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第一部分 基础篇2

第1章 全景图2

1.1 计算系统2

1.1.1 计算系统的分层3

1.1.2 抽象4

1.2 计算的历史5

1.2.1 计算硬件简史5

1.2.2 计算软件简史12

1.2.3 预言16

1.3 计算工具与计算学科16

小结18

道德问题：the Tenth Strand18

练习19

思考题20

第二部分 信息层22

第2章 二进制数值与记数系统22

2.1 数字与计算22

2.2 位置记数法23

2.2.1 二进制、八进制和十六进制26

2.2.2 其他记数系统中的运算27

2.2.3 以2的幂为基数的记数系统27

2.2.4 把十进制数转换成其他数制的数29

2.2.5 二进制数值与计算机29

小结31

道德问题：the Tenth Strand的知识单元31

练习31

思考题34

第3章 数据表示法35

3.1 数据与计算机35

3.1.1 模拟数据与数字数据36

3.1.2 二进制表示法38

3.2 数字数据表示法39

3.2.1 负数表示法39

3.2.2 实数表示法42

3.3 文本表示法44

3.3.1 ASCII字符集45

3.3.2 Unicode字符集45

3.3.3 文本压缩46

3.4 音频数据表示法49

3.4.1 音频格式50

3.4.2 MP3音频格式50

3.5 图像与图形表示法51

3.5.1 颜色表示法51

3.5.2 数字化图像与图形52

3.5.3 图形的矢量表示法53

3.6 视频表示法53

小结55

道德问题：道德准则55

练习56

思考题58

第三部分 硬件层60

第4章 门和电路60

4.1 计算机和电学60

4.2 门62

4.2.1 非门62

4.2.2 与门63

4.2.3 或门63

4.2.4 异或门64

4.2.5 与非门和或非门64

4.2.6 门处理回顾65

4.2.7 具有更多输入的门66

4.3 门的构造66

4.4 电路67

4.4.1 组合电路68

4.4.2 加法器70

4.4.3 多路复用器71

4.5 存储器电路72

4.6 集成电路73

4.7 CPU芯片73

小结74

道德问题：这些违反道德规范吗？74

练习75

思考题77

第5章 计算部件78

5.1 独立的计算机部件78

5.2 存储程序的概念82

5.2.1 冯·诺伊曼体系结构82

5.2.2 读取-执行周期87

5.2.3 RAM和ROM88

5.2.4 二级存储设备89

5.2.5 触摸屏92

5.3 嵌入式系统93

5.4 并行体系结构94

5.4.1 并行计算94

5.4.2 并行硬件分类95

小结96

道德问题：数字鸿沟96

练习97

思考题98

第四部分 程序设计层102

第6章 低级程序设计语言与伪代码102

6.1 计算机操作102

6.2 机器语言103

6.3 一个程序实例108

6.3.1 手工模拟109

6.3.2 Pep/8模拟程序109

6.4 汇编语言111

6.4.1 Pep/8汇编语言112

6.4.2 汇编器指令112

6.4.3 Hello程序的汇编语言版本113

6.4.4 一个新程序113

6.4.5 具有分支的程序115

6.4.6 具有循环的程序116

6.5 表达算法118

6.5.1 伪代码的功能118

6.5.2 执行伪代码算法121

6.5.3 写伪代码算法123

6.5.4 翻译伪代码算法124

6.6 测试125

小结126

道德问题：版权与软件盗版127

练习127

思考题129

第7章 问题求解与算法设计130

7.1 如何解决问题130

7.1.1 提出问题130

7.1.2 寻找熟悉的情况132

7.1.3 分治法132

7.1.4 算法133

7.1.5 计算机问题求解过程133

7.1.6 方法总结134

7.1.7 测试算法135

7.2 有简单参数的算法135

7.2.1 带有选择的算法135

7.2.2 带有循环的算法136

7.3 复杂变量139

7.3.1 数组139

7.3.2 记录140

7.4 搜索算法141

7.4.1 顺序搜索141

7.4.2 有序数组中的顺序搜索141

7.4.3 二分检索142

7.5 排序144

7.5.1 选择排序144

7.5.2 冒泡排序145

7.5.3 插入排序147

7.6 递归算法147

7.6.1 子程序语句148

7.6.2 递归阶乘149

7.6.3 递归二分检索149

7.6.4 快速排序150

7.7 几个重要思想153

7.7.1 信息隐蔽153

7.7.2 抽象154

7.7.3 事物命名155

7.7.4 测试155

小结155

道德问题：开源软件156

练习157

思考题159

第8章 抽象数据类型与子程序160

8.1 抽象数据类型160

8.2 栈161

8.3 队列161

8.4 列表162

8.5 树164

8.5.1 二叉树164

8.5.2 二叉检索树165

8.5.3 其他操作169

8.6 图169

8.6.1 创建图171

8.6.2 图算法171

8.7 子程序176

8.7.1 参数传递177

8.7.2 值参与引用参数178

小结180

道德问题：工作场所监视180

练习181

思考题183

第9章 面向对象设计与高级程序设计语言184

9.1 面向对象方法184

9.1.1 面向对象185

9.1.2 设计方法185

9.1.3 一个计算机示例187

9.2 翻译过程189

9.2.1 编译器190

9.2.2 解释器190

9.3 程序设计语言的范型192

9.3.1 命令式范型192

9.3.2 声明式范型193

9.4 高级程序设计语言的功能性194

9.4.1 布尔表达式194

9.4.2 数据归类196

9.4.3 输入／输出结构199

9.4.4 控制结构200

9.5 面向对象语言的功能性204

9.5.1 封装204

9.5.2 类205

9.5.3 继承206

9.5.4 多态207

9.6 过程设计与面向对象设计的区别207

小结208

道德问题：恶作剧与诈骗209

练习210

思考题212

第五部分 操作系统层214

第10章 操作系统214

10.1 操作系统的角色214

10.1.1 内存、进程与CPU管理216

10.1.2 批处理216

10.1.3 分时217

10.1.4 其他OS要素218

10.2 内存管理218

10.2.1 单块内存管理219

10.2.2 分区内存管理220

10.2.3 页式内存管理221

10.3 进程管理223

10.3.1 进程状态223

10.3.2 进程控制块224

10.4 CPU调度224

10.4.1 先到先服务225

10.4.2 最短作业优先226

10.4.3 轮询法226

小结227

道德问题：医疗隐私——健康保险携带与责任法案228

练习229

思考题231

第11章 文件系统和目录232

11.1 文件系统232

11.1.1 文本文件和二进制文件233

11.1.2 文件类型233

11.1.3 文件操作234

11.1.4 文件访问235

11.1.5 文件保护236

11.2 目录237

11.2.1 目录树237

11.2.2 路径名239

11.3 磁盘调度241

11.3.1 先到先服务磁盘调度法242

11.3.2 最短寻道时间优先磁盘调度法242

11.3.3 SCAN磁盘调度法242

小结243

道德问题：选择加入和选择退出243

练习244

思考题246

第六部分 应用程序层248

第12章 信息系统248

12.1 信息管理248

12.2 电子制表软件249

12.2.1 电子数据表公式250

12.2.2 循环引用254

12.2.3 电子数据表分析254

12.3 数据库管理系统255

12.3.1 关系模型256

12.3.2 关系257

12.3.3 结构化查询语言258

12.3.4 数据库设计260

12.4 电子商务261

小结262

道德问题：从竞选来看政治与网络262

练习263

思考题265

第13章 人工智能266

13.1 思维机266

13.1.1 图灵测试267

13.1.2 AI问题的各个方面268

13.2 知识表示268

13.2.1 语义网268

13.2.2 检索树271

13.3 专家系统273

13.4 神经网络275

13.4.1 生物神经网络275

13.4.2 人工神经网络276

13.5 自然语言处理277

13.5.1 语音合成277

13.5.2 语音识别278

13.5.3 自然语言理解279

13.6 机器人学280

13.6.1 感知-规划-执行范型280

13.6.2 包孕体系结构282

13.6.3 物理部件283

小结283

道德问题：从民众来看政治与网络284

练习284

思考题286

第14章 模拟、图形学、游戏和其他应用287

14.1 什么是模拟287

14.1.1 复杂系统287

14.1.2 模型288

14.1.3 构造模型288

14.2 特殊模型289

14.2.1 排队系统289

14.2.2 气象模型292

14.2.3 计算生物学295

14.2.4 其他模型295

14.2.5 必要的计算能力296

14.3 计算机图形学296

14.3.1 光的工作原理297

14.3.2 物体形状298

14.3.3 光模拟298

14.3.4 复杂对象的建模299

14.3.5 让物体动起来303

14.4 游戏304

14.4.1 游戏的历史304

14.4.2 创建虚拟世界305

14.4.3 游戏设计与开发305

14.4.4 游戏编程306

小结307

道德问题：游戏成瘾307

练习308

思考题309

第七部分 通信层312

第15章 网络312

15.1 连网312

15.1.1 网络的类型313

15.1.2 Internet连接315

15.1.3 包交换317

15.2 开放式系统与协议318

15.2.1 开放式系统318

15.2.2 网络协议319

15.2.3 TCP/IP319

15.2.4 高层协议320

15.2.5 MIME类型321

15.2.6 防火墙321

15.3 网络地址322

15.4 云计算324

小结325

道德问题：社交网络的影响326

练习327

思考题328

第16章 万维网329

16.1 Web简介329

16.1.1 搜索引擎331

16.1.2 即时消息331

16.1.3 博客331

16.1.4 cookie332

16.2 HTML333

16.2.1 基本的HTML格式335

16.2.2 图像与链接335

16.2.3 HTML5337

16.3 交互式网页337

16.3.1 Java小程序337

16.3.2 Java服务器页338

16.4 XML339

16.5 社交网络341

小结342

道德问题：赌博与互联网344

练习344

思考题346

第17章 计算机安全347

17.1 各级安全347

17.2 阻止未授权访问349

17.2.1 密码349

17.2.2 验证码351

17.2.3 指纹分析352

17.3 恶意代码352

17.3.1 杀毒软件353

17.3.2 安全攻击353

17.4 密码学355

17.5 保护你的在线信息357

17.5.1 安全与可移动设备359

17.5.2 维基解密359

小结360

道德问题：博客361

练习362

思考题363

第八部分 总结366

第18章 计算的限制366

18.1 硬件366

18.1.1 算术运算的限制366

18.1.2 部件的限制370

18.1.3 通信的限制371

18.2 软件372

18.2.1 软件的复杂度372

18.2.2 当前提高软件质量的方法373

18.2.3 臭名昭著的软件错误376

18.3 问题377

18.3.1 算法比较377

18.3.2 图灵机382

18.3.3 停机问题384

18.3.4 算法分类386

小结387

道德问题：Therac-25灾难剖析387

练习388

思考题389

参考文献390

索引396