大學電腦導論

甘勇，郑州工程技术学院党委书记，教授，博士。主持完成两项国家自然科学基金项目，参与三项国家自然科学基金项目（其中一项为国家自然科学基金委员会-河南省人民政府联合基金重点项目）；主持完成河南省杰出青年科学基金项目、河南省科技攻关计划等项目；已有18项科学技术成果通过省部级鉴定。曾荣获航空航天工业部科学技术进步奖一等奖、河南省科学技术进步奖二等奖、中国轻工业联合会科技进步奖三等奖、国家级教学成果奖二等奖、河南省高等教育教学成果特等奖等奖励。 主编教材十余部、学术著作1部，在国际学术会议、全国性学术会议和科技期刊发表学术论文90余篇。荣获河南省优秀专家、河南省高等学校教学名师、河南省跨世纪学术和技术带头人培养对象、河南省优秀教师等荣誉称号。

　第 1章 概 述　1

1.1　電腦發展史　1

1.2　電腦的發展與應用　5

1.2.1　電子電腦的發展　5

1.2.2　電腦的應用領域　8

1.3　電腦模型　9

1.3.1　圖靈模型　9

1.3.2　馮 諾依曼模型　10

1.4　電腦應用系統的計算模式　12

1.4.1　單主機計算模式　12

1.4.2　分佈式客戶/服務器計算模式　12

1.4.3　瀏覽器/服務器計算模式　13

1.4.4　新的計算模式　13

1.5　計算學科　16

1.5.1　計算學科的歷史背景　16

1.5.2　計算學科領域的分化及主要內容　17

1.6　小結　19

　習題1　19

第　2章 計算基礎　22

2.1　數制　22

2.1.1　數制的定義　22

2.1.2　數制的規律　23

2.1.3　常用的數制　23

2.1.4　二進制數　25

2.1.5　數制轉換　29

2.2　數據存儲的組織方式　32

2.2.1　數據存儲單位　32

2.2.2　存儲設備結構　33

2.2.3　編址與地址　33

2.3　數值在電腦中的表示　34

2.3.1　數的定點和浮點表示　34

2.3.2　數的編碼表示　34

2.3.3　電腦中數的浮點表示　36

2.4　信息編碼　38

2.4.1　二 — 十進制編碼　38

2.4.2　字符編碼　39

2.4.3　漢字編碼　40

2.4.4　多媒體信息編碼　42

2.5　小結　44

　習題2　45

　第3章 電腦組成　48

3.1　電腦的系統組成　48

3.1.1　電腦的硬件系統　48

3.1.2　電腦的軟件系統　55

3.1.3　電腦軟硬件系統之間的關系　56

3.2　電腦的工作原理　57

3.2.1　電腦指令　57

3.2.2　電腦的工作原理　58

3.3　電腦的性能評價　59

3.4　小結　60

　習題3　60

　第4章 電腦網絡　61

4.1　電腦網絡概述　61

4.1.1　電腦網絡的概念　61

4.1.2　電腦網絡的組成　62

4.1.3　電腦網絡的發展　62

4.1.4　電腦網絡的分類　63

4.1.5　電腦網絡體系結構　64

4.1.6　網絡服務應用模式　66

4.2　網絡中間系統　67

4.2.1　網絡傳輸介質　67

4.2.2　網絡接口卡　70

4.2.3　集線器　70

4.2.4　交換機　70

4.2.5　路由器　71

4.3　電腦局域網　72

4.3.1　局域網概述　72

4.3.2　載波偵聽多路訪問/沖突檢測協議　73

4.3.3　以太網　74

4.4　Internet的基礎知識　75

4.4.1　Internet的概述　75

4.4.2　Internet的接入　77

4.4.3　IP地址與MAC地址　78

4.4.4　WWW服務　85

4.4.5　域名系統　87

4.4.6　電子郵件　89

4.4.7　文件傳輸　90

4.4.8　遠程登錄服務　90

4.4.9　Intranet　90

4.5　小結　91

　習題 4　91

　第5章 程序設計語言　94

5.1　程序設計概述　94

5.1.1　什麽是程序　94

5.1.2　程序設計的步驟　95

5.1.3　程序設計語言的發展　96

5.2　程序設計語言模式　97

5.2.1　過程式模式　97

5.2.2　面向對象模式　98

5.2.3　函數式模式　99

5.2.4　邏輯式模式　99

5.3　程序編譯過程　99

5.3.1　編譯過程概述　99

5.3.2　詞法分析　100

5.3.3　語法分析　100

5.3.4　語義分析和中間代碼生成　101

5.3.5　目標代碼優化　101

5.3.6　目標代碼生成　101

5.3.7　表格管理和出錯管理　102

5.4　過程式語言的共同概念　102

5.4.1　基本數據類型　102

5.4.2　變量和常量　103

5.4.3　運算符與表達式　103

5.4.4　控制結構　103

5.4.5　函數　105

5.5　面向對象語言的特性　105

5.5.1　面向對象的基本概念　105

5.5.2　面向對象的特徵　106

5.5.3　面向對象的特點　107

5.6　主流程序設計語言簡介　107

5.6.1　Ｃ語言　107

5.6.2　C++　108

5.6.3　Java　108

5.6.4　Python　109

5.6.5　C#　110

5.6.6　PHP　111

5.6.7　JavaScript　111

5.6.8　Perl　111

5.6.9　Visual Basic.NET　112

5.6.10　Ruby　112

5.7　小結　113

　習題 5　113

　第6章 算法與數據結構　114

6.1　算法概述　114

6.1.1　算法及特性　114

6.1.2　算法的描述方式　115

6.1.3　算法的度量　117

6.2　數據結構概述　118

6.2.1　什麽是數據結構　118

6.2.2　數據結構的基本術語　118

6.3　線性結構　119

6.3.1　線性表　119

6.3.2　棧　121

6.3.3　隊列　121

6.3.4　串　121

6.4　樹狀結構　122

6.4.1　樹　122

6.4.2　二叉樹　123

6.4.3　樹的存儲　125

6.4.4　樹和森林的遍歷　126

6.5　圖　126

6.5.1　圖的定義與術語　126

6.5.2　圖的存儲　127

6.5.3　圖的遍歷　128

6.5.4　最小生成樹　129

6.5.5　最短路徑　130

6.6　排序　130

6.7　計算思維與算法設計技巧　132

6.7.1　計算思維　132

6.7.2　貪心算法　132

6.7.3　分治算法　133

6.7.4　動態規劃　134

6.7.5　回溯算法　134

6.7.6　分支界限法　135

6.8　小結　136

　習題 6　136

　第7章 數據庫技術概述　138

7.1　數據庫系統概述　138

7.1.1　數據庫的基本概念　138

7.1.2　數據管理技術的發展　140

7.1.3　數據庫系統的構成　142

7.2　數據模型　143

7.2.1　數據模型的三要素　143

7.2.2　數據模型的分類　143

7.2.3　概念模型與邏輯模型　144

7.2.4　實體聯系模型　145

7.2.5　常見邏輯模型介紹　145

7.3　關系數據庫基本概念　146

7.3.1　關系模型基本概念　147

7.3.2　關系模型的規範化　148

7.4　關系數據庫設計　149

7.4.1　系統規劃　149

7.4.2　需求分析　150

7.4.3　概念設計　150

7.4.4　邏輯設計　151

7.4.5　物理設計　151

7.4.6　系統實現　152

7.4.7　運行與維護　152

7.5　結構化查詢語言　153

7.5.1　數據定義　154

7.5.2　數據查詢　155

7.5.3　數據操縱　155

7.5.4　數據控制　156

7.6　數據庫管理軟件介紹　156

7.7　小結　159

　習題 7　160

　第 8章 軟件工程　161

8.1　軟件工程概述　161

8.1.1　軟件的定義　161

8.1.2　軟件危機　162

8.1.1　軟件工程的定義　163

8.2　軟件開發模型　164

8.2.1　軟件生存周期　164

8.2.2　瀑布模型　165

8.2.3　原型模型　165

8.2.4　增量模型　166

8.2.5　螺旋模型　166

8.3　軟件開發方法　167

8.3.1　結構化方法　167

8.3.2　面向對象的軟件開發方法　167

8.4　軟件開發過程　168

8.4.1　可行性研究　168

8.4.2　需求分析　169

8.4.3　總體設計　172

8.4.4　詳細設計　175

8.4.5　編碼實現　177

8.5　軟件質量　178

8.5.1　軟件可靠性　178

8.5.2　軟件質量的度量　178

8.5.3　軟件評審　179

8.6　軟件維護　180

8.6.1　軟件維護的定義　180

8.6.2　軟件維護的分類　180

8.7　軟件項目管理　181

8.7.1　軟件開發成本估算　181

8.7.2　風險分析　181

8.7.3　軟件開發進度安排　182

8.7.4　軟件項目的組織　182

8.8　小結　182

　習題 8　183

　第9章 操作系統　184

9.1　操作系統概述　184

9.2　操作系統的發展史　185

9.2.1　手工操作（無操作系統）　185

9.2.2　批處理系統　185

9.2.3　多道程序系統（多道批處理系統）　186

9.2.4　分時系統　187

9.2.5　實時系統　188

9.2.6　通用操作系統　188

9.2.7　操作系統的進一步發展　189

9.3　操作系統的特徵　189

9.4　操作系統的功能　190

9.4.1　處理機管理　190

9.4.2　存儲管理　193

9.4.3　設備管理　197

9.4.4　文件管理　198

9.4.5　用戶接口　199

9.5　操作系統的分類　199

9.6　主流操作系統　201

9.7　未來操作系統發展趨勢　202

9.8　小結　203

　習 題9　203

　第 10章 多媒體技術概述　206

10.1　多媒體的基本概念　206

10.1.1　媒體　206

10.1.2　多媒體　207

10.1.3　多媒體系統　207

10.1.4　多媒體技術　207

10.2　音頻處理技術　208

10.2.1　聲音的本質與聽覺系統　208

10.2.2　聲音信號的數字化　209

10.2.3　聲音文件的存儲格式　212

10.2.4　音頻處理軟件　213

10.3　色彩信息的表示　215

10.3.1　視覺系統對顏色的感知特點　215

10.3.2　顏色的數字化　216

10.3.3　常見顏色模型　218

10.3.4　顏色模型之間的轉換　220

10.4　圖像處理技術　221

10.4.1　圖像處理概述　221

10.4.2　數字圖像的屬性　222

10.4.3　圖像的種類　225

10.4.4　數字圖像處理常用的 方法　227

10.4.5　圖像文件的存儲格式　227

10.5　視頻處理技術　229

10.5.1　視頻概述　229

10.5.2　彩色視頻的編碼方法　230

10.5.3　視頻技術相關術語　230

10.5.4　視頻文件的存儲格式　231

10.6　電腦圖形學　233

10.6.1　電腦圖形學概述　233

10.6.2　電腦圖形學的應用　235

10.6.3　光柵圖形學概述　237

10.6.4　OpenGL簡介　238

10.7　多媒體數據壓縮技術　240

10.7.1　多媒體信息的冗餘性　240

10.7.2　數據壓縮編碼技術　241

10.7.3　常見多媒體壓縮算法　242

10.8　小結　244

　習 題10　244

　第 11章 社會和職業問題　245

11.1　電腦與社會　245

11.1.1　電腦對社會的影響　245

11.1.2　社會計算　246

11.2　電腦與道德　247

11.2.1　電腦從業人員職業道德　247

11.2.2　電腦用戶道德　248

11.2.3　電腦犯罪　249

11.2.4　隱私與言論自由　251

11.3　知識產權　251

11.4　個人與團隊　253

11.4.1　個人在團隊中的作用　253

11.4.2　個人與團隊的合作　253

11.5　電腦與哲學　254

11.5.1　電腦哲學　255

11.5.2　電腦教育哲學　255

11.6　小結　255

　習 題 11　256

　第 12章 電腦新技術　258

12.1　人工智能　258

12.1.1　人工智能的概念　258

12.1.2　人工智能的發展階段　259

12.1.3　人工智能的研究領域　259

12.1.4　人工智能的研究方法　260

12.2　物聯網　260

12.2.1　物聯網概述　261

12.2.2　物聯網的發展趨勢　261

12.2.3　物聯網的關鍵技術　261

12.3　大數據　262

12.3.1　大數據的基本概念和特徵　263

12.3.2　大數據的發展趨勢　263

12.3.3　大數據的處理技術　264

12.4　雲計算與雲平臺　265

12.4.1　雲計算　266

12.4.2　雲平臺　267

12.5　小結　269

　習 題 12　269