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第1章 基于计算机的问题求解 1

[问题导入]因特网梅森素数大搜索 1

1.1 问题描述与抽象 2

1.1.1 问题描述 2

1.1.2 问题抽象 3

1.1.3 建模与求解 3

1.1.4 面向计算机的问题分析 4

1.2 基于计算机的问题求解方法 6

1.2.1 基于计算机软件的问题求解 6

1.2.2 基于计算机程序的问题求解 6

1.2.3 基于计算机系统的问题求解 9

1.3 计算机科学的知识领域 11

本章小结 12

推荐读物 12

习题一 13

第2章 计算机信息数字化基础 14

[问题导入]为什么计算机中要采用二进制？ 14

2.1 计算机中基于“实现计算”的数制及其转换 14

2.1.1 计算机中的“0”和“1 ” 15

2.1.2 各种数制表示 15

2.1.3 数制间转换 18

2.2 二进制数值表示与计算 21

2.2.1 二进制数值的计算机表示 21

2.2.2 算术运算与补码 24

2.2.3 逻辑运算与计算机控制 25

2.3 字符信息编码与标准交换 27

2.3.1 信息分类与信息数字化方法 27

2.3.2 西文字符的编码 28

2.3.3 汉字信息的编码 30

2.3.4 通用字符编码集 31

2.4 多媒体信息编码 32

2.4.1 图形图像信息数字化 32

2.4.2 声音信息数字化 33

2.4.3 颜色信息数字化 33

2.5 条形码与RFID 34

2.5.1 一维条形码 34

2.5.2 二维条形码 35

2.5.3 RFID技术 36

2.6 信息标准化 37

本章小结 38

推荐读物 38

习题二 38

第3章 计算机的工作原理与硬件体系结构 40

[问题导入]计算机和计算器的本质区别是什么？ 40

3.1 计算机的发展与图灵机模型 40

3.1.1 计算工具的演变 40

3.1.2 电子计算机的发展 42

3.1.3 图灵与图灵机模型 46

3.2 计算机的硬件组成 47

3.2.1 冯·诺依曼计算机模型 47

3.2.2 计算机的基本组成 48

3.2.3 计算机的存储体系 49

3.3 计算机的基本工作原理 52

3.3.1 用算盘解题的过程 52

3.3.2 指令和指令系统 53

3.3.3 程序自动控制的实现 54

3.3.4 以运算器为核心的计算实现 56

3.4 微型计算机体系结构 57

3.4.1 微型计算机系统组成 57

3.4.2 微处理器 59

3.4.3 以总线为数据通道的微机体系结构 60

3.4.4 微型计算机的多级存储体系 62

3.4.5 外部设备与通信接口 64

3.5 微型计算机的性能指标 68

3.6 并行计算机体系结构 68

本章小结 72

推荐读物 72

习题三 73

第4章 计算机软件平台 74

[问题导入]程序是如何在计算机上运行的？ 74

4.1 计算机软件平台概述 74

4.1.1 什么是软件平台 74

4.1.2 操作系统的功能 75

4.1.3 操作系统的主要特征 76

4.2 数据存储与文件管理 78

4.2.1 磁盘数据存储与管理 79

4.2.2 操作系统的文件管理机制 81

4.2.3 物理内存与虚拟内存 83

4.3 程序运行管理 84

4.3.1 人机交互与作业管理 85

4.3.2 任务与处理机管理 87

4.3.3 I/O与设备管理 88

4.4 实用操作系统 89

4.4.1 操作系统的发展 89

4.4.2 操作系统的分类 91

4.4.3 典型的桌面操作系统——Windows 92

4.4.4 其他常见操作系统简介 94

本章小结 95

推荐读物 95

习题四 96

第5章 计算机网络平台 97

[问题导入]电子邮件是如何传送的？ 97

5.1 计算机网络平台 97

5.1.1 基于计算机网络的计算思维 97

5.1.2 计算机网络的构成 101

5.1.3 计算机网络软件 105

5.2 Internet及其应用 110

5.2.1 IP与域名 111

5.2.2 Internet的接入 113

5.2.3 Internet提供的服务 115

5.2.4 网络信息检索 116

5.2.5 从1G到4G的变迁 118

5.3 信息安全 119

5.3.1 计算机病毒 119

5.3.2 网络安全 121

5.3.3 信息加密与认证技术 123

5.4 云计算服务 124

5.4.1 云计算模式 124

5.4.2 云计算的体系架构 125

5.4.3 云计算服务 126

5.5 以网络为平台的物联网 127

5.5.1 物联网的概念 127

5.5.2 以网络为平台的物联网体系架构 128

本章小结 130

推荐读物 130

习题五 131

第6章 数据处理与数据库 132

[问题导入]大数据到底有多大？ 132

6.1 数据与数据处理 133

6.1.1 数据的分类 133

6.1.2 大数据处理 133

6.1.3 数据中心 137

6.1.4 数据空间 138

6.2 多媒体数据处理 140

6.2.1 图形与图像信息处理 140

6.2.2 音频与视频信息处理 143

6.2.3 计算机动画 145

6.2.4 多媒体数据压缩 146

6.3 数据库技术基础 148

6.3.1 数据库技术基本概念 148

6.3.2 数据库管理技术发展历程 149

6.3.3 数据库管理系统的基本功能 151

6.3.4 数据库的体系结构与数据模型 152

6.3.5 关系模型 158

6.3.6 数据库设计 163

6.4 结构化查询语言简介 164

6.4.1 支持SQL语言的常用数据库 165

6.4.2 SQL应用实例 167

6.5 数据仓库与数据挖掘 174

6.6 万维网数据库技术 175

本章小结 176

推荐读物 176

习题六 176

第7章 计算与计算学科 178

[问题导入]邱奇-图灵论题的焦点是什么？ 178

7.1 计算的本质 178

7.1.1 什么是计算 179

7.1.2 可计算与不可计算 180

7.1.3 计算复杂性 182

7.2 关于计算学科 183

7.2.1 计算学科的根本问题 183

7.2.2 计算学科与计算机学科的区别 184

7.2.3 计算学科的三大过程——理论、抽象与设计 184

7.3 普适计算及其应用 186

本章小结 188

推荐读物 188

习题七 189

第8章 算法与程序设计 190

[问题导入]奥巴马关于“100万个32位整数排序”问题的回答 190

8.1 算法 190

8.1.1 算法的定义 191

8.1.2 算法的基本特征 192

8.1.3 算法的表示方法 192

8.1.4 算法复杂性与优化 194

8.2 典型问题的算法设计 195

8.2.1 成绩排名问题——排序算法 195

8.2.2 斐波那契数列问题——递归算法 195

8.2.3 最大公约数问题——迭代算法 197

8.3 数据结构 198

8.3.1 计算机语言中的数据组织 199

8.3.2 数据结构 200

8.4 程序设计 202

8.4.1 计算机语言与语言处理系统 202

8.4.2 面向过程程序设计 204

8.4.3 面向对象技术与可视化程序设计 204

本章小结 205

推荐读物 206

习题八 206

第9章 实用软件 207

[问题导入]什么是OA？ 207

9.1 用计算机处理文档 207

9.1.1 文档处理软件 208

9.1.2 段落与页面 208

9.1.3 高级文档编排 211

9.1.4 文档生成过程的环境设置 215

9.2 电子表格生成与处理 218

9.2.1 共享数据资源 218

9.2.2 编辑电子表格 227

9.2.3 数据统计与计算 230

9.2.4 表格数据的可视化分析 237

9.3 如何制作演示文稿 239

9.4 图像处理软件 242

9.5 屏幕抓取软件 243

9.6 音、视频播放软件 244

9.7 保护数据资源 246

9.7.1 设置文档“保密”属性 246

9.7.2 文档加密软件 248

本章小结 249

推荐读物 249

习题九 249

第10章 计算机科学前沿技术 252

[问题导入]为什么戴上3D眼镜看电影的效果会不同？ 252

10.1 机器学习 252

10.2 自然语言理解 254

10.3 可穿戴计算 256

10.4 情感计算 258

10.5 虚拟现实技术及应用 260

10.6 计算机仿真技术 263

本章小结 265

推荐读物 266

习题十 266