本书是普通高等院校 “十四五” 计算机类专业系列教材之一，是一本学习计算机科学与技术的入门教材。基于工程认证理念，以培养学生的工程应用能力为出发点，注重提高学生的创新思维能力、 终身学习意识和团队协作能力。全书共分七章，包括计算机概论、数据表示、计算思维与常用算法、计算机系统、数据结构、计算机网络、计算机信息安全和职业道德。本书融入计算机科学与技术发展的最新技术和成果？ 阐明了计算机和计算思维之间相互支撑和相互制约的关系。
       本书适合作为高等院校计算机类专业的教材？ 也可作为非计算机类专业的计算机基础教材，以及计算机爱好者的参考书。

       随着信息技术的快速发展，特别是伴随着《教育强国建设规划纲要(2024—2035年)》的发布，教育界面临深刻的数字化、智能化转型。党的二十大报告指出:“教育是国之大计、党之大计。培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题。育人的根本在于立德。”此外，教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》提出，要根据不同学科专业的特色和优势，深入研究不同专业的有人目标，深度挖据提炼专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵，科学合理地拓展专业课程的广度、深度和温度，从课程所涉专业、行业、国家、国际、文化、历史等角度，增加课程的知识性人文性，提升引领性、时代性和开放性。工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。其核心理念是:以学生为中心，以成果为导向，持续改进。这些阐述，为高校教材建设指明了方向，提出更高的标准和要求。
       基于以上考虑，我们在 2021 年版的基础上修订了《计算机导论--基于计算思维》教材。本书在保留第一版教材原有特色的基础上，进行了如下修订：
       (1)基于工程认证理念，按照教学目标分类，重写了每章的学习目标，使得目标可落实、可衡量。
       (2)每章附配教学资源，读者可以通过扫描书中二维码获取。
       (3)随着教学内容的展开融入思政元素，讲好中国文化与中国故事，增强有人效果。
       计算思维是人类求解问题的一条有效途径，是一种分析求解问题的过程和思想。现在人类需要利用计算机的强大功能去解决各种问题，需要数学和工程思维的互补。这源于计算机诞生的本质，即数学和工程思维的融合。所以，计算思维是一种人、机、物三元思维的综合考量，互相促进，互相制约。
       本书编写团队成员都是多年活跃在教学第一线的计算机科学与技术专业的教学工作者，多年专注于计算机专业教学改革和探索。编写大纲经过书稿讨论会和审定会等多次集体研讨，并广泛征求了不同层面学者、专家的建议和意见。希望本书能满足当下大学计算机专业教学的新模式和新方法。
       本书是一本既通俗易懂又紧跟科技前沿的计算机科学入门教材，能够适应学生的需求，同时能够贴合院校的教学目标。在教材内容组织上强调工程应用能力的培养将课程思政融入教学体系，实现教学改革，提高学生的创新思维能力、终身学习意识和团队协作能力。在教材编写过程中，巧妙地将党的二十大精神、中华优秀传统文化工匠精神等相关内容融入其中，帮助学生在学习专业知识的同时，领时代精神、厚植爱国情怀。本书的主要特色如下：
       (1)全面展开对计算机基础理论知识的讲解和介绍。
       (2)通过深入浅出的语言，讲授计算机和计算思维之间相互支撑和相互制约的关系。
       (3)教学案例尽量选择与学生日常生活紧密相关的事件，以激发学生的学习兴趣。
       (4)将“工程认证”理念贯穿始终，引导学生适应社会发展，了解职业性质和责任，养成终身学习的习惯。
       (5)理论知识和实际应用相结合，让学生清楚地了解人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术。
      全书共分为七章，包括计算机概论、数据表示、计算思维与常用算法、计算机系统、数据结构、计算机网络、计算机信息安全和职业道德。本书由郜晓晶和罗小玲任主编，王艳芬和李建荣参编。其中，第1章和第2章由李建荣编写，第3章由罗小玲编写，第4章由罗小玲和王艳芬共同编写，第5章和第7章由郜晓晶编写，第6章由王艳芬编写。全书由郜晓晶和罗小玲统稿。本书的编写得到了潘新、李慧旻、刘艳秋、阿斯雅等老师以及中国铁道出版社有限公司编辑的大力支持与帮助，在此表示衷心感谢。
      由于时间仓促，信息技术的发展日新月异，本书涉及的新技术较多，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。

第1章 计算机概论1

1.1 计算机的产生与发展2

1.1.1 计算机的产生及其发展历史2

1.1.2 计算机的发展趋势5

1.2 计算机前沿技术6

1.2.1 人工智能与机器学习6

1.2.2 量子计算6

1.2.3 区块链技术7

1.2.4 云计算与边缘计算7

1.2.5虚拟现实与增强现实7

1.2.6 物联网8

1.2.7 语义网与知识图谱8

1.3 人工智能9

1.3.1 人工智能的概念9

1.3.2 人工智能的应用9

1.4 云计算11

1.4.1 云计算的概念11

1.4.2 云计算的应用12

1.4.3 云计算的体系结构12

1.5大数据13

1.5.1 大数据产生的背景13

1.5.2 大数据的应用场景14

1.5.3 大数据的关键技术16

1.6 拓展阅读19

1.6.1 量子赛道跑出“中国速度”19

1.6.2 量子计算机的速度极限21

1.6.3 未来可期21

小结22

习题1 22

第2章 数据表示25

2.1 数值表示26

2.1.1 数制26

2.1.2 数制之间的转换27

2.2 二进制数的运算基础29

2.2.1 四则运算29

2.2.2 逻辑运算30

2.3 计算机中的编码32

2.3.1 常用的编码32

2.3.2 字符数据33

2.3.3 音频数据35

2.3.4 图像和图形数据36

2.3.5视频数据37

2.4 拓展阅读38

2.4.1 柯达时代的终结38

2.4.2 “奈雪的茶”———茶饮数字化服务39

2.4.3 数字化浪潮与创业创新机会39

小结40

习题2 40

第3章 计算思维与常用算法43

3.1 计算思维概念44

3.2 计算思维的应用领域45

3.3 计算思维的特点46

3.4 常用算法46

3.4.1 算法基本概念46

3.4.2 算法特征47

3.4.3 算法要素47

3.4.4 算法流程图47

3.4.5基本算法50

3.5程序56

3.6 算法在中国56

小结57

习题3 58

第4章 计算机系统60

4.1 计算机硬件系统61

4.1.1 冯诺依曼体系结构61

4.1.2 中央处理器62

4.1.3 存储器63

4.1.4 输入设备68

4.1.5 输出设备68

4.1.6 总线72

4.1.7 微型计算机的主要性能指标72

4.2 计算机软件系统73

4.2.1 指令、程序和软件73

4.2.2 系统软件73

4.2.3 应用软件77

4.2.4 软件的安装、卸载和升级78

小结 80

习题4 80

第5章 数据结构82

5.1 基本概念83

5.2 线性表85

5.2.1 线性表的基本概念85

5.2.2 线性表的存储与操作86

5.2.3 栈的存储与操作90

5.2.4 队列的存储与操作92

5.3 树96

5.3.1 树的基本概念与操作96

5.3.2 二叉树的基本概念与操作99

5.4 图102

5.4.1 图的基本概念102

5.4.2 图的存储与操作103

小结 106

习题5 106

第6章 计算机网络109

6.1 计算机网络概述110

6.1.1 计算机网络的定义110

6.1.2 计算机网络的发展历史110

6.1.3 计算机网络的组成111

6.1.4 计算机网络的分类115

6.2 网络协议与网络体系结构122

6.2.1 网络协议122

6.2.2 网络体系结构124

6.3 因特网125

6.3.1 因特网简介125

6.3.2 IP地址126

6.3.3 域名127

6.3.4 因特网提供的服务127

6.4 移动通信技术128

6.4.1 1G———语音时代128

6.4.2 2G———文本时代128

6.4.3 3G———图片时代129

6.4.4 4G———视频时代129

6.4.5 5G———物联网时代129

6.4.6 6G———未来移动通信网络展望129

6.5 物联网130

6.5.1 物联网的关键技术131

6.5.2 物联网的体系结构131

6.5.3 物联网的应用132

小结 133

习题6 133

第7章 计算机信息安全和职业道德135

7.1 计算机信息安全概述136

7.1.1 计算机信息安全简介136

7.1.2 威胁计算机网络安全的主要因素137

7.2 计算机病毒138

7.2.1 病毒的定义和特点138

7.2.2 常见的计算机病毒139

7.2.3 计算机病毒的分类、预防和处理141

7.3 计算机黑客143

7.3.1 计算机黑客的定义143

7.3.2 黑客的主要攻击手段143

7.4 计算机犯罪145

7.5 信息安全技术146

7.5.1 防火墙146

7.5.2 加密技术147

7.5.3 访问控制技术148

7.5.4 入侵检测149

7.6 计算机职业道德150

7.7 信息技术中的知识产权152

7.7.1 知识产权基础知识152

7.7.2 计算机著作权154

7.8 信息技术中的法律与法规156

7.8.1 信息安全法律法规156

7.8.2 隐私保护的法律基础157

7.9 计算机教育和认证158

小结 158

习题7 159

附录 162

附录A 计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试简介162

附录B 计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试专业类别、资格名称和级别层次对应表163

附录C 嵌入式系统设计师考试说明163

附录D ACM国际大学生程序设计竞赛164

？

       郜晓晶，博士，副教授，任职于内蒙古农业大学计算机与信息工程学院，主要研究方向为模式识别、图像处理，主讲课程为计算机导论、数据结构、C语言程序设计，参编《大学计算机基础》（第5版）、《Visual Basic程序设计教程》等教材，主持2012年度校级精品课程“计算机导论” ，以及多项省级、校级的基金项目，发表论文十余篇。,罗小玲，硕士，教授，现任职与内蒙古农业大学计算机与信息工程学院，是计算机科学与网络工程系主任，研究方向：智能计算与数据挖掘，主讲课程：计算机组成原理、计算机导论、C语言程序设计，发表论文十余篇。