計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論：計(jì)算思維視角

目錄
**篇 計(jì)算機(jī)科學(xué)總論
第1章 計(jì)算機(jī)科學(xué)概述 3
1.1 引言 3
1.1.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)的定義 3
1.1.2 圖靈模型和馮？諾依曼模型 8
1.1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 11
1.2 計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)科學(xué) 15
1.2.1 邏輯思維 16
1.2.2 系統(tǒng)思維 17
1.2.3 算法思維 19
1.2.4 網(wǎng)絡(luò)思維 20
1.2.5 數(shù)據(jù)思維 22
1.2.6 智能思維 25
1.3 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程 27
1.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科知識(shí)體系 31
1.5 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) 34
1.6 本章小結(jié) 37
第2章 社會(huì)與道德問(wèn)題 39
2.1 道德原則 39
2.2 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 43
2.3 隱私保護(hù) 46
2.4 計(jì)算機(jī)犯罪 49
第二篇 數(shù)理邏輯思維基礎(chǔ)
第3章 數(shù)的表示、存儲(chǔ)與運(yùn)算 55
3.1 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)組織簡(jiǎn)介 55
3.2 數(shù)的表示及進(jìn)制轉(zhuǎn)換 56
3.2.1 數(shù)的表示 56
3.2.2 進(jìn)制轉(zhuǎn)換 58
3.3 數(shù)的碼制 60
3.3.1 原碼 61
3.3.2 反碼 61
3.3.3 補(bǔ)碼 62
3.4 定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù) 65
3.4.1 定點(diǎn)數(shù) 65
3.4.2 浮點(diǎn)數(shù) 66
3.4.3 二進(jìn)制小數(shù) 66
3.4.4 IEEE浮點(diǎn)表示 68
3.5 十進(jìn)制數(shù)的編碼 70
3.5.1 有權(quán)碼 70
3.5.2 無(wú)權(quán)碼 70
3.6 數(shù)的存儲(chǔ) 71
3.6.1 數(shù)字存儲(chǔ) 72
3.6.2 文本存儲(chǔ) 74
3.6.3 音頻存儲(chǔ) 76
3.6.4 圖像存儲(chǔ) 77
3.7 數(shù)據(jù)運(yùn)算 81
3.7.1 移位運(yùn)算 81
3.7.2 算術(shù)運(yùn)算 84
第4章 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 89
4.1 基本邏輯關(guān)系 89
4.2 邏輯函數(shù) 89
4.2.1 基本邏輯運(yùn)算 89
4.2.2 邏輯函數(shù)基本定理 91
4.2.3 邏輯函數(shù)基本運(yùn)算規(guī)則 92
4.3 邏輯函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)型 93
4.3.1 邏輯函數(shù)的兩種標(biāo)準(zhǔn)形式 94
4.3.2 將邏輯函數(shù)化為標(biāo)準(zhǔn)型 95
第三篇 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（系統(tǒng)思維）
第5章 計(jì)算機(jī)硬件 101
5.1 引言 101
5.2 馮？諾依曼模型 101
5.2.1 五個(gè)部件 102
5.2.2 存儲(chǔ)的程序概念 103
5.2.3 指令的順序執(zhí)行 103
5.3 中央處理單元 104
5.3.1 算術(shù)邏輯單元 104
5.3.2 寄存器組 105
5.3.3 控制單元 105
5.4 分層存儲(chǔ)體系 105
5.4.1 地址空間 106
5.4.2 存儲(chǔ)器的類型 106
5.4.3 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 107
5.4.4 高速緩沖存儲(chǔ)器 108
5.5 輸入/輸出系統(tǒng) 109
5.5.1 非存儲(chǔ)設(shè)備 109
5.5.2 存儲(chǔ)設(shè)備 111
5.6 計(jì)算機(jī)硬件擴(kuò)展技術(shù) 114
5.6.1 多核技術(shù) 114
5.6.2 高性能計(jì)算機(jī) 115
5.6.3 并行計(jì)算機(jī) 116
5.6.4 分布式系統(tǒng) 118
第6章 計(jì)算機(jī)軟件 120
6.1 引言 120
6.2 操作系統(tǒng)基本概念 121
6.2.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo) 122
6.2.2 操作系統(tǒng)的作用 123
6.2.3 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?124
6.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程 126
6.3.1 未配置操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 126
6.3.2 單道批處理系統(tǒng) 127
6.3.3 多道批處理系統(tǒng) 129
6.3.4 分時(shí)系統(tǒng) 130
6.3.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 132
6.3.6 微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展 133
6.4 操作系統(tǒng)的組成 135
6.4.1 并發(fā) 136
6.4.2 共享 136
6.4.3 虛擬 137
6.4.4 異步 139
6.5 操作系統(tǒng)的功能 139
6.5.1 處理機(jī)管理功能 139
6.5.2 存儲(chǔ)器管理功能 141
6.5.3 設(shè)備管理功能 142
6.5.4 文件管理功能 143
6.5.5 操作系統(tǒng)與用戶之間的接口 144
6.5.6 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的新功能 145
6.6 主流操作系統(tǒng) 146
6.6.1 UNIX 146
6.6.2 Linux 148
6.6.3 Windows 149
6.6.4 Mac OS 150
6.7 計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)方法 152
6.7.1 軟件工程基本概念 152
6.7.2 軟件開(kāi)發(fā)模型 154
6.7.3 軟件開(kāi)發(fā)步驟 161
第四篇 程序基礎(chǔ)及算法（算法思維）
第7章 高級(jí)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 167
7.1 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 167
7.1.1 程序設(shè)計(jì)范型 167
7.1.2 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 169
7.1.3 程序設(shè)計(jì)步驟 171
7.2 程序的編譯過(guò)程 171
7.2.1 源程序、目標(biāo)程序和可執(zhí)行程序的概念 171
7.2.2 程序開(kāi)發(fā)步驟 172
7.3 數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu) 173
7.3.1 基本數(shù)據(jù)類型 174
7.3.2 運(yùn)算符和表達(dá)式 175
7.3.3 數(shù)組 180
7.3.4 指針 185
7.3.5 結(jié)構(gòu)體與共用體 188
7.4 程序的組織結(jié)構(gòu) 191
7.4.1 順序結(jié)構(gòu) 191
7.4.2 選擇結(jié)構(gòu) 192
7.4.3 循環(huán)結(jié)構(gòu) 195
7.4.4 函數(shù) 197
第8章 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 201
8.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 201
8.2 三大基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 204
8.2.1 線性表 204
8.2.2 樹(shù) 210
8.2.3 圖 216
8.3 數(shù)據(jù)操作 228
8.3.1 查找 228
8.3.2 排序 237
8.4 算法概念及描述 245
8.4.1 算法的定義 245
8.4.2 算法的特性 245
8.4.3 算法的效率度量方法 247
8.5 常用算法 248
8.5.1 遞推算法 248
8.5.2 遞歸算法 249
8.5.3 窮舉算法 252
8.6 算法的分析與評(píng)價(jià) 252
8.6.1 時(shí)間復(fù)雜度 253
8.6.2 空間復(fù)雜度 256
第五篇 網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)（網(wǎng)絡(luò)思維）
第9章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 261
9.1 數(shù)字通信基礎(chǔ) 261
9.1.1 數(shù)字通信信號(hào)處理 261
9.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 262
9.1.3 基本的數(shù)字通信術(shù)語(yǔ) 263
9.1.4 有關(guān)信道的基本概念 263
9.1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 264
9.1.6 開(kāi)放式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 265
9.1.7 TCP/IP 266
9.1.8 高層協(xié)議 267
9.2 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層 268
9.2.1 物理層的基本概念 268
9.2.2 物理層下面的傳輸媒體 269
9.2.3 信道復(fù)用技術(shù) 271
9.2.4 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 271
9.2.5 數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù) 272
9.2.6 常見(jiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 273
9.3 網(wǎng)際層 274
9.3.1 概述 274
9.3.2 網(wǎng)際協(xié)議IP 275
9.4 傳輸層 278
9.4.1 概述 279
9.4.2 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 280
9.4.3 傳輸控制協(xié)議 281
9.5 應(yīng)用層 283
9.5.1 域名系統(tǒng) 283
9.5.2 文件傳輸協(xié)議 284
9.5.3 遠(yuǎn)程終端協(xié)議 284
9.5.4 萬(wàn)維網(wǎng) 285
9.5.5 電子郵件 285
9.6 網(wǎng)絡(luò)安全 286
9.6.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)面臨的安全性威脅 286
9.6.2 安全的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 286
9.6.3 密碼學(xué) 287
9.6.4 數(shù)字簽名 288
第10章 移動(dòng)通信與無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 289
10.1 無(wú)線移動(dòng)通信基礎(chǔ) 289
10.1.1 蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 289
10.1.2 蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施 291
10.2 無(wú)線個(gè)域網(wǎng) 293
10.2.1 藍(lán)牙 293
10.2.2 低速WPAN 294
10.2.3 高速WPAN 295
10.3 無(wú)線局域網(wǎng) 295
10.3.1 IEEE 802.11 296
10.3.2 802.11局域網(wǎng)的物理層 296
10.3.3 802.11局域網(wǎng)的CSMA/CA協(xié)議 297
10.4 無(wú)線城域網(wǎng)與無(wú)線廣域網(wǎng) 298
10.4.1 無(wú)線城域網(wǎng) 299
10.4.2 無(wú)線廣域網(wǎng) 299
10.5 無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò) 300
10.6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng) 301
10.6.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 301
10.6.2 物聯(lián)網(wǎng) 302
10.7 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 303
第六篇 數(shù)據(jù)管理（數(shù)據(jù)思維）
第11章 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 307
11.1 數(shù)據(jù)管理簡(jiǎn)介 307
11.1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念 307
11.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的歷史 308
11.1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn) 309
11.1.4 數(shù)據(jù)模型 310
11.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型 314
11.2.1 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 315
11.2.2 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作 315
11.2.3 關(guān)系模型的完整性約束 316
11.2.4 關(guān)系代數(shù) 318
11.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 320
11.3.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述 320
11.3.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 322
11.3.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 326
11.3.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 327
11.3.5 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性 328
11.3.6 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性 331
11.3.7 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù) 332
11.3.8 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制 335
11.4 數(shù)據(jù)庫(kù)新進(jìn)展 337
11.4.1 分布式數(shù)據(jù)庫(kù) 337
11.4.2 空間數(shù)據(jù)庫(kù) 337
11.4.3 多媒體數(shù)據(jù)庫(kù) 337
11.4.4 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù) 338
11.4.5 信息存儲(chǔ)與檢索 338
11.4.6 超文本和超媒體 339
11.4.7 多媒體信息與多媒體系統(tǒng) 339
11.4.8 數(shù)字圖書館 340
11.4.9 數(shù)字地球與智慧城市 340
第12章 大數(shù)據(jù)技術(shù) 341
12.1 大數(shù)據(jù)的概念與特征 341
12.1.1 大數(shù)據(jù)的概念 341
12.1.2 大數(shù)據(jù)的特征 342
12.2 數(shù)據(jù)采集、管理、分析和可視化技術(shù) 344
12.2.1 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理 344
12.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理 346
12.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析 348
12.2.4 數(shù)據(jù)可視化 349
12.3 大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 350
12.3.1 NoSQL數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 350
12.3.2 Ne