本书根据教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会提出的《大学计算机基础课程教学基本要求》，立足通识教育，以计算思维为出发点，培养思维能力和应用能力为主线而编写。全书共11 章，主要内容包括：计算思维导论、计算机中的信息表示、计算机硬件系统、计算机操作系统、办公软件基础知识与功能设计、数据库技术基础、计算机网络基础、网络的网络：因特网、信息社会与信息安全、算法基础与程序设计、计算机发展前沿技术等。

与同类教材相比，本书具有如下特点：强化了计算思维、计算理论、问题求解等基础知识，将著名的大众型“办公软件”的抽象概念、所用技术、功能设计和界面设计做了归纳和总结，体现了计算思维中的工程设计和实现的思想，这是其他教材所没有的。书中没有软件操作，进一步精练了专业性极强的数据库、网络和信息安全等章节的基础和概念，使得内容更加通俗易懂。

本书是一线教师的经验总结，内容丰富，语言精练，通俗易懂，适合作为高等学校计算机基础课程的教材，也可作为计算机爱好者的自学用书和解决日常计算机应用问题的参考书。

20 世纪中期以来，计算机及互联网成为人类发明史上具有划时代意义的新事物。一方面，传统学科借助计算机技术呈现出崭新的学科形态和精彩的研究成果；另一方面，经济社会各个领域与互联网融合发展催生出新领域、新业态，促进了人类社会生活面貌的巨大改变。人们逐渐认识到，支撑这一巨大变化的不仅仅是技术和工具，还有一种全新的思维方式，即计算思维。无处不在的计算思维成为人们认识和解决问题的基本能力之一，也成为所有大学生应该具备的素质和能力。高校大学计算机基础教育也需要随之适应和改变。为此，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会提出了《大学计算机基础课程教学基本要求》（以下简称《基本要求》）。本书正是基于这一《基本要求》，贯穿计算思维的通识教育，以培养利用计算机技术分析问题、解决问题的能力为目的而编写的计算机基础教育的教材。

本书共11 章，分为基础知识、应用技术和提高能力三大部分。

基础知识部分由第1 章计算思维导论、第2 章计算机中的信息表示、第3 章计算机硬件系统、第4 章计算机操作系统4 章组成。阐述了计算和计算思维的概念、计数及计算工具的演化，现代计算机的理论基础与发明，计算理论基础（模型、复杂性、求解过程和典型算法思维与应用）；讲解了计算机系统平台，涉及计算机硬件组成及工作原理、计算机操作系统结构及功能、计算机软件与硬件关系、数制与信息编码表示；介绍了信息、知识与社会等基础知识，为理解和应用计算机打下理论和平台基础。

应用技术部分由第5 章办公软件基础知识与功能设计、第6 章数据库技术基础、第7章计算机网络基础、第8 章网络的网络：因特网、第9 章信息社会与信息安全5 章组成。从现代办公软件的功能技术特点入手，学习其问题提出、分析和概念抽象，操作文件和内容、功能和界面设计等，取消了具体软件操作讲解；介绍了网络的基本知识、原理及应用，讲解了网络技术的未来发展和网络计算；介绍了数据库基本知识、技术和应用，讲解了数据模型、关系数据库的设计与管理；介绍了信息安全的概念、目标和主要的安全威胁，数据加密模型及密码体制等应用技术。通过掌握和应用各种技术培养学生处理各种信息的综合能力。

提高能力部分由第10 章算法基础与程序设计、第11 章计算机发展前沿技术2 章组成。分析和讲解了计算机求解问题过程，核心是算法设计。介绍了算法分类、特性和评价方法，算法结构和表示，常用典型算法实例，以及程序设计和编程思想。问题的最终求解实现是通过编程、调试和运行来完成的；为了认识计算机的发展趋势和专业应用，介绍了新型计算模型，包括并行计算、量子计算、网格计算和云计算；介绍了物联网、大数据以及虚拟现实等计算机前沿技术的发展和应用；介绍了人工智能的起源与发展、人工智能的求解问题和应用领域，以及人工智能的发展趋势。同时推进将计算机前沿技术与专业应用相结合的能力。

与第四版比较，基本保留了原来的章节和内容结构，以及重点内容。第五版主要是将专业性极强的内容更进一步精练，以适合非计算机专业的学生学习。例如，将第四版的第8 章多媒体技术基础内容精简后加入第2 章计算机中的信息表示；将第四版的第7章计算机网络基础中的互联网的内容加以扩展成为新的章节第8 章网络的网络：因特网，将概念、原理和技术讲解得更准确、易懂。另外，对第3 章计算机硬件系统、第4 章计算机操作系统和第11 章计算机发展前沿技术等内容，做了调整，使内容更贴近时代。

本书具有以下3 个特色：

（1）以培养计算思维和意识为主线，强化问题求解方法与分析能力培养本书与同类教材相比，更注重展现的是计算和计算机理论基础，系统原理、结构、体系和平台等系统思想，以及硬件、软件、算法、数据、通信等计算机技术，到问题求解过程、编程思想、算法设计等实现程序化方法，以达到培养思维能力和问题求解能力的目的。

（2）以提升内容深度为宗旨，重视思想性、知识性和原理性内容的讲解书中内容分为三大部分（共11 章），每章同时设置有小结和习题，便于学生总结和练习。书中不涉及计算机的软件操作，纠正了人们关于计算机传统的“狭隘工具论”的认识，但同时也不排除讲解“应用软件或工具”实现的原理性知识。例如，针对著名的大众型“办公软件”归纳和总结出抽象概念、所用技术、功能设计和界面设计等系统构造的原理性内容，体现了计算思维中的工程设计和实现的思想。

（3）突出主教材的理论性和实践教材的应用性，提高教材的适应性主教材在设计上不介绍应用软件的具体操作，重点讲解计算机理论、原理、方法和技术，避免了因应用软件的升级而改版。配套的实践教材增加了应用软件的介绍，同时有详细的实验操作讲解，便于学生自主学习和实践。

本书由马晓敏任主编，曲霖洁、齐永波任副主编，姜远明、胡凤燕、王玲玲、胡光参与编写。编写分工：第1 章由胡光编写，第2 章由王玲玲编写，第3 章和第5 章由齐永波编写，第4 章和第11 章由马晓敏编写，第6 章由胡凤燕编写，第7～9 章由曲霖洁编写，第10 章由姜远明编写。全书由马晓敏统稿。

在本书编写过程中，许多老师和领导提出了宝贵的建议和意见，国内高校一些专家也给出了具体指导，在此一并表示衷心的感谢。此外，本书参考了许多著作和网站的内容，在此表示感谢。

由于计算机技术发展很快，加之编者水平有限，书中难免存在疏漏与不妥之处，恳请读者批评指正，以便再版时及时修订。

编 者

2022 年5 月于烟台大学

第一部分 基 础 知 识
第1 章 计算思维导论1
1.1 计算与计算思维 1
1.1.1 计算的含义 1
1.1.2 思维概述 4
1.2 计算理论. 9
1.2.1 计算模型 9
1.2.2 可计算性 10
1.2.3 计算复杂性 11
1.2.4 求解问题过程 13
1.3 数与计算工具 18
1.3.1 数与计算 18
1.3.2 传统的计算工具. 20
1.3.3 计算机的雏形 24
1.3.4 现代计算机的理论基础. 25
1.3.5 现代计算机的产生与发展 27
1.3.6 现代计算机在中国的发展 31
1.4 计算与信息社会 33
1.4.1 信息社会 34
1.4.2 互联网+  37
1.4.3 计算机系统的应用 38
小结 41
习题 42
第2 章 计算机中的信息表示44
2.1 数制与转换 44
2.1.1 进位计数制 44
2.1.2 数制间的转换 46
2.1.3 二进制数的运算规则 49
2.2 数值数据的表示 50
2.2.1 机器数与真值 50
2.2.2 原码、反码和补码 51
2.2.3 定点数与浮点数. 53
2.3 数据存储单位和内存地址. 55
2.3.1 数据存储单位 55
2.3.2 内存地址和数据存放 56
2.4 字符与汉字的编码. 57
2.4.1 十进制数编码 57
2.4.2 ASCII 编码. 58
2.4.3 汉字编码 59
2.4.4 Unicode 编码 62
2.5 多媒体信息的表示. 62
2.5.1 音频 62
2.5.2 图形与图像 65
2.5.3 视频与动画 68
小结 70
习题 70
第3 章 计算机硬件系统72
3.1 计算机系统组成 72
3.2 计算机硬件基础 73
3.2.1 计算机硬件构成 73
3.2.2 计算机的指令系统与工作原理 74
3.3 微型计算机概述 76
3.3.1 微型计算机的类型 76
3.3.2 微型计算机的硬件组成  78
3.4 主机系统和外围设备 78
3.4.1 中央处理器 78
3.4.2 主板 81
3.4.3 存储器. 84
3.4.4 总线与接口 89
3.4.5 其他外围设备 92
小结 95
习题 95
第4 章 计算机操作系统 96
4.1 操作系统概述 96
4.1.1 计算机软件的概念 96
4.1.2 计算机程序的工作机制. 97
4.1.3 操作系统的产生 98
4.1.4 操作系统的定义和类型 99
4.2 常见的操作系统 102
4.2.1 MS-DOS 102
4.2.2 Windows 103
4.2.3 UNIX  104
4.2.4 Linux  104
4.2.5 Mac OS  104
4.2.6 移动设备操作系统 105
4.2.7 中国的操作系统 105
4.3 操作系统的结构和功能 106
4.3.1 操作系统的层次结构 106
4.3.2 操作系统的功能组成 107
4.3.3 进程管理 107
4.3.4 存储器管理 111
4.3.5 设备管理 112
4.3.6 文件管理 116
4.4 Windows 操作系统 121
4.4.1 概述 121
4.4.2 系统结构 123
4.4.3 系统管理 124
4.4.4 启动和停机 125
小结 125
习题 126
第二部分 应 用 技 术
第5 章 办公软件基础知识与功能设计. 127
5.1 办公软件包 127
5.2 文字处理软件 129
5.2.1 文字处理概述 129
5.2.2 文字处理的基本概念 129
5.2.3 Word 2016 的功能设计与操作原理 137
5.2.4 Word 2016 的文档制作流程. 142
5.2.5 案例分析 142
5.3 电子表格软件 145
5.3.1 电子表格概述 145
5.3.2 电子表格的基本概念 145
5.3.3 Excel 2016 的功能设计与操作原理 151
5.3.4 Excel 2016 表格的制作流程. 156
5.3.5 案例分析 157
5.4 演示文稿软件 159
5.4.1 演示文稿概述 160
5.4.2 演示文稿的基本概念 160
5.4.3 PowerPoint 2016 的功能设计与操作原理 161
5.4.4 PowerPoint 2016 演示文稿的制作流程 163
5.4.5 案例分析 163
小结 165
习题 165
第6 章 数据库技术基础 167
6.1 数据库系统概述 167
6.1.1 常用术语 167
6.1.2 数据管理技术的发展 168
6.1.3 数据库系统的特点 170
6.2 数据库系统的体系结构 171
6.2.1 三级模式 171
6.2.2 两级映射 172
6.3 数据模型. 173
6.3.1 数据模型的基本类型 173
6.3.2 E-R 模型 174
6.3.3 常用的逻辑数据模型 175
6.4 关系数据库 177
6.4.1 关系术语 177
6.4.2 关系的完整性 179
6.4.3 关系运算 179
6.5 数据库设计 182
6.5.1 数据库设计概述. 182
6.5.2 需求分析 182
6.5.3 概念设计 183
6.5.4 逻辑设计 184
6.5.5 物理设计 187
6.6 SQL 语言. 187
6.6.1 SQL 的概念 187
6.6.2 SQL 的特点 187
6.6.3 一个使用SQL 的例子. 188
6.7 数据库新技术 190
6.7.1 新数据库系统 191
6.7.2 大数据管理 192
小结 193
习题 193
第7 章 计算机网络基础 194
7.1 计算机网络概述 194
7.1.1 计算机网络的产生与发展 194
7.1.2 未来的计算机网络 195
7.1.3 计算机网络的定义和功能 196
7.1.4 计算机网络的组成 197
7.1.5 计算机网络的分类 198
7.1.6 网络协议与体系结构 200
7.2 计算机网络通信基础 205
7.2.1 通信系统模型 205
7.2.2 速率、带宽与时延 206
7.2.3 数据通信方式 207
7.2.4 数据交换技术 208
7.2.5 复用技术 210
7.2.6 计算机网络的工作模式. 210
7.3 搭建网络：硬件、软件、协议 211
7.3.1 网络硬件 212
7.3.2 网络软件 217
习题 218
第8 章 网络的网络：因特网 219
8.1 因特网概述 219
8.1.1 因特网的历史 219
8.1.2 IP 地址 221
8.1.3 Internet 域名系统 226
8.1.4 接入因特网的方式 228
8.2 因特网的资源 230
8.2.1 WWW 和网站 231
8.2.2 电子邮件服务 235
8.2.3 文件传输 236
8.2.4 网络社交 238
8.3 发展中的因特网 239
8.3.1 Web 2.0 和Web 3.0  239
8.3.2 卫星导航系统和智能手机 239
8.3.3 电子商务和电子支付 240
习题 241
第9 章 信息社会与信息安全  242
9.1 社会影响. 242
9.1.1 社会问题 242
9.1.2 计算机与环境 243
9.1.3 计算机与人类健康 243
9.2 信息安全基础 244
9.2.1 计算机安全工程. 244
9.2.2 计算机网络面临的安全威胁 245
9.2.3 常见网络安全技术 246
9.2.4 计算机犯罪 248
9.2.5 计算机病毒及其防治 248
9.2.6 网络黑客及防范. 250
9.2.7 信息安全政策与法规 250
9.3 信息安全技术的发展和应用. 251
9.3.1 Windows 10 操作系统安全 251
9.3.2 大数据安全与隐私保护 252
9.3.3 可信计算和互联网金融安全  253
9.3.4 Web 安全和移动网络安全 254
9.3.5 量子密码及其他密码技术 254
习题 255
第三部分 提 高 能 力
第10 章 算法基础与程序设计 256
10.1 问题求解过程. 256
10.2 算法基础 257
10.2.1 算法的概念  257
10.2.2 算法的特性和评价  258
10.2.3 算法的结构  259
10.2.4 算法的表示  260
10.2.5 算法举例  263
10.3 程序设计基础  268
10.3.1 计算机语言概述 268
10.3.2 程序设计基本元素  269
10.3.3 面向过程的程序设计思想 270
10.3.4 面向对象的程序设计思想 270
小结 271
习题 272
第11 章 计算机发展前沿技术 273
11.1 新型计算模型  273
11.1.1 并行计算 273
11.1.2 量子计算  274
11.1.3 网格计算和云计算 274
11.1.4 物联网 276
11.1.5 大数据 276
11.1.6 虚拟现实和3D 打印 277
11.2 人工智能 279
11.2.1 人工智能的起源与发展 279
11.2.2 人工智能求解问题  281
11.2.3 人工智能的应用领域 281
11.2.4 人工智能的未来 283
小结 283
习题 283
参考文献 284

    马晓敏，烟台大学，毕业于吉林大学计算机科学技术专业，硕士学位。现就职于烟台大学计算机与控制工程学院，副教授，主要从事计算机基础研究与教学；Java与网络编程原理与技术应用等方向。从事高等教育20余年，承担省部级项目3项，获得教学成果奖2项，发表核心期刊论文若干。

本书适合作为高等学校计算机基础课程的教材，也可作为计算机爱好者的自学用书和解决日常计算机应用问题的参考书。