多老師和領導提出了寶貴的建議和意見，國內高校一些專家也給出了具體指導，在此一并表示衷心的感謝。此外，本書參考了許多著作和網站的內容，在此表示感謝。



由于計算機技術發展很快，加之編者水平有限，書中難免存在疏漏與不妥之處，懇請讀者批評指正，以便再版時及時修訂。



編 者



2022 年5 月于煙臺大學

第一部分基礎知識第1章計算思維導論11.1計算與計算思維11.1.1計算的含義11.1.2思維概述41.2計算理論.91.2.1計算模型91.2.2可計算性101.2.3計算復雜性111.2.4求解問題過程131.3數與計算工具181.3.1數與計算181.3.2傳統的計算工具.201.3.3計算機的雛形241.3.4現代計算機的理論基礎.251.3.5現代計算機的產生與發展271.3.6現代計算機在中國的發展311.4計算與信息社會331.4.1信息社會341.4.2互聯網+371.4.3計算機系統的應用38小結41習題42第2章計算機中的信息表示442.1數制與轉換442.1.1進位計數制442.1.2數制間的轉換462.1.3二進制數的運算規則492.2數值數據的表示502.2.1機器數與真值502.2.2原碼、反碼和補碼512.2.3定點數與浮點數.53

馬曉敏，煙臺大學，畢業于吉林大學計算機科學技術專業，碩士學位?，F就職于煙臺大學計算機與控制工程學院，副教授，主要從事計算機基礎研究與教學；Java與網絡編程原理與技術應用等方向。從事高等教育20余年，承擔省部級項目3項，獲得教學成果獎2項，發表核心期刊論文若干。

本書根據高等學校大學計算機課程教學指導委員會提出的《大學計算機基礎課程教學基本要求》，立足通識教育，以計算思維為出發點，培養思維能力和應用能力為主線而編寫。全書共11章，主要內容包括：計算思維導論、計算機中的信息表示、計算機硬件系統、計算機操作系統、辦公軟件基礎知識與功能設計、數據庫技術基礎、計算機網絡基礎、網絡的網絡：因特網、信息社會與信息安全、算法基礎與程序設計、計算機發展前沿技術等。

與同類教材相比，本書具有如下特點：強化了計算思維、計算理論、問題求解等基礎知識，將著名的大眾型“辦公軟件”的抽象概念、所用技術、功能設計和界面設計做了歸納和總結，體現了計算思維中的工程設計和實現的思想，這是其他教材所沒有的。書中沒有軟件操作，進一步精練了專業性強的數據庫、網絡和信息安全等章節的基礎和概念，使得內容更加通俗易懂。