前言

计算机科学作为当代科技的先锋已经深入人类生活的方方面面，改变了我们的工作方式和生活习惯。它不仅是一个工具，更是一个强大的引擎，推动着社会的进步和变革。从微小的计算器到庞大的数据中心，计算机的角色在不断演变和深化。

最初的简单计算工具已经发展成为能够处理复杂的人工智能、大数据和云计算等多元化问题的巨型系统。这种演变背后是硬件和软件技术的飞速发展。微处理器、内存、硬盘等组件的性能不断提升，算法、操作系统和各种应用软件不断创新，为计算机科学的发展提供了强大的支撑。

本书不仅是一本教材，更是一把开启计算机科学之门的钥匙。本书从最基本的记数系统讲起，帮助读者理解计算机是如何存储和处理数据的。本书深入介绍电子电路和物理组件的工作原理，让读者洞悉计算机的底层运作机制。同时，本书还详细介绍计算机之间的通信方式，包括网络协议、数据传输等，让读者了解信息如何在计算机世界中传递。

进一步地，我们将深入探讨程序设计语言、算法与计算机问题求解、操作系统、软件工程等核心内容。这些内容是计算机科学的核心，也是每个计算机专业学生必须掌握的基本知识。通过学习这些内容，读者不仅能掌握计算机的基本操作，更能培养出一种全新的思维方式——计算思维。这是一种通过抽象、逻辑和算法来解决问题的思维方式，是信息化时代每个人都应该具备的能力。

此外，本书还将介绍人工智能、大数据、物联网与云计算等前沿课题。这些内容是当前计算机科学领域的热点和焦点，也是未来发展的重要方向。通过学习这些内容，读者不仅能了解计算机科学的前沿动态，更能培养出对计算机科学发展方向的洞察力。

本书的目标读者群体非常广泛。无论是计算机类、软件工程及其相关专业的大一新生，还是对计算机科学感兴趣的初学者，抑或是想了解计算机科学和技术的从业人员，以及对计算机科学和技术有兴趣的读者，都能从本书中受益。本书不仅能帮助读者了解计算机科学的基础知识和发展历史，更能为深入学习计算机科学领域奠定坚实的基础。

在本书的编写过程中，我们得到了许多曾经上过这门课程的优秀本科生的宝贵帮助。他们负责了部分材料的整理和草稿编写工作，其中包括胡雅兰、何伟鸿、周诗彤、李欣悦、陈宇、廖伟贤、胡昱之、王国龙、刘新阳、徐东瀚、易诗航、张逸凡(排名不分先后)。他们的辛勤工作和创意为本书的内容增色不少，使得本书更加完整和易于理解。

总体来说，本书是一本全面、深入的计算机科学入门指南，旨在帮助读者建立起对计算机科学的全面理解，培养计算思维，并了解计算机科学的最新前沿进展。通过阅读本书，读者将能够更好地理解和应用计算机技术，更好地适应这个信息化的时代。

编者

2026年4月