前言

目前，大學計算機基礎教學已經成為高等學校人才培養過程中不可或缺的重要環節。隨著教育部高等學校計算機基礎課程教學改革步伐的進一步推進，以計算思維為導向的大學計算機基礎課程的新一輪教學改革，開啟了以提升學生信息素養和應用能力為目標的教育改革。我國高等學校計算機基礎教育的改革呈現出令人激動的新局面。這種新的改革思路和發展方向，對于促進傳統的知識型、技能型教學向思維型教學的轉變，加深計算機技術與本專業技術的融合以滿足社會對復合型人才的需求，進一步提升學生的計算思維能力和計算機應用能力等具有積極的意義。本書就是在深入開展以計算思維為導向的計算機基礎課程教學的研究、改革和實踐的基礎上編寫的。

本書的編寫目的，就是為大學非計算機專業計算機基礎教學提供一本基礎性、實用性的教材，使其有利于學生計算思維能力的培養，有利于學生利用計算機解決問題的應用能力的提升。

那么，教材如何組織才能體現計算思維的本質和特點呢？我們認為，計算思維就是如何利用計算機解決問題的過程。這個過程大致可以分為：對于問題的分析—是否可以利用計算機解決該問題—解決問題的思路和方案—解決問題的基本計算環境—解決問題的具體計算方法和工具—具體計算的實現—計算的執行和最后計算結果和評價。

基于以上目的和認識，本書在內容的組織過程中，考慮了社會發展需求、個人學習需求和信息技術的發展與進步，以計算思維為切入點，選擇了計算與計算思維、計算機原理及系統、操作系統基礎、算法與程序設計、數據庫與數據倉庫技術基礎、計算機網絡基礎、多媒體技術基礎、信息安全及其法律和道德規范8章內容。其中，計算機原理及系統、操作系統基礎、計算機網絡基礎3章內容是構成解決問題的必要的計算環境部分，這部分強調計算的基礎設施、系統層次和工作原理；算法與程序設計、數據庫與數據倉庫技術基礎、多媒體技術基礎3章內容是在計算環境的基礎上，介紹如何針對不同類型的具體問題，采用什么計算方法和計算技術（語言與工具），以及具體如何實現相關計算，展現利用計算機解決問題的計算過程，表達計算思維的思想和邏輯，這3章的內容相對獨立，但它們是計算機面向廣泛應用的重要基礎，每部分內容都是在計算思維的引導下展開具體介紹的；而計算與計算思維、網絡安全2章內容，是掌握現代計算技術所必須了解的計算思維的思想、安全意識、法律與道德觀念。各章主要以問題驅動的方式，通過逐步回答問題和解決問題，循序漸進，介紹基本技術、方法和解決問題的基本過程。我們認為，這些內容是非計算機專業與計算機技術相融合的重要基礎。

各章主要內容如下：

第1章：計算與計算思維。主要從問題計算的角度出發，介紹了計算、計算的方法、計算的過程，引入了計算思維的基本概念，介紹了開展計算所必備的計算環境的構建，以及目前流行的計算模式等。

第2章：計算機原理及系統。在圖靈機的基礎上引入了馮·諾依曼計算機，重點介紹了馮·諾依曼體系結構的計算機的基本構成和特點，從計算環境的兩個方面，介紹了計算機系統中硬件系統和軟件系統的基本概念，結合一個具體的計算任務和計算過程，介紹了計算機系統的基本工作原理，講解了二進制及其轉換、編碼的作用、算術運算和邏輯運算、計算機的發展等內容。

第3章：操作系統基礎。該章從計算機系統的角度引入操作系統的基本概念，強調了操作系統在計算機系統中核心地位及其重要作用，介紹了操作系統的基本功能、分類和發展，并以Windows操作系統為例，從深入了解操作系統的基本功能的角度，介紹了Windows操作系統是如何對文件、設備、進程進行管理的。

第4章：算法與程序設計。該章是體現計算思維的思想和邏輯的重要章節，是面向應用解決實際問題的核心基礎。主要從解決問題的角度出發，介紹了如何運用計算思維的思想和邏輯解決問題的基本過程；運用案例的方式，詳細介紹了如何針對具體問題，進行模型建立、算法設計、程序編寫的具體過程；重點對算法及算法的復雜性進行了介紹，為對這部分內容加深理解，本章還選擇了一些有趣的算法進行了簡要介紹。

第5章：數據庫與數據倉庫技術基礎。本章從數據處理的角度引入數據庫的基本概念，由于關系數據庫在許多行業有著廣泛的應用和深遠的影響，因此本章著重介紹關系數據庫的基本概念、數據庫設計過程、數據庫管理系統、數據庫查詢語言SQL等主要技術內容，在此基礎上，簡要介紹與之相關的數據倉庫、數據挖掘等基本概念和基本過程。本章采用問題遞進、逐步深入的方式，結合案例，介紹相關概念、技術和問題解決方法。

第6章：計算機網絡基礎。計算機網絡是從計算機單機計算環境向網絡計算環境延伸的必要支撐基礎。本章從人類工作、學習、生活、娛樂等諸多應用需求出發，導入了計算機網絡的基本概念，介紹了網絡的分類及其發展、網絡的結構、網絡的協議、局域網組網、互聯網使用、網絡信息檢索，從網絡計算的概念出發，進一步介紹了云計算和云存儲、物聯網技術、電子商務應用及實例等內容。

第7章：多媒體技術基礎。數字媒體是信息化時代的重要特征。本章從信息化時代廣泛應用的需求出發，以問題引導的方式，著重介紹了媒體與媒體數字化、多媒體類型及特點、多媒體特征及種類、多媒體數據壓縮技術與標準、多媒體系統硬件和軟件等內容，通過案例的方式，講解了解決問題的方案和具體步驟。

第8章：信息安全及其法律和道德規范。本章從信息社會發展的角度出發，簡要介紹計算機系統的安全（包括計算機病毒、防火墻、網絡黑客及網絡攻擊防范等）、信息安全的主要技術（包括數據的加密解密、數字簽名和數字證書等技術），以及信息安全法律法規和道德規范。

本書由重慶大學和中國海洋大學共同討論并在教學實踐的基礎上編寫而成，由曾一擔任主編，郭松濤和王興玲擔任副主編。其中，第1章由李杰編寫，第2和第4章由劉慧君編寫，第3、6、7章由郭松濤編寫，第5章由曾一編寫，第8章由王興玲和郭松濤共同編寫。本書由曾一完成統稿工作。

感謝高林教授、袁枚教授對整部教材的審閱，他們提出了許多建設性的修改意見。感謝教育部教改項目（以計算思維能力培養為核心的理工類專業大學計算機課程改革研究）組專家、教授們給予的熱情鼓勵和支持。感謝重慶大學、中國海洋大學的領導和同事的支持。本書在編寫過程中參考了許多書刊和文獻資料，教材的出版得到了中國鐵道出版社的大力支持，在此表示感謝。

本書適合作為大學非計算機專業的計算機基礎入門教材，也可作為社會各類計算機培訓教材和參考資料。本書還配有實驗指導書《大學計算機基礎實驗指導》，該指導書由王興玲擔任主編、郭松濤擔任副主編，已經于2014年8月由中國鐵道出版社出版。

由于編者水平有限，難免存在疏漏或不妥之處，懇請讀者批評指正。

編者

2015年7月