计算机科学丛书 计算机科学导论 第3版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 图灵模型 1

1.1.1 数据处理器 1

1.1.2 可编程数据处理器 2

1.1.3 通用图灵机 2

1.2 冯·诺依曼模型 3

1.2.1 4个子系统 3

1.2.2 存储程序概念 3

1.2.3 指令的顺序执行 4

1.3 计算机组成部分 4

1.3.1 计算机硬件 4

1.3.2 数据 4

1.3.3 计算机软件 5

1.4 历史 6

1.4.1 机械计算机器（1930年以前） 6

1.4.2 电子计算机的诞生（1930～1950年） 6

1.4.3 计算机的诞生（1950年至今） 7

1.5 社会问题和道德问题 8

1.5.1 社会问题 8

1.5.2 道德问题 8

1.6 计算机科学作为一门学科 9

1.7 课程纲要 9

1.7.1 第一部分：数据的表示与运算 9

1.7.2 第二部分：计算机硬件 9

1.7.3 第三部分：计算机软件 9

1.7.4 第四部分：数据组织与抽象 9

1.7.5 第五部分：高级话题 10

1.8 章末材料 10

1.9 练习 10

第2章 数字系统 12

2.1 引言 12

2.2 位置化数字系统 12

2.2.1 十进制系统（以10为底） 13

2.2.2 二进制系统（以2为底） 14

2.2.3 十六进制系统（以16为底） 15

2.2.4 八进制系统（以8为底） 16

2.2.5 4种位置化数字系统的小结 16

2.2.6 转换 17

2.3 非位置化数字系统 22

2.4 章末材料 23

2.5 练习 24

第3章 数据存储 27

3.1 数据类型 27

3.2 存储数字 28

3.2.1 存储整数 29

3.2.2 3种系统的比较 34

3.2.3 实数 35

3.3 存储文本 40

3.4 存储音频 41

3.4.1 采样 41

3.4.2 量化 42

3.4.3 编码 42

3.4.4 声音编码标准 42

3.5 存储图像 42

3.5.1 光栅图 42

3.5.2 矢量图 44

3.6 存储视频 44

3.7 章末材料 44

3.8 练习 45

第4章 数据运算 49

4.1 逻辑运算 49

4.1.1 位层次上的逻辑运算 49

4.1.2 模式层次上的逻辑运算 51

4.2 移位运算 53

4.3 算术运算 54

4.3.1 整数的算术运算 55

4.3.2 实数的算术运算 58

4.4 章末材料 61

4.5 练习 62

第5章 计算机组成 64

5.1 引言 64

5.2 中央处理单元 64

5.2.1 算术逻辑单元 64

5.2.2 寄存器 65

5.2.3 控制单元 65

5.3 主存储器 65

5.3.1 地址空间 66

5.3.2 存储器的类型 66

5.3.3 存储器的层次结构 67

5.3.4 高速缓冲存储器 67

5.4 输入／输出子系统 68

5.4.1 非存储设备 68

5.4.2 存储设备 68

5.5 子系统的互连 73

5.5.1 CPU和存储器的连接 73

5.5.2 I/O设备的连接 73

5.5.3 输入／输出设备的寻址 76

5.6 程序执行 77

5.6.1 机器周期 77

5.6.2 输入／输出操作 78

5.7 不同的体系结构 79

5.7.1 CISC 79

5.7.2 RISC 80

5.7.3 流水线 80

5.7.4 并行处理 80

5.8 简单计算机 82

5.8.1 CPU 82

5.8.2 主存 83

5.8.3 输入／输出子系统 83

5.8.4 指令集 83

5.8.5 处理指令 84

5.8.6 存储程序和数据 85

5.8.7 指令周期 85

5.8.8 另一个例子 88

5.8.9 可重用性 89

5.9 章末材料 89

5.10 练习 90

第6章 计算机网络和因特网 93

6.1 引言 93

6.1.1 网络 93

6.1.2 因特网 94

6.1.3 硬件和软件 96

6.1.4 协议分层 96

6.1.5 TCP/IP协议族 98

6.2 应用层 100

6.2.1 提供服务 101

6.2.2 应用层模式 101

6.2.3 标准化客户机-服务器应用 102

6.2.4 文件传输协议 105

6.2.5 电子邮件 105

6.2.6 TELNET 106

6.2.7 安全外壳 107

6.2.8 域名系统 107

6.2.9 端到端模式 109

6.3 传输层 110

6.3.1 传输层服务 110

6.3.2 传输层协议 112

6.4 网络层 113

6.4.1 网络层提供的服务 113

6.4.2 网络层协议 115

6.5 数据链路层 117

6.5.1 节点和链接 117

6.5.2 局域网 118

6.5.3 广域网 120

6.6 物理层 123

6.6.1 数据和信号 123

6.6.2 数字化传输 124

6.6.3 模拟传输 125

6.7 传输介质 126

6.7.1 导向介质 126

6.7.2 非导向介质：无线 127

6.8 章末材料 128

6.9 练习 129

第7章 操作系统 131

7.1 引言 131

7.1.1 操作系统 131

7.1.2 自举过程 132

7.2 演化 132

7.2.1 批处理系统 132

7.2.2 分时系统 132

7.2.3 个人系统 133

7.2.4 并行系统 133

7.2.5 分布式系统 133

7.2.6 实时系统 133

7.3 组成部分 133

7.3.1 用户界面 134

7.3.2 内存管理器 134

7.3.3 进程管理器 136

7.3.4 文件管理器 141

7.4 主流操作系统 141

7.4.1 UNIX 141

7.4.2 Linux 142

7.4.3 Windows 143

7.5 章末材料 144

7.6 练习 145

第8章 算法 147

8.1 概念 147

8.1.1 非正式定义 147

8.1.2 定义动作 148

8.1.3 细化 148

8.1.4 泛化 149

8.2 三种结构 150

8.2.1 顺序 150

8.2.2 判断 150

8.2.3 循环 150

8.3 算法的表示 150

8.3.1 UML 150

8.3.2 伪代码 150

8.4 更正式的定义 153

8.4.1 定义良好 153

8.4.2 明确步骤 153

8.4.3 产生结果 153

8.4.4 在有限的时间内终止 153

8.5 基本算法 153

8.5.1 求和 153

8.5.2 乘积 154

8.5.3 最大和最小 154

8.5.4 排序 154

8.5.5 查找 158

8.6 子算法 159

8.7 递归 160

8.7.1 迭代的定义 160

8.7.2 递归的定义 160

8.8 章末材料 162

8.9 练习 163

第9章 程序设计语言 166

9.1 演化 166

9.1.1 机器语言 166

9.1.2 汇编语言 167

9.1.3 高级语言 167

9.2 翻译 168

9.2.1 编译 168

9.2.2 解释 168

9.2.3 翻译过程 169

9.3 编程模式 169

9.3.1 过程式模式 170

9.3.2 面向对象模式 172

9.3.3 函数式模式 173

9.3.4 说明式模式 175

9.4 共同概念 175

9.4.1 标识符 175

9.4.2 数据类型 175

9.4.3 语句 178

9.5 章末材料 183

9.6 练习 183

第10章 软件工程 186

10.1 软件生命周期 186

10.2 分析阶段 187

10.2.1 面向过程分析 187

10.2.2 面向对象分析 189

10.3 设计阶段 189

10.3.1 面向过程设计 189

10.3.2 面向对象设计 190

10.4 实现阶段 190

10.4.1 语言的选择 190

10.4.2 软件质量 191

10.5 测试阶段 192

10.5.1 白盒测试 192

10.5.2 黑盒测试 193

10.6 文档 194

10.6.1 用户文档 194

10.6.2 系统文档 194

10.6.3 技术文档 194

10.7 章末材料 194

10.8 练习 195

第11章 数据结构 197

11.1 数组 197

11.1.1 数组名与元素名 198

11.1.2 多维数组 199

11.1.3 存储配置 199

11.1.4 数组操作 200

11.1.5 数组的应用 201

11.2 记录 201

11.2.1 记录名与域名 202

11.2.2 记录与数组的比较 202

11.2.3 记录数组 202

11.2.4 数组与记录数组 203

11.3 链表 203

11.3.1 数组与链表 203

11.3.2 链表名与节点名 204

11.3.3 链表操作 205

11.3.4 链表的应用 211

11.4 章末材料 212

11.5 练习 212

第12章 抽象数据类型 214

12.1 背景 214

12.1.1 简单抽象数据类型 214

12.1.2 复杂抽象数据类型 215

12.1.3 定义 215

12.1.4 抽象数据类型的模型 215

12.1.5 实现 215

12.2 栈 216

12.2.1 栈的操作 216

12.2.2 栈的抽象数据类型 217

12.2.3 栈的应用 217

12.2.4 栈的实现 219

12.3 队列 220

12.3.1 队列的操作 220

12.3.2 队列抽象数据类型 221

12.3.3 队列的应用 221

12.3.4 队列的实现 222

12.4 广义线性表 223

12.4.1 广义线性表的操作 223

12.4.2 广义线性表的抽象数据类型 225

12.4.3 广义线性表的应用 226

12.4.4 广义线性表的实现 226

12.5 树 227

12.5.1 二叉树 228

12.5.2 二叉树的操作 228

12.5.3 二叉树的应用 230

12.5.4 二叉树的实现 230

12.5.5 二叉搜索树 230

12.5.6 二叉搜索树的抽象数据类型 231

12.5.7 二叉搜索树的实现 231

12.6 图 232

12.7 章末材料 232

12.8 练习 233

第13章 文件结构 235

13.1 引言 235

13.1.1 顺序存取 235

13.1.2 随机存取 235

13.2 顺序文件 236

13.3 索引文件 237

13.4 散列文件 238

13.4.1 散列方法 239

13.4.2 冲突 240

13.5 目录 242

13.6 文本文件与二进制文件 243

13.6.1 文本文件 243

13.6.2 二进制文件 244

13.7 章末材料 244

13.8 练习 245

第14章 数据库 247

14.1 引言 247

14.1.1 定义 247

14.1.2 数据库的优点 247

14.1.3 数据库管理系统 248

14.2 数据库体系结构 249

14.2.1 内层 249

14.2.2 概念层 249

14.2.3 外层 249

14.3 数据库模型 249

14.3.1 层次模型 249

14.3.2 网状模型 249

14.3.3 关系模型 250

14.4 关系数据库模型 250

14.5 关系的操作 251

14.5.1 结构化查询语言 251

14.5.2 插入 251

14.5.3 删除 251

14.5.4 更新 252

14.5.5 选择 252

14.5.6 投影 253

14.5.7 连接 253

14.5.8 并 254

14.5.9 交 254

14.5.10 差 254

14.6 数据库设计 255

14.6.1 实体关系模型 256

14.6.2 从E-R图到关系 256

14.6.3 规范化 257

14.7 其他数据库模型 258

14.8 章末材料 259

14.9 练习 260

第15章 数据压缩 263

15.1 引言 263

15.2 无损压缩 263

15.2.1 游程长度编码 264

15.2.2 赫夫曼编码 265

15.2.3 Lempel Ziv编码 266

15.3 有损压缩方法 270

15.3.1 图像压缩：JPEG 270

15.3.2 视频压缩：MPEG 272

15.3.3 音频压缩 273

15.4 章末材料 274

15.5 练习 274

第16章 安全 277

16.1 引言 277

16.1.1 安全目标 277

16.1.2 攻击 278

16.1.3 服务和技术 279

16.2 机密性 280

16.2.1 对称密钥密码术 280

16.2.2 非对称密钥密码术 285

16.3 其他安全服务 289

16.3.1 消息完整性 289

16.3.2 消息验证 290

16.3.3 数字签名 291

16.3.4 实体验证 294

16.3.5 密钥管理 296

16.4 防火墙 299

16.4.1 包过滤防火墙 299

16.4.2 代理防火墙 300

16.5 章末材料 301

16.6 练习 301

第17章 计算理论 304

17.1 引言 304

17.2 简单语言 304

17.2.1 递增语句 304

17.2.2 递减语句 305

17.2.3 循环语句 305

17.2.4 简单语言的威力 305

17.3 图灵机 307

17.3.1 图灵机组成部件 307

17.3.2 对简单语言的模拟 309

17.3.3 邱奇-图灵论题 311

17.4 歌德尔数 312

17.4.1 表示一个程序 312

17.4.2 翻译一个数字 313

17.5 停机问题 313

17.6 问题的复杂度 314

17.6.1 不可解问题 315

17.6.2 可解问题 315

17.7 章末材料 316

17.8 练习 316

第18章 人工智能 319

18.1 引言 319

18.1.1 什么是人工智能 319

18.1.2 人工智能简史 319

18.1.3 图灵测试 319

18.1.4 智能体 320

18.1.5 编程语言 320

18.2 知识表示 320

18.2.1 语义网 321

18.2.2 框架 321

18.2.3 谓词逻辑 322

18.2.4 基于规则的系统 326

18.3 专家系统 327

18.3.1 抽取知识 327

18.3.2 抽取事实 327

18.3.3 体系结构 327

18.4 感知 328

18.4.1 图像处理 329

18.4.2 语言理解 331

18.5 搜索 332

18.6 神经网络 335

18.6.1 生物神经元 335

18.6.2 感知器 336

18.6.3 多层网络 337

18.6.4 应用 337

18.7 章末材料 337

18.8 练习 338

附录A Unicode 341

附录B UML 345

附录C伪代码 353

附录D结构图 356

附录E布尔代数和逻辑电路 359

附录FC、 C＋＋和Java程序示例 372

附录G数学知识 379

附录H误差检测和校正 386

缩略语 397

术语表 400