計算機導論是本書是計算機科學與技術專業學生的第一門和所學專業有關的入門教材，介紹了計算機科學技術學科中有關專業知識的入門知識點及和資訊技術有關的社會人文等知識，力求使學習者對所學專業有比較廣泛深入的瞭解，樹立專業學習的責任感和自豪感。本書的內容對於相近專業的讀者瞭解和學習計算機科學技術也是一本很好的入門教材。此外，本書對於想概要瞭解計算機科學技術學科內涵的人士也是一本很好的閱讀材料。

黃國興

華東師範大學教授、博士生導師。曾先後擔任華東師範大學計算機系系主任，資訊學院、軟體學院黨委書記、副院長。曾任中國計算機學會教育專業委員會副主任，上海市計算機學會常務理事、教育專業委員會主任，全國高等師範院校計算機教育研究會副理事長。多次到荷蘭TWENTE大學和法國NANTES大學開展合作研究。主持和國防科技大學、清華大學、復旦大學、上海交通大學、哈爾濱工業大學和南京大學等高校開展的對ACM 和IEEE Computing Curricula 2001的研究，形成了對中國計算機學科教育頗有影響的《中國計算機科學與技術學科教程2002》研究成果。主要從事軟體工程、智慧資訊系統、資料採擷、知識庫與專家系統等領域的教學和研究工作。

第1章 緒論1
1.1計算機的基本概念1
1.1.1什麼是計算機1
1.1.2計算機的分類2
1.1.3計算機的特點3
1.1.4計算機的用途3
1.1.5計算機的發展4
1.2計算機科學與技術學科的定義7
1.2.1計算機科學與技術學科7
1.2.2計算機科學與技術學科的根本問題7
1.2.3計算機科學與技術的研究範疇8
1.3計算機科學與技術學科的教育10
1.3.1技術的變化10
1.3.2文化的變化11
1.3.3教育觀念的變化11
1.4對計算機科學與技術學科畢業生的基本要求11
1.4.1知識、能力和素質11
1.4.2檢驗標準12
1.4.3優秀學生12
1.5資訊化社會的挑戰13
1.5.1資訊化社會的特徵13
1.5.2Internet與資訊化社會14
1.5.3資訊化社會對計算機人才的需求16
1.6計算機科學與技術學科知識體系17
1.6.1知識體系的結構17
1.6.2學科知識體系一覽17
1.6.3計算機科學與技術學科的課程體系結構28
本章小結29
習題29目錄計算機導論（第4版）

第2章 計算機的基礎知識32
2.1計算機的運算基礎32
2.1.1數制32
2.1.2數制間的轉換34
2.1.3碼制38
2.1.4數的定點表示和浮點表示39
2.1.5資訊的幾種編碼41
2.2邏輯代數基礎44
2.2.1命題邏輯基礎45
2.2.2邏輯代數基礎知識48
2.3計算機的基本結構與工作原理49
2.3.1計算機硬體的基本結構49
2.3.2計算機的工作原理52
2.3.3計算機組織與系統結構53
2.4程式設計基礎54
2.4.1程式設計語言54
2.4.2結構化程式設計55
2.4.3良好的程式設計風格55
2.5演算法基礎56
2.5.1解題的步驟56
2.5.2什麼是演算法57
2.5.3怎樣衡量演算法的優劣58
2.6資料結構基礎59
2.6.1什麼是資料結構59
2.6.2幾種典型的資料結構60
本章小結62
習題63

第3章 計算機硬體系統65
3.1計算機系統65
3.1.1馮·諾依曼體系結構65
3.1.2計算機體系結構的發展66
3.1.3計算機體系結構的評價標準66
3.1.4微型計算機的硬體結構67
3.2系統單元68
3.2.1系統主機板與時鐘頻率68
3.2.2電子資料與指令68
3.2.3微處理器69
3.2.4主記憶體71
3.3輸入輸出系統74
3.3.1輸入輸出原理74
3.3.2擴充槽和介面卡75
3.3.3系統匯流排76
3.3.4埠與連接電纜77
3.4輸入裝置78
3.4.1鍵盤輸入78
3.4.2定點輸入裝置79
3.4.3掃描輸入裝置80
3.4.4語音輸入裝置82
3.4.5其他輸入裝置83
3.5輸出設備84
3.5.1顯示器84
3.5.2印表機85
3.5.3繪圖器86
3.5.4其他輸出設備86
3.6輔助存放裝置87
3.6.1硬碟87
3.6.2光碟89
3.6.3快閃記憶體和U盤90
3.6.4磁帶91
3.7平板電腦92
3.7.1平板電腦的概念 92
3.7.2平板電腦的發展93
3.7.3平板電腦的晶片93
3.7.4ARM微處理器應用94
本章小結95
習題96

第4章 計算機系統軟體與工具軟體98
4.1程式設計語言翻譯系統98
4.1.1組合語言翻譯系統99
4.1.2高級程式設計語言翻譯系統99
4.1.3高級程式設計語言解釋系統100
4.2作業系統100
4.2.1什麼是作業系統101
4.2.2作業系統的功能101
4.2.3作業系統的分類102
4.2.4幾種常用的作業系統103
4.3工具軟體112
4.3.1下載軟體112
4.3.2FTP工具軟體114
4.3.3圖像流覽軟體114
4.3.4截圖軟體114
4.3.5PDF檔閱讀軟體115
4.3.6詞典工具115
4.3.7檔案壓縮軟體116
4.3.8防毒軟體116
本章小結116
習題117

第5章 計算機應用軟體119
5.1文書處理軟體119
5.1.1Word 2007概述119
5.1.2文檔的基本操作123
5.1.3文檔的排版132
5.2試算表軟體144
5.2.1Excel 2007基本知識144
5.2.2工作表的建立146
5.2.3工作表的編輯和格式化155
5.2.4資料的圖表化159
5.2.5數據清單163
5.2.6頁面設置和列印165
5.3文稿演示軟體166
5.3.1文稿演示軟體的基本操作167
5.3.2格式化和美化演示文稿170
5.3.3動畫、超連結和多媒體技術172
5.3.4放映和列印演示文稿177
本章小結178
習題179

第6章 資料庫系統及其應用183
6.1資料庫系統的基本概念183
6.1.1資料庫系統的定義183
6.1.2資料管理技術的發展184
6.1.3資料庫系統的體系結構185
6.1.4資料庫管理系統186
6.2結構化查詢語言(SQL)概述188
6.2.1SQL的產生與發展188
6.2.2SQL的特點188
6.2.3SQL的功能189
6.3SQL的資料定義操作189
6.3.1基本表的定義、修改與撤銷190
6.3.2索引的定義與撤銷193
6.4SQL的資料查詢操作193
6.4.1查詢語句的一般形式194
6.4.2簡單查詢195
6.4.3多表查詢196
6.4.4嵌套查詢197
6.5SQL的資料更新操作197
6.5.1插入操作197
6.5.2刪除操作198
6.5.3修改操作199
6.6幾種新型的資料庫系統199
6.6.1分散式資料庫199
6.6.2多媒體資料庫200
6.6.3並行資料庫200
6.6.4演繹資料庫200
6.6.5主動資料庫201
6.6.6資料倉庫201
6.7資料庫系統的應用202
6.7.1資訊與資訊系統202
6.7.2交易處理系統203
6.7.3執行資訊系統203
6.7.4決策支援系統204
6.7.5資料採擷系統205
本章小結206
習題206

第7章 多媒體技術及其應用210
7.1多媒體210
7.1.1媒體的定義210
7.1.2多媒體系統的主要特徵211
7.1.3多媒體系統的技術研究與應用開發211
7.2超文字與超媒體212
7.2.1多媒體文檔212
7.2.2超文字與超媒體的概念213
7.2.3超文字與超媒體示例213
7.2.4超文字系統的體系結構214
7.3多媒體技術215
7.3.1音訊技術215
7.3.2圖像和圖形216
7.3.3視頻和動畫218
7.3.4多媒體資料壓縮技術218
7.4多媒體通信系統技術220
7.4.1多媒體通信系統體系結構220
7.4.2H.323電視會議221
7.4.3H.324可視電話221
7.4.4IP電話222
7.5多媒體創作工具222
7.5.1音樂製作222
7.5.2圖形與圖像製作223
7.5.3動畫製作224
7.5.4視頻影像處理224
7.5.5多媒體圖文製作224
7.5.6Web創作225
7.5.7文字的藝術修飾與多媒體演示文稿製作226
7.6多媒體編輯語言226
7.6.1HTML與DHTML226
7.6.2JavaScript227
7.6.3ASP227
7.6.4PHP228
7.6.5XML228
7.6.6移動開發229
7.7虛擬實境技術230
7.7.1VRML230
7.7.2虛擬實境技術的應用232
7.7.3VR、AR及MR間的區別232
7.8全息幻影233
7.8.1全息幻影的概念233
7.8.2360度全息幻影成像的特點233
本章小結234
習題234

第8章 計算機網路及其應用236
8.1資料通信與連通性236
8.1.1資料通信與連通性的定義236
8.1.2連通方法236
8.1.3使用者端連接選項237
8.1.4通信通道238
8.1.5資料傳輸239
8.2計算機網路架構240
8.2.1計算機網路的定義240
8.2.2計算機網路的術語241
8.2.3計算機網路的結構241
8.2.4計算機網路的互聯設備243
8.3計算機網路的分類和使用方式244
8.3.1計算機網路的分類244
8.3.2構架計算機網路的策略245
8.4Internet與TCP/IP協議246
8.4.1Internet的起源246
8.4.2Internet的應用247
8.4.3Internet的工作方式247
8.4.4Internet中計算機的地址和命名248
8.4.5Internet的連接249
8.5Internet的服務功能249
8.5.1Email249
8.5.2討論群組251
8.5.3FTP檔案傳輸251
8.5.4Telnet遠端登入252
8.6Web和流覽器253
8.6.1Web253
8.6.2流覽器253
8.6.3搜尋引擎254
8.7局域網的基礎構架255
8.7.1乙太網256
8.7.2權杖環網258
8.7.3FDDI網258
8.7.4ATM網259
8.7.5無線局域網259
8.8物聯網260
8.8.1物聯網的基本概念260
8.8.2物聯網的組成261
8.8.3物聯網的相關技術261
8.8.4物聯網的應用模式與在我國的應用現狀263
8.9企業內部網和外聯網264
8.9.1內部網264
8.9.2外聯網265
8.10集群與網格技術265
8.10.1集群系統265
8.10.2網格266
8.10.3雲技術266
本章小結266
習題267

第9章 軟體工程269
9.1軟體工程的概念269
9.1.1為什麼提出軟體工程269
9.1.2什麼是軟體工程270
9.1.3軟體生存週期271
9.2軟體發展模型271
9.2.1瀑布模型272
9.2.2漸增模型272
9.2.3演化模型273
9.2.4螺旋模型273
9.2.5噴泉模型274
9.2.6轉換模型274
9.2.7智慧模型274
9.3軟體發展方法275
9.3.1模組化方法275
9.3.2結構化方法275
9.3.3面向資料結構方法276
9.3.4物件導向方法277
9.3.5統一模組化語言278
9.3.6軟體複用和構件技術280
9.4軟體過程和過程改進283
9.4.1軟體過程283
9.4.2軟體過程工程283
9.4.3軟體過程模型284
9.4.4軟體過程實施285
9.4.5軟體過程改進286
9.4.6軟體能力成熟度模型287
本章小結289
習題290

第10章 計算機資訊安全技術291
10.1計算機資訊安全面臨的威脅291
10.1.1資訊安全的重要性291
10.1.2安全問題的現狀291
10.1.3計算機資訊安全的定義及威脅資訊安全的手段292
10.1.4計算機資訊安全的因素293
10.1.5資訊安全的策略與網路安全體系結構294
10.2保密技術295
10.2.1保密防護技術與洩密發現技術295
10.2.2計算機系統的保密技術296
10.2.3Internet中使用的密碼技術299
10.3防禦技術300
10.3.1防火牆的概念301
10.3.2防火牆技術301
10.3.3防火牆的結構303
10.3.4身份鑒別和存取權限控制304
10.4虛擬私人網路306
10.4.1什麼是VPN306
10.4.2VPN的分類及其用途307
10.5審計與監控技術308
10.5.1審計與監控的準則308
10.5.2審計與監控309
10.6計算機病毒311
10.6.1計算機病毒的定義311
10.6.2計算機病毒的發展311
10.6.3計算機病毒的檢測與防治313
10.7無線感測器網路與智慧卡的安全314
10.7.1無線感測器網路的安全314
10.7.2智慧卡的安全315
本章小結316
習題316

第11章 計算機的應用領域318
11.1製造業318
11.1.1計算機輔助設計318
11.1.2計算機輔助製造319
11.1.3計算機集成製造系統320
11.2商業321
11.2.1零售業322
11.2.2電子資料交換322
11.2.3電子商務323
11.3銀行與證券業325
11.3.1電子錢325
11.3.2網上銀行與移動支付326
11.3.3證券市場訊息化327
11.4交通運輸業327
11.4.1交通監控系統327
11.4.2坐席預訂與售票系統328
11.4.3全球衛星定位系統328
11.4.4地理資訊系統330
11.4.5智慧交通系統331
11.4.6車載GPS智慧導航系統332
11.5辦公自動化與電子政務334
11.5.1辦公自動化334
11.5.2電子政務334
11.6教育領域335
11.6.1校園網335
11.6.2遠端教育336
11.6.3計算機輔助教育337
11.6.4計算機教學管理系統337
11.7醫學領域337
11.7.1醫學專家系統338
11.7.2遠端醫療系統338
11.7.3數位化醫療儀器338
11.7.4病員監護與健康護理339
11.7.5醫學研究339
11.8科學研究339
11.8.1科技文獻的存儲與檢索339
11.8.2科學計算340
11.8.3計算機模擬341
11.9藝術與娛樂341
11.9.1音樂與舞蹈341
11.9.2美術與攝影341
11.9.3電影與電視342
11.9.4多媒體娛樂與遊戲342
11.10人工智慧343
11.10.1人工智慧概述343
11.10.2人工智慧發展歷程343
11.10.3人工智慧的應用345
11.10.4人工智慧的未來發展347
本章小結347
習題347

第12章 職業道德與擇業349
12.1資訊產業界的道德準則349
12.1.1“綠色”資訊產業349
12.1.2計算機科學與技術專業人員的道德準則351
12.1.3企業道德準則352
12.1.4計算機用戶道德352
12.1.5安全與隱私353
12.2資訊產業的法律法規355
12.2.1與計算機智慧財產權有關的法律法規355
12.2.2計算機軟體保護356
12.2.3軟體資產價值評估358
12.3專業崗位與擇業361
12.3.1與計算機科學與技術專業有關的職業種類362
12.3.2與計算機科學與技術專業有關的職位362
12.3.3終生學習363
本章小結364
習題365

參考文獻367
 

主任： 李曉明副主任： 蔣宗禮盧先和委員： （按姓氏筆劃為序）
馬華東馬殿富王志英王曉東甯洪
劉辰孫茂松李仁發李文新楊波
吳朝暉何炎祥宋方敏張莉金海
周興社孟祥旭袁曉潔錢樂秋黃國興

曾明廖明宏秘書： 張瑞慶前言FOREWORD計算機科學技術的發展極大地影響著人類社會的發展，大資料、雲計算、物聯網、人工智慧等各類新技術讓人目不暇接，但這些技術都離不開計算機系統。目前，我國有1000多所大學開設有計算機科學與技術及相關專業，作為一名計算機科學與技術專業的學生，當進入大學校門時既有對這門學科所學內容的無限嚮往，也很想知道計算機科學與技術學科的內涵和外延。學生在未來的學習生涯中需要掌握哪些專業知識？把自己培養成什麼樣的人？學成後可以從事哪些工作？本書針對這些人們十分關心的問題進行了比較詳細的闡述。

本書作為計算機科學與技術專業學生的第一門和所學專業有關的入門課程教材，介紹了計算機科學與技術學科中有關計算機技術、程式設計語言、軟體工程等專業課程的入門知識點以及和資訊技術相關的社會人文知識，力求使學生對所學專業有比較深入的瞭解，樹立學習本專業的責任感和自豪感。與此同時，使學生對後繼課程的學習有一個初步瞭解，為今後的學習打下基礎。為了達到上述目的，本教材在內容和形式上都力求實現以下目標:

●以國際、國內教學研究成果為指導，內容涵蓋學科教育中對“計算機導論”課程所要求的知識點，並且注意反映近期資訊技術發展的新成就。

●除了介紹基本專業知識外，對學科的研究範疇及學習方法也進行了介紹，力求在大學學習的開始階段就培養學生對計算機科學技術的學習和研究興趣。

●體現“以學生為主體”的教育思想，強調學生自己的活動和體會，讓學生具備主動獲取知識(特別是從網路上獲取知識)的能力。

●體現對學生有關人文方面的要求，介紹了社會對IT技術人員的要求，對學生的擇業和就業進行初步指導。

●每個章節中都有在計算機科學與技術學科做出重大貢獻的圖靈獎獲得者或有關IT知識的介紹，力圖用領域中大師的輝煌成果激勵學生，使他們瞭解學科發展的歷史，開拓他們的視野。

本書共分12章，教學中可採用36學時或54學時模式，以下括弧中的數位為54學時的建議教學學時，括弧前的數位則為36學時的建議教學學時。第1章介紹計算機的基本概念、計算機科學與技術學科的定義、計算機科學與技術學科的教育、對計算機科學與技術學科畢業生的基本要求以及計算機科學與技術學科知識體系等，建議教學學時為2(3)。第2章介紹計算機的基礎知識，包括數制與碼制、數的定點與浮點表示、資訊的編碼，邏輯代數基礎，計算機的基本結構與工作原理，程式設計基礎，以及演算法與資料結構的基礎知識等，為進一步學習本書的後續各章和後繼課程打好基礎，建議教學學時為7(8)。第3章以微型計算機為例介紹計算機硬體系統的組成，使讀者掌握計算機系統的基本結構和工作原理，建議教學學時為7(8)。第4章介紹計算機系統軟體，包括程式設計語言、程式設計語言翻譯系統和作業系統等系統軟體及幾個常用的工具軟體，建議教學學時為2(3)。第5章介紹常用應用軟體的基本功能和使用方法，包括文書處理軟體、試算表軟體和文稿演示軟體，建議教學學時為3(8)，學生應在課後增加練習。第6章闡述資料庫系統的定義、發展、分類、體系結構以及資料庫管理系統和資料庫語言等基本概念，並且介紹部分使用方法，建議教學學時為3(4)。第7章主要介紹多媒體技術、多媒體創作工具及其應用，包括多媒體、超媒體、超文字的概念，視頻、音訊等各種媒體技術及其製作工具，並且描述了多媒體的主要應用、超文字和超連結以及全息幻影成像技術等，建議教學學時為3(5)。第8章介紹計算機通信與網路的基本知識、計算機網路的應用和操作以及物聯網的相關技術，並且描述了計算機網路各種應用及其相關工具軟體，建議教學學時為5(7)。第9章介紹軟體工程中相關的概念和內容，力求使學生瞭解軟體發展的工程化方法，知道軟體發展的各種模型以及軟體過程工程和過程改進的概念，對軟體發展能力成熟度模型有所瞭解，建議教學學時為2(3)。第10章介紹計算機資訊安全和計算機病毒，包括計算機系統和資訊所面臨的各種攻擊手段以及主要的計算機病毒，並且重點講述各種防禦計算機資訊受到攻擊的技術，建議教學學時為2(3)。第11章從行業的角度，介紹計算機在製造業、商業、銀行與證券業、交通運輸業、辦公自動化與電子政務、教育、醫學、科學研究以及藝術與娛樂等領域中的綜合應用，其中既包括傳統的應用，也包括許多新的應用領域，同時也介紹了將計算機應用於各行各業所使用的主要技術和方法，建議教學學時為0(1)。第12章介紹信息產業界的道德準則以及與計算機科學技術領域密切相關的職業種類和擇業原則，包括“綠色”資訊產業、計算機專業人員的道德標準、企業道德標準、用戶道德標準、安全與隱私、資訊產業的法律法規、計算機軟體產權保護、軟體價值評估、專業崗位和擇業等。力求使學生懂得終生學習的重要性，樹立終生學習的理念，建議教學學時為0(1)。

本教材中所給學時是建議學時，由於本教材所涉及的內容繁多，各學校的教師和學生的情況也不一樣，在學習本書時各個學校可以適當調整學時，對其中一些章節的內容也可以根據各個學校的實際情況進行裁剪處理。例如，對第5章中的內容可以根據不同的學生提不同的要求。又如，對第11章的內容可以採用自學的方式，對第12章的內容可以採用討論的方式，等等。

本書由黃國興教授擔任主編，並且編寫了第1章、第4章、第5章、第9章和第12章；張瑜教授在原陶樹平教授編寫的基礎上改編了第2章、第6章和第11章；丁岳偉教授編寫了第3章、第7章、第8章和第10章。耿紅琴教授對本次改編提出了許多建設性的建議，清華大學出版社的領導和張瑞慶編審對本書的編寫十分關心，在此一併致謝。

由於計算機科學技術發展迅速，加上作者水準有限，對書中存在的不妥之處懇請批評指正。

前言計算機導論（第4版）作者
2019年7月