本书是一本学习计算机与人工智能知识的入门教材，包含计算机发展简史、计算机中的数据表示、计算机硬件基础、程序设计与计算机软件、计算机网络与网络安全、物联网与大数据、人工智能概述、人工智能的实现方法、人工智能应用、人工智能的未来发展等内容。通过本书的学习，读者可以了解计算机与人工智能发展史中的重要人物、机型/系统和事件，了解学习计算机与人工智能专业应掌握的知识体系和学习方法，从总体上了解计算机与人工智能的基本知识，了解计算机与人工智能的发展与发展趋势。本书旨在帮助学生尽早建立一个较完整的计算机与人工智能概念，构建一个初步的计算机与人工智能知识体系框架，激发其学习、探索计算机与人工智能奥秘的兴趣，为进一步深入学习计算机与人工智能专业知识，提高综合素质和能力奠定良好的基础。本书既可作为高等学校计算机类专业、人工智能专业“计算机导论”“计算机与人工智能导论”课程的教材，也可作为非计算机专业“大学计算机”“人工智能通识课”课程的教材。
在系统介绍计算机基础知识的基础上，比较详细地介绍人工智能、大数据、物联网等新兴计算机知识，这样的内容设计能够比较好地满足目前“计算机导论/计算机基础”类课程的教学需要。本书旨在帮助读者了解计算机与人工智能发展史中的重要人物、软硬件系统和事件，了解学习计算机/人工智能专业应掌握的知识体系和学习方法，从总体上了解计算机/人工智能专业的基本知识，了解计算机与人工智能的发展。
前言
为适应计算机技术与人工智能的快速发展和广泛应用，我们编写了本书，这是一本学习计算机与人工智能知识的入门教材，供“计算机导论”“计算机与人工智能导论”等课程选用，也可供想了解计算机与人工智能基本知识的读者阅读。
全书共分为上、下两篇，共10章，各章主要内容如下。
第1章计算机发展简史。系统介绍电子计算机的诞生，包括代表性机型、重要事件、重要人物等； 介绍计算机的发展、分类、特点、应用领域等内容； 简要介绍中国的计算机发展； 介绍超级计算机、大型计算机、量子计算机、国产CPU芯片的发展等新内容。
第2章计算机中的数据表示。对进位记数制、不同进制数据的相互转换、数值型数据的表示、字符型数据的编码表示、汉字的编码表示、图像与声音数据的采集与表示等内容进行系统介绍； 对机器数的编码形式、浮点数的表示进行较为详细的介绍。
第3章计算机硬件基础。简要介绍CPU、内存、外存、输入设备、输出设备、主板、总线等内容； 介绍CPU芯片的制作过程； 比较详细地介绍3D扫描仪、3D打印机、GPU、复杂指令集计算机(CISC)、精简指令集计算机(RISC)、流水线技术、并行处理技术、多核计算机、多处理器计算机、机群系统等内容。
第4章程序设计与计算机软件。介绍程序设计语言由机器语言到汇编语言、高级语言，再到结构化程序设计语言、面向对象程序设计语言的发展历程； 介绍近几年得到广泛应用的Python语言； 介绍算法的作用、定义、特性、评价标准以及与程序设计的关系； 介绍计算机软件的定义、分类以及常用软件开发方法； 重点介绍操作系统的功能及几种常用的操作系统软件。
第5章计算机网络与网络安全。系统介绍计算机网络的定义、功能、发展历程、分类、拓扑结构、传输介质、传输协议、连接设备等内容； 介绍互联网的发展、IP地址和域名、接入方式和互联网服务等内容； 简要介绍目前计算机系统常见的安全威胁及常用的反病毒技术、反黑客技术、防火墙技术、数据加密技术、安全认证技术； 介绍应严格遵守的网络安全法等相关法律法规与职业道德。
第6章物联网与大数据。介绍物联网的体系结构和关键技术； 以智能家居、智能物流和智慧场馆管理为例介绍物联网应用； 介绍大数据的起源、概念、特征，大数据与物联网的关系； 介绍大数据的采集和预处理、存储与管理、挖掘分析、可视化显示、处理框架Hadoop等大数据技术； 以流行疾病预测、市场营销、电商数据处理为例介绍大数据的应用。
第7章人工智能概述。介绍人工智能的定义与研究目标； 介绍符号主义、联结主义、行为主义等人工智能研究的不同学派的各自特点及融合优势； 介绍人工智能的3个快速发展阶段： 推理期、知识期、学习期，展现了人工智能的创新驱动发展历程； 介绍人工智能对数字社会建设的重要支撑作用。
第8章人工智能的实现方法。简要介绍目前常用的命题逻辑、谓词逻辑、知识图谱等知识表示方法及基于知识表示的推理； 介绍基于搜索的问题求解方法； 分别以决策树方法和k均值方法、k中心点方法为例介绍分类、聚类等机器学习方法； 较详细地介绍功能强大且得到广泛应用的深度神经网络方法。
第9章人工智能应用。通过计算机视觉、自然语言处理、智能机器人、生成式人工智能等几个主要场景展示人工智能应用。以手写数字识别为例介绍基于卷积神经网络的计算机视觉处理； 介绍词嵌入技术、注意力机制在基于深度学习的自然语言处理中的应用； 介绍智能机器人的发展以及对经济社会发展的支持； 介绍生成式人工智能、基于案例的人工智能大模型应用及如何合理使用人工智能大模型。
第10章人工智能的未来发展。介绍人工智能发展与应用对经济社会发展的强大推动作用以及带来的挑战； 介绍人工智能健康、可控、安全发展的人工智能治理措施与人工智能伦理规范； 介绍人工智能的未来发展趋势。
为便于教师和学生使用该书，我们制作了配套的电子课件。电子课件中配有大量的图片，使内容的介绍更为形象和生动。
本书由袁方主编并统稿，第6章由肖艳芹编写，9.1节由牛齐明编写，9.2节由李宁编写，其余章节由袁方编写。
本书的编写与修订参考了大量的书籍、报刊，并参考了互联网上部分有价值的材料。为此，我们向有关的作者、编者、译者和网站表示衷心的感谢。
由于涉及内容多及编者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。
编者
2025年6月
袁方，男，工学博士，三级教授，硕士生导师，河北省教学名师，一流本科课程负责人。曾任河北大学数学与计算机学院主管教学副院长、河北大学计算机教学部主任。学术兼职：中国计算机学会高级会员、高等院校计算机基础教育研究会常务理事、河北省计算机教育研究会副理事长。曾获河北省教学成果三等奖、宝钢教师奖、保定市教书育人先进个人等奖励。主要研究领域为数据挖掘、计算机教育。曾主讲“计算机导论”“大学计算机”“Python语言程序设计”“C++程序设计”“数据挖掘”等本科生和研究生课程，主讲的“大学计算机”课程被认定为首批一流本科课程和河北省精品在线课程，主讲的“计算机导论”课程为河北省省级精品课程。主编《计算机导论》《大学计算机》《Python语言程序设计》《C++程序设计》等高等学校教材，其中《计算机导论》累计发行超20万册。
目录
上篇： 计算机基础知识
第1章计算机发展简史
1.1电子计算机的诞生
1.1.1早期的计算工具
1.1.2机械计算机
1.1.3机电计算机
1.1.4电子计算机
1.2电子计算机的发展
1.2.1优质代计算机
1.2.2第二代计算机
1.2.3第三代计算机
1.2.4第四代计算机
1.2.5第五代计算机
1.2.6电子计算机的
发展趋势
1.3计算机的分类
1.3.1超级计算机
1.3.2大型计算机
1.3.3微型计算机
1.3.4工作站
1.3.5服务器
1.3.6嵌入式计算机
1.4计算机的特点与应用领域
1.4.1计算机的特点
1.4.2计算机的应用领域
1.5量子计算机
1.6中国计算机发展简史
1.7小结
拓展阅读： 计算机专业学生应具备
的能力和素质
习题1
思考题1
第2章计算机中的数据表示
2.1计算机中的进制
2.1.1进位记数制
2.1.2不同进制数据
的区分
2.2不同进制数据的相互转换
2.2.1二进制数与十进制数
的相互转换
2.2.2二进制数与十六进制
数的相互转换
2.2.3二进制数与八进制
数的相互转换
2.3数值型数据的表示
3.3.1机器数的符号
2.3.2机器数的编码
2.3.3机器数的表示范围
2.3.4机器数中小数点
的位置
2.4字符型数据的编码表示
2.4.1ASCII码
2.4.2EBCDIC码
2.5汉字的编码表示
2.5.1汉字输入码
2.5.2汉字机内码
2.5.3汉字字形码
2.6图像与声音数据的
采集与表示
2.6.1图像数据的
采集与表示
2.6.2声音数据的
采集与表示
2.7小结
拓展阅读： Intel公司与CPU
习题2
思考题2
第3章计算机硬件基础
3.1计算机的基本组成
与工作原理
3.1.1计算机的基本组成
3.1.2计算机的基本
工作原理
3.2中央处理器
3.2.1中央处理器的
基本组成
3.2.2CPU芯片的
制作过程
3.3存储器
3.3.1内存
3.3.2外存
3.4输入输出设备
3.4.1输入设备
3.4.2输出设备
3.5主板与总线
3.5.1主板
3.5.2总线
3.6计算机系统结构的发展
3.6.1CISC与RISC
3.6.2流水线技术
3.6.3并行处理技术
3.7小结
拓展阅读： 冯·诺依曼与冯·诺依曼
计算机
习题3
思考题3
第4章程序设计与计算机软件
4.1程序设计语言
4.1.1机器语言
4.1.2汇编语言
4.1.3高级语言
4.1.4结构化程序
设计语言
4.1.5面向对象程序
设计语言
4.2Python语言程序设计
4.2.1Python语言的特点
4.2.2Python解释器
的安装
4.2.3Python程序的执行
4.2.4Python的基础语法
4.2.5Python的基本
数据类型
4.2.6Python的类型转换
4.2.7顺序结构程序设计
4.2.8分支结构程序设计
4.2.9循环结构程序设计
4.2.10Python程序实例
4.3算法与程序设计
4.3.1算法的作用
4.3.2算法的特性
4.3.3算法的评价标准
4.4计算机软件概述
4.4.1软件的定义
4.4.2系统软件
4.4.3应用软件
4.4.4软件开发方法
4.5操作系统
4.5.1操作系统概念
4.5.2操作系统的功能
4.5.3操作系统实例
4.6小结
拓展阅读： 比尔·盖茨与微软
公司
习题4
思考题4
第5章计算机网络与网络安全
5.1计算机网络的定义与功能
5.1.1计算机网络的定义
5.1.2计算机网络的功能
5.2计算机网络的发展历程
5.2.1计算机网络的
萌芽阶段
5.2.2计算机网络的
早期发展阶段
5.2.3计算机网络的
标准化阶段
5.2.4计算机网络的
快速发展阶段
5.3计算机网络的分类
5.3.1个人区域网
5.3.2局域网
5.3.3广域网与互联网
5.4计算机网络的拓扑结构
5.4.1星状结构
5.4.2树状结构
5.4.3网状结构
5.5计算机网络的传输介质
5.5.1双绞线
5.5.2光纤
5.5.3无线传输方式
5.6计算机网络体系结构
5.6.1开放系统互连
参考模型
5.6.2TCP/IP参考模型
5.7常用的网络连接设备
5.8互联网技术
5.8.1互联网的发展
5.8.2IP地址和域名
5.8.3互联网接入方式
5.8.4互联网服务
5.9网络安全概述
5.9.1网络安全威胁
5.9.2网络安全概念
5.10网络安全技术
5.10.1反病毒技术
5.10.2反黑客技术
5.10.3防火墙技术
5.10.4数据加密技术
5.10.5安全认证技术
5.11计算机系统安全法律
法规与职业道德
5.12小结
拓展阅读： IBM公司与计算机
制造
习题5
思考题5
第6章物联网与大数据
6.1物联网的起源与发展
6.2物联网体系结构
6.2.1物联网体系结构
6.2.2物联网关键技术
6.2.3物联网的反馈
与控制
6.3物联网应用
6.3.1基于物联网的
智能家居
6.3.2基于物联网的
智能物流
6.3.3基于物联网的
智慧场馆管理
6.4大数据基础
6.4.1大数据的起源
6.4.2大数据的概念
与特征
6.4.3大数据与物联网
6.5大数据技术
6.5.1数据的采集
和预处理
6.5.2数据的存储
与管理
6.5.3数据的挖掘分析
6.5.4数据的可视化显示
6.5.5大数据处理
框架Hadoop
6.6大数据应用
6.6.1基于大数据的流行
疾病预测
6.6.2基于大数据的
市场营销
6.6.3基于大数据的
电商数据处理
6.7小结
拓展阅读： 王选与激光照排
习题6
思考题6
下篇： 人工智能基础知识
第7章人工智能概述
7.1人工智能的定义
7.2人工智能的研究目标
7.2.1专用人工智能
7.2.2通用人工智能
7.3人工智能研究的不同学派
7.3.1符号主义学派
7.3.2联结主义学派
7.3.3行为主义学派
7.4人工智能的发展历程
7.4.1推理期
7.4.2知识期
7.4.3学习期
7.5人工智能与数字社会
7.6小结
拓展阅读： 图灵与图灵奖
习题7
思考题7
第8章人工智能的实现方法
8.1知识表示与推理
8.1.1知识表示方法
8.1.2命题逻辑与
谓词逻辑
8.1.3知识图谱
8.1.4逻辑推理
8.2搜索与问题求解
8.3机器学习
8.3.1机器学习的定义
8.3.2分类方法
8.3.3聚类方法
8.4人工神经网络方法
8.4.1最早的神经网络
——MP模型
8.4.2赫布学习规则
8.4.3感知机模型
8.4.4霍普菲尔德
神经网络
8.4.5BP神经网络
8.5深度神经网络
8.5.1深度学习方法
8.5.2深度神经网络
的发展
8.6小结
拓展阅读： 吴文俊和定理自动
证明
习题8
思考题8
第9章人工智能应用
9.1计算机视觉
9.1.1计算机视觉的任务
9.1.2卷积神经网络概述
9.1.3卷积神经网络的
基本结构
9.1.4典型的卷积神经
网络模型
9.1.5基于卷积神经网络
的手写数字识别
9.2自然语言处理
9.2.1自然语言处理
的任务
9.2.2基于语法规则的自然
语言处理
9.2.3基于统计的自然
语言处理
9.2.4基于深度学习的自然
语言处理
9.2.5词嵌入
9.2.6注意力机制
9.3智能机器人
9.3.1机器人的发展
9.3.2机器人的分类
9.3.3我国的机器人
产业规划
9.4生成式人工智能与大模型
应用
9.4.1生成式人工智能
9.4.2人工智能大模型
应用
9.5小结
拓展阅读： 金怡濂与高性能
计算机
习题9
思考题9
第10章人工智能的未来发展
10.1人工智能与经济
社会发展
10.2人工智能发展带来的挑战
10.3人工智能伦理
10.4人工智能的未来发展
10.5小结
拓展阅读： 人工智能治理
倡议
习题10
思考题10
参考文献
新书资讯
