计算机基础与计算思维(高等学校通识教育系列教材) 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

"本课程分两个阶段， 阶段为现代信息技术，计划课时6周左右。主要让学生了解计算机软、硬件工作原理、网络、大数据、人工智能等方面的基础知识，熟练操作office办公自动化软件等；第二阶段为计算思维培养，计划课时为7周左右。讲授“计算平台——问题求解——数据处理”的过程，使学生掌握问题求解的方法与手段及正确的科学思维模式，并初步具备运用程序设计的思想与方法求解实际问题的能力，为后续计算机程序设计等课程的深入学习奠定良好的基础。

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目录

第1章计算机组成及工作原理

1.1计算机概述

1.1.1计算机发展历史

1.1.2计算机分类

1.2微电子技术

1.2.1集成电路

1.2.2摩尔定律

1.3计算机的组成与工作原理

1.3.1图灵机和冯·诺依曼体系结构

1.3.2计算机的硬件结构

1.3.3计算机的工作原理

1.4PC的组件

1.4.1主板

1.4.2CPU

1.4.3存储器

1.4.4输入设备与输出设备

习题

阅读材料11： 智能手机

阅读材料12： 未来计算机

第2章计算机软件与信息表示

2.1软件概述

2.1.1程序与软件

2.1.2软件的分类

2.2操作系统

2.2.1操作系统概述

2.2.2操作系统的功能

2.2.3常见操作系统

2.3信息与信息表示

2.3.1信息与信息技术

2.3.2数制与数制转换

2.3.3数值的编码

2.3.4文本的编码

2.3.5图像的编码

2.3.6其他信息的编码

习题

阅读材料21： 软件的发展历史

阅读材料22： iOS和Android系统的起源

第3章计算机网络与信息安全

3.1通信技术

3.1.1通信系统

3.1.2网络传输介质

3.1.3网络互连设备

3.1.4数据交换技术

3.1.5多路复用技术

3.2计算机网络基础

3.2.1计算机网络概述

3.2.2计算机网络的组成

3.2.3计算机网络的分类

3.2.4计算机网络体系结构

3.3局域网

3.3.1局域网简介

3.3.2以太网

3.3.3无线局域网

3.4Internet

3.4.1Internet简介

3.4.2IP地址

3.4.3常用Internet服务

3.4.4移动互联网

3.5信息安全

3.5.1信息安全概述

3.5.2数据加密技术

3.5.3公钥基础设施安全技术

3.5.4数字签名技术

3.5.5身份鉴别技术

3.5.6防火墙

3.5.7计算机病毒及其防治

习题

阅读材料： 计算机网络的发展历史

第4章计算机新技术

4.1云计算

4.1.1云计算概述

4.1.2云计算的分类

4.1.3云计算的关键技术及存在的问题

4.2人工智能

4.2.1人工智能概述

4.2.2人工智能的研究途径

4.2.3人工智能的研究目标

4.2.4人工智能的研究领域

4.2.5人工智能的进展

4.3物联网

4.3.1物联网概述

4.3.2物联网的关键技术

4.3.3物联网的应用

4.4虚拟现实与增强现实技术

4.4.1虚拟现实技术概述

4.4.2虚拟现实技术基础及硬件设备

4.4.3增强现实技术概述

4.4.4虚拟现实和增强现实的应用

习题

阅读材料： 人工智能的应用——AlphaGo

第5章大数据技术

5.1大数据概述

5.1.1大数据的发展背景

5.1.2大数据的基本概念

5.1.3典型大数据应用实例

5.1.4大数据处理的基本流程

5.2大数据的获取

5.2.1大数据来源

5.2.2大数据采集

5.2.3互联网数据抓取

5.2.4数据预处理

5.3大数据存储

5.3.1数据库基础

5.3.2关系型数据库

5.3.3非关系型数据库

5.3.4大数据存储关键技术

5.4大数据计算

5.4.1主要的大数据计算模式

5.4.2大数据处理架构Hadoop

5.4.3MapReduce

5.4.4Spark

5.5大数据分析

5.5.1数据分析简介

5.5.2数据挖掘

5.5.3大数据与深度学习

5.6大数据可视化

5.6.1数据可视化简介

5.6.2数据可视化工具

5.6.3大数据可视化典型案例

习题

阅读材料： 大数据竞赛平台——Kaggle

第6章计算思维与程序设计

6.1计算思维基础

6.1.1计算思维的概念

6.1.2计算思维与算法

6.1.3算法与程序

6.1.4程序设计

6.2一个简单的计算机程序

6.2.1程序代码

6.2.2空白和注释

6.2.3预处理指令

6.2.4函数

6.2.5程序输出

6.2.6程序的编译运行

6.3顺序结构程序

6.3.1数据与输出

6.3.2数据输入

6.3.3算术运算

6.3.4使用函数

6.3.5几个常用函数

6.4选择结构程序

6.4.1关系运算

6.4.2逻辑运算

6.4.3if语句

6.4.4if语句嵌套

6.4.5switch语句

6.5循环结构程序

6.5.1while循环

6.5.2dowhile循环

6.5.3for循环

6.5.4循环嵌套

6.6Windows窗口程序

6.6.1Windows窗口程序结构

6.6.2创建Windows窗口程序

6.6.3输出文本

6.6.4绘制图形

6.6.5输入处理

6.6.6几个重要消息

习题

阅读材料： 程序之美

参考文献

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第3章计算机网络与信息安全3.1通 信 技 术3.1.1通信系统通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现。

    1. 通信系统的基本模型通信的基本任务是传递信息，因此通信系统需要有三个基本要素： 信源、信道和信宿。图31是一个简单的通信系统模型。

    图31简单的通信系统模型信源是信息的发送端，信宿是信息的接收端，而信道是传输信息的通道。信道可以有模拟信道和数字信道，模拟信号经模数转换后可以在数字信道上传输，数字信号经调制后也可以在模拟信道上传输。

    从概念上讲，信道和电路不同，信道一般都是用来表示向某个方向传送数据的媒体，一个信道可以看成是电路的逻辑部件，而一条电路至少包含一条发送信道或一条接收信道。

    2. 通信系统常用性能指标通信系统的好坏主要从有效性和可靠性这两个方面来衡量。

    对于模拟通信系统来说，有效性是用系统的带宽来衡量的，可靠性则是用信噪比来衡量的。由于计算机通信主要采用的是数字通信系统，因此这里主要介绍数字通信系统的性能指标。

    1) 有效性有效性反映了通信系统传输信息的“速率”，即快慢问题，主要由数据传输速率、信道带宽、信道容量来衡量。

    （1） 数据传输速率。数据传输速率是指信道每秒钟能传输的二进制比特数(bit per second)，记作bps或b/s。常见的单位还有Kb/s、Mb/s、Gb/s等。

    与数据传输速率密切相关的是波特率。波特率是指信号每秒钟变化的次数，它与数据传输速率成正比。单位为“波特”(baud)。

    （2） 带宽。带宽是信道能传输的信号的频率宽度，是信号的 频率和 频率之差。带宽在一定程度上体现了信道的传输性能。

    信道的 传输速率与信道带宽存在明确的关系。一般来说，信道的带宽越大，其传输速率也越高。所以人们经常用带宽来表示信道的传输速率，带宽和速率几乎成了同义词，但从技术角度来说，这是两个 不同的概念。

    （3） 信道容量。信道容量是指信道传输信息的 能力，用单位时间内 多可传输的比特数来表示。信道容量是信道的一个极限参数。

    2) 可靠性可靠性反映了通信系统传输信息的“质量”，即好坏问题，主要由数据传输的误码率、延迟等来衡量。

    （1） 误码率。误码率是指二进制比特流在数据传输系统中被传错的概率，它是衡量通信系统可靠性的重要指标。误码率的计算公式为： 误码率=接收时出错的比特数/发送的总比特数数据在通信信道传输中因某种原因出现错误，这是正常且不可避免的，但误码率要在一定的范围内。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，即百万分之一。

    （2） 延迟。延迟是定量衡量网络特性的重要指标，它可以说明在计算机之间传送一位数据需要花费多少时间，通常有 延迟和平均延迟，根据产生延迟的原因不同，延迟又可分为以下几种。

    · 传播延迟： 由于信号通过电缆或光纤传送时需要时间所致，通常与传播的距离成正比。

    · 交换延迟： 网络中电子设备(集线器、网桥或包交换机)引入的一种延迟。

    · 访问延迟： 在大多数局域网中通信介质是共享的，计算机因等待通信介质空闲才能进行通信而产生的延迟。

    · 排队延迟： 在交换机的存储转发过程中，交换机将传来的包排成队列，如果队列中已有包，则新到的包需要等候，直到交换机发送完先到的包。

    需要说明的是，一个通信系统越高效可靠，显然就越好。但实际上有效性和可靠性是一对矛盾的指标，两者需要一定的折中。就好比汽车在公路上超速行驶，快是快了，但有很大的安全隐患。所以不能撇开可靠性来单纯追求高速度，否则就会欲速则不达了。

    3.1.2网络传输介质传输介质与信道是两个不同范畴的概念。传输介质是指传送信号的物理实体，而信道则着重体现介质的逻辑功能。一个传输介质可能同时提供多个信道，一个信道也可能由多个传输介质级联而成。

    常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。不同的传输介质，其特性也各不相同，它们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响。

    1. 双绞线双绞线是一种综合布线工程中 常用的传输介质，由两根具有 缘保护层的铜导线相互缠绕而成(如图32所示)，“双绞线”的名字也是由此而来。实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在一个 缘电缆套管里。把两根 缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根导 发出的电波抵消，有效降低了信号干扰的程度。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速率等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。

    根据有无屏蔽层，双绞线分为屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP)与非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP)。屏蔽双绞线在双绞线与外层 缘封套之间有一个金属屏蔽层，可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，因此屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有 高的传输速率。但是非屏蔽双绞线也有自己的优点，主要是直径小，重量轻，易弯曲，易安装，成本低。

    双绞线常见的有3类线、5类线和超5类线，以及 的6类线，前者线径细而后者线径粗，数字越大，版本越新，技术越 ，带宽也越宽，当然价格也越贵。

    目前5类线是 常用的以太网电缆，传输速率为100Mb/s，主要用于100BASET和10BASET网络。超5类线衰减小、串扰少，性能得到很大提高，主要用于千兆位以太网(1000Mb/s)。6类线的传输频率为1~250MHz，传输性能远远高于超5类标准， 适用于传输速率高于1Gb/s的应用。

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