本书根据教育部高等学校教学指导委员会制定的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》及教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会制定的《高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案》相关要求编写，反映了高等学校计算机课程教学改革的最新成果。
本书是应用型高校计算机类专业本科学生的入门教材，从整体角度对计算机学科作了全面、完整、系统的介绍。全书分为11章，主要内容包括信息技术基础知识、信息数字化基础、计算机硬件、计算机软件、计算机网络与信息安全、网络软件与应用、算法与数据结构基础、程序设计基础、软件工程、人工智能基础、计算机文化与信息道德等，为学生提供了计算机学科的整体性知识，为后续课程学习提供指导，并为专业方向选择提供思路。
本书适合作为高等学校计算机类专业本科生“计算机导论”“计算机系统导论”等课程的教材，也可以作为计算机爱好者的参考书。

党的二十大提出，要加快建设“网络强国、数字中国”“构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎”。计算机技术已经融入社会生活的方方面面，成为推动产业升级、社会变革、网络强国建设、数字中国建设的重要推动力。随着大数据时代的到来，云计算、物联网、数据挖掘、区块链、人工智能等新技术风起云涌。伴随着信息技术的发展，高等教育出现了MOOC、SPOC、线上线下混合式教学等新的教学模式。所有这些，迫使我们不断更新教学内容，努力打造“一流课程”。
本书根据教育部高等学校教学指导委员会制定的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》及高等学校计算机科学与技术教学指导委员会制定的《高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案》的相关要求编写，反映了高等学校计算机课程教学改革的最新成果。全书以计算机技术发展为主线，内容涵盖了计算机技术的方方面面，包括物联网、大数据、云计算、人工智能等目前的热点领域，旨在为计算机及相关专业的本科新生提供一个关于计算机类专业的入门教材，使他们能对该类专业有一个整体的认识，了解该专业的学生应具有的基本知识和技能、在该领域工作应有的职业道德和应遵守的法律准则。
全书以信息技术发展为主线，内容涵盖物联网、大数据、云计算、人工智能等目前的热点领域，以应用为核心，内容全面、重点突出，兼顾原理与应用；在书中以浅显易懂的语言介绍了人工智能，力求学生对人工智能有一个全面的认识。通过对本书的学习，读者可掌握计算机技术的基本知识和基本技能，培养计算思维能力，了解人工智能知识，并可以为进一步学习计算机类课程打下坚实的基础。
全书共有11章，第1章为概述，主要介绍计算机技术的基础知识，重点介绍了计算、计算机的发展及其应用；第2章介绍了信息数字化基础知识，包括信息的存储、进制、各类信息的表示，以及数字化信息在计算机中的硬件实现；第3章介绍了计算机硬件知识，使读者了解计算机技术的硬件平台；第4章介绍了计算机软件，重点介绍了操作系统及数据库基础；第5章介绍了计算机网络与信息安全，包括计算机网络及信息安全相关知识；第6章介绍了网络软件及最新的网络技术应用；第7章介绍了算法及数据结构基础；第8章介绍了程序设计基础，并重点介绍了Python程序设计语言；第9章介绍了软件工程；第10章介绍了人工智能基础，使读者对人工智能有初步的认识；第11章介绍了计算机文化和信息道德，使读者了解计算机技术中的人文知识。
本书是国家级一流本科专业“计算机科学与技术”建设成果，是湖南省线上一流本科课程“计算机系统导论”（https://www.xueyinonline.com/detail/214167236）的配套教材，是湖南省普通高校“十三五”专业综合改革试点项目“计算机科学与技术”建设与研究成果。
为方便教学与学习，本书免费提供编者精心制作的电子教案（PPT版本）等教学资料，提供教材所有电子版素材与习题参考答案，设知识点配套微视频及配套试题库。读者可以到湖南工业大学计算机基础教学网或者中国铁道出版社教育资源数字化平台免费下载，网址为http://www.tdpress.com/51eds/，也可直接联系作者，邮箱为hutjsj@163.com。
本书由刘强、童启、袁义任主编，唐柳春、陈芳勤、唐黎黎任副主编，肖哲、李欣、侯俐、周丽娟、许赛华、言天舒、王平参与编写，全书由刘强统稿、定稿。本书在编写过程中得到了很多专家和任课教师的大力支持，在此表示衷心的感谢。
由于计算机技术发展迅速，加之编者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正。


2023年7月

第1章计算与计算机概述1
1.1计算概述1
1.1.1计算的本质1
1.1.2图灵机2
1.1.3冯诺依曼模型3
1.1.4计算工具的发展4
1.2现代计算机6
1.2.1计算机概念及特点6
1.2.2计算机的发展阶段7
1.2.3计算机的分类8
1.2.4计算机的应用领域10
1.2.5计算机的发展趋势12
1.2.6未来新型计算机14
1.3信息与信息技术15
1.3.1信息与数据15
1.3.2信息技术17
1.3.3信息化社会18
小结19
习题19
第2章信息数字化21
2.1信息数字化基础21
2.1.1数据处理的基本单位21
2.1.2比特的存储23
2.2计算机中的数制25
2.2.1数制的概念25
2.2.2常用的数制26
2.2.3各种数制的转换27
2.2.4计算机为什么采用二进制30
2.3信息的存储与表示30
2.3.1数值的表示30
2.3.2字符的表示33
2.3.3汉字的表示34
2.3.4多媒体数据36
2.4计算与逻辑运算39
2.4.1无符号二进制数的算术运算39
2.4.2带符号数的计算40
2.4.3逻辑运算40
2.4.4四则运算与逻辑运算41
2.5数字电路基础42
2.5.1逻辑门42
2.5.2电路44
2.5.3加法器45
2.5.4触发器47
小结48
习题48
第3章计算机硬件52
3.1计算机系统概述52
3.1.1计算机系统组成52
3.1.2冯•诺依曼计算机体系结构53
3.2计算机的工作原理54
3.2.1指令系统及执行54
3.2.2以运算器为核心的计算55
3.3微型计算机及其硬件系统56
3.3.1微型计算机系统组成及硬件结构原理56
3.3.2中央处理器57
3.3.3存储器58
3.3.4输入设备61
3.3.5输出设备62
3.3.6外围设备与通信接口63
3.3.7微型计算机的性能指标65
3.4多媒体计算机65
3.4.1多媒体技术概述65
3.4.2多媒体计算机组成66
3.4.3多媒体信息数字化67
3.4.4多媒体数据压缩67
3.4.5多媒体数据传输68
小结69
习题69
第4章计算机软件71
4.1计算机软件概述71
4.1.1计算机软件的概念71
4.1.2计算机软件的分类72
4.1.3计算机软件与硬件的关系75
4.2操作系统概述75
4.2.1操作系统的分类75
4.2.2操作系统的特征77
4.2.3操作系统的发展历史77
4.2.4操作系统的功能80
4.3数据库系统87
4.3.1数据管理技术及发展87
4.3.2数据库系统的结构与组成89
4.3.3数据模型90
4.3.4数据库设计与管理95
4.3.5SQL语言概述97
小结103
习题103
第5章计算机网络与信息安全105
5.1计算机网络概述105
5.1.1计算机网络的概念106
5.1.2计算机网络的组成106
5.1.3计算机网络的体系结构107
5.1.4计算机网络的分类109
5.2局域网技术111
5.2.1局域网的发展与特点111
5.2.2局域网的基本组成111
5.2.3常用局域网113
5.2.4局域网的组建案例113
5.3Internet基础114
5.3.1Internet技术及组成114
5.3.2Internet的工作方式114
5.3.3IP地址115
5.3.4域名服务系统117
5.3.5Internet信息服务119
5.4信息安全121
5.4.1信息安全威胁122
5.4.2信息安全策略123
5.4.3信息安全技术123
小结127
习题128
第6章网络软件与应用130
6.1网络软件概述130
6.1.1网络软件的概念和结构130
6.1.2网络中的软件132
6.2Web开发基础133
6.2.1Web基础133
6.2.2网络程序设计语言134
6.3信息检索基础135
6.3.1信息检索概述135
6.3.2信息检索的方法与技巧135
6.3.3数据库检索系统概述139
6.3.4信息资源综合利用实例146
6.4互联网应用新技术149
6.4.1移动互联网150
6.4.2物联网150
6.4.3云计算151
6.4.4大数据技术153
6.4.5数据挖掘154
6.4.6区块链技术155
小结156
习题157
第7章算法与数据结构基础159
7.1问题求解159
7.2算法的概念161
7.2.1算法的起源161
7.2.2算法的定义和特征161
7.2.3算法的描述162
7.3经典问题中的算法策略164
7.3.1穷举法164
7.3.2回溯法165
7.3.3递归166
7.3.4分治法167
7.3.5贪心法171
7.4数据结构172
7.4.1数据结构的概念172
7.4.2线性结构173
7.4.3非线性结构176
小结180
习题180
第8章程序设计基础182
8.1程序设计概述182
8.1.1程序设计语言的概念182
8.1.2程序设计方法183
8.1.3常用程序设计语言184
8.2Python程序设计基础186
8.2.1Python简介186
8.2.2Python的开发环境186
8.2.3Python的数据类型188
8.2.4IPO程序编写方法190
8.3Python的控制结构191
8.3.1顺序结构191
8.3.2选择结构193
8.3.3循环结构196
8.4Python 函数198
8.4.1函数的定义198
8.4.2函数的调用199
8.5Python生态199
8.5.1内置函数199
8.5.2标准库201
8.5.3第三方库204
小结206
习题206
第9章软件工程209
9.1软件工程概述209
9.1.1软件危机209
9.1.2软件工程210
9.1.3软件生命周期210
9.2软件开发模型212
9.3结构化设计方法213
9.4软件设计基础及结构化设计方法219
9.5软件测试220
9.6软件项目管理225
小结225
习题225
第10章人工智能基础227
10.1智能及其本质227
10.2人工智能的概念228
10.2.1人工智能的定义228
10.2.2脑智能和群智能229
10.2.3人工智能分支领域230
10.2.4人工智能的三大学派231
10.3人工智能的发展史232
10.3.1孕育时期232
10.3.2第一次繁荣期233
10.3.3萧条波折期234
10.3.4第二次繁荣时期234
10.3.5大数据驱动发展期235
10.4人工智能研究的基本内容236
10.5人工智能的研究领域238
10.6人工智能应用举例——基于Python实现242
10.6.1手写数字识别242
10.6.2人脸识别246
小结252
习题253
第11章计算机文化与信息道德255
11.1计算机文化255
11.1.1计算机文化概述255
11.1.2计算机技术对社会的影响257
11.2计算科学与计算思维258
11.2.1计算与计算科学258
11.2.2计算机科学与计算机学科259
11.2.3计算思维260
11.2.4新型交叉学科261
11.3信息道德261
11.3.1信息道德的定义261
11.3.2网络道德262
11.3.3职业道德和计算机职业道德263
11.3.4计算机犯罪265
11.4信息技术中的知识产权266
11.4.1知识产权基础266
11.4.2计算机著作权268
11.4.3网络知识产权270
11.5信息技术中的法律与法规271
11.5.1信息安全法律法规271
11.5.2隐私保护的法律基础271
小结272
习题272

刘强，男，1980年9月生，副教授、信息系统项目管理师、数据库系统工程师，现任职务为湖南工业大学计算机基础教学部主任。主要从事计算机教育、网络技术应用、数据分析的研究及计算机科学与技术专业的本科教学与指导工作。近年来，主持教育部校企协同育人项目3项、科技厅重点研发计划项目1项、主持省级教改项目1项、教育厅科研项目3项、校级项目3项，作为主要成员参与各类项目10余项。近3年来主编教材6部，共参与编写教材21部；主持省级精品在线开放课程“多媒体技术与应用”、“大学计算机基础”；作为主要成员参加了省级精品在线开放课程“C语言程序设计”，校级教学团队“计算机公共基础教学团队”等多个教学改革质量工程项目，获得校级教学成果奖3项，省级教学成果奖3项。作为指导老师指导省级大学生创新项目2项、校级大学生创新项目2项；2012年，作为主要成员参与申报省级大学生创新训练中心，并成功获批；2013年指导学生获得湖南省大学生程序设计大赛一等奖1项；2017年、2018年分别获得中国计算机大赛移动创新赛二等奖、一等奖各1项。

童启，男，中国计算机学会会员、CMOOC联盟湖南省工委会员，湖南工业大学计算机学院基础课部副主任，研究方向包括数据挖掘、计算机教育等。主持和参与了湖南省“十二五”教育科学规划课题、教育部产学合作协调育人项目、湖南省自然科学基金项目、湖南省教育厅教改项目、湖南省教育厅科研项目等多项教改与科研课题；主持2门湖南省一流课程，作为主要成员参与5门省一流课程；获得省级教学成果奖1项，校级教学成果奖3项。

袁义，女，汉族，1981年5月生，湖南工业大学计算机学院教师，硕士、马来西亚沙巴大学信息与计算机学院博士在读。近年来参与编写教材5部，其中主编3部。参与教学类比赛，共获奖10余次。主持和参与教学改革研究项目13项、科研项目15项、发表论文20余篇、获批软件著作权和专利7项。主持省级一流课程计算机系统导论和多媒体课件设计与开发，作为主要成员参与了省级一流课程多媒体技术与应用和数据库技术与应用。

1.本书根据教育部高等学校教学指导委员会制定的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》及高等学校计算机科学与技术教学指导委员会制定的《高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案》的相关要求编写，反映了高等学校计算机课程教学改革的最新成果。

2.本书是国家级一流本科专业“计算机科学与技术”建设成果，是湖南省线上一流本科课程“计算机系统导论”（https://www.xueyinonline.com/detail/214167236）的配套教材，是湖南省普通高校“十三五”专业综合改革试点项目“计算机科学与技术”建设与研究成果。

3.本书免费提供编者精心制作的电子教案（PPT 版本）等教学资料，提供教材所有电子版素材与习题参考答案，设知识点配套微视频及配套试题库。