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第1章 计算机发展史 1

1.1计算工具的发展简史 1

1.1.1手动式计算工具 1

1.1.2机械式计算工具 3

1.1.3机电式计算机 5

1.1.4电子计算机 6

1.2计算机发展简史 7

1.2.1计算机硬件发展简史 8

1.2.2计算机软件发展简史 11

1.2.3计算机的发展趋势 15

1.3计算机的分类和特点 17

1.3.1计算机的分类 17

1.3.2计算机的特点 19

1.4计算机的应用领域 19

1.4.1科学计算 19

1.4.2数据处理 20

1.4.3实时控制 21

1.4.4辅助工程与辅助教育 21

1.4.5艺术与娱乐 21

阅读材料：中国计算机发展简史 22

习题1 23

第2章 认识计算机学科 25

2.1什么是计算机学科 25

2.1.1什么是计算 25

2.1.2科学与学科 27

2.1.3计算机学科的定义 28

2.1.4计算机学科的根本问题 29

2.1.5计算机学科与其他学科的关系 30

2.2计算机学科的科学问题 30

2.2.1什么是科学问题 31

2.2.2计算机学科的科学问题 31

2.3计算机学科的经典问题 32

2.3.1 GOTO语句问题与程序设计方法学 32

2.3.2哥尼斯堡七桥问题与图论 33

2.3.3哲学家共餐问题与进程同步 34

2.3.4汉诺塔问题与计算复杂性 35

2.3.5证比求易与NP类问题 36

2.3.6 TSP问题与组合爆炸 37

2.3.7图灵测试与人工智能 38

2.4计算机学科的知识体系 39

2.4.1计算机科学 40

2.4.2计算机工程 42

2.4.3软件工程 46

2.4.4信息系统 46

2.4.5信息技术 47

阅读材料：著名计算机组织 48

习题2 49

第3章 计算机运算基础 51

3.1数理逻辑基础 51

3.1.1数理逻辑的起源和发展 51

3.1.2命题逻辑与命题代数 52

3.1.3逻辑代数 54

3.2二进制 55

3.2.1进位计数制 56

3.2.2二进制数和十进制数之间的转换 57

3.2.3二进制数与八进制数和十六进制数之间的转换 59

3.3数值数据的表示方法 60

3.3.1数的长度 60

3.3.2数的原码、反码和补码 60

3.3.3数的定点表示和浮点表示 62

3.4逻辑电路 64

3.4.1门 64

3.4.2电路 66

3.4.3集成电路 68

阅读材料：著名计算机奖项 68

习题3 69

第4章 计算机硬件系统 71

4.1计算机硬件系统的基本组成 71

4.1.1计算机体系结构 71

4. 1.2计算机的工作原理 73

4.2存储器 75

4.2.1存储器的层次结构 75

4. 2.2内存储器 76

4.2.3外存储器 78

4.2.4高速缓冲存储器 79

4.2.5存储器的发展趋势 80

4. 3中央处理器 80

4. 3.1运算器 80

4. 3.2控制器 81

4.3.3处理器的发展趋势 83

4. 4输入输出设备 84

4.4.1输入设备 84

4.4.2输出设备 85

4.4.3输入／输出接口 86

4.4.4输入／输出设备的发展趋势 87

阅读材料：著名计算机公司 87

习题4 88

第5章 计算机程序设计 90

5.1问题求解与程序设计 90

5.1.1问题求解的一般过程 90

5.1.2程序与程序设计 91

5.2程序设计语言 92

5.2.1程序的基本结构 93

5.2.2单词 94

5.2.3数据的表现形式 95

5.2.4表达式 96

5. 2.5语法单位 98

5.3程序设计方法 101

5.3.1结构化程序设计 102

5.3.2面向对象程序设计 102

5.3.3程序设计方法的发展 104

5.4数据结构 105

5.4.1数据结构的起源和发展 105

5.4.2基本的数据结构 105

5.4.3数据结构在计算机中的存储方法 107

5.5算法和算法分析 108

5.5.1算法及描述算法的方法 108

5. 5.2算法设计技术 110

5.5.3算法分析 112

阅读材料：几种经典的高级语言 114

习题5 115

第6章 计算机软件系统 117

6.1计算机软件系统的基本组成 117

6. 2操作系统 117

6. 2.1操作系统的定义 118

6.2.2操作系统的起源和发展 119

6.2.3操作系统的主要功能 121

6.3翻译程序 123

6.3.1翻译程序的工作方式 123

6.3.2编译程序的基本过程 124

6.3.3翻译程序的发展 126

6.4数据库管理系统 126

6.4.1数据库技术的产生和发展 127

6.4.2数据库与数据模型 128

6.4.3数据库管理系统 129

6.4.4数据库系统 131

6.5工具软件 131

6.5.1文件压缩软件 131

6. 5.2文件下载软件 132

6.5.3防病毒软件 133

6.6计算机应用软件 133

6.6.1专用软件 133

6. 6.2通用软件 134

阅读材料：开源软件 138

习题6 139

第7章 人机交互 141

7.1人机交互技术 141

7.1.1人机交互的起源和发展 141

7.1.2人机交互方式 142

7.1.3人机界面 143

7.1.4人机交互的发展趋势 145

7.2多媒体技术 146

7.2.1媒体、多媒体与超媒体 146

7.2.2多媒体信息的数字化 147

7.2.3多媒体信息的压缩 152

7.3虚拟现实技术 153

7.3.1虚拟现实的基本特征 153

7.3.2虚拟现实系统的组成 154

7.3.3虚拟现实的应用领域 154

阅读材料：如何预防计算机对人体健康的危害 155

习题7 156

第8章 人工智能 158

8.1什么是人工智能 158

8.1.1人工智能的定义 158

8.1.2人工智能的起源和发展 159

8.1.3人工智能的研究意义 160

8.2人工智能的研究方法 161

8.2.1符号智能一枝独秀 161

8.2.2计算智能异军突起 162

8.2.3智能Agent方兴未艾 163

8.3人工智能的研究与应用领域 164

8.3. 1机器博弈 164

8.3.2专家系统 165

8.3.3数据挖掘与知识发现 166

8.3.4自然语言理解 166

8.3.5模式识别 167

8.3.6智能机器人 168

阅读材料：人机共生 169

习题8 170

第9章认识工程 171

9.1什么是工程 171

9.1.1工程的定义 171

9.1.2科学、技术和工程的关系 172

9.1.3“科学—技术—工程—产业”链 174

9.2工程的几个关键问题 175

9.2.1工程理念 175

9.2.2工程决策 176

9.2.3工程管理 176

9. 2.4工程进度 177

9.3工程创新 178

9.3.1创新思维的形式 178

9.3.2工程创新的体现 179

9.4工程教育 180

9.4.1我国工程教育的历史 180

9.4.2工程教育的特点 181

9.5信息化工程 182

9.5.1什么是信息化工程 182

9.5.2信息化工程的特点 183

9.5.3信息化工程的成本 184

阅读材料：从工程大国到工程强国，我们缺少什么 185

习题9 186

第10章 软件工程 187

10.1概述 187

10.1.1软件工程的发展简史 187

10.1.2软件工程的基本原理 190

10.2软件质量 191

10.2.1软件开发的复杂性 191

10.2.2软件质量特性 192

10.3软件过程 193

10.3.1软件生命周期 193

10. 3.2软件开发模型 194

10.3.3软件能力成熟度模型 196

10.4软件开发方法 197

10.4. 1结构化方法 198

10.4. 2面向对象方法 199

10.5软件维护 201

10.5.1软件维护的定义 201

10.5.2与软件维护有关的问题 202

10. 6软件项目管理 202

10.6.1成本估算 203

10.6.2进度安排 204

10.6.3人员组织 205

10.6.4软件配置管理 206

阅读材料：软件、硬件和人件 207

习题10 207

第11章 网络工程 209

11.1概述 209

11.1.1计算机网络的起源和发展 209

11.1.2计算机网络的定义和分类 211

11.1.3计算机网络的应用 212

11.2网络体系结构 213

11.2.1网络标准和协议 214

11.2.2 OSI参考模型 214

11.2.3 TCP/IP分层模型 215

11.3网络设备 216

11.3.1主机系统 217

11.3.2网络互联设备 217

11.3.3传输介质 218

11.3.4网络存储设备 219

11.4网络工程 219

11.4.1网络工程的含义 220

11.4.2网络工程的组织 220

11.4.3工程实施的要点 222

11.5网络信息安全 222

11.5.1信息加密 222

11.5.2身份认证 223

11.5.3防火墙 224

11.5.4入侵检测 224

阅读材料：我国Internet的起源和发展 225

习题11 226

第12章 计算机学科方法论 229

12.1什么是计算机学科方法论 229

12.2计算机学科的三个形态 230

12.3计算机学科的核心概念 232

12.4计算机学科的系统科学方法 234

12.4.1系统科学的基本概念 234

12.4.2系统科学遵循的一般原则 235

12.5计算机学科的典型方法 236

12.5.1抽象方法 236

12.5.2构造性方法 237

12.5.3公理化方法 237

12.5.4形式化方法 238

12.5.5原型方法与演化方法 239

阅读材料：计算机学科二维定义矩阵 239

习题12 240

第13章 如何学习计算机学科 242

13.1计算机学科的专业基础课 242

13.1.1专业基础课在计算机学科中的地位 242

13.1.2如何学好专业基础课 243

13.2数学思维能力的培养 244

13.2.1数学在计算机学科中的地位 244

13.2.2如何实现思维方式的数学化 244

13.3程序设计能力的培养 246

13.3.1程序设计在计算机学科中的地位 246

13.3.2如何提高程序设计能力 246

13.4实验和实践能力的培养 247

13.4.1实验在计算机学科中的地位 247

13.4.2如何提高实验和实践能力 248

13.5专业外语能力的培养 249

13.5.1专业外语在计算机学科的地位 249

13.5.2如何提高专业外语能力 250

阅读材料：大学学习中怎样听课和记笔记 251

习题13 253

第14章 职业与职业道德 254

14.1对计算机学科毕业生的要求 254

14.1.1科学素养 254

14.1.2知识、能力和素质 255

14.1. 3专业能力与综合素质 256

14. 1.4终生学习 257

14.2专业岗位 258

14.2.1信息时代对计算机人才的需求 258

14.2.2有关职位 260

14.3专业人员的职业道德 260

14.3.1道德选择 261

14. 3.2职业责任 261

14.3.3软件工程师的道德规范 262

14.4计算机法律法规 263

14.4.1计算机软件知识产权 263

14. 4.2计算机犯罪 266

阅读材料：逻辑炸弹 268

习题14 269

参考文献 271