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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2

1.2.1 电子计算机产生之前的计算史2

1.2.2 电子计算机的产生6

1.2.3 电子计算机的发展阶段8

1.2.4 中国计算机发展历程9

1.3　计算机的应用领域和发展趋势13

1.3.1 计算机的应用领域13

1.3.2　计算机的发展趋势14

1.4　计算学科15

1.4.1　计算学科的定义15

1.4.2　计算学科的本质15

1.4.3　计算学科的3个过程16

1.4.4　计算学科新的应用领域17

1.5　计算机科学与技术学科的知识体系19

1.5.1　计算机科学与技术学科的形成与发展19

1.5.2　计算机科学与技术学科的定义19

1.5.3　计算机科学与技术学科的根本问题及研究范畴20

1.5.4 计算机科学课程体系的核心内容20

1.6　计算机科学与技术学科的教育24

1.6.1　教育的目的和基本要求24

1.6.2　工科还是理科25

1.6.3　理论与实践相结合26

1.6.4　创新意识培养26

1.6.5　学习方法26

1.7　社会信息化的挑战29

1.8 计算机产业29

本章小结30

习题30

第2章　计算机体系结构与组织33

2.1 数值数据33

2.1.1　数的表示及数制转换33

2.1.2　数的原码、反码和补码37

2.1.3　定点数和浮点数40

2.1.4　十进制数的编码42

2.2　非数值数据43

2.2.1　文字信息的编码43

2.2.2　声音的编码46

2.2.3 图形数据的编码46

2.3　数据的机器编码47

2.3.1　数据的机器级编码47

2.3.2　数据的汇编级编码47

2.4　数字逻辑与数字系统48

2.4.1 基本逻辑关系及逻辑门48

2.4.2　逻辑代数与逻辑函数51

2.5　微型计算机系统的组成54

2.5.1 图灵模型54

2.5.2　冯·诺依曼模型54

2.5.3　微型计算机系统组成55

2.5.4　微型计算机的硬件系统56

2.5.5　微型计算机的软件系统59

2.5.6　计算机的特点61

2.5.7　计算机系统主要技术指标61

2.5.8　计算机的分类62

2.5.9　计算机的基本工作方式64

2.6　存储系统的结构64

2.6.1 存储器与存储系统概述64

2.6.2　存储系统的组织结构66

2.6.3　高速缓冲存储器67

2.6.4　虚拟存储器68

2.7　输入／输出系统69

2.7.1　输入／输出系统概述69

2.7.2　总线结构70

2.7.3　输入／输出接口71

2.7.4　外设数据传送控制方式73

2.8　多核技术75

2.8.1　多核时代到来75

2.8.2　多核技术的优势75

2.8.3　多核的关键技术76

2.9　高性能计算机79

2.10　并行计算机80

2.11　分布式系统81

本章小结81

习题82

第3章　程序设计语言84

3.1　程序设计语言概述84

3.1.1　程序的概念84

3.1.2　计算机程序设计语言84

3.1.3　高级语言程序设计的基本内容87

3.1.4 高级语言的数据表示手段90

3.2　声明和类型91

3.3　类型系统91

3.4　编译原理92

3.4.1　编译程序概述92

3.4.2　词法分析94

3.4.3　语法分析94

3.4.4　语义处理95

3.4.5　中间代码生成96

3.4.6　中间代码优化96

3.4.7　目标代码生成97

3.4.8　编译技术的新发展97

3.5　程序设计语言的设计98

本章小结99

习题99

第4章　程序设计基础101

4.1　程序设计基础101

4.2　程序设计方法101

4.2.1　结构化程序设计方法102

4.2.2　面向对象的程序设计方法104

4.2.3　函数程序设计107

4.2.4　程序设计风格108

4.2.5　程序设计举例109

4.3　基本数据结构110

4.3.1　基本概念110

4.3.2　几种典型的数据结构111

4.3.3 查找117

4.3.4　排序118

4.4　事件驱动程序设计119

本章小结119

习题120

第5章　算法与复杂性122

5.1　算法分析基础122

5.1.1　算法的概念122

5.1.2　算法的特性122

5.2　常用算法介绍123

5.3　算法描述工具125

5.4　算法的评价126

5.5　算法设计策略127

5.6　分布式算法128

5.7　可计算性理论基础128

5.8　NP问题129

5.9 自动机理论129

5.10　加密算法130

5.11 几何算法131

5.12　并行算法131

本章小结132

习题132

第6章　信息管理134

6.1　模型与信息系统134

6.1.1　信息134

6.1.2　信息模型134

6.1.3　信息系统135

6.2　数据库系统概述135

6.2.1　数据库的基本概念135

6.2.2　数据管理技术的发展136

6.2.3　数据模型138

6.3　关系数据库141

6.3.1 关系数据库的基本概念141

6.3.2　关系模型与关系模式142

6.4　数据库查询语言SQL144

6.4.1 SQL的特点145

6.4.2 SQL的功能145

6.4.3 SQL基本概念145

6.4.4 SQL的简单实例146

6.5　关系数据库设计149

6.5.1 关系数据库的设计原则149

6.5.2　关系数据库的设计步骤149

6.6　数据库管理150

6.6.1 DBA的职责与管理工具150

6.6.2　数据库的安全性控制150

6.6.3　事务处理技术151

6.6.4　数据库的完整性控制152

6.7　常用数据库管理系统152

6.8　数据库新发展154

6.8.1　分布式数据库154

6.8.2　空间数据库154

6.8.3　多媒体数据库154

6.8.4　数据仓库155

6.8.5　信息存储与检索155

6.8.6　超文本和超媒体155

6.8.7　多媒体信息与多媒体系统156

6.8.8　数字图书馆157

本章小结158

习题158

第7章　软件工程161

7.1　软件工程概述161

7.1.1 软件危机161

7.1.2　软件工程的基本概念162

7.1.3　软件工程过程164

7.1.4　软件生命周期165

7.2　软件开发模型166

7.2.1 瀑布模型166

7.2.2　快速原型法模型167

7.2.3　螺旋模型169

7.2.4　喷泉模型170

7.2.5　转换模型171

7.2.6　智能模型171

7.3　软件开发方法172

7.3.1　面向数据结构方法172

7.3.2　统一建模语言172

7.3.3　软件复用和构件技术173

7.4　软件质量评价和保证175

7.4.1　软件质量的定义175

7.4.2　软件质量的度量和评价175

7.4.3　软件质量保证177

7.5　质量度量模型178

7.5.1 McCall质量度量模型178

7.5.2 ISO的软件质量评价模型179

7.6　软件复杂性180

7.6.1　软件复杂性的基本概念180

7.6.2　软件复杂性的度量方法181

7.7　软件项目管理182

7.7.1　软件项目计划182

7.7.2　软件项目计划内容182

7.7.3　软件工程规范182

7.7.4　软件开发成本估算183

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185

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191

7.11.1　软件开发环境概述191

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193

7.11.4　计算机辅助软件工程193

本章小结195

习题196

第8章　操作系统199

8.1　操作系统概念199

8.1.1　操作系统的一些基本概念199

8.1.2　操作系统的基本组成203

8.1.3　操作系统在计算机系统中的地位210

8.1.4　操作系统的启动211

8.2　操作系统的发展211

8.2.1　手工操作阶段211

8.2.2　批处理系统阶段212

8.2.3　多道程序系统阶段212

8.2.4　现代操作系统阶段213

8.3　操作系统原理214

8.4　操作系统的分类216

8.5　操作系统的功能217

8.5.1　资源管理功能217

8.5.2　扩展的虚拟机功能219

8.5.3 网络操作系统的功能219

8.6　操作系统的体系结构220

8.7　并发性221

8.8　调度与分派221

8.9　安全与保护222

8.10　文件系统224

8.11 容错224

8.12　系统性能评价225

8.13　脚本226

8.14　主流操作系统简介226

8.14.1　Windows操作系统226

8.14.2 UNIX操作系统228

8.14.3　Linux操作系统229

8.15　操作系统的新发展231

本章小结232

习题232

第9章　网络计算234

9.1　通信与组网234

9.1.1　数据通信的基本概念234

9.1.2　数据通信方式235

9.1.3　数据传输方式237

9.2　计算机网络238

9.2.1　计算机网络的起源238

9.2.2　计算机网络的定义240

9.2.3　计算机网络的主要部件240

9.2.4　计算机网络的传输媒体241

9.2.5　计算机网络的分类243

9.2.6　计算机网络拓扑结构245

9.2.7　计算机网络的体系结构248

9.2.8　计算机网络间的互联250

9.3 Internet和TCP/IP协议251

9.3.1 Internet的起源251

9.3.2　TCP/IP协议251

9.3.3　IP地址252

9.3.4　Internet提供的主要服务254

9.3.5 Intranet256

9.4　网络管理256

9.4.1 网络管理基础257

9.4.2　网络管理功能258

9.4.3 Internet的管理信息库260

9.4.4 网络管理协议261

9.4.5 网络管理发展方向262

9.5　移动通信与无线上网263

9.6　网络安全机制265

9.6.1 网络安全的基本问题265

9.6.2　网络安全的内容266

9.6.3　数据加密技术267

9.6.4　防病毒技术267

9.6.5　防火墙技术269

9.7　网格计算270

本章小结271

习题271

第10章 图形学和可视化计算274

10.1 图形学基本概念274

10.1.1 计算机图形信息的处理274

10.1.2　计算机图形学的起源275

10.1.3 计算机图形学主要研究的内容275

10.1.4　计算机图形学的应用275

10.1.5　计算机图形的标准化276

10.1.6　常见的图形图像格式277

10.2　图形系统279

10.3　计算机视觉和可视化280

10.3.1　人的视觉280

10.3.2　计算机视觉280

10.3.3　可视化281

10.4　图形用户界面281

10.5 图像通信281

10.6　几何建模282

10.7　计算机动画282

10.8　虚拟现实283

10.8.1 虚拟现实技术基本概念283

10.8.2　虚拟现实技术的发展和特征283

10.8.3　虚拟现实系统的组成285

10.8.4　虚拟现实系统分类285

10.8.5 虚拟现实建模语言286

10.8.6　虚拟现实技术的应用287

本章小结289

习题289

第11章　人机交互291

11.1 人机交互291

11.1.1　人机交互技术基础291

11.1.2　人机交互模型292

11.1.3　人机系统交互界面的构架293

11.1.4 人机界面的设计294

11.1.5　数据交互297

11.1.6　语音交互298

11.1.7　图像交互298

11.1.8　行为交互299

11.2　多媒体技术299

11.2.1　多媒体技术概述299

11.2.2　多媒体技术300

11.2.3　多媒体技术的应用301

本章小结302

习题303

第12章　离散结构304

12.1 离散结构的研究对象及主要内容304

12.1.1　离散结构的研究对象304

12.1.2　离散结构研究的主要内容304

12.2　数理逻辑305

12.2.1 命题逻辑305

12.2.2　谓词逻辑309

12.3　集合论311

12.3.1 集合的基本概念与运算311

12.3.2　关系与函数313

12.4　代数结构317

12.4.1　代数结构概述317

12.4.2　格与布尔代数319

12.5 图论320

12.5.1 图的基本概念320

12.5.2　路径、回路及连通性322

12.5.3　图的矩阵表示323

12.6　离散概率324

本章小结325

习题325

第13章　数值计算科学329

13.1　高性能计算329

13.2　数值分析329

13.3　运筹学330

13.4　数学建模与计算机模拟331

本章小结332

习题333

第14章　智能系统334

14.1　人工智能系统334

14.1.1　人工智能的定义334

14.1.2　人工智能的主要学派334

14.1.3　人工智能的研究与应用领域335

14.2　知识表示及推理338

14.2.1　知识与知识表示338

14.2.2　经典推理技术338

14.2.3 高级知识推理技术340

14.3　搜索技术341

14.3.1　一般搜索技术342

14.3.2 高级搜索技术343

14.4　自然语言处理344

14.4.1　语言及其理解344

14.4.2　句法和语义的分析345

14.4.3　机器翻译346

14.5　智能计算346

14.5.1　智能计算概述346

14.5.2　遗传算法347

14.5.3　集群智能347

14.5.4　人工神经网络348

14.6　机器学习350

14.6.1　机器学习的定义350

14.6.2　机器学习的发展过程350

14.6.3　机器学习的主要研究方向351

14.6.4　机器学习策略351

14.6.5　机器学习方法352

本章小结353

习题354

第15章　社会和职业问题355

15.1　计算的社会背景355

15.2　计算机与道德356

15.2.1　道德的哲学含义356

15.2.2　道德选择356

15.2.3　道德评价356

15.2.4　计算机专业人员的职业道德准则357

15.2.5　计算机用户的道德357

15.3　基于计算机系统的风险与责任358

15.4　知识产权359

15.5　隐私与公民自由361

15.6　计算机犯罪362

15.7　团队合作363

15.8　哲学框架365

本章小结365

习题366

参考文献368