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·诺伊曼模型 3
1.2.1 4个子系统 3
1.2.2 存储的程序概念 3
1.2.3 指令的顺序执行 4
1.3 计算机组成 4
1.3.1 计算机硬件 4
1.3.2 数据 4
1.3.3 计算机软件 4
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 7
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 8
1.7 课程纲要 9
1.8 推荐读物 9
1.9 关键术语 9
1.10 小结 10
1.11 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种位置化系统小结 16
2.2.6 转换 17
2.3 非位置化数字系统 22
2.4 推荐读物 23
2.5 关键术语 23
2.6 小结 24
2.7 练习 24
第3章 数据存储 28
3.1 数据类型 28
3.2 存储数字 30
3.2.1 存储整数 30
3.2.2 存储实数 36
3.3 存储文本 41
3.4 存储音频 42
3.4.1 采样 43
3.4.2 量化 43
3.4.3 编码 43
3.4.4 声音编码标准 43
3.5 存储图像 44
3.5.1 光栅图 44
3.5.2 矢量图 45
3.6 存储视频 45
3.7 推荐读物 45
3.8 关键术语 46
3.9 小结 46
3.10 练习 47
第4章 数据运算 51
4.1 逻辑运算 51
4.1.1 位层次上的逻辑运算 51
4.1.2 模式层次上的逻辑运算 53
4.2 移位运算 54
4.2.1 逻辑移位运算 55
4.2.2 算术移位运算 55
4.3 算术运算 56
4.3.1 整数的算术运算 56
4.3.2 实数的算术运算 60
4.4 推荐读物 63
4.5 关键术语 63
4.6 小结 63
4.7 练习 64
第5章 计算机组成 67
5.1 中央处理单元 67
5.1.1 算术逻辑单元 68
5.1.2 寄存器 68
5.1.3 控制单元 69
5.2 主存储器 69
5.2.1 地址空间 69
5.2.2 存储器的类型 70
5.2.3 存储器的层次结构 71
5.2.4 高速缓冲存储器 71
5.3 输入／输出子系统 72
5.3.1 非存储设备 72
5.3.2 存储设备 72
5.4 子系统的互连 76
5.4.1 CPU和存储器的连接 76
5.4.2 I/O设备的连接 77
5.4.3 输入／输出设备的寻址 79
5.5 程序执行 80
5.5.1 机器周期 80
5.5.2 输入／输出操作 81
5.6 不同的体系结构 83
5.6.1 CISC 83
5.6.2 RISC 83
5.6.3 流水线 83
5.6.4 并行处理 84
5.7 简单计算机 86
5.7.1 指令集 87
5.7.2 处理指令 88
5.7.3 一个例子 88
5.7.4 另一个例子 92
5.8 推荐读物 93
5.9 关键术语 93
5.10 小结 94
5.11 练习 95
第6章 计算机网络 98
6.1 引言 98
6.1.1 网络标准 98
6.1.2 物理结构 98
6.1.3 网络分类 100
6.1.4 互联网 101
6.1.5 因特网 101
6.2 TCP/IP协议族 102
6.3 层 103
6.3.1 应用层 103
6.3.2 传输层 104
6.3.3 网络层 107
6.3.4 数据链路层 109
6.3.5 物理层 111
6.3.6 层的总结 111
6.4 因特网应用 112
6.4.1 电子邮件 112
6.4.2 文件传输协议 115
6.4.3 远程登录——TELNET 115
6.4.4 万维网 116
6.4.5 其他因特网应用 121
6.5 推荐读物 123
6.6 关键术语 123
6.7 小结 124
6.8 练习 125
第7章 操作系统 127
7.1 引言 127
7.2 演化 128
7.2.1 批处理系统 128
7.2.2 分时系统 128
7.2.3 个人系统 129
7.2.4 并行系统 129
7.2.5 分布式系统 129
7.2.6 实时系统 129
7.3 组成部分 129
7.3.1 用户界面 130
7.3.2 内存管理器 130
7.3.3 进程管理器 132
7.3.4 设备管理器 136
7.3.5 文件管理器 137
7.4 主流操作系统 137
7.4.1 UNIX 137
7.4.2 Linux 138
7.4.3 Windows NT/2000/XP 139
7.5 推荐读物 140
7.6 关键术语 140
7.7 小结 141
7.8 练习 141
第8章 算法 144
8.1 概念 144
8.1.1 非正式定义 144
8.1.2 示例 144
8.1.3 定义动作 145
8.1.4 细化 145
8.1.5 泛化 146
8.2 三种结构 146
8.2.1 顺序 147
8.2.2 判断 147
8.2.3 循环 147
8.3 算法的表示 147
8.3.1 UML 147
8.3.2 伪代码 148
8.4 更正式的定义 150
8.4.1 有序集合 150
8.4.2 明确步骤 150
8.4.3 产生结果 150
8.4.4 在有限的时间内终止 150
8.5 基本算法 150
8.5.1 求和 151
8.5.2 乘积 151
8.5.3 最大和最小 151
8.5.4 排序 151
8.5.5 查找 155
8.6 子算法 156
8.7 递归 157
8.7.1 迭代的定义 157
8.7.2 递归的定义 157
8.8 推荐读物 159
8.9 关键术语 159
8.10 小结 159
8.11 练习 160
第9章 程序设计语言 163
9.1 演化 163
9.1.1 机器语言 163
9.1.2 汇编语言 164
9.1.3 高级语言 164
9.2 翻译 165
9.2.1 编译 165
9.2.2 解释 165
9.2.3 翻译过程 165
9.3 编程模式 166
9.3.1 过程式模式 166
9.3.2 面向对象模式 169
9.3.3 函数式模式 170
9.3.4 说明式模式 171
9.4 共同概念 172
9.4.1 标识符 172
9.4.2 数据类型 172
9.4.3 变量 173
9.4.4 字面值 173
9.4.5 常量 173
9.4.6 输入和输出 174
9.4.7 表达式 174
9.4.8 语句 175
9.4.9 子程序 177
9.5 推荐读物 179
9.6 关键术语 179
9.7 小结 180
9.8 练习 181
第10章 软件工程 183
10.1 软件生命周期 183
10.2 分析阶段 184
10.2.1 面向过程分析 185
10.2.2 面向对象分析 186
10.3 设计阶段 187
10.3.1 面向过程设计 187
10.3.2 面向对象设计 187
10.4 实现阶段 188
10.4.1 语言的选择 188
10.4.2 软件质量 188
10.5 测试阶段 189
10.5.1 白盒测试 189
10.5.2 黑盒测试 191
10.6 文档 191
10.6.1 用户文档 191
10.6.2 系统文档 191
10.6.3 技术文档 192
10.7 推荐读物 192
10.8 关键术语 192
10.9 小结 192
10.10 练习 193
第11章 数据结构 195
11.1 数组 195
11.1.1 数组名与元素名 197
11.1.2 多维数组 197
11.1.3 存储配置 197
11.1.4 数组操作 198
11.1.5 数组的应用 199
11.2 记录 199
11.2.1 记录名与域名 200
11.2.2 记录与数组的比较 200
11.2.3 记录数组 200
11.2.4 数组与记录数组 201
11.3 链表 201
11.3.1 数组与链表 202
11.3.2 链表名与节点名 202
11.3.3 链表操作 203
11.3.4 链表的应用 210
11.4 推荐读物 210
11.5 关键术语 210
11.6 小结 210
11.7 练习 211
第12章 抽象数据类型 213
12.1 背景 213
12.1.1 简单抽象数据类型 213
12.1.2 复杂抽象数据类型 213
12.1.3 定义 214
12.1.4 抽象数据类型的模型 214
12.1.5 实现 214
12.2 栈 215
12.2.1 栈的操作 215
12.2.2 栈的抽象数据类型 216
12.2.3 栈的应用 216
12.2.4 栈的实现 218
12.3 队列 218
12.3.1 队列的操作 219
12.3.2 队列的抽象数据类型 220
12.3.3 队列的应用 220
12.3.4 队列的实现 221
12.4 广义线性表 222
12.4.1 广义线性表的操作 222
12.4.2 广义线性表的抽象数据类型 224
12.4.3 广义线性表的应用 224
12.4.4 广义线性表的实现 225
12.5 树 226
12.6 二叉树 227
12.6.1 二叉树的递归定义 227
12.6.2 二叉树的操作 227
12.6.3 二叉树的应用 229
12.6.4 二叉树的实现 229
12.7 二叉搜索树 229
12.7.1 二叉搜索树的抽象数据类型 230
12.7.2 二叉搜索树的实现 230
12.8 图 231
12.9 推荐读物 231
12.10 关键术语 232
12.11 小结 232
12.12 练习 233
第13章 文件结构 235
13.1 存取方法 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 244
13.6.2 二进制文件 244
13.7 推荐读物 244
13.8 关键术语 244
13.9 小结 245
13.10 练习 245
第14章 数据库 248
14.1 引言 248
14.1.1 定义 248
14.1.2 数据库的优点 248
14.2 数据库管理系统 249
14.3 数据库体系结构 250
14.3.1 内层 250
14.3.2 概念层 250
14.3.3 外层 250
14.4 数据库模型 250
14.4.1 层次模型 250
14.4.2 网状模型 251
14.4.3 关系模型 251
14.5 关系数据库模型 251
14.6 关系的操作 252
14.6.1 结构化查询语言 252
14.6.2 插入 252
14.6.3 删除 253
14.6.4 更新 253
14.6.5 选择 253
14.6.6 投影 254
14.6.7 连接 254
14.6.8 并 254
14.6.9 交 255
14.6.10 差 256
14.7 数据库设计 257
14.7.1 实体关系模型 257
14.7.2 从E-R图到关系 257
14.7.3 规范化 258
14.8 其他数据库模型 259
14.8.1 分布式数据库 259
14.8.2 面向对象数据库 260
14.9 推荐读物 260
14.10 关键术语 261
14.11 小结 261
14.12 练习 262
第15章 数据压缩 264
15.1 无损压缩 264
15.1.1 游程长度编码 265
15.1.2 赫夫曼编码 265
15.1.3 Lempel Ziv编码 267
15.2 有损压缩 270
15.2.1 图像压缩：JEPG 270
15.2.2 视频压缩：MPEG 272
15.2.3 音频压缩 273
15.3 推荐读物 274
15.4 关键术语 274
15.5 小结 274
15.6 练习 275
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 安全服务 279
16.1.4 技术 279
16.2 对称密钥密码术 280
16.2.1 传统密码 281
16.2.2 现代对称密钥密码 282
16.3 非对称密钥密码术 283
16.4 对称密钥方法和非对称密钥方法的比较 284
16.4.1 秘密记号的数目 284
16.4.2 两个系统的一个共同需要 285
16.5 其他安全服务 285
16.5.1 消息完整性 285
16.5.2 消息验证 286
16.5.3 数字签名 287
16.5.4 实体验证 290
16.6 密钥管理 291
16.6.1 对称密钥分发 291
16.6.2 公钥分发 292
16.7 推荐读物 293
16.8 关键术语 293
16.9 小结 294
16.10 练习 294
第17章 计算理论 297
17.1 简单语言 297
17.1.1 递增语句 297
17.1.2 递减语句 298
17.1.3 循环语句 298
17.1.4 简单语言的威力 298
17.2 图灵机 300
17.2.1 图灵机组成部件 300
17.2.2 对简单语言的模拟 302
17.2.3 邱奇-图灵论题 306
17.3 歌德尔数 306
17.3.1 表示一个程序 307
17.3.2 翻译一个数字 307
17.4 停机问题 307
17.5 可解问题和不可解问题 309
17.5.1 不可解问题 309
17.5.2 可解问题 309
17.5.3 可解问题的复杂度 309
17.6 推荐读物 310
17.7 关键术语 310
17.8 小结 310
17.9 练习 311
第18章 人工智能 313
18.1 引言 313
18.1.1 什么是人工智能 313
18.1.2 人工智能简史 313
18.1.3 图灵测试 313
18.1.4 智能体 314
18.1.5 编程语言 314
18.2 知识表示 314
18.2.1 语义网 314
18.2.2 框架 315
18.2.3 谓词逻辑 316
18.2.4 基于规则的系统 320
18.3 专家系统 321
18.3.1 抽取知识 321
18.3.2 抽取事实 321
18.4 感知 322
18.4.1 图像处理 323
18.4.2 语言理解 324
18.5 搜索 326
18.6 神经网络 329
18.6.1 生物神经元 330
18.6.2 感知器 330
18.6.3 多层网络 331
18.6.4 应用 331
18.7 推荐读物 331
18.8 关键术语 331
18.9 小结 332
18.10 练习 332
附录A Unicode 335
附录B UML 339
附录C 伪代码 348
附录D 结构图 351
附录E 布尔代数和逻辑电路 354
附录F C、C++和Java程序示例 367
附录G 数学复习 374
附录H 错误检测和纠正 380