計算機導論（第二版）

緒論 1
0.1  計算機的產(chǎn)生 1
0.1.1  算法 1
0.1.2  計算機的產(chǎn)生 2
0.2  計算機的發(fā)展 6
0.3  計算機學科的構成 10
0.3.1  應用層 10
0.3.2  專業(yè)基礎層 10
0.3.3  專業(yè)基礎的理論基礎層 11
第1章  圖靈機模型 12
1.1  圖靈機概述 12
1.1.1  圖靈機的直觀描述 13
1.1.2  圖靈機的形式化描述 13
1.2  計算“x+1”的圖靈機 13
1.3  通用圖靈機 15
1.4  圖靈機模型的啟示 17
關鍵術語 19
思考與練習 19
第2章  數(shù)據(jù)編碼與存儲 20
2.1  二進制 20
2.1.1  數(shù)制 20
2.1.2  八進制和十六進制 21
2.1.3  二進制與其他數(shù)制的轉換 21
2.2  二進制位的存儲 23
2.2.1  邏輯運算和門 23
2.2.2  觸發(fā)器 24
2.2.3  其他存儲技術 25
2.3  存儲器 26
2.3.1  主存儲器 26
2.3.2  輔助存儲器 26
2.4  數(shù)值數(shù)據(jù)編碼 27
2.4.1  機器數(shù) 27
2.4.2  整數(shù)和實數(shù) 27
2.4.3  帶符號數(shù)的表示 29
2.5  字符數(shù)據(jù)編碼 30
2.5.1  西文字符 30
2.5.2  漢字編碼 31
2.6  圖形和圖像數(shù)據(jù)編碼 33
2.6.1  基本概念 33
2.6.2  圖形與圖像的數(shù)字化 34
2.7  音頻數(shù)據(jù)的表示 34
2.8  數(shù)據(jù)壓縮 36
2.8.1  無損壓縮 36
2.8.2  有損壓縮 39
2.9  誤碼及對策 40
2.9.1  奇偶校驗 40
2.9.2  糾錯碼 40
關鍵術語 42
思考與練習 43
第3章  計算機結構 44
3.1  系統(tǒng)結構 45
3.1.1  運算器 46
3.1.2  控制器 47
3.1.3  多核處理器 47
3.1.4  計算機的引導過程 47
3.2  指令系統(tǒng) 48
3.2.1  指令系統(tǒng)的概念 48
3.2.2  RISC和CISC 48
3.2.3  指令系統(tǒng)的設計要求 49
3.2.4  指令格式 49
3.3  尋址方式 51
3.3.1  指令的尋址方式 51
3.3.2  操作數(shù)尋址方式 52
3.4  指令執(zhí)行 52
3.5  流水線技術 54
3.5.1  什么是流水線 54
3.5.2  理想流水線性能分析 55
3.5.3  流水操作中的主要障礙 55
3.6  存儲系統(tǒng) 56
3.6.1  存儲器的層次結構 56
3.6.2  存儲體系涉及的問題 57
3.6.3  高速緩沖存儲器 58
3.6.4  內存 58
3.6.5  Flash存儲器 59
3.6.6  虛擬存儲器 60
3.6.7  外部存儲設備 62
3.7  外圍設備 65
3.8  輸入輸出方式 65
3.8.1  程序查詢方式 66
3.8.2  中斷方式 66
3.8.3  直接內存訪問方式 67
關鍵術語 68
思考與練習 68
第4章  操作系統(tǒng) 69
4.1  操作系統(tǒng)的發(fā)展 69
4.1.1  串行處理 69
4.1.2  簡單批處理 70
4.1.3  多道批處理 71
4.1.4  分時系統(tǒng) 73
4.1.5  實時系統(tǒng) 73
4.1.6  嵌入式操作系統(tǒng) 74
4.1.7  網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 74
4.1.8  分布式操作系統(tǒng) 75
4.2  操作系統(tǒng)的結構 75
4.2.1  操作系統(tǒng)的功能 75
4.2.2  操作系統(tǒng)的組成 76
4.2.3  系統(tǒng)的引導 78
4.3  現(xiàn)代操作系統(tǒng)處理的難題 79
4.3.1  進程 79
4.3.2  并發(fā)控制的難題 81
4.3.3  有效地分配處理器 82
4.3.4  提供充足和高效的存儲器 84
4.4  常見的操作系統(tǒng) 88
4.4.1  DOS操作系統(tǒng) 88
4.4.2  Windows操作系統(tǒng) 88
4.4.3  UNIX操作系統(tǒng) 90
4.4.4  Linux操作系統(tǒng) 90
4.4.5  蘋果iOS移動操作系統(tǒng) 91
4.4.6  谷歌（Google）的Android移動操作系統(tǒng) 92
關鍵術語 92
思考與練習 93
第5章  程序設計基礎 94
5.1  計算機程序設計語言 94
5.1.1  通用程序設計語言 95
5.1.2  專用程序設計語言 98
5.2  編譯系統(tǒng) 102
5.3  結構化程序設計 104
5.3.1  結構化程序設計的概念 104
5.3.2  過程和函數(shù) 105
5.3.3  順序結構 106
5.3.4  分支結構 106
5.3.5  循環(huán)結構 107
5.4  面向對象程序設計 109
5.4.1  面向對象概述 109
5.4.2  面向對象與面向過程的區(qū)別 109
5.4.3  對象和類 110
5.4.4  面向對象技術的基本特征 111
5.4.5  面向對象程序設計語言 113
關鍵術語 116
思考與練習 116
第6章  算法與數(shù)據(jù)結構 117
6.1  算法概述 117
6.2  算法的時空效率 119
6.3  經(jīng)典排序算法 121
6.3.1  冒泡排序 121
6.3.2  插入排序 123
6.3.3  快速排序 124
6.4  算法策略 125
6.4.1  遞歸和分治 125
6.4.2  枚舉和動態(tài)規(guī)劃 126
6.4.3  貪心算法 128
6.4.4  回溯法 129
6.5  數(shù)據(jù)結構概述 129
6.6  線性表 133
6.6.1  數(shù)組 134
6.6.2  棧 135
6.6.3  隊列 135
6.7  樹和圖 136
6.7.1  樹 136
6.7.2  圖 137
關鍵術語 138
思考與練習 138
第7章  軟件工程 140
7.1  軟件危機 141
7.2  軟件工程 142
7.2.1  軟件工程框架模型 143
7.2.2  軟件工程本質特征 145
7.2.3  軟件工程基本原理 145
7.2.4  軟件過程 145
7.2.5  軟件過程模型 146
7.3  軟件工程方法學 147
7.3.1  結構化方法學 147
7.3.2  面向對象方法學 150
7.4  標準建模語言 153
7.4.1  標準建模語言UML的出現(xiàn) 153
7.4.2  UML的內容 154
7.4.3  UML的主要特點 157
7.4.4  UML的應用領域 158
7.5  統(tǒng)一開發(fā)過程 158
7.6  能力成熟度模型 161
7.7  軟件項目管理 163
7.7.1  計劃 163
7.7.2  組織 164
7.7.3  控制 164
7.7.4  國際標準 165
關鍵術語 166
思考與練習 166
第8章  信息系統(tǒng) 167
8.1  信息與信息系統(tǒng) 167
8.1.1  信息與數(shù)據(jù) 167
8.1.2  信息系統(tǒng)及其需求 168
8.2  信息管理技術的發(fā)展 169
8.2.1  人工管理階段：20世紀50年代以前 170
8.2.2  文件系統(tǒng)階段：20世紀50年代后期～60年代中期 170
8.2.3  數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 172
8.2.4  大數(shù)據(jù)階段 173
8.3  數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 174
8.3.1  數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫 175
8.3.2  關系數(shù)據(jù)庫語言 179
8.3.3  數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構成 180
8.4  基于數(shù)據(jù)庫的應用系統(tǒng) 182
8.4.1  數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)分類 182
8.4.2  數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)結構 183
8.4.3  數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計 185
8.5  數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘技術 187
8.5.1  數(shù)據(jù)倉庫 187
8.5.2  數(shù)據(jù)挖掘技術 189
8.6  信息系統(tǒng)的展望 193
關鍵術語 194
思考與練習 195
第9章  人工智能 196
9.1  人工智能概述 196
9.1.1  人工智能定義 197
9.1.2  人工智能的研究方法 198
9.1.3  人工智能的研究目標 199
9.1.4  人工智能發(fā)展簡史 200
9.2  基于符號推理的傳統(tǒng)人工智能 206
9.2.1  知識表示 206
9.2.2  推理方法 208
9.2.3  匹配方法 210
9.2.4  沖突消解策略 210
9.2.5  搜索策略 211
9.3  基于連接機制的計算智能 212
9.3.1  計算智能基本概念 212
9.3.2  模糊計算 212
9.3.3  神經(jīng)計算 214
9.3.4  進化計算 215
9.4  人工智能主要應用與研究領域 216
9.4.1  專家系統(tǒng) 216
9.4.2  機器學習 217
9.4.3  機器人 218
9.4.4  模式識別 219
9.4.5  計算機視覺 220
9.4.6  自然語言理解 221
9.4.7  自動定理證明 222
9.4.8  自動程序設計 223
9.4.9  博弈 223
9.4.10  智能決策支持系統(tǒng) 224
9.4.11  智能搜索 224
9.4.12  數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn) 225
關鍵術語 225
思考與練習 226
第10章  圖形圖像和多媒體 227
10.1  計算機圖形學 227
10.1.1  計算機圖形學的發(fā)展 227
10.1.2  計算機圖形系統(tǒng)的組成和功能 229
10.1.3  圖形顯示系統(tǒng) 230
10.1.4  常用的圖形輸入/輸出設備 232
10.1.5  計算機圖形學研究的內容 234
10.1.6  計算機圖形學的應用 236
10.1.7  計算機圖形學的進展與展望 239
10.2  計算機圖像處理 241
10.2.1  圖像處理概述 241
10.2.2  數(shù)字圖像 243
10.2.3  圖像處理系統(tǒng)的硬件設備 246
10.2.4  數(shù)字圖像識別技術 248
10.2.5  數(shù)字水印技術 250
10.3  多媒體技術及其應用 252
10.3.1  多媒體技術的定義 252
10.3.2  多媒體的關鍵技術 253
10.3.3  多媒體系統(tǒng) 255
10.3.4  音頻處理技術 256
10.3.5  多媒體技術的應用 257
10.3.6  多媒體技術的發(fā)展方向 258
關鍵術語 259
思考與練習 259
第11章  計算機網(wǎng)絡 260
11.1  計算機網(wǎng)絡概述 260
11.2  計算機網(wǎng)絡的體系結構 262
11.3  計算機網(wǎng)絡硬件 264
11.4  集群、網(wǎng)格與云 266
11.4.1  集群 266
11.4.2  網(wǎng)格 266
11.4.3  云 267
11.5  網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 267
11.5.1  網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的分類 268
11.5.2  網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的功能 268
11.5.3  Windows 269
11.5.4  UNIX 270
11.5.5  Linux 270
11.6  計算機網(wǎng)絡應用 271
11.6.1  萬維網(wǎng) 271
11.6.2  電子郵件 271
11.6.3  FTP 272
11.6.4  即時通信 272
11.6.5  博客 272
11.6.6  微博 273
11.6.7  微信 273
關鍵術語 273
思考與練習 274
第12章  計算機安全 275
12.1  計算機安全概述 275
12.1.1  研究內容 275
12.1.2  發(fā)展歷程 276
12.2  計算機密碼學 277
12.2.1  基本概念 278
12.2.2  密碼編碼學 279
12.2.3  密碼分析學 285
12.3  計算機病毒 286
12.3.1  計算機病毒概述 286
12.3.2  病毒分類 287
12.3.3  最新常見病毒介紹 289
12.3.4  病毒的檢測 290
12.3.5  病毒的防護 292
12.4  計算機網(wǎng)絡安全 292
12.4.1  網(wǎng)絡的特點及安全問題 293
12.4.2  網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)加密 295
12.4.3  防火墻技術 297
12.4.4  虛擬專網(wǎng)技術 298
12.4.5  入侵檢測 300
12.4.6  了解黑客 303
關鍵術語 304
思考與練習 305
附錄  計算機發(fā)展大事記 307
主要參考文獻 318