【现货速发】大学信息技术
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作者张武、刘连忠、丁春荣、商伶俐、金秀、张筱丹、朱明清、吴云志、章爱军
出版社清华大学出版社
ISBN9787302511175
出版时间2018-09
装帧平装
开本16开
定价39元
货号25349893
上书时间2024-12-28
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商品详情
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前言
前言
随着信息技术的飞速发展，计算机在经济与社会发展中的地位日益重要。为了适应21世纪经济建设对人才知识结构、计算机文化素养与应用技能的要求，以及高等学校学生知识结构的变化，我们总结了多年来的教学经验，组织编写了本书。本书既考虑到计算机基础教育的基础性、广泛性，又兼顾一定的专业理论性。在内容安排上，加强了计算机组成原理、信息编码、操作系统、数据库技术以及网络技术等基础概念、原理和方法的介绍，帮助学生熟悉计算机的结构和原理，掌握利用计算机处理信息、解决问题、管理数据的方法，以使学生能够更好地理解和运用信息技术相关工具。
全书共7章，主要内容如下：
第1章为概述，介绍信息技术的发展及应用领域。
第2章为计算机组成原理，从计算机数制、体系结构及硬件系统等方面对计算机组成原理进行详细介绍，从而使读者从整体上了解计算机的基本功能和基本工作原理。
第3章为信息编码，介绍字符、声音、图像、视频等各种信息的编码过程。
第4章为计算机操作系统，介绍操作系统的功能、地位和作用，操作系统对各类资源的管理方式和策略以及典型的操作系统。
第5章为用计算机解决问题，介绍计算机求解问题的过程、数据结构、算法及其基本设计方法、常见的查找算法和计算机程序的相关知识。
第6章为数据管理，介绍数据库、数据模型、数据检索方法及数据分析等数据管理的相关知识。
第7章为网络技术，介绍网络的定义、功能、发展、网络软硬件、体系结构、Internet基础知识和网络信息安全。
本书紧密结合信息技术课程的基本教学要求，兼顾信息技术的发展，结构严谨，层次分明，叙述准确，适合大学本科学生使用。
本书由张武提出总体框架和具体创作思路。金秀、章爱军编写了第1章；朱明清编写了第2章；刘连忠编写了第3章；吴云志编写了第4章；丁春荣编写了第5章；张筱丹编写了第6章；商伶俐编写了第7章。刘连忠负责编写的组织协调和统稿。
由于作者水平有限，书中不足和疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。
作者2018年5月
导语摘要
本书是作者根据多年的信息技术教学实践及信息技术*发展成果编写而成的，书中系统介绍了信息技术的基本概念、原理和技术。全书共7章。第1章概要介绍信息技术的发展及应用领域，第2章介绍二进制及其转换、计算机体系结构及硬件系统组成，第3章介绍字符、文字、声音、图像、视频等媒体信息的编码，第4章介绍操作系统的功能和作用、计算机资源的管理方式和策略，第5章介绍计算机求解问题的过程、数据结构、算法及其基本设计方法、常见的查找算法和计算机程序知识，第6章介绍数据库、数据模型、数据检索方法及数据分析，第7章介绍网络基础知识、常用网络软硬件、网络体系结构、Internet基础、信息安全相关知识。本书既可以作为高等院校本科各专业的信息技术教材或教学参考书，也适合从事信息技术相关工作的科技人员参考使用。
目录
目录
第1章概述1
1.1信息与计算机的概念1
1.1.1信息1
1.1.2计算机3
1.1.3人工智能5
1.2计算机和人工智能发展简史6
1.2.1计算机发展简史6
1.2.2人工智能发展历史7
1.3计算机的应用领域8
1.3.1计算机在军事领域的应用8
1.3.2计算机在工业、农业和商业上的应用9
1.3.3计算机在家庭中的应用10
1.3.4计算机在教育中的应用10
1.3.5计算机在医学上的应用11
1.4信息技术的进展12
1.4.1物联网12
1.4.2量子计算13
1.4.35G14
本章小结14
第2章计算机组成原理15
2.1二进制与计算机15
2.1.1数制15
2.1.2计算机为什么使用二进制17
2.1.3数制转换18
2.1.4新型计算机20
2.2计算机的体系结构22
2.2.1冯·诺依曼结构23
2.2.2计算机指令系统24
2.2.3计算机工作流程25
2.3计算机硬件系统26
2.3.1计算机硬件系统的组成26
2.3.2计算机的性能指标28
2.3.3计算机的核心部件31
2.3.4存储设备34
2.3.5输入设备37
2.3.6输出设备42
本章小结44
[1]〖3〗大学信息技术目录〖3〗[3]第3章信息编码45
3.1字符编码45
3.1.1英文字符编码45
3.1.2汉字编码47
3.1.3Unicode编码49
3.2声音编码50
3.2.1声音基础知识50
3.2.2压缩技术概述52
3.2.3声音的数字化53
3.2.4声音文件格式54
3.3图像编码56
3.3.1图像基础知识56
3.3.2图像的数字化61
3.3.3图像的压缩62
3.3.4图形图像文件格式63
3.4视频编码64
3.4.1视频基础知识64
3.4.2视频的数字化67
3.4.3视频的压缩67
3.4.4视频文件格式68
本章小结70
第4章计算机操作系统71
4.1操作系统概述71
4.1.1操作系统的定义和作用71
4.1.2操作系统的特点和功能73
4.1.3典型操作系统75
4.2处理器管理76
4.2.1进程76
4.2.2进程调度算法77
4.2.3Windows任务管理器80
4.3存储器管理81
4.3.1存储器的层次结构81
4.3.2段式存储管理82
4.3.3页式存储管理84
4.3.4虚拟存储管理86
4.4文件管理88
4.4.1文件88
4.4.2文件目录91
4.4.3文件物理结构和文件逻辑结构92
4.4.4典型文件系统举例94
4.5设备管理96
4.5.1I/O系统原理96
4.5.2缓冲技术99
4.5.3磁盘存储器的访问101
本章小结102
第5章用计算机解决问题103
5.1问题求解方法103
5.1.1计算机解决问题的一般过程103
5.1.2数学建模105
5.1.3算法及描述方法107
5.1.4算法分析111
5.2数据结构113
5.2.1堆栈113
5.2.2队列115
5.2.3树116
5.2.4图119
5.3算法设计的基本方法121
5.3.1穷举算法121
5.3.2回溯算法121
5.3.3递归算法122
5.3.4迭代算法124
5.3.5贪心算法125
5.3.6动态规划算法126
5.3.7进化算法128
5.3.8并行算法130
5.4查找算法130
5.4.1顺序查找131
5.4.2折半查找131
5.4.3网络搜索引擎133
5.5排序算法135
5.5.1选择排序135
5.5.2交换排序136
5.5.3插入排序137
5.5.4归并排序137
5.5.5基数排序138
5.6计算机程序139
5.6.1计算机程序的功能139
5.6.2程序开发方法140
5.6.3软件与软件工程142
5.6.4高级计算机语言143
本章小结145
第6章数据管理146
6.1数据与数据库146
6.1.1数据的收集方法146
6.1.2数据库及数据库管理系统148
6.1.3大数据151
6.2数据模型153
6.2.1数据模型简介153
6.2.2实体关系模型156
6.2.3关系数据库160
6.3数据检索162
6.3.1数据检索方法162
6.3.2SQL语言简介164
6.3.3搜索引擎原理166
6.4数据分析167
6.4.1科学数据的分析方法167
6.4.2常用数据分析工具介绍168
6.4.3数据挖掘知识简介172
本章小结175
第7章网络技术176
7.1计算机网络基础知识176
7.1.1计算机网络的形成与发展176
7.1.2计算机网络的定义和功能179
7.1.3计算机网络的分类180
7.2计算机网络的组成182
7.2.1主体设备182
7.2.2网络传输介质183
7.2.3网络连接设备186
7.2.4网络软件188
7.3计算机网络体系结构189
7.3.1网络协议189
7.3.2网络体系结构189
7.4Internet基础191
7.4.1IP地址192
7.4.2域名系统194
7.4.3Internet的工作方式196
7.4.4Internet应用197
7.4.5Internet的接入方式202
7.5网络信息安全205
7.5.1信息安全概述205
7.5.2计算机病毒207
7.5.3常见信息安全技术210
7.5.4计算机安全立法和计算机软件的版权与保护214
本章小结216
参考文献217
内容摘要
本书是作者根据多年的信息技术教学实践及信息技术*发展成果编写而成的，书中系统介绍了信息技术的基本概念、原理和技术。全书共7章。第1章概要介绍信息技术的发展及应用领域，第2章介绍二进制及其转换、计算机体系结构及硬件系统组成，第3章介绍字符、文字、声音、图像、视频等媒体信息的编码，第4章介绍操作系统的功能和作用、计算机资源的管理方式和策略，第5章介绍计算机求解问题的过程、数据结构、算法及其基本设计方法、常见的查找算法和计算机程序知识，第6章介绍数据库、数据模型、数据检索方法及数据分析，第7章介绍网络基础知识、常用网络软硬件、网络体系结构、Internet基础、信息安全相关知识。
本书既可以作为高等院校本科各专业的信息技术教材或教学参考书，也适合从事信息技术相关工作的科技人员参考使用。
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精彩内容
第5章用计算机解决问题在科技发达的信息时代，计算机的应用领域已经渗透到社会的各行各业，正在逐渐改变着人们传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的进步。那么你有没有想过计算机是如何解决问题的呢？
本章主要介绍计算机求解问题的过程，阐述数学建模、数据结构、算法及计算机程序设计的相关知识，重点介绍穷举、回溯、贪心等常用算法的原理，重点讲解经典的查找算法，如顺序查找、折半查找和网络搜索引擎的查找算法，经典的排序算法，如选择排序、交换排序、插入排序、归并排序和基数排序等的相关知识。通过本章的学习，相信读者会对计算机求解问题有更进一步的理解，感受到计算机求解问题的巨大优势。
5.1问题求解方法
计算机求解问题与人工求解问题相同之处是都需要在分析问题的基础上建立数学模型来简化问题；不同之处在于，人工解题是通过手工计算得出答案，而计算机是在数学模型的基础上设计出算法，然后编写调试程序，终通过计算机执行程序得到结果。
5.1.1计算机解决问题的一般过程
下面来看一个古典的百钱买百鸡问题，该问题出自张邱建的《算经》，问题如下： 今有鸡翁一，值钱五；鸡母一，值钱三；鸡雏三，值钱一。凡百钱买鸡百只，问鸡翁、母、雏各几何？从现代数学观点来看，这实际上是一个求不定方程组整数解的问题。
1. 人解决问题的一般过程
人解决问题的一般过程如下：
（1） 观察分析问题。
（2） 根据已有的经验判断和推理。
（3） 按照一定的方法和步骤解决问题。
百钱买百鸡问题解法如下： 〖1〗〖3〗大学信息技术第5章用计算机解决问题〖3〗〖3〗设鸡翁、鸡母、鸡雏分别为x、y、z只，由题意列出以下方程组：x y z=100
5x 3y z3=100①
②因为该方程组中含有2个方程，3个未知量，因此被称为不定方程组，求解该方程组的过程如下：
令②×3－①得：7x 4y=100，所以y=(100-7x)/4=25-2x x/4。
令x4=t（t为整数），所以x=4t，代入7x 4y=100得到： y=25-7t,z=75 3t。
因为x、y、z为非负整数，所以4t≥0,25-7t≥0,75 3t≥0。
解得0≤t≤25/7,又因为t为整数，所以t可取值0，1，2，3。
当t=0时，x=0,y=25,z=75。
当t=1时，x=4,y=18,z=78。
当t=2时，x=8,y=11,z=81。
当t=3时，x=12,y=4,z=84。
2. 用计算机解决问题的一般过程
图51传统流程图描述的算法用计算机解决问题的一般过程如下：
（1） 分析问题、建立数学模型。
用计算机解决百钱买百鸡的问题，首先仍然需要分析问题，然后用数学的方法描述问题，上面的不定方程组就是解决该问题所抽象出来的数学模型。
（2） 设计算法。
算法（algorithm）是对特定问题求解过程的描述。对百钱买百鸡问题的数学模型进一步分析后发现，如果一百钱全部买鸡翁，多可以买100/50=20只，显然x的取值范围是0～20；如果全部买鸡母,多可以买100/3≈33只，显然x的取值范围是0～33；因为只能买100只鸡，因此z=100-x-y，那么约束条件就是5x 3y z=100。因此采用穷举算法来解决该问题。根据约束条件将可能的情况一一列举出来，但如果情况很多，可以先排除一些明显不合理的情况，尽可能减少问题可能解的列举数目，然后找出满足问题条件的解。用传统流程图描述的算法如图51所示。
（3） 编写程序，调试程序。
任何算法都需要使用一种高级语言才能编写出相应的代码程序，下面是采用C语言编写的代码：#include <stdio.h>
void main()
{
int x=0,y,z;
while(x<=20)
{
y=0;
while(y<=33)
{
z=100-x-y;
if(5x 3y z/3.0==100)
printf("鸡翁%d只,鸡母%d只,鸡雏%d只\\n",x,y,z);
y ;
}
x ;
}
}（4） 运行程序，得到结果。
在Visual C 6.0开发平台上运行该程序，得到结果如下： 鸡翁0只,鸡母25只,鸡雏75只
鸡翁4只,鸡母18只,鸡雏78只
鸡翁8只,鸡母11只,鸡雏81只
鸡翁12只,鸡母4只,鸡雏84只由此看出，人和计算机两者解决问题都需要经过分析问题、建立数学模型、设计算法、得出结果等过程。与人解决问题相比，计算机解决问题速度快，具有一定的自动化。
5.1.2数学建模〖*2〗1. 数学建模的概念数学建模是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化，建立对实际问题进行精确描述和定义的数学模型的过程。简单而言，数学建模就是用数学语言描述实际现象的过程，这里的实际现象既包括自然现象（如万有引力），也包括社会现象（如顾客对某种商品所取的价值倾向），这里的描述不但包括外在形态和内在机制，还包括对实际现象的预测、实验和解释等内容。
数学模型就是对实际问题的一种数学表述，它在某种意义上接近实际问题，但和实际问题有着本质的区别。数学模型的建立不仅需要对实际问题进行深入细微的观察和分析，而且需要灵活巧妙地利用各种数学知识。因此建立数学模型的过程是把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构的过程，在这个过程中就可能发现问题的本质及其能否求解，甚至找到求解该问题的方法和算法。
2. 数学建模的一般步骤
图52是数学建模的一般步骤。
图52数学建模的一般步骤
（1） 模型准备与假设。了解问题的实际背景及对象的特征，明确建模目的，对问题进行简化，用精确的语言做出假设。
（2） 模型构成。根据假设分析对象的因果关系，利用对象的内在规律和适当的数学工具，构造各个量间的关系式。
（3） 模型求解。采用解方程、画图形、证明假设、逻辑运算、数值运算等各种数学方法和计算机技术进行求解。
（4） 模型分析。对模型进行误差分析和数据稳定性分析。
3. 数学建模举例
下面通过两个实例来看看如何对问题进行数学建模。
【例51】如果有N个人，其中每个人至多认识这群人中的n（n<N）个人（不包括自己），则至少有两个人所认识的人数相等。
解： 本问题可以采用抽屉原理进行数学建模。按每个认识人的个数，将N个人分别放入标有0，1，2，…，n的“抽屉”，将每个“抽屉”看作一个类，其中第k(0≤k≤n）类表示认识k个人，这样形成n 1个类。若n<N-1，则N个人分成不超过N-1个类，必有2个人属于同一类，也就是说有2个人所认识的人数相等；若n=N-1，此时第0类和第N类必有一个为空集，所以不空的类至多为N-1个，结论同样成立。
【例52】旅行商问题（简称TSP问题），也称货郎担问题或旅行推销员问题，大意是： 有若干个城市，任意两个城市之间的距离已知，现有一个旅行商从某城市出发，必须经过每一个城市且每个城市只能去一次，后回到原出发城市，问该旅行商应如何选择短的路线使其旅行的费用少。
解： TSP问题可以被抽象为一个图，即由顶点和连接顶点的边构成的一种结构。首先给出一个定义： 设v1,v2,…,vn是图G中的n个顶点，若有一条从某一顶点vk出发，经过各顶点一次且仅一次，后返回出发点vk的回路，则称此回路为哈密顿回路。
TSP问题的数学模型为： 假定有n个城市，记为V={v1,v2,…,vn}，假设dij表示从城市vi到城市vj的距离。问题的解是寻找城市的一个访问顺序T={t1,t2,…,tn}，ti∈V,使得min∑ni=1dtitj，这里假定tn 1=t1。旅行问题的数学模型可表示为一个整数规划问题。
将TSP问题抽象为数学模型后，就可以列出每一条可供选择的路线（即对给定的城市进行排列组合），计算出每条路线的总距离，后从中选出一条短的路线。假设现在给定的4个城市分别为A、B、C、D，已知各城市之间的距离，如图53（a）所示。假设出发城市为A，则从A出发又回到A的所有可能的路线构成了一个状态空间图，如图53（b）所示，解状态空间Ω={{ABCDA}，{ABDCA}，{ACBDA}，{ACDBA}，{ADBCA}，{ADCBA}}，从Ω中很快可以选出一条总距离短的路线，即问题的解是{ABDCA}或者{ACDBA}，短距离是19。TSP问题的本质是： 在所有可能的访问顺序T构成的解状态空间Ω上搜索使得∑ni=1dtitj小的访问顺序。
图53TSP问题及其解状态空间
TSP问题有着明显的实际意义，它的应用广泛渗透到各技术领域和人们的日常生活中，许多现实问题都可以归结为TSP问题。例如，邮递员到城市的各邮箱开箱取信的问题，各邮箱的位置相当于TSP问题中的城市，邮递员从一个邮箱到另一个邮箱所耗的时间相当于TSP问题中的旅行费用。再如，机器在电路板上钻孔的调度问题、集成电路布线规划问题、物流运输的路径规划问题等，都可以归结为TSP问题进行求解。实践证明，在大规模的生产过程中，寻找短路径能有效地降低成本。
5.1.3算法及描述方法〖*2〗1. 算法的概念在现实中做任何一件事情，无论其简单还是复杂，都要按照一定的步骤来完成，而且这些步骤有一定的先后顺序，只要合理地安排这些步骤，就会达到事半功倍的效果。用计算机解决问题也是如此，也需要事先设计出解决问题的方法及其对应的具体步骤，所有步骤就构成了计算机解决问题的算法。
因此，算法就是用为解决一个特定问题而采取的确定的、有限的操作指令，并且对于符合一定规范的输入，能够在有限的时间内获得要求的输出。例如，一首歌曲的乐谱也可以称为该歌曲的算法，因为它规定了歌唱者应该如何演唱（先唱什么、后唱什么、什么音节、什么音符、什么速度……），演奏者根据该歌曲的乐谱就能演奏出预定的乐曲；一件工艺品的加工流程、一道题的解题过程等都可以称为算法。
2. 算法的描述方法
算法的描述就是采用一定的方式将设计好的算法清楚、准确地记录下来。算法描述的方法没有统一的规定，计算机中常用的算法描述方法有自然语言、流程图、NS流程图，伪代码等。无论哪种方式，基本要求都是能提供算法的无歧义的描述，以便能将描述的算法很容易地转换成计算机程序。
1） 用自然语言描述算法
自然语言就是人们日常使用的语言，描述的算法通俗易懂。但其缺点是含义往往不太严格，要根据上下文才能正确理解。特别是描述分支和循环时更容易产生歧义。因此，一般情况下不用自然语言描述算法。
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