大學計算機-中國鐵道出版社

普通高等院校計算機基礎教育新形態(tài)一體化“十四五”規(guī)劃教材

大學計算機

主編◎武新章姚怡

副主編◎石娟勞眷

內容簡介

本書從初學者的認知角度和學習特點出發(fā)，在內容組織編排、案例設計上秉持從易到難、

從簡到繁的編寫理念，采取深入淺出的語言講解計算機基礎知識和操作技能。全書分為7章，

包括計算機概論、初識網絡、Python程序設計入門、Python計算生態(tài)和數據智能分析、圖像

處理Photoshop、Web前端網頁設計、IT新技術等內容。本書理論與實操相結合，既注重計算

思維能力的培養(yǎng)，又兼顧應用需求，循序漸進地引導學生打開計算機科學之門。

本書適合作為普通高等院校計算機基礎課程的教材，也可作為各類計算機應用人員的參考

資料。

圖書在版編目（CIP）數據

大學計算機/武新章，姚怡主編.—4版.—北京:中國鐵道出版社

有限公司，2022.9

普通高等院校計算機基礎教育新形態(tài)一體化“十四五”規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-29166-2

Ⅰ.①大…Ⅱ.①武…②姚…Ⅲ.①電子計算機-高等學校-

教材Ⅳ.①TP3

中國版本圖書館CIP數據核字(2022)第089057號

書名：大學計算機

作者：武新章姚怡

策劃：劉麗麗編輯部電話：（010）51873202

責任編輯：劉麗麗

封面設計：崔麗芳

責任校對：孫玫

責任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網址：/51eds/

印刷：北京柏力行彩印有限公司

版次：2018年9月第1版?2022年9月第4版?2022年9月第1次印刷

開本：787?mm×1?092?mm?1/16?印張：17.75?字數：421千

書號：ISBN978-7-113-29166-2

定價：56.00元

版權所有侵權必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質量問題，請與本社教材圖書營銷部聯系調換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）63549461

前?言

隨著計算機技術和網絡技術的飛速發(fā)展，計算機已經成為人們學習、工作、生活

中的一個不可或缺的工具。因此，作為面向高校非計算機專業(yè)學生的公共必修課程，

“大學計算機基礎”課程有著非常重要的地位。

由于計算機教育的逐步低齡化和高校新生的計算機知識起點不斷提升，激發(fā)了大

學計算機基礎課程改革需求，陸續(xù)從以往的Windows+Office工具使用教學演變?yōu)榕?/p>

養(yǎng)學生采用計算思維求解專業(yè)領域問題。在此背景下，本書在內容選取上，圍繞著使

用計算手段求解問題的思路，把以計算思維為導向的新一輪教學改革思想融入書中。

編者力求把本書編寫成以注重實操、快速入門為特色的大學計算機基礎課程實用教材。

全書共7章，建議課程安排60～80學時。各章主要內容及建議學時分配為：

第1章計算機概論（6～8學時），簡要介紹計算機的誕生和發(fā)展，馮氏計算

機工作原理，計算機硬件知識，二進制轉換和運算，文字、圖像、聲音等多媒體信息

的數字化，軟件的定義、分類和編程語言等基本概念。

第2章初識網絡（6～8學時），主要介紹網絡的組成、分類和拓撲結構，

OSI參考模型和TCP/IP體系結構，Internet的聯網方式，物理地址、IP地址和域名的

作用，搜索引擎的使用技巧，收發(fā)電子郵件和信息安全防護等知識。

第3章Python程序設計入門（14～18學時），主要介紹Python的語法規(guī)則，

數據的表示，基本I/O語句，程序控制結構，函數的運用和文件的讀寫等知識。

第4章Python計算生態(tài)和數據智能分析（8～12學時），主要介紹Python模塊、

包和庫的概念，turtle庫、random庫、time庫等標準庫的使用，第三方庫的獲取和安

裝方法，PyInstaller、jieba、wordcloud、NumPy、Pandas等第三方庫的運用，以及數

據處理、繪圖和可視化、大數據應用等知識。

第5章圖像處理Photoshop（8～10學時），主要介紹Photoshop工具箱中各

II/大學計算機

種工具的用途和使用方法，各種形狀選區(qū)的建立和編輯，圖像的繪制與色彩調整，濾

鏡的使用方法，圖層、蒙版、通道與文字路徑等相關知識。

第6章Web前端網頁設計（14～20學時），主要介紹網站和網頁基礎知識，

HTML常用標簽，Dreamweaver的使用，利用CSS樣式美化網頁，使用DIV+CSS布

局網頁，浮動布局等知識。

第7章IT新技術（4學時），簡要介紹并行計算、集群計算、云計算、量子計

算等高性能計算模型的概念，以及大數據、物聯網、人工智能、虛擬現實、區(qū)塊鏈、

元宇宙等IT新技術的發(fā)展及現狀。

本書教學內容較多，如果教授所有章節(jié)，所需課時可能比學校計劃課時要多，此

種情況建議采用模塊化教學。例如，可參照下表采取劃分理工和文史兩大類的分類教

學方式：

課程名稱授課內容

計算機概論+初識網絡+Python程序設計入門+Python計算生態(tài)和數據智能分析

大學計算機（理工類）

+IT新技術

大學計算機（文史類）計算機概論+初識網絡+圖像處理Photoshop+Web前端網頁設計+IT新技術

參與本書編寫工作的都是從事計算機基礎教育多年、一線教學經驗豐富的高校老

師。本書由武新章、姚怡任主編，石娟、勞眷任副主編。參與本書編寫和審校工作的

還有陳大海、焦小焦、滕金芳、馬鈺華、王麗、李向華等。

本書配套指導書為《大學計算機實驗指導與習題集》（第四版，勞眷、姚怡主編，

中國鐵道出版社有限公司出版）。

本書的編寫得到了教育部產學合作協同育人項目（202101340010）和廣西高等教

育本科教學改革工程項目（2022JGA119）的支持。在編寫過程中，編者參考了許多

文獻和網站資料，在此一并向文獻和資料的作者表示衷心感謝。

由于編者水平有限，且編寫時間較為倉促，書中難免有疏漏和不足之處，懇請各

位專家學者、廣大讀者不吝批評指正。

編者

2022年4月

目錄

第1章?計算機概論1

1.1?初識計算機?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1

1.1.1計算機從無到有???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1

1.1.2計算機的分類???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4

1.1.3計算機的應用???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5

1.2剖析馮·諾依曼結構????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6

1.2.1圖靈機???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7

1.2.2馮·諾依曼結構???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7

1.3購機前要了解的硬件知識????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9

1.3.1主板和CPU?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10

1.3.2內存和外存的區(qū)別?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12

1.3.3I/O設備???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16

1.3.4總線和接口?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16

1.40和1的世界????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17

1.4.1二進制的計數單位?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17

1.4.2進制轉換?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18

1.4.3用0和1表示數值?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21

1.4.4二進制運算法則?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22

1.5計算機存儲文字???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24

1.5.1英文編碼?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24

1.5.2中文編碼?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25

1.5.3Unicode編碼???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26

1.5.4文本編碼?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27

1.5.5文字輸出的字形碼?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27

1.6多媒體信息數字化???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28

1.6.1圖形圖像的數字化?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28

1.6.2數字化音頻?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30

1.6.3視頻和動畫?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32

1.7軟件???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34

1.7.1指令?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34

1.7.2軟件的分類?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35

1.7.3編程語言的發(fā)展歷程?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36

II/大學計算機

1.7.4從編程到執(zhí)行?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38

本章小結????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39

工匠精神????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39

第2章?初識網絡41

2.1網絡???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41

2.1.1網絡的組成?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41

2.1.2網絡的分類?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????44

2.1.3網絡的拓撲結構?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????45

2.1.4OSI參考模型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????46

2.1.5TCP/IP體系結構?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????48

2.2連接互聯網???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????48

2.2.1Internet的來歷????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????48

2.2.2我國的互聯網現狀?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????49

2.2.3ISP????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????50

2.2.4上網的各種方式?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51

2.2.5Internet的應用????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52

2.3物理地址、IP地址和域名??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????54

2.3.1計算機名和工作組?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????54

2.3.2物理地址?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????54

2.3.3IP地址?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????55

2.3.4域名?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????58

2.3.5物理地址、IP地址和域名的關系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????59

2.3.6統一資源定位符URL????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????60

2.4信息搜索???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????60

2.4.1搜索引擎?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????61

2.4.2百度搜索?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62

2.4.3中英文獻檢索?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????65

2.4.4手機信息檢索?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????66

2.5郵件???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69

2.5.1郵箱的申請和設置?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69

2.5.2收發(fā)郵件?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69

2.5.3郵件工作原理?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????71

2.5.4郵件禮儀?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????71

2.6信息安全???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????72

2.6.1造成信息不安全的因素?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????72

2.6.2信息安全防護技術?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????74

2.6.3數據加密技術?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????75

2.6.4網絡道德與規(guī)范?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????76

本章小結????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????77

工匠精神????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????77

目錄III

第3章?Python程序設計入門79

3.1?Python語言簡介???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????79

3.1.1安裝Python?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????80

3.1.2Helloworld程序??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????80

3.1.3Python的開發(fā)環(huán)境?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????81

3.1.4Python基礎語法與編碼風格?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83

3.1.5用turtle模塊畫圖???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????85

3.2?程序中數據的表示???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????87

3.2.1常量和變量?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????87

3.2.2整型、浮點型和布爾型?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????89

3.2.3字符串型（str）?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????90

3.2.4列表（list）????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93

3.2.5元組（tuple）?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????95

3.2.6字典（dict）???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????96

3.2.7集合（set）?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????97

3.3基本I/O語句????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????98

3.3.1輸入函數input()??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????98

3.3.2．輸出函數print()??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????99

3.3.3eval()函數????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????99

3.3.4格式符%的使用??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????100

3.3.5format()的使用??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????100

3.4?Python程序控制結構?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????102

3.4.1選擇結構???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????102

3.4.2循環(huán)結構???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????106

3.4.3break、continue、else和pass語句????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????109

3.4.4?異常處理try...except語句????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????111

3.5?函數?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????112

3.5.1函數聲明和調用???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????112

3.5.2參數的傳遞???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????114

3.5.3變量的作用域???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????118

3.5.4遞歸函數???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????120

3.6?文件?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????121

3.6.1文件操作???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????121

3.6.2文件的打開和關閉???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????122

3.6.3讀寫文件???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????123

本章小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????125

工匠精神??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????125

第4章?Python計算生態(tài)和數據智能分析127

4.1Python模塊、包和庫?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????127

IV/大學計算機

4.1.1模塊、包和庫的關系???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????128

4.1.2進一步學習turtle庫?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????129

4.1.3random庫與隨機數??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????131

4.1.4time庫與程序計時???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????131

4.2Python第三方庫的獲取和安裝????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????132

4.2.1PyInstaller庫與程序打包?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133

4.2.2jieba庫與中文分詞??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????134

4.2.3利用wordcloud庫智能生成詞云?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????136

4.3Python數據智能分析?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????137

4.3.1在NumPy庫中加載數據集?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????137

4.3.2Pandas入門???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????139

4.3.3數據加載、存儲與文件格式???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????146

4.3.4繪圖和可視化???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????149

4.3.5數據聚類實例——鳶尾花分類???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????151

4.3.6機器學習庫Sklearn?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????156

本章小結160

工匠精神160

第5章?圖像處理Photoshop162

5.1?Photoshop的工作界面???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????162

5.1.1認識Photoshop??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????162

5.1.2工作界面設置???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????164

5.2工具箱的使用?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????164

5.2.1選區(qū)工具???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????165

5.2.2常用工具一???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????165

5.2.3常用工具二???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????166

5.2.4路徑的運用——制作禁煙標志???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????167

5.3圖層?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????170

5.3.1圖層的概念???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????170

5.3.2圖層的類型???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????170

5.3.3圖層面板???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????171

5.3.4實例——夢幻駿馬圖???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????172

5.3.5實例——你的眼睛有星空???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????173

5.4色彩和色調?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????175

5.4.1色彩調整???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????175

5.4.2色調調整???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????178

5.4.3其他調整工具???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????179

5.4.4實例——新照片變老照片???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????180

5.5蒙版?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????182

5.5.1蒙版的概念???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????182

5.5.2蒙版的類型???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????182

目錄V

5.5.3蒙版面板???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????182

5.5.4?實例——燈泡魚效果???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????185

5.6通道?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????187

5.6.1通道的概念???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????187

5.6.2通道的類型???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????187

5.6.3通道面板???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????188

5.6.4實例——美膚效果???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????188

5.6.5?實例——硝煙中的變形金剛???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????192

5.7綜合實例——“飛揚的青春”宣傳海報????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????197

本章小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????199

工匠精神??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????199

第6章?Web前端網頁設計202

6.1初識網頁設計?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????202

6.1.1網站和網頁基礎知識???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????202

6.1.2?網站設計的原則???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????205

6.1.3Dreamweaver的工作界面????????