大学计算机 思想、架构与硬件/21世纪高等学校计算机教育实用规划教材 pdf下载

　　对计算思维的认识首先必须建立在计算机这个物质载体上，本书从发展历史中发现计算机械的设计思想、从信息编码的角度看计算机如何实现与现实世界的对话、从基础架构角度抽丝剥茧地展现计算机的结构组成、从系统的角度阐述计算机的工作过程及原理、打开机箱展示实际硬件，从而循序渐进地展示计算机的基本结构和工作原理。
　　1．本书从发展历史中发现计算机械的设计思想、从信息编码的角度看计算机如何实现与现实世界的对话、从基础架构角度抽丝剥茧地展现计算机的结构组成、从系统的角度阐述计算机的工作过程及原理、打开机箱展示实际硬件，从而循序渐进地揭开了隐藏在计算机软硬件背后的结构组成和工作原理。
　　2．本书试图以通俗易懂的语言阐述有关计算机的知识，适合作为大学非计算机类专业学生学习计算机的入门教材，学习过程中不需要相关专业基础课程的学习。
　　3．本书将为大学生更好地掌握计算思维能力奠定物质基础，并有助于他们更高效地使用计算机这一工具。

　　计算机基础素质教学是大学公共基础教育的重要组成部分。本书试图从思想、架构、硬件几个角度，揭开隐藏在计算机背后的结构组成和工作原理。
　　全书共7章，涉及设计思想、信息编码方法、基础架构、系统工作原理、实际硬件、应用领域等相关知识。
　　本书以通俗易懂的语言阐述有关计算机的知识，适合作为高等院校非计算机、非自动化类专业计算机基础教学的教材，也可作为计算机爱好者的入门读物。

第1章思想： 历史串起的珍珠
1.1从蛮荒走向文明： 数与计算
1.2黑暗中的思想火花： 将思维注入机械
1.2.1原始工具： 辅助存储
1.2.2初期机械式计算： 自动计算萌芽
1.2.3巴贝奇与阿达： 将思想的力量注入机械
1.2.4机电式计算： 黎明前的曙光
1.3连接两个世界： 逻辑与电路
1.3.1二进制与数理逻辑
1.3.2继电器与电子管
1.3.3奇异的结合： 逻辑与电路
1.3.4完美的效果： 加法解决一切
1.4理论的奠基： 图灵和图灵机
1.4.1图灵机
1.4.2解谜者
1.4.3ACE报告
1.4.4人工智能之父
1.5架构大师： 冯·诺依曼
1.5.1名不符实的ENIAC
1.5.2名满天下的EDVAC报告草案
1.5.3儿孙满堂然后是计算机之父
1.6发明引领： 计算机发展的几个历史阶段
小结
复习题
第2章编码： 机器与世界的对话
2.1数值的编码
2.1.1数制转换
2.1.2整数编码
2.1.3浮点数编码
2.2字符的编码
2.2.1ASCII编码
2.2.2汉字编码
2.2.3ANSI
2.2.4Unicode
2.3图形与图像的编码
2.3.1图像编码
2.3.2分辨率
2.3.3图形编码
2.3.4视频编码
2.4声音的编码
2.4.1采样
2.4.2量化与编码
2.4.3数据量计算
2.4.4声音的还原
2.5编码数据压缩
2.5.1文本数据压缩
2.5.2图像数据压缩
2.5.3音频数据压缩
2.5.4视频数据压缩
小结
复习题
第3章架构： 计算机内部结构探秘
3.1经典计算机结构——冯·诺依曼结构
3.1.1冯·诺依曼计算机的设计思想
3.1.2冯·诺依曼计算机的基本结构
3.1.3风暴之中的《报告草案》和“计算机之父”
3.2存储器组织
3.2.1存储器的逻辑结构
3.2.2存储器容量与存储器地址位数
3.3处理器功能与逻辑结构
3.3.1处理器的功能
3.3.2处理器的逻辑结构
3.4冯·诺依曼计算机的工作过程
3.4.1指令与程序的存储
3.4.2程序的自动执行原理
3.4.3硬件和软件的划分： 各司其职的设计哲学
3.5计算机的总线架构
3.5.1总线架构的基本概念
3.5.2计算机硬件结构的扩展： 分层次的多总线架构
3.6计算机的分层存储体系
3.6.1为什么需要多种类型存储器： 性能与成本的平衡之道
3.6.2计算机硬件结构的扩展： 计算机的分层存储体系
3.6.3有关分层存储的思维扩展
小结
复习题
第4章原理： 计算机系统是如何工作的
4.1计算机系统
4.1.1计算机系统的构成
4.1.2硬件功能的扩展： 操作系统
4.2计算机的操作系统管理
4.2.1外存与文件管理
4.2.2存储器管理
4.2.3处理器管理
4.2.4其他功能
4.2.5本节小结
4.3计算机的运行
4.3.1程序的运行
4.3.2计算机的启动
4.3.3计算机的关闭
小结
复习题
第5章硬件： 打开计算机的机箱
5.1主板
5.1.1主板的结构
5.1.2主板芯片组
5.1.3常见的主板插槽与接口
5.2微处理器的硬件特性
5.2.1微处理器的基本技术参数
5.2.2典型的微处理器及生产厂商
5.3内存
5.3.1半导体存储器的分类
5.3.2内存的基本技术参数
5.3.3随机存储器
5.4外存
5.4.1硬盘
5.4.2光盘
5.4.3移动存储器
5.5显卡与显示器
5.5.1显卡的功能与结构
5.5.2显卡的性能指标
5.5.3显示器
5.6网络设备
5.6.1网络线缆
5.6.2网络硬件设备
小结
复习题
第6章应用： IT时代的齿轮
6.1数值计算
6.2信息管理
6.3辅助设计
6.3.1计算机辅助设计
6.3.2计算机辅助制造
6.3.3计算机辅助诊断
6.3.4计算机辅助教育
6.4控制与监测
6.5人工智能
6.5.1概述
6.5.2人工智能的研究及应用领域
小结
复习题
第7章未来： 你是谁
参考文献

　　1992年，作者在学习FORTRAN 77时第一次操作计算机，那时还是一个分时共享的小型计算机。2015年，作者参观了国防科技大学的“天河二号”的工作，虽然只是一部分，但也足够震撼。2016年，霍金提出的“突破摄星”（Breakthrough Starshot）计划中，仅有数克重的星芯片上携带着摄影、导航和通信等设备。计算机的发展如此迅猛。
　　实际上，自20世纪40年代以来，计算机就开始深刻地影响着科学与社会的发展。现今，人类社会已经进入信息社会，以计算机为中心的IT技术正在渗透到社会的各个角落——教育、科研、生活、生产……随着计算机逐步成为每一个人日常无法离开的工具，随着各种事务，无论是自然的还是人工的、经济的还是社会的，都被数字化而成为计算机处理的对象时，信息处理已经成为人们日常工作和生活的基本手段，掌握和驾驭计算机这一基本工具，已经成为现代公民适应信息时代所必需的基本素质。
　　虽然我国计算机发展起步较晚，但幸运的是，我们跟上了这个时代，计算机、互联网在我国已经普及。作为国民素质教育的主阵地，高等院校也十分重视计算机基础素质的教育。20世纪80年代，FORTRAN、ALGOL等编程语言开始进入高等院校的课堂； 1997年，教育部高等教育司提出了计算机基础教学的“计算机文化基础—计算机技术基础—计算机应用基础”三个层次的课程体系； 2006年，教育部高等教育司确立了“4领域×3层次”的总体架构，构建了“1+X”的课程设置方案； 2013年7月，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会制订并发布了《计算思维教学改革白皮书》（征求意见稿），计算思维教育开始受到重视。近几年，与计算思维相关的一批教材相继出版。但是，大部分教材忽略了计算思维的物质基础——计算机，或者仅以很少文字做简单描述。
　　另一方面，除了传统意义上的铁皮柜子、方形盒子，计算机也化身成为72变的孙悟空，各种形式、各种用途的计算机层出不穷。从超级计算机到个人台式计算机，再到智能手机和工厂测控设备，到处充斥着计算机的身影。这些都为计算机基础教学带来了困难，尤其对于非计算机、非自动化类专业的学生，如何在没有计算机相关专业基础课程背景下，快速有效地进行教与学，一直以来都让作者感到十分困惑。经过这些年的思考与实践，作者认为，抓住纷繁复杂的表象背后的内在逻辑，是计算机基础教育的关键，就像金庸先生笔下的独孤九式、太极剑法一样，只有抓住了事物本质，才能更好地使用它，对于计算机也是如此。这也是本书编写的初衷。
　　本书试图从历史中发现计算机的设计思想、从信息编码的角度看计算机如何实现与现实世界的对话、从基础架构角度抽丝剥茧地展现计算机的结构组成、从系统的角度阐述计算机的工作过程及原理、打开机箱展示实际硬件，从而循序渐进地展示计算机的基本结构和工作原理。
　　全书共分为7章，刘兴长负责第1章、第2章和第7章的编写，樊友洪负责第3章、第4章的编写，马静恒负责第5章、第6章的编写，李娜负责资料的收集与整理。
　　本书以通俗易懂的语言阐述有关计算机的知识，适合作为大学非计算机、非自动化类专业学生学习计算机的入门教材，学习过程中不需要相关专业基础课程的知识背景。本书将为大学生更好地掌握计算思维能力奠定物质基础，有助于他们更高效地使用计算机完成各类专业任务。