计算机技术与人工智能基础

　　本教材遵照教育部《关于进一步加强高校计算机基础教学的意见》的指示精神和要求，并结合高校计算机基础教育的特点及本校计算机教学的实际情况编写而成，主要以普及大学计算机公共基础课程中计算机技术及人工智能基础知识为目的。 本教材主要内容包括上下两篇，共12章。上篇有7章，其内容包括计算机概述、计算机中的信息表示与编码、计算机系统基础、计算机操作系统基础知识、多媒体技术概述、数据库技术基础、软件工程基础。下篇有5章，其内容包括计算机网络与物联网概述、大数据及云计算、人工智能基础、机器学习及Python程序设计基础。 书中主要介绍计算机软件学科中所涉及的基本知识，以及大学计算机基础知识。书中内容由浅入深，对计算机学科中最基础的常识性内容进行了概括性的阐述，以使得每一位大学生通过学习，都能大体了解计算机技术的基础知识，特别是当今计算机的新技术以及Python语言程序设计的基础内容。 本教材可作为高等院校计算机公共课程的教材，也可供相关行业培训及参考使用。

　　赵学军，女，1962年生，中国矿业大学（北京）研究生导师，从事计算机应用技术，遥感图像技术，图形图像处理方向的研究。承担多项国家863课题研究及国土部项目，发表论文60多篇，出版教材5本，专著2本。

第1章计算机概述3
1.1计算机与信息3
1.2计算机分类3
1.2.1高性能计算机3
1.2.2微型计算机4
1.2.3工作站4
1.2.4服务器4
1.2.5嵌入式计算机5
1.3国际计算机的发展5
1.3.1第1代 电子管计算机 (1944年—1958年)6
1.3.2第2代 晶体管计算机 (1958年—1964年)7
1.3.3第3代 集成电路计算机 (1964年—1971年)7
1.3.4第4代 大规模集成电路计算机 (1971年至今)8
1.4国内计算机的发展9
1.4.1第1代电子管计算机的研制(1958年—1964年)9
1.4.2第2代晶体管计算机的研制(1965年—1972年)11
1.4.3第3代中小规模集成电路计算机的研制(1973年—20世纪80年代初期)11
1.4.4第4代超大规模集成电路计算机的研制(20世纪80年代中期至今)12
1.4.5自主研发之路13
1.4.6国内与国际计算机发展的对比14
1.5计算机的主要应用领域15
1.5.1科学计算15
1.5.2数据处理15
1.5.3计算机辅助系统15
1.5.4过程控制16
1.5.5人工智能16
1.5.6网络应用16
1.6计算机技术对于社会发展的影响16
1.6.1推动社会生产力的发展17
1.6.2对经济的影响17
1.6.3对生产方式和工作方式的影响17
1.6.4对生活的影响18
1.6.5其他方面18
1.7计算机的发展趋势18
1.7.1计算机的发展方向18
1.7.2未来的新型计算机19
本章小结20
习题20

第2章计算机中的信息表示与编码22
2.1计算机中的信息表示22
2.1.1数制22
2.1.2不同数制之间的转换22
2.1.3二进制数的运算规则24
2.1.4计算机中的数据存储单位25
2.1.5数值型数据的表示与处理26
2.2计算机信息编码28
2.2.1字符编码28
2.2.2数字编码29
2.2.3汉字编码30
2.2.4多媒体信息编码31
本章小结33
习题33
第3章计算机系统基础34
3.1冯·诺依曼体系结构34
3.1.1冯·诺依曼体系结构34
3.1.2冯·诺依曼体系结构与哈佛体系结构的比较35
3.1.3冯·诺依曼体系结构的局限35
3.2微型计算机的组成结构与工作原理35
3.2.1微型计算机的组成结构36
3.2.2微型计算机的工作原理36
3.3计算机硬件系统38
3.3.1中央处理器CPU38
3.3.2总线40
3.3.3内部存储器41
3.3.4外部存储器41
3.3.5主板42
3.3.6输入设备43
3.3.7输出设备44
3.4计算机软件系统45
3.4.1系统软件45
3.4.2应用软件46
本章小结47
习题47
第4章计算机操作系统的基础知识49
4.1操作系统概述49
4.1.1操作系统的定义49
4.1.2操作系统的发展历程50
4.1.3操作系统的作用52
4.1.4操作系统的性能指标52
4.1.5操作系统的基本特征53
4.1.6相关概念53
4.2操作系统的基本类型54
4.2.1批处理系统54
4.2.2分时操作系统54
4.2.3实时操作系统55
4.2.4通用操作系统55
4.2.5个人计算机操作系统55
4.2.6网络操作系统55
4.2.7分布式操作系统56
4.3操作系统的功能56
4.3.1处理机管理56
4.3.2存储管理56
4.3.3设备管理57
4.3.4信息管理57
4.3.5用户接口57
4.4进程管理57
4.4.1进程的概念57
4.4.2进程的描述及上下文58
4.4.3进程的状态及其转换59
4.4.4进程间的制约关系及死锁问题60
4.4.5线程的概念61
4.5处理机调度61
4.5.1分级调度61
4.5.2作业调度62
4.5.3进程调度及调度算法63
4.6存储管理64
4.6.1存储管理的功能64
4.6.2分区存储管理64
4.6.3覆盖与交换技术65
4.6.4页式管理的基本原理66
4.6.5段式与段页式管理66
4.6.6分段与分页技术的比较68
4.7设备管理68
4.7.1设备分类及管理的功能68
4.7.2数据传输控制方式及中断68
4.8常见操作系统简介69
4.8.1Windows系列69
4.8.2UNIX操作系统简介70
4.8.3Linux操作系统简介70
本章小结71
习题72
第5章多媒体技术概述75
5.1多媒体技术的基本概念75
5.1.1多媒体与多媒体技术75
5.1.2多媒体的数据格式77
5.2多媒体类型79
5.3多媒体系统的组成80
5.3.1多媒体系统硬件80
5.3.2多媒体系统软件83
5.4流行的多媒体应用软件84
5.4.1记事本84
5.4.2Microsoft Office Word85
5.4.3Photoshop88
5.4.4Adobe Premiere Pro93
本章小结94
习题95
第6章数据库技术基础97
6.1数据库系统的基本概念97
6.1.1数据库系统的组成97
6.1.2数据描述98
6.1.3概念模型99
6.2数据模型100
6.3关系数据库101
6.3.1基本概念101
6.3.2关系数据库的主要特点102
6.3.3关系的基本运算103
6.3.4关系完整性约束104
6.4实时数据库基础104
6.4.1实时数据库简介104
6.4.2实时数据库作用105
6.5数据库系统应用105
6.5.1专用数据库应用系统105
6.5.2电子商务系统106
6.5.3数据仓库与数据挖掘分析系统106
6.6常用的数据库管理系统简介106
6.6.1DB2106
6.6.2SQLServer107
6.6.3Sybase108
6.6.4FoxPro109
6.6.5Access110
6.6.6Oracle110
本章小结111
习题112
第7章软件工程基础114
7.1软件工程概述114
7.1.1软件危机114
7.1.2软件工程114
7.1.3软件生命周期115
7.1.4软件过程116
7.2软件的需求分析121
7.2.1需求分析的过程121
7.2.2结构化分析方法122
7.2.3实体联系图与状态转换图125
7.3软件设计126
7.3.1总体设计126
7.3.2详细设计127
7.4软件的实现131
7.4.1编码131
7.4.2软件测试概述132
7.4.3测试方法132
7.4.4测试的过程134
7.4.5调试135
7.5软件维护135
7.5.1软件维护的特点135
7.5.2软件维护的类型136
7.5.3软件维护的过程137
7.5.4软件的可维护性139
本章小结139
习题140
下篇
第8章计算机网络与物联网概述145
8.1计算机网络概述145
8.1.1计算机网络概念145
8.1.2计算机网络的组成145
8.1.3网络类型及拓扑结构146
8.1.4网络的技术术语149
8.2计算机网络体系结构150
8.2.1网络协议与体系结构的基本概念150
8.2.2OSI/RM开放系统互连参考模型151
8.2.3TCP/IP的体系结构152
8.3局域网技术153
8.3.1局域网概述153
8.3.2网络互联设备154
8.4Internet简介155
8.4.1Internet概述155
8.4.2IP地址和域名156
8.4.3Internet提供的服务158
8.5物联网概述160
8.5.1物联网定义160
8.5.2物联网的发展160
8.5.3物联网的特征163
8.6物联网的相关技术163
8.6.1地址资源技术163
8.6.2人工智能164
8.6.3物联网架构164
8.6.4云计算技术165
8.6.5物联网系统165
8.6.6物联网传输方式的选择166
8.7物联网的主要应用领域166
8.7.1智能家居167
8.7.2智能医疗167
8.7.3智能城市168
8.7.4智能环保168
8.7.5智能交通168
8.7.6智能司法169
8.7.7智能农业169
8.7.8智能物流169
8.7.9智能文博170
8.8物联网产生的影响170
8.9物联网的发展前景170
本章小结172
习题173
第9章大数据及云计算175
9.1初识大数据175
9.1.1大数据的基本概念175
9.1.2大数据的主要技术175
9.1.3大数据的特征178
9.1.4大数据的价值与挑战179
9.1.5大数据的典型应用181
9.2云计算综述182
9.2.1云计算的基本概念182
9.2.2云计算的特点183
9.2.3云计算的服务类型184
9.2.4云计算实现的关键技术184
9.2.5云计算的典型应用185
本章小结186
习题186
第10章人工智能基础188
10.1初识人工智能188
10.2人工智能的发展史189
10.2.1孕育期189
10.2.2形成期190
10.2.3知识应用期190
10.2.4从学派分立走向综合192
10.2.5智能科学技术学科的兴起192
10.3人工智能的研究目标192
10.4人工智能的研究领域193
10.4.1机器思维193
10.4.2机器感知194
10.4.3机器行为196
10.4.4机器学习196
10.4.5计算智能197
10.4.6分布智能199
10.4.7智能系统199
10.4.8人工心理与人工情感200
10.5人工智能的典型应用200
10.5.1智能机器人200
10.5.2智能网络201
10.5.3智能检索201
本章小结201
习题202
第11章机器学习203
11.1机器学习概述203
11.2分类算法204
11.3聚类算法206
本章小结207
习题208
第12章Python程序设计基础209
12.1Python语言基础知识209
12.1.1Python语言209
12.1.2Python环境的搭建211
12.1.3基础语法211
12.1.4变量和运算符213
12.1.5列表、元组、字典和集合218
12.1.6字符串223
12.2Python程序设计基础226
12.2.1流程控制226
12.2.2函数232
12.2.3类和对象236
12.2.4文件操作(I/O)242
12.3综合案例244
12.3.1贪吃蛇游戏245
12.3.2网络爬虫与信息提取249
12.3.3泰坦尼克号遇难人数预测模型251
本章小结256
习题257
参考文献262