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第1章 计算机科学基础 1

1.1 计算机发展简史 1

1.1.1 电子计算机诞生之前 1

1.1.2 电子计算机的发展 7

1.1.3 计算机发展趋势 15

1.2 计算机科学 16

1.2.1 计算机科学概念 16

1.2.2 计算机科学知识体系 16

1.3 计算机科学应用概述 19

1.3.1 计算机科学的应用领域 19

1.3.2 计算机科学在各行业内的应用 21

1.3.3 计算机科学与其他领域学科的交叉 24

本章小结 24

习题 25

第2章 计算思维 27

2.1 计算思维概念 27

2.1.1 计算与函数 27

2.1.2 计算机、计算机科学与计算思维 28

2.1.3 计算思维的主要思想及特点 30

2.2 利用计算思维求解问题 31

2.2.1 抽象 32

2.2.2 理论 33

2.2.3 设计 34

2.3 计算的发展趋势 34

2.3.1 高性能计算 35

2.3.2 普适计算 37

2.3.3 计算智能与智能计算 38

2.3.4 生物计算 40

本章小结 41

习题 42

第3章 计算机数据表示 44

3.1 信息与数据 44

3.2 进制与进制的转换 45

3.2.1 基数与进制 45

3.2.2 二进制 46

3.2.3 进制之间的相互转换 48

3.3 计算机内部的数据 50

3.3.1 计算机采用的进制 50

3.3.2 位与布尔运算 51

3.4 数字的存储与运算 53

3.4.1 整数的存储 53

3.4.2 溢出问题 56

3.4.3 实数的存储 57

3.5 其他数据类型的存储 59

3.5.1 文本 59

3.5.2 图像 61

3.5.3 音频 62

本章小结 63

习题 64

第4章 计算机硬件结构 67

4.1 计算机组成 67

4.1.1 概述 67

4.1.2 计算机硬件主要组成部分 67

4.1.3 计算机分层组织结构 68

4.1.4 冯·诺依曼模型与非冯·诺依曼模型 69

4.2 中央处理单元 70

4.2.1 CPU的基本知识和组成原理 70

4.2.2 处理器的性能与指标 71

4.2.3 指令执行过程与指令流水线 72

4.2.4 RISC和CISC体系结构 74

4.2.5 中央处理器的发展历史 74

4.3 存储设备 76

4.3.1 存储器的类型 76

4.3.2 存储器的层次结构 77

4.3.3 存储器的度量 78

4.3.4 主存储器 79

4.3.5 外部存储器 80

4.4 输入输出设备 85

4.4.1 常用输入设备 85

4.4.2 常用输出设备 87

4.4.3 I/O控制方式 88

4.5 计算机的其他组成部分 89

4.5.1 主板 89

4.5.2 总线 91

本章小结 92

习题 92

第5章 操作系统 94

5.1 操作系统的定义与发展 94

5.1.1 操作系统的定义与重要性 94

5.1.2 操作系统的功能与特征 95

5.1.3 操作系统结构 96

5.1.4 操作系统的发展和分类 98

5.2 操作系统的功能 99

5.2.1 进程管理与CPU调度 100

5.2.2 存储管理 101

5.2.3 文件管理 103

5.2.4 设备管理 105

5.2.5 网络与安全管理 107

5.2.6 用户接口管理 108

5.3 主流操作系统简介 109

5.3.1 DOS系统 109

5.3.2 UNIX系统 110

5.3.3 Windows操作系统 111

5.3.4 Linux操作系统 112

5.3.5 Mac OS操作系统 114

5.4 其他类型的操作系统 115

5.4.1 移动终端操作系统 115

5.4.2 嵌入式系统 116

5.4.3 云操作系统 118

本章小结 118

习题 119

第6章 算法和数据结构 121

6.1 算法的概念 121

6.1.1 什么是算法 121

6.1.2 算法的特征 121

6.1.3 算法性能的表示 122

6.1.4 算法结构与表示 123

6.2 数据结构的概念 125

6.2.1 数据结构定义 125

6.2.2 数据结构的表示 126

6.2.3 数据结构的类型 127

6.3 线性结构 129

6.3.1 顺序表 130

6.3.2 链表 131

6.3.3 栈与队列 131

6.3.4 串 134

6.4 非线性结构 134

6.4.1 树 135

6.4.2 二叉树 136

6.4.3 图 137

6.5 算法研究方面 139

6.5.1 搜索算法 139

6.5.2 排序 140

6.5.3 动态规划 140

6.5.4 贪心算法 141

6.5.5 图论 141

6.5.6 字符串处理 142

6.5.7 计算几何 143

6.6 经典算法问题简介 143

6.6.1 哥尼斯堡七桥问题 143

6.6.2 汉诺塔问题 144

6.6.3 旅行商人问题 144

6.6.4 图灵测试问题 145

6.6.5 哲学家进餐问题 145

本章小结 146

习题 147

第7章 程序设计 149

7.1 程序设计简介 149

7.1.1 程序设计基本概念 149

7.1.2 程序设计范型 150

7.2 程序设计语言 152

7.2.1 机器语言与汇编语言 152

7.2.2 高级程序设计语言 153

7.2.3 编程语言的分代 155

7.3 程序设计基础 156

7.3.1 语法元素划分 156

7.3.2 语法元素功能 158

7.3.3 程序结构 162

7.4 程序的编译与运行 164

7.4.1 程序生命周期 164

7.4.2 编译原理 166

7.4.3 编译与解释 168

本章小结 169

习题 170

第8章 软件工程 172

8.1 软件工程学科发展 172

8.1.1 软件危机 172

8.1.2 软件工程的诞生 173

8.1.3 软件工程的内容和意义 173

8.1.4 软件生命周期 174

8.2 软件开发模型 175

8.2.1 瀑布模型 176

8.2.2 喷泉模型 176

8.2.3 原型模型 176

8.2.4 增量模型 177

8.2.5 螺旋模型 178

8.2.6 统一软件开发模型 178

8.2.7 敏捷模型 179

8.3 软件开发方法 180

8.3.1 结构化方法 180

8.3.2 面向数据结构的开发方法 181

8.3.3 面向对象开发方法 181

8.3.4 可视化开发方法 182

8.3.5 模块化开发方法 183

8.3.6 软件重用技术 183

8.4 软件开发工具 184

8.4.1 UML语言 184

8.4.2 软件开发项目管理工具 185

8.4.3 需求分析建模工具 185

8.4.4 设计工具 186

8.4.5 编码工具 187

8.4.6 测试工具 188

8.5 软件行业道德与法律 188

8.5.1 软件的知识产权 189

8.5.2 开源软件与闭源软件 189

8.5.3 盗版软件的危害 190

本章小结 190

习题 191

第9章 数据库 193

9.1 数据库的概念与发展 193

9.1.1 数据库的概念 193

9.1.2 数据管理发展历程 195

9.1.3 数据库系统特点 197

9.2 数据模型 198

9.2.1 概念数据模型 198

9.2.2 基于记录的逻辑模型 200

9.2.3 物理数据模型 202

9.3 关系数据库 202

9.3.1 关系数据库基础知识 203

9.3.2 关系数据库设计 206

9.3.3 结构化查询语言 211

本章小结 214

习题 215

第10章 计算机网络 217

10.1 计算机网络基础 217

10.1.1 计算机网络概念与发展 217

10.1.2 因特网概述 220

10.1.3 计算机网络性能指标 222

10.1.4 计算机网络分类 224

10.2 计算机网络体系结构 226

10.2.1 层次、协议与服务 226

10.2.2 OSI七层结构模型 227

10.2.3 TCP/IP四层结构模型 228

10.3 计算机网络应用 229

10.3.1 文件传送协议 229

10.3.2 万维网及其应用 230

10.3.3 网站编程 232

本章小结 233

习题 234

第11章 信息安全 236

11.1 计算机安全概述 236

11.1.1 信息安全的现状 236

11.1.2 维护信息安全的重要性 237

11.1.3 信息安全目标与服务 237

11.1.4 信息安全策略和信息安全技术 239

11.2 加密技术与安全认证技术 240

11.2.1 加密技术的发展 240

11.2.2 对称密钥密码术与公开密钥密码术 241

11.2.3 消息认证技术 242

11.2.4 数字证书技术 243

11.2.5 身份认证 244

11.3 计算机病毒 246

11.3.1 计算机病毒的定义 246

11.3.2 计算机病毒的危害 246

11.3.3 计算机病毒的发展趋势 247

11.3.4 计算机病毒的防治 248

11.3.5 臭名昭著的计算机病毒 249

11.4 防火墙技术 251

11.4.1 防火墙的概念 251

11.4.2 防火墙功能 252

11.4.3 防火墙类型 253

11.4.4 常用防火墙产品 254

本章小结 255

习题 256

第12章 计算机科学发展前景 258

12.1 发展前景概述 258

12.1.1 计算机科学的发展 258

12.1.2 计算学科的发展方向与领域 259

12.1.3 交叉学科对于计算机学科发展的促进作用 260

12.2 硬件 261

12.2.1 摩尔定律 261

12.2.2 计算机硬件发展趋势 263

12.2.3 计算机进一步集成的趋势 265

12.3 软件 266

12.3.1 软件的模块化开发 266

12.3.2 软件的网络化和服务化 266

12.3.3 软件全球化 267

12.4 网络与信息 268

12.4.1 信息交流方式的改变 268

12.4.2 Web 2.0的普及与Web 3.0的发展 269

12.4.3 物联网技术的发展 271

12.5 新兴技术领域 272

12.5.1 云计算 272

12.5.2 大数据 274

12.5.3 机器学习 276

12.5.4 量子计算机 276

12.5.5 分布式计算与并行计算 277

本章小结 278

习题 279

附录 ASCII码 281

习题答案 282

参考文献 303