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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SQL148

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 Intranet252

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