•抓住本質，正確認識課程性質——強化“導論”屬性，俯視計算學科全貌，突出“承前啟后”。

•把握重點，全面了解課程作用——了解計算學科的發展史及其發展趨勢，深刻認識計算機科學導論課程在課程體系中的作用地位。

•注重引導，合理設計知識結構——教學重點在于讓學生了解整個學科的概貌，明確相關知識將來在哪些課程中可以學到，自覺搭建整個知識體系。

•培養創新，激發科學探索欲望——使學生對計算學科的各個主題充滿興趣，同時又產生太多的不理解和疑問，非常渴望探索其中的科學道理。

•強化實踐，重視全程能力培養——既要重視理論學習能力的培養，也要重視實際動手能力的培養，更要重視自學能力的培養。

“計算機科學導論”是計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程等專業學生的一門必修課程，是電子（電氣）信息類學生了解計算機科學的內容、方法及其發展的引導性課程。

在計算機教育史上，有關整個學科綜述性導引課程的構建問題是一個長期引起激烈爭論的主題。IEEE-CS&ACM計算學科教程（Computing Curricula 2001，CC2001）報告指出，整個學科綜述性導引課程的構建有助于推動學科的發展，并鼓勵各學術團體以及教師個人從事這方面的研究，以適應計算機科學技術飛速發展的需要。因此，自CC2001發布以來，國內外的許多高校都非常重視計算機及其相關專業的“導引”課程，絕大部分高校都開設了“計算機科學導論”一類的課程。然而，作為計算學科的引導性課程，它應該達到什么目的，起什么作用，如何定位，等等，這既是我們必須認真探索的問題，也是我們必須首先明確的問題。為此，自2003年以來，我們一直在對該“導引”課程進行探索，并在探索中不斷提高認識。

首先，“計算機科學導論”不同于“計算機應用基礎”。雖然都是計算機的入門課程，但是，“計算機應用基礎”課程所要解決的是對計算機功能的工具性認識，而“計算機科學導論”是作為計算學科全部教學內容的導引課程，課程構建的實質是尋求一種統一的思想來認知計算學科，并對計算學科進行系統化和科學化的描述，注重學科發展的動態性和知識傳授的有效性。該課程應站在學科的高度，告訴學生計算學科的基本內涵；讓學生知道該學什么，應該怎么學；使學生對本學科產生濃厚的學習興趣和強烈的探索意識。因此，“計算機科學導論”課程在這里不僅要全面系統介紹計算學科知識，而且還要承擔起一種“承前啟后”的作用。所謂“承前”，一是讓學生了解計算學科的發展過程以及計算機科學的先驅者們所做的貢獻，二是了解計算機的本質問題；所謂“啟后”，一是介紹本學科的現狀及其發展趨勢，二是讓本專業的學生了解應該掌握哪些知識，應該具備什么樣的知識結構和能力。

其次，“計算機科學導論”課程的特點是內容豐富，知識面寬，涉及計算機專業一級學科的所有主題，有相當的廣度和一定的深度。而作為第一個學期、第一門專業基礎核心課程，學生幾乎沒有任何計算學科的知識背景。因此，應力求做到三個結合：學科知識體系與課程知識結構相結合；基本理論知識與基本應用技術相結合；知識介紹與學習引導相結合。

隨著對該課程教學研究和課程改革探索的深入，我們不斷更新課程建設理念，不斷調整課程知識結構，不斷尋求新的突破，多次更版，形成本書特色，力求使課程實現以下5個目標。

（1）抓住本質，正確認識課程性質：作為計算機科學導論，它應該是計算學科的窗口，強化“導論”屬性，俯視計算學科全貌，突出“承前啟后”。為此，在“課程導學”中概述了本課程的性質、特點和任務；在第2章“認識計算學科”中從理論模型的層次上描述了計算及計算機的本質問題，以便了解本學科的知識體系及其相互之間的關系，引導學生掌握正確的學習方法；在第10章“離散結構”中描述了數理邏輯、集合論、代數結構、圖論在計算機科學中的應用，使學生認識到基礎理論知識在計算學科中的作用地位。

（2）把握重點，全面了解課程作用：通過本課程學習，應使學生了解本學科的發展史及其發展趨勢，能從中獲得必要的啟示；深刻認識“計算機科學導論”課程在課程體系中的作用地位，以及學好該門課程的重要意義。為此，在第2章粗線條地系統介紹了計算學科的主要特點、知識領域、研究范疇、知識結構、專業設置、課程體系等。通過本章的學習，使學生對本學科有一個清晰的認識和明確的學習方向，讓學生在往后的學習過程中不會感到困惑和茫然。

（3）注重引導，合理設計知識結構：本課程強調對基本概念、基本方法、基本技術的了解。該課程的教學重點不在于讓學生學到哪些具體知識，而是了解整個學科的概貌，明確相關知識將來在哪些課程中可以學到，自覺搭建整個知識體系，并且避免“只見樹木，不見森林”。事實上，有些知識要到研究生階段才會接觸到，這里只要求學生了解本學科的基本概念、作用、地位、影響、歷史、現狀和前景等知識，而不要求學生全面掌握具體的理論、方法、原理和技術。

為了使學生能夠快速認識計算學科和掌握計算機科學技術知識，本書采用進階式結構：基本概念（從原始的計算工具到現代計算機、認識計算學科）→基本方法（計算機硬件系統的結構組成、計算機軟件及其形成、計算機程序設計、軟件工程）→基本技術（數據庫技術、多媒體與虛擬現實技術、計算機網絡與信息安全技術）→高級專題（離散結構、人工智能、計算機專業人才培養）。由第1章引出計算機的基本概念，由第2章來認識計算學科，然后圍繞計算學科的根本問題展開討論，直到計算機人才培養。這樣，既有系統性，又有邏輯性，循序漸進。

作為計算機專業的第一門課程，為了便于理解，在“課程導學”中以求解一元二次方程為例，讓學生從這個簡單的案例中“輕松、自然”地掌握計算機硬件系統、軟件系統、程序設計、軟件工程的基本概念，然后過渡到數據庫技術、多媒體技術、網絡技術。最后以高級專題形式，介紹離散結構、人工智能以及計算機專業人才的培養。這樣，可使學生全面了解各課程之間的相互依賴關系，以便在學習過程中，把握現在，著眼未來，近遠兼顧。

（4）培養創新，激發科學探索欲望：該課程的教學效果應該使學生對計算學科的各個主題充滿興趣和好奇，同時又產生太多的不理解和疑問，非常渴望探索其中的科學道理。讓學生對本學科產生強烈的興趣和求知欲望，是學好本專業的源動力。為此，在第1章通過介紹從原始的計算工具到現代計算機的形成，揭開計算機的神秘面紗，以此克服學生對計算機的神秘感和畏懼心理；在第2章給出了計算學科中的4類典型問題，在第11章給出了人工智能的應用，以此激發、引導學生的創新和探索意識，為后續課程的學習打下伏筆。

（5）強化實踐，重視全程能力培養：對計算學科的學生而言，既要重視理論學習能力的培養，也要重視實際動手能力的培養，更要重視自學能力的培養。為此，我們編寫了配套的《計算機科學導論學習輔導》，與本書共同構成一個完整的知識、技能體系，形成一個融“教、學、做”為一體的自然學習環境。學習輔導的內容包括學習引導、習題解析、技能實訓和知識拓展。通過學習引導，了解與該章教學內容相關聯的知識；通過習題解析，加深對基本概念的理解；通過技能實訓，提高基本操作技能；通過知識拓展，將學科發展史與人文知識和人文精神有機結合。

本書由李云峰教授和李婷博士（副教授）編寫。丁紅梅、曹守富、劉屹、周國棟、范榮、彭歡燕、劉慶、劉冠群、姚波、劉艷、陸燕等老師參加了課程教學資源建設。在編寫過程中，參閱了大量近年來出版的國內外同類優秀教材，并從中吸取了許多寶貴的營養，在此謹向這些著作者表示衷心感謝！由于計算機科學技術發展迅速，作者水平有限，加之時間倉促，書中不妥或疏漏之處在所難免，敬請專家和廣大讀者批評指正！

前言

課程導學 1
第一層次 基本概念
第1章 從原始的計算工具到現代計算機 7
§1.1 人類計算工具的進步 7
1.1.1 手工時代 8
1.1.2 機械時代 9
1.1.3 機電時代 11
1.1.4 ENIAC的誕生 12
§1.2 現代計算機體系的形成 13
1.2.1 布爾及其布爾代數 14
1.2.2 香農等人對布爾代數的研究 14
1.2.3 維納提出計算機設計的原則 15
1.2.4 圖靈及其TM和TT 15
1.2.5 馮•諾依曼及其EDVAC 17
§1.3 現代計算機的基本概況 20
1.3.1 計算機的發展過程 20
1.3.2 計算機的基本類型 22
1.3.3 計算機的主要特點 23
1.3.4 計算機的主要應用 24
1.3.5 計算機的發展趨勢 27
§1.4 計算機與信息化 28
1.4.1 信息的相關概念 28
1.4.2 信息技術 30
1.4.3 信息社會 32
1.4.4 信息產業 33
本章小結 34
習題一 34
第2章 認識計算學科 37
§2.1 計算學科的基本概念 37
2.1.1 計算作為一門學科 37
2.1.2 計算學科的根本問題 39
2.1.3 計算學科的主要特點 40
2.1.4 計算學科的三個形態 41
§2.2 計算學科的知識體系 43
2.2.1 計算學科的知識領域 43
2.2.2 計算學科的研究范疇 44
2.2.3 計算學科的知識結構 46
2.2.4 計算學科與其它學科的關系 47
§2.3 中國計算機科學與技術學科 48
2.3.1 CCC2002與專業規范 48
2.3.2 計算機科學與技術學科的專業設置 49
2.3.3 計算機科學與技術學科的知識體系 51
§2.4 計算學科的經典問題 55
2.4.1 圖論問題 55
2.4.2 算法復雜性問題 59
2.4.3 計算機智能問題 61
2.4.4 并發控制問題 63
本章小結 65
習題二 65
第二層次 基本方法
第3章 計算機硬件系統的結構組成 67
§3.1 數制及其轉換 67
3.1.1 進位計數制 67
3.1.2 數制之間的轉換 69
§3.2 數據的運算與編碼表示 72
3.2.1 二進制數的算術運算 72
3.2.2 二進制數的邏輯運算 74
3.2.3 數值數據的編碼表示 76
3.2.4 字符數據的編碼表示 82
3.2.5 字符與漢字的處理過程 87
§3.3 計算機組成原理 88
3.3.1 基本結構組成 88
3.3.2 計算機主機 89
3.3.3 基本工作原理 91
3.3.4 計算機的性能指標 92
§3.4 計算機外部設備 94
3.4.1 外存儲器 94
3.4.2 輸入設備 96
3.4.3 輸出設備 97
3.4.4 系統總線與接口電路 98
§3.5 對未來新一代計算機的展望 100
3.5.1 超越馮•諾依曼結構的計算機 100
3.5.2 非電子器件的計算機 101
本章小結 102
習題三 103
第4章 計算機軟件及其形成 105
§4.1 軟件的基本概念 105
4.1.1 什么是軟件 105
4.1.2 軟件的功能特點 105
4.1.3 軟件的分類 106
4.1.4 軟件與硬件的關系 108
§4.2 操作系統的基本概念 109
4.2.1 操作系統的作用地位 109
4.2.2 操作系統的功能 111
4.2.3 操作系統的特征 116
4.2.4 操作系統的類型 117
§4.3 計算機主流操作系統 120
4.3.1 Windows操作系統 120
4.3.2 UNIX操作系統 121
4.3.3 Linux操作系統 122
4.3.4 手機常見操作系統 123
§4.4 計算機軟件的形成 124
4.4.1 翻譯方式 124
4.4.2 編譯原理 125
4.4.3 編譯技術的新發展 127
本章小結 128
習題四 128
第5章 計算機程序設計 130
§5.1 程序設計概念 130
5.1.1 什么是程序設計 130
5.1.2 程序設計步驟 131
§5.2 程序設計語言 132
5.2.1 面向過程程序設計語言 132
5.2.2 面向對象程序設計語言 134
§5.3 程序設計語言的成分 135
5.3.1 程序的基本構成 136
5.3.2 程序的基本要素 137
5.3.3 程序的數據類型 138
5.3.4 程序的基本運算 138
5.3.5 程序的語句類型 139
§5.4 程序設計方法 140
5.4.1 面向過程程序設計 140
5.4.2 面向對象程序設計 141
5.4.3 可視化程序設計 142
5.4.4 程序設計方法的發展 142
§5.5 算法設計 143
5.5.1 算法的基本概念 143
5.5.2 算法的設計要求 145
5.5.3 算法的描述方法 146
5.5.4 常用算法簡介 150
5.5.5 算法的復雜度 152
§5.6 數據結構 154
5.6.1 數據結構的基本概念 154
5.6.2 線性表結構 155
5.6.3 棧結構 157
5.6.4 隊列結構 159
5.6.5 樹結構 161
5.6.6 圖結構 163
本章小結 166
習題五 166
第6章 軟件工程 169
§6.1 軟件工程概述 169
6.1.1 軟件危機 169
6.1.2 軟件工程概念 170
6.1.3 軟件工程目標 171
6.1.4 軟件工程原則 172
§6.2 軟件過程 173
6.2.1 軟件生存周期 174
6.2.2 軟件開發模型 174
6.2.3 軟件開發方法 178
§6.3 軟件工程實施 180
6.3.1 系統分析 180
6.3.2 需求分析 181
6.3.3 系統設計 182
6.3.4 軟件編碼 183
6.3.5 軟件測試 184
6.3.6 軟件維護 185
§6.4 軟件質量評價 186
6.4.1 軟件質量概念 186
6.4.2 軟件質量保證策略 186
6.4.3 軟件的可靠性 187
本章小結 187
習題六 188
第三層次 基本技術
第7章 數據庫技術 190
§7.1 數據庫技術概述 190
7.1.1 數據與信息 190
7.1.2 數據庫 192
7.1.3 數據庫管理系統 194
7.1.4 數據庫系統 195
§7.2 數據模型 201
7.2.1 數據模型概念 201
7.2.2 概念模型 202
7.2.3 關系數據模型 203
7.2.4 面向對象數據模型 205
§7.3 數據庫應用系統設計 206
7.3.1 數據庫應用系統設計要求 206
7.3.2 數據庫應用系統設計過程 207
7.3.3 數據庫應用系統設計實例 209
§7.4 數據庫技術的研究與發展 212
7.4.1 數據庫技術的研究 212
7.4.2 數據庫技術的發展 213
本章小結 216
習題七 217
第8章 多媒體與虛擬現實技術 219
§8.1 多媒體概念 219
8.1.1 媒體與多媒體 219
8.1.2 多媒體的技術特征 221
8.1.3 多媒體的數據特點 221
§8.2 多媒體計算機 222
8.2.1 多媒體計算機硬件系統 223
8.2.2 多媒體計算機軟件系統 225
§8.3 多媒體信息處理技術 227
8.3.1 音頻信息處理 227
8.3.2 圖形、圖像信息處理 230
8.3.3 活動圖像信息處理 235
8.3.4 多媒體數據壓縮技術 238
8.3.5 其它處理技術 241
§8.4 多媒體技術的應用與發展 243
8.4.1 多媒體技術的應用 243
8.4.2 多媒體技術的發展 245
§8.5 虛擬現實技術 245
8.5.1 虛擬現實技術的基本概念 245
8.5.2 虛擬現實中的關鍵技術 247
8.5.3 虛擬現實技術的應用 248
本章小結 249
習題八 250
第9章 計算機網絡與信息安全技術 252
§9.1 計算機網絡概述 252
9.1.1 網絡的發展過程 252
9.1.2 網絡的基本功能 253
9.1.3 網絡的基本類型 254
9.1.4 網絡的基本應用 255
§9.2 網絡的結構組成 257
9.2.1 網絡硬件的組成 257
9.2.2 網絡軟件的組成 258
9.2.3 網絡的拓撲結構 259
9.2.4 網絡的邏輯結構 261
9.2.5 網絡的體系結構 262
§9.3 計算機局域網 263
9.3.1 局域網的基本概念 263
9.3.2 局域網的計算模式 265
9.3.3 局域網的基本類型 266
§9.4 計算機因特網 267
9.4.1 Internet的基本概念 267
9.4.2 Internet的IP地址 268
9.4.3 Internet的域名系統 270
9.4.4 Internet提供的服務 271
9.4.5 移動互聯網的應用 273
§9.5 計算機信息安全技術 274
9.5.1 防病毒技術 274
9.5.2 防黑客技術 277
9.5.3 防火墻技術 278
9.5.4 計算機密碼技術 280
9.5.5 數字認證技術 283
本章小結 285
習題九 286
第四層次 高級專題
*第10章 離散結構 288
§10.1 數理邏輯 288
10.1.1 命題邏輯 289
10.1.2 謂詞邏輯 293
10.1.3 數理邏輯在計算機科學中的應用 296
§10.2 集合論 296
10.2.1 集合的基本概念 297
10.2.2 關系和函數 298
10.2.3 集合論在計算機科學中的應用 301
§10.3 代數結構 301
10.3.1 代數結構的基本概念 302
10.3.2 格與布爾代數 303
10.3.3 代數結構在計算機科學中的應用 304
§10.4 圖論 304
10.4.1 圖論的基本概念 304
10.4.2 路徑、回路與連通圖 306
10.4.3 歐拉圖和哈密爾頓圖 307
10.4.4 圖的矩陣表示 308
10.4.5 圖論在計算機科學中的應用 309
本章小結 310
習題十 310
*第11章 人工智能 312
§11.1 人工智能概述 312
11.1.1 什么是人工智能 312
11.1.2 人工智能的形成與發展 313
11.1.3 人工智能學派 316
11.1.4 研究人工智能的意義 317
§11.2 智能感知 318
11.2.1 模式識別 319
11.2.2 自然語言理解 319
11.2.3 計算機視覺 321
§11.3 智能推理 322
11.3.1 知識表示 322
11.3.2 知識推理 324
11.3.3 智能搜索 325
11.3.4 問題求解 326
11.3.5 專家系統 329
§11.4 智能學習 330
11.4.1 記憶與聯想 330
11.4.2 機器學習 330
11.4.3 人工神經網絡 333
11.4.4 智能計算 335
§11.5 智能行為 336
11.5.1 智能檢索與調度 336
11.5.2 智能控制 336
11.5.3 機器人學 337
11.5.4 機器博弈 339
本章小結 340
習題十一 340
第12章 計算機專業人才培養 342
§12.1 計算機專業人才能力培養 342
12.1.1 理論學習能力的培養 342
12.1.2 數學思維能力的培養 344
12.1.3 程序設計能力的培養 345
12.1.4 實踐動手能力的培養 345
12.1.5 專業英語能力的培養 347
12.1.6 自我提高能力的培養 348
§12.2 對計算機專業人才的要求 350
12.2.1 基本素質要求 350
12.2.2 職業習慣要求 352
12.2.3 業務能力要求 352
12.2.4 事業責任要求 354
12.2.5 法律法規要求 355
§12.3 計算機專業人才需求與認證 356
12.3.1 計算機軟件類 356
12.3.2 計算機硬件類 357
12.3.3 計算機網絡類 358
12.3.4 信息系統類 360
12.3.5 應用系統開發類 361
12.3.6 計算機專業職業資格認證 362
§12.4 職業生涯規劃 363
12.4.1 職業生涯規劃的內涵 363
12.4.2 職業生涯規劃的意義 364
12.4.3 職業生涯規劃的方法 365
12.4.4 職業生涯規劃的步驟 366
本章小結 368
習題十二 369
參考文獻 371

1. 計算機科學導論學習輔導與技能實訓 [李云峰 李婷 編著]
2. 計算機科學技術導論（第二版） [葛建梅 等編著]