第1章 概述 1
1.1 计算的起源 1
1.2 计算机的产生和发展阶段 3
1.2.1 计算机产生之前的计算历史 3
1.2.2 计算机的产生 8
1.2.3 计算机的发展阶段 12
1.2.4 中国计算机的发展历程 14
1.3 计算机的应用领域和发展趋势 17
1.3.1 计算机的应用领域 17
1.3.2 计算机的发展趋势 19
1.4 计算学科 21
1.4.1 计算学科的定义 21
1.4.2 计算学科的本质 21
1.4.3 计算学科的三个过程 22
1.4.4 计算学科新的应用领域 23
1.5 计算机科学与技术学科的知识体系 25
1.5.1 计算机科学与技术学科的形成与发展 25
1.5.2 计算机科学与技术学科的定义 25
1.5.3 计算机科学与技术学科的根本问题及研究范畴 26
1.5.4 计算机科学课程体系的核心内容 26
1.6 计算机科学与技术学科的教育 28
1.6.1 教育的目的和基本要求 29
1.6.2 工科还是理科 29
1.6.3 理论与实践相结合 30
1.6.4 创新意识培养 30
1.6.5 学习方法 31
1.7 社会信息化的挑战 32
1.8 计算机产业 32
本章小结 33
习题 33
第2章 计算机体系结构与组织 37
2.1 数值数据 37
2.1.1 数的表示及数制转换 37
2.1.2 数的原码、反码和补码 42
2.1.3 定点数和浮点数 44
2.1.4 十进制数的编码 46
2.2 非数值数据 47
2.2.1 文字信息的编码 47
2.2.2 声音的编码 50
2.2.3 图形数据的编码 51
2.3 数据的机器编码 51
2.3.1 数据的机器级编码 51
2.3.2 数据的汇编级编码 52
2.4 数字逻辑与数字系统 52
2.4.1 基本逻辑关系及逻辑门 53
2.4.2 逻辑代数与逻辑函数 55
2.5 计算机系统的组成 58
2.5.1 图灵模型 58
2.5.2 冯·诺依曼模型 59
2.5.3 计算机系统的组成 60
2.5.4 计算机的硬件系统 60
2.5.5 计算机的软件系统 67
2.5.6 计算机的特点 68
2.5.7 计算机系统的主要技术指标 69
2.5.8 计算机的分类 70
2.5.9 计算机的基本工作方式 71
2.6 存储系统的结构 71
2.6.1 存储器与存储系统 71
2.6.2 存储系统的组织结构 73
2.6.3 高速缓冲存储器 73
2.6.4 虚拟存储器 74
2.7 输入／输出系统 74
2.7.1 输入／输出系统 75
2.7.2 总线 75
2.7.3 输入／输出接口 76
2.8 多核技术 77
2.8.1 多核技术时代到来 77
2.8.2 多核的关键技术 77
2.9 高性能计算机 80
2.10 并行计算机 81
2.11 分布式系统 81
本章小结 82
习题 82
第3章 程序设计语言 85
3.1 程序设计语言概述 85
3.1.1 程序的概念 85
3.1.2 计算机程序设计语言 85
3.1.3 高级语言程序设计的基本内容 89
3.1.4 高级语言的数据表示手段 92
3.2 声明和类型 93
3.3 类型系统 93
3.4 编译原理 94
3.4.1 编译程序概述 94
3.4.2 词法分析 96
3.4.3 语法分析 96
3.4.4 语义处理 97
3.4.5 中间代码生成 98
3.4.6 中间代码优化 98
3.4.7 目标代码生成 99
3.4.8 编译技术的新发展 99
3.5 程序设计语言的设计 100
本章小结 100
习题 101
第4章 程序设计基础 103
4.1 程序设计 103
4.2 程序设计方法 103
4.2.1 结构化程序设计方法 104
4.2.2 面向对象的程序设计方法 107
4.2.3 函数程序设计 109
4.2.4 程序设计风格 110
4.2.5 程序设计举例 111
4.3 基本数据结构 112
4.3.1 基本概念 112
4.3.2 几种典型的数据结构 113
4.3.3 查找 118
4.3.4 排序 119
4.4 事件驱动程序设计 121
本章小结 122
习题 122
第5章 算法与复杂性 124
5.1 算法分析 124
5.1.1 算法 124
5.1.2 算法的特性 125
5.2 常用算法 125
5.3 算法描述工具 128
5.4 算法的评价 129
5.5 算法设计策略 130
5.6 分布式算法 131
5.7 可计算性理论基础 131
5.8 NP问题 132
5.9 自动机理论 132
5.10 加密算法 133
5.11 几何算法 135
5.12 并行算法 135
本章小结 136
习题 136
第6章 信息管理 138
6.1 模型与信息系统 138
6.1.1 信息 138
6.1.2 信息模型 138
6.1.3 信息系统 139
6.2 数据库系统 139
6.2.1 数据库 139
6.2.2数据管理技术的发展 141
6.2.3数据模型 141
6.3关系数据库 145
6.3.1关系数据库 145
6.3.2关系模型与关系模式 146
6.4数据库查询语言SQL 148
6.4.1 SQL的特点 149
6.4.2 SQL的功能 149
6.4.3 SQL的基本概念 149
6.4.4 SQL的简单实例 150
6.5关系数据库设计 152
6.5.1关系数据库的设计原则 152
6.5.2关系数据库的设计步骤 153
6.6数据库管理 153
6.6.1 DBA和数据字典 153
6.6.2数据库的安全性控制 154
6.6.3事务处理 154
6.6.4数据库的完整性控制 155
6.7常用数据库管理系统 156
6.8数据库的新发展 157
6.8.1分布式数据库 157
6.8.2空间数据库 157
6.8.3多媒体数据库 158
6.8.4数据仓库 158
6.8.5信息存储与检索 158
6.8.6超文本和超媒体 159
6.8.7多媒体信息与多媒体系统 159
6.8.8数字图书馆 160
本章小结 161
习题 161
第7章 软件工程 163
7.1软件工程 163
7.1.1软件危机 163
7.1.2软件工程的基本概念 164
7.1.3软件工程过程 166
7.1.4软件生命周期 167
7.2软件开发模型 168
7.2.1瀑布模型 168
7.2.2快速原型法模型 169
7.2.3螺旋模型 171
7.2.4喷泉模型 172
7.2.5转换模型 173
7.2.6智能模型 173
7.3软件开发方法 174
7.3.1面向数据结构方法 174
7.3.2统一建模语言 174
7.3.3软件复用和构件技术 175
7.4软件质量评价和保证 177
7.4.1软件质量的定义 177
7.4.2软件质量的度量和评价 177
7.4.3软件质量保证 178
7.5质量度量模型 180
7.5.1 McCall质量度量模型 180
7.5.2 ISO的软件质量评价模型 181
7.6软件复杂性 182
7.6.1软件复杂性的基本概念 182
7.6.2软件复杂性的度量方法 182
7.7软件项目管理 183
7.7.1软件项目计划 183
7.7.2软件项目计划内容 183
7.7.3软件工程规范 183
7.7.4软件开发成本估算 184
7.7.5风险分析 184
7.7.6软件项目进度安排 184
7.7.7软件质量保证 186
7.8软件可靠性 186
7.8.1软件可靠性定义 186
7.8.2软件可靠性指标 186
7.8.3软件可靠性模型 186
7.9软件评审 187
7.9.1设计质量的评审内容 187
7.9.2程序质量的评审内容 188
7.10容错软件技术 189
7.10.1容错软件定义 189
7.10.2容错的一般方法 189
7.10.3容错软件的设计过程 190
7.11软件工程环境 190
7.11.1软件开发环境 190
7.11.2软件开发环境的分类 191
7.11.3软件工具的基本概念 192
7.11.4计算机辅助软件工程 193
本章小结 193
习题 194
第8章 操作系统 196
8.1操作系统概述 196
8.1.1操作系统的概念 196
8.1.2操作系统的基本组成 200
8.1.3操作系统在计算机系统中的地位 205
8.1.4操作系统的启动 205
8.2操作系统的发展 206
8.2.1手工操作阶段 206
8.2.2批处理系统阶段 207
8.2.3多道程序系统阶段 208
8.2.4现代操作系统阶段 209
8.3操作系统原理 210
8.4操作系统的分类 211
8.5操作系统的功能 212
8.5.1资源管理功能 212
8.5.2扩展的虚拟机功能 214
8.5.3网络操作系统的功能 215
8.6操作系统的体系结构 215
8.7并发性 216
8.8调度与分派 216
8.9安全与保护 217
8.10文件系统 219
8.11容错 220
8.12系统性能评价 221
8.13脚本 222
8.14主流操作系统 222
8.14.1 Windows操作系统 222
8.14.2 UNIX操作系统 223
8.14.3 Linux操作系统 224
8.15操作系统的新发展 225
本章小结 226
习题 226
第9章 网络计算 228
9.1通信与组网 228
9.1.1数据通信的基本概念 228
9.1.2数据通信方式 229
9.1.3数据传输方式 231
9.2计算机网络 232
9.2.1计算机网络的起源 232
9.2.2计算机网络定义 234
9.2.3计算机网络的主要部件 235
9.2.4计算机网络的传输媒体 235
9.2.5计算机网络的分类 238
9.2.6计算机网络拓扑结构 240
9.2.7计算机网络的体系结构 242
9.2.8计算机网络间的互联 245
9.3 Internet和TCP/IP协议 246
9.3.1 Internet的起源及发展 246
9.3.2 TCP/IP协议 247
9.3.3 IP地址 248
9.3.4 Intetnet提供的主要服务 249
9.3.5 Intranet 252
9.4网络管理 252
9.4.1网络管理基础 252
9.4.2网络管理功能 254
9.4.3 Internet的管理信息库 256
9.4.4网络管理协议 257
9.4.5网络管理发展方向 257
9.5移动通信与无线上网 259
9.6网络安全机制 259
9.6.1网络安全的基本问题 259
9.6.2网络安全的内容 260
9.6.3数据加密技术 261
9.6.4防病毒技术 262
9.6.5防火墙技术 263
9.7网格计算 264
9.8云计算与物联网 265
本章小结 268
习题 268
第10章 图形学和可视化计算 271
10.1计算机图形学 271
10.1.1计算机图形信息的处理 271
10.1.2计算机图形学的起源 272
10.1.3计算机图形学主要研究的内容 272
10.1.4计算机图形学的应用 273
10.1.5计算机图形的标准化 274
10.2图形系统 275
10.3计算机视觉和可视化 277
10.3.1人的视觉 277
10.3.2计算机视觉 277
10.3.3可视化 277
10.4图形用户界面 278
10.5图像通信 278
10.6几何建模 279
10.7计算机动画 279
10.8虚拟现实 279
10.9 3D打印 280
本章小结 281
习题 281
第11章 人机交互 283
11.1人机交互 283
11.1.1人机交互技术 283
11.1.2人机交互模型 284
11.1.3人机系统交互界面的构架 285
11.1.4人机界面的设计 287
11.1.5数据交互 289
11.1.6语音交互 290
11.1.7图像交互 290
11.1.8行为交互 291
11.2多媒体技术 291
11.2.1多媒体 291
11.2.2多媒体关键技术 292
11.2.3多媒体技术的应用 294
本章小结 295
习题 295
第12章 离散结构 297
12.1离散结构的研究对象及主要内容 297
12.1.1离散结构的研究对象 297
12.1.2离散结构研究的主要内容 297
12.2数理逻辑 298
12.2.1命题逻辑 298
12.2.2谓词逻辑 302
12.3集合论 304
12.3.1集合的基本概念与运算 304
12.3.2关系与函数 306
12.4代数结构 310
12.4.1代数结构概述 310
12.4.2格与布尔代数 312
12.5图论 313
12.5.1图的基本概念 313
12.5.2路径、回路及连通性 315
12.5.3图的矩阵表示 315
12.6离散概率 317
本章小结 317
习题 318
第13章 数值计算科学 321
13.1高性能计算 321
13.2数值分析 322
13.3运筹学 323
13.4数学建模与计算机模拟 324
本章小结 325
习题 325
第14章 智能系统 327
14.1人工智能系统 327
14.1.1人工智能 327
14.1.2人工智能的主要学派 328
14.1.3人工智能的研究与应用领域 329
14.2知识表示及推理 332
14.2.1知识与知识表示 332
14.2.2经典推理技术 332
14.2.3高级知识推理技术 334
14.3搜索技术 336
14.3.1一般搜索技术 336
14.3.2高级搜索技术 338
14.4自然语言处理 339
14.4.1语言及其理解 339
14.4.2句法和语义的分析 340
14.4.3机器翻译 341
14.5智能计算 341
14.5.1智能计算 341
14.5.2遗传算法 342
14.5.3集群智能 342
14.5.4人工神经网络 343
14.6机器学习 344
14.6.1机器学习的基本概念 344
14.6.2机器学习的发展过程 345
14.6.3机器学习的主要研究方向 345
14.6.4机器学习策略 346
14.6.5机器学习方法 346
本章小结 348
习题 348
第15章 社会和职业问题 350
15.1计算的社会背景 350
15.2计算机与道德 351
15.2.1道德的哲学含义 351
15.2.2道德选择 351
15.2.3道德评价 351
15.2.4计算机专业人员的职业道德准则 352
15.2.5计算机用户的道德 352
15.3基于计算机系统的风险与责任 353
15.4知识产权 354
15.5隐私与公民自由 356
15.6计算机犯罪 357
15.7团队合作 359
15.8哲学框架 360
本章小结 361
习题 361
参考文献 363