前言

目前，大学计算机基础教学已经成为高等学校人才培养过程中不可或缺的重要环节。随着教育部高等学校计算机基础课程教学改革步伐的进一步推进，以计算思维为导向的大学计算机基础课程的新一轮教学改革，开启了以提升学生信息素养和应用能力为目标的教育改革。我国高等学校计算机基础教育的改革呈现出令人激动的新局面。这种新的改革思路和发展方向，对于促进传统的知识型、技能型教学向思维型教学的转变，加深计算机技术与本专业技术的融合以满足社会对复合型人才的需求，进一步提升学生的计算思维能力和计算机应用能力等具有积极的意义。本书就是在深入开展以计算思维为导向的计算机基础课程教学的研究、改革和实践的基础上编写的。

本书的编写目的，就是为大学非计算机专业计算机基础教学提供一本基础性、实用性的教材，使其有利于学生计算思维能力的培养，有利于学生利用计算机解决问题的应用能力的提升。

那么，教材如何组织才能体现计算思维的本质和特点呢？我们认为，计算思维就是如何利用计算机解决问题的过程。这个过程大致可以分为：对于问题的分析—是否可以利用计算机解决该问题—解决问题的思路和方案—解决问题的基本计算环境—解决问题的具体计算方法和工具—具体计算的实现—计算的执行和最后计算结果和评价。

基于以上目的和认识，本书在内容的组织过程中，考虑了社会发展需求、个人学习需求和信息技术的发展与进步，以计算思维为切入点，选择了计算与计算思维、计算机原理及系统、操作系统基础、算法与程序设计、数据库与数据仓库技术基础、计算机网络基础、多媒体技术基础、信息安全及其法律和道德规范8章内容。其中，计算机原理及系统、操作系统基础、计算机网络基础3章内容是构成解决问题的必要的计算环境部分，这部分强调计算的基础设施、系统层次和工作原理；算法与程序设计、数据库与数据仓库技术基础、多媒体技术基础3章内容是在计算环境的基础上，介绍如何针对不同类型的具体问题，采用什么计算方法和计算技术（语言与工具），以及具体如何实现相关计算，展现利用计算机解决问题的计算过程，表达计算思维的思想和逻辑，这3章的内容相对独立，但它们是计算机面向广泛应用的重要基础，每部分内容都是在计算思维的引导下展开具体介绍的；而计算与计算思维、网络安全2章内容，是掌握现代计算技术所必须了解的计算思维的思想、安全意识、法律与道德观念。各章主要以问题驱动的方式，通过逐步回答问题和解决问题，循序渐进，介绍基本技术、方法和解决问题的基本过程。我们认为，这些内容是非计算机专业与计算机技术相融合的重要基础。

各章主要内容如下：

第1章：计算与计算思维。主要从问题计算的角度出发，介绍了计算、计算的方法、计算的过程，引入了计算思维的基本概念，介绍了开展计算所必备的计算环境的构建，以及目前流行的计算模式等。

第2章：计算机原理及系统。在图灵机的基础上引入了冯·诺依曼计算机，重点介绍了冯·诺依曼体系结构的计算机的基本构成和特点，从计算环境的两个方面，介绍了计算机系统中硬件系统和软件系统的基本概念，结合一个具体的计算任务和计算过程，介绍了计算机系统的基本工作原理，讲解了二进制及其转换、编码的作用、算术运算和逻辑运算、计算机的发展等内容。

第3章：操作系统基础。该章从计算机系统的角度引入操作系统的基本概念，强调了操作系统在计算机系统中核心地位及其重要作用，介绍了操作系统的基本功能、分类和发展，并以Windows操作系统为例，从深入了解操作系统的基本功能的角度，介绍了Windows操作系统是如何对文件、设备、进程进行管理的。

第4章：算法与程序设计。该章是体现计算思维的思想和逻辑的重要章节，是面向应用解决实际问题的核心基础。主要从解决问题的角度出发，介绍了如何运用计算思维的思想和逻辑解决问题的基本过程；运用案例的方式，详细介绍了如何针对具体问题，进行模型建立、算法设计、程序编写的具体过程；重点对算法及算法的复杂性进行了介绍，为对这部分内容加深理解，本章还选择了一些有趣的算法进行了简要介绍。

第5章：数据库与数据仓库技术基础。本章从数据处理的角度引入数据库的基本概念，由于关系数据库在许多行业有着广泛的应用和深远的影响，因此本章着重介绍关系数据库的基本概念、数据库设计过程、数据库管理系统、数据库查询语言SQL等主要技术内容，在此基础上，简要介绍与之相关的数据仓库、数据挖掘等基本概念和基本过程。本章采用问题递进、逐步深入的方式，结合案例，介绍相关概念、技术和问题解决方法。

第6章：计算机网络基础。计算机网络是从计算机单机计算环境向网络计算环境延伸的必要支撑基础。本章从人类工作、学习、生活、娱乐等诸多应用需求出发，导入了计算机网络的基本概念，介绍了网络的分类及其发展、网络的结构、网络的协议、局域网组网、互联网使用、网络信息检索，从网络计算的概念出发，进一步介绍了云计算和云存储、物联网技术、电子商务应用及实例等内容。

第7章：多媒体技术基础。数字媒体是信息化时代的重要特征。本章从信息化时代广泛应用的需求出发，以问题引导的方式，着重介绍了媒体与媒体数字化、多媒体类型及特点、多媒体特征及种类、多媒体数据压缩技术与标准、多媒体系统硬件和软件等内容，通过案例的方式，讲解了解决问题的方案和具体步骤。

第8章：信息安全及其法律和道德规范。本章从信息社会发展的角度出发，简要介绍计算机系统的安全（包括计算机病毒、防火墙、网络黑客及网络攻击防范等）、信息安全的主要技术（包括数据的加密解密、数字签名和数字证书等技术），以及信息安全法律法规和道德规范。

本书由重庆大学和中国海洋大学共同讨论并在教学实践的基础上编写而成，由曾一担任主编，郭松涛和王兴玲担任副主编。其中，第1章由李杰编写，第2和第4章由刘慧君编写，第3、6、7章由郭松涛编写，第5章由曾一编写，第8章由王兴玲和郭松涛共同编写。本书由曾一完成统稿工作。

感谢高林教授、袁枚教授对整部教材的审阅，他们提出了许多建设性的修改意见。感谢教育部教改项目（以计算思维能力培养为核心的理工类专业大学计算机课程改革研究）组专家、教授们给予的热情鼓励和支持。感谢重庆大学、中国海洋大学的领导和同事的支持。本书在编写过程中参考了许多书刊和文献资料，教材的出版得到了中国铁道出版社的大力支持，在此表示感谢。

本书适合作为大学非计算机专业的计算机基础入门教材，也可作为社会各类计算机培训教材和参考资料。本书还配有实验指导书《大学计算机基础实验指导》，该指导书由王兴玲担任主编、郭松涛担任副主编，已经于2014年8月由中国铁道出版社出版。

由于编者水平有限，难免存在疏漏或不妥之处，恳请读者批评指正。

编者

2015年7月