大学计算机基础

强调计算思维能力的培养，偏重于对计算机系统工作原理的理解，立足于计算机技术和网络技术的最新发展，根据智能时代对人才培养的新需求，为本科各专业学生的计算机应用基础能力培养提供了完整可行的解决方案。

“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，随着社会信息技术应用水平的迅速提高，该课程的改革越来越受到人们的关注。当前，国家推动创新驱动发展，以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对大学生的信息技术能力培养提出了更高要求，迫切需要加快大学计算机基础课程的改革创新，以信息化技术的提升带动人才培养，培养创新能力强、能使用信息技术解决复杂问题、具备国际竞争力的高素质复合型新时代人才。

同时，物联网、大数据、云计算、人工智能、脑认知等新技术出现，传统的计算机基础知识需要重构，迫切需要基于新理念、新模式、新质量、新方法的融合创新范式对大学计算机基础知识体系进行改革，培养学生在智能时代的计算思维能力。

基于这种认识，本书对原有的计算机基础教材进行了较大幅度的修改，以培养学生的计算思维为出发点，结合全国计算机等级考试二级考试大纲较全面地介绍了计算机工作原理，以人工智能时代使用最普遍的程序设计语言Python为例介绍程序设计思想，从数据结构、软件工程、数据库基础知识几方面介绍计算机软件开发工作原理，介绍了计算机网络和多媒体技术知识，同时对智能时代的大数据技术、云计算、人工智能技术进行了介绍，为深入了解计算机系统、理解计算机工作原理、跟踪计算机技术发展、使用计算思维解决专业问题奠定了良好的基础。

本书强调对计算思维能力的培养，偏重于对计算机系统工作原理的理解，立足于计算机技术和网络技术的最新发展，根据智能时代对人才培养的新需求，为本科各专业学生的计算机应用基础能力培养提供了一个完整可行的解决方案。

全书共9章，第1章和第2章由陈炼编写，第3章由周兴斌编写，第4章由陈悦编写，第5章由邱睿韫编写，第6章由邹华兴编写，第7章由徐知海编写，第8章由王昊编写，第9章由涂荣军编写。陈炼负责（邱睿韫协助）全书的组织和统稿工作。

在本书编写和出版过程中，编者得到了中国水利水电出版社、南昌大学教务处和南昌大学计算中心的大力支持与帮助，在此表示衷心感谢。

由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免有疏漏甚至错误之处，恳求读者和专家批评指正。

编者

2019年6月

第1章 计算机基础知识 1
1.1 计算机的基本概念 1
1.1.1 计算机的发展阶段 1
1.1.2 计算机的特点 5
1.1.3 计算机的应用领域 6
1.1.4 计算机的分类 9
1.1.5 计算机的发展趋势 11
1.2 计算机数据表示 12
1.2.1 进位计数制 12
1.2.2 数制间的转换 14
1.2.3 二进制数的逻辑运算 16
1.2.4 数值的编码表示 17
1.2.5 字符ASCII码 18
1.3 汉字信息处理技术 19
1.3.1 汉字输入技术分类 20
1.3.2 汉字编码与国标 20
1.3.3 汉字字模与汉字字库 22
第2章 计算机系统组成 24
2.1 计算机硬件系统组成 25
2.1.1 计算机系统工作原理 25
2.1.2 计算机系统的设备及其功能 26
2.2 计算机软件系统 26
2.2.1 系统软件 27
2.2.2 应用软件 29
2.3 微型计算机基本配置 29
2.3.1 微型计算机的主要设备 30
2.3.2 微型计算机的基本输入设备 36
2.3.3 微型计算机的基本输出设备 40
2.3.4 微型计算机的软件配置 43
2.3.5 微型计算机的主要性能指标 43
2.3.6 微型计算机的组装 45
第3章 程序设计基础（以Python为例） 47
3.1 Python基本语法 48
3.1.1 Python基础 48
3.1.2 基本输入输出 56
3.1.3 集合类型 56
3.1.4 缩进与注释 59
3.1.5 Python文件名 60
3.1.6 模块导入与使用 60
3.2 结构化程序设计 61
3.2.1 单分支结构 61
3.2.2 双分支结构 62
3.2.3 多分支结构 63
3.2.4 循环结构 64
3.2.5 break语句和continue语句 64
3.2.6 综合应用 65
3.2.7 函数 66
3.3 面向对象的程序设计 75
3.3.1 类定义 76
3.3.2 类成员与实例成员 76
3.3.3 私有成员与公有成员 77
3.3.4 方法 78
3.3.5 继承和多态 79
3.3.6 多态原理与实现 81
第4章 数据结构与算法 83
4.1 算法的概念 83
4.1.1 算法的基本概念 83
4.1.2 算法的复杂度 84
4.2 数据结构的基本概念 85
4.2.1 数据结构的定义 85
4.2.2 线性结构和非线性结构 86
4.3 栈及线性链表 87
4.3.1 栈及其基本操作 87
4.3.2 线性链表的基本概念 88
4.4 树与二叉树 91
4.4.1 树与二叉树及其基本性质 91
4.4.2 二叉树的遍历 94
4.5 排序技术 95
4.5.1 插入排序 95
4.5.2 冒泡排序 96
4.5.3 选择排序 96
4.5.4 归并排序 96
4.5.5 快速排序 97
4.5.6 希尔（shell）排序 98
4.5.7 堆排序 98
4.5.8 基数排序 99
4.5.9 计数排序 100
4.5.10 桶排序 100
4.6 查找技术 101
4.6.1 顺序查找 101
4.6.2 二分查找 101
第5章 软件工程基础 102
5.1 软件工程的基本概念 102
5.2 软件的生命周期 105
5.3 软件定义 109
5.4 软件设计 112
5.5 软件测试 116
5.6 程序调试 118
第6章 数据库设计基础 119
6.1 数据库系统的基本概念 119
6.1.1 基本概念 119
6.1.2 数据库系统的发展 124
6.1.3 数据库系统的基本特点 126
6.1.4 数据库系统的内部结构体系 127
6.2 数据模型 129
6.2.1 数据模型的基本概念 129
6.2.2 E-R模型 130
6.2.3 层次模型 134
6.2.4 网状模型 135
6.2.5 关系模型 136
6.3 关系代数 139
6.4 数据库设计与管理 146
6.4.1 数据库设计概述 146
6.4.2 数据库设计的需求分析 147
6.4.3 数据库概念设计 148
6.4.4 数据库逻辑设计 152
6.4.5 数据库物理设计 154
6.4.6 数据库管理 154
第7章 计算机网络基础 156
7.1 计算机网络概述 156
7.1.1 计算机网络的形成 156
7.1.2 计算机网络的发展 157
7.1.3 计算机网络的定义 159
7.2 计算机网络的组成与分类 160
7.2.1 计算机网络的组成 160
7.2.2 计算机网络的分类 160
7.2.3 计算机网络的拓扑结构 162
7.3 计算机网络体系结构 164
7.3.1 ISO/OSI分层体系结构 164
7.3.2 TCP/IP分层体系结构 166
7.3.3 TCP/IP协议和IP地址 168
7.3.4 IPv6协议 172
7.4 局域网基础 173
7.4.1 局域网概述 173
7.4.2 网络的传输介质 174
7.4.3 常用的网络设备 176
7.4.4 高速局域网 178
7.4.5 无线局域网 179
7.5 Internet基础 179
7.5.1 Internet概述 179
7.5.2 Internet接入 180
7.5.3 Internet应用 182
7.6 计算机网络安全 184
7.6.1 计算机网络安全基础知识 184
7.6.2 计算机网络攻击及防范技术 187
7.6.3 计算机网络病毒及反病毒技术 189
7.6.4 计算机网络安全防黑措施 191
第8章 多媒体技术基础 193
8.1 多媒体技术 193
8.1.1 媒体 193
8.1.2 多媒体 194
8.1.3 多媒体数据的特点 194
8.1.4 多媒体技术及其特性 195
8.1.5 多媒体技术的发展 196
8.1.6 多媒体技术的应用 196
8.2 媒体的分类 198
8.2.1 文本（Text） 198
8.2.2 图形（Graphic） 198
8.2.3 图像（Image） 198
8.2.4 音频（Audio） 199
8.2.5 动画（Animation） 200
8.2.6 视频（Video） 200
8.3 多媒体计算机系统的组成 201
8.3.1 多媒体计算机的硬件组成 201
8.3.2 多媒体计算机的软件系统 202
8.4 多媒体技术的应用 203
8.4.1 数字媒体—声音 203
8.4.2 数字媒体—图像与图形 205
8.4.3 数字媒体—视频 208
第9章 计算机发展新技术 211
9.1 云计算 211
9.1.1 云计算的定义 211
9.1.2 云计算的特征 212
9.1.3 云计算的服务层次 213
9.1.4 云计算的应用 213
9.2 大数据 215
9.2.1 大数据的定义 215
9.2.2 大数据的特征 215
9.2.3 大数据的相关技术 216
9.2.4 大数据的应用 217
9.3 物联网 218
9.3.1 物联网的定义 218
9.3.2 物联网的主要技术与特点 219
9.3.3 物联网的应用 220
9.3.4 物联网的发展前景 221
9.4 人工智能 222
9.4.1 人工智能的定义 222
9.4.2 人工智能的发展历程 222
9.4.3 人工智能的研究范畴 223
9.4.4 人工智能的应用 224
参考文献 226

1. 输水管线工程风险管理 [张勇 党亥生 著]
2. 民用航空飞机标准线路施工 [主编　王志敏　陈明]
3. 不息的水脉—大运河讲谈录 [赵珩　著]
4. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
5. 三峡梯级电站水资源决策支持系统研究与开发 [姚华明 潘红忠 汤正]
6. 海南黎族民俗文化鉴赏 [庞国华　著]
7. 石墨烯在太赫兹及中红外频段电磁器件设计中的应用 [李艳秀 庄华伟 著]
8. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
9. 办公自动化高级应用 [陈萍 朱晓玉]
10. 信息处理技术员考试32小时通关 [薛大龙]
11. 电子产品设计案例教程（微课版）—基于嘉立创EDA（专业版） [王静 莫志宏 陈学昌 丁红]
12. C程序设计实践教程 [刘卫国]
13. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
14. Web技术开发教程（基于.NET开源MVC框架） [王合闯 韩红玲 王青正 陈海蕊]
15. 商务英语翻译教程（笔译）（第四版） [主编 王军平]
16. 智慧零售技术与应用 [洪旭 著]
17. 建设工程法规实务 [主编 余滢]
18. 商务秘书理论与实务（第三版） [主编 张同钦]
19. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
20. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
21. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
22. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
23. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
24. 信息系统项目管理师章节习题与考点特训（第二版） [主编 薛大龙]
25. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
26. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]
27. 画法几何与机械制图习题集（多学时） [主编 赵军]
28. HCIA-Datacom认证题库分类精讲 [主 编 韩立刚]
29. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
30. 网络规划设计师备考一本通 [夏杰 编著]