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第1章 计算机的产生与发展1

1.1 计算的起源1

1.1.1 数的概念及记数方式的诞生1

1.1.2 古埃及数学及记数体系2

1.1.3 巴比伦数学及记数体系3

1.1.4 中国古代记数体系及算术3

1.1.5 古印度数学及记数体系6

1.2 早期的计算工具6

1.2.1 世界最早的计算工具——中国算筹6

1.2.2 耐普尔算筹7

1.2.3 计算尺8

1.3 机械计算机的研制9

1.4 电磁计算机11

1.5 电子计算机的发明14

1.6 电子计算机的发展与应用17

1.6.1 电子计算机的发展阶段17

1.6.2 巨型机的研究与发展20

1.6.3 微型计算机的发展23

科学人物25

参考文献28

第2章 计算科学29

2.1 计算理论29

2.1.1 布尔代数29

2.1.2 有穷自动机31

2.1.3 图灵机33

2.2 计算科学概述36

2.2.1 计算科学的基本问题36

2.2.2 计算科学的基本内容37

2.2.3 计算科学与其他相关学科的关系39

2.3 计算科学中的典型问题39

2.3.1 哥尼斯堡七桥问题39

2.3.2 四色问题40

2.3.3 36军官问题41

2.3.4 哈密尔顿回路及旅行推销员问题42

2.3.5 Hanoi塔问题43

2.3.6 生产者-消费者问题与哲学家共餐问题44

2.4 计算机学科的典型方法45

2.4.1 抽象方法46

2.4.2 构造性方法46

2.4.3 公理化方法47

2.4.4 形式化方法48

2.4.5 原型方法与演化方法48

知识链接48

科学人物49

阅读材料52

2.5 人工智能61

2.5.1 人工智能的产生61

2.5.2 人工智能主要研究内容67

2.5.3 人工智能发展与应用展望70

2.6 人工神经网络72

2.6.1 多层感知网络73

2.6.2 竞争型神经网络74

2.6.3 Hopfield神经网络74

科学人物75

参考文献81

第3章 数据表示与数字逻辑82

3.1 数制82

3.1.1 进位计数制82

3.1.2 不同进位制数的转换84

3.2 编码89

3.2.1 BCD码89

3.2.2 文本91

3.2.3 图像95

3.2.4 声音96

3.2.5 可靠性编码96

3.3 二进制逻辑运算101

3.4 二进制算术运算102

3.4.1 原码、反码及补码102

3.4.2 定点数与浮点数105

3.4.3 算术运算107

3.5 逻辑门电路110

3.5.1 晶体管110

3.5.2 非门112

3.5.3 与非门112

3.5.4 或非门112

3.6 组合逻辑电路113

3.6.1 逻辑函数113

3.6.2 译码器114

3.6.3 多路复用器115

3.6.4 加法器115

3.7 时序逻辑电路117

3.7.1 存储单元117

3.7.2 时序逻辑电路的结构120

3.7.3 计数器120

3.7.4 内存122

知识链接123

阅读材料124

参考文献127

第4章 计算机组成与体系结构128

4.1 概述128

4.1.1 冯·诺依曼计算机结构128

4.1.2 计算机组成与体系结构的差别129

4.1.3 计算机的分类130

4.2 中央处理器131

4.2.1 计算机指令131

4.2.2 CPU的功能与组成132

4.2.3 CISC和RISC135

4.2.4 指令流水线136

4.2.5 向量计算机137

4.3 存储器138

4.3.1 存储器概述138

4.3.2 存储器的层次结构139

4.3.3 半导体存储器140

4.3.4 主存储器142

4.3.5 Cache143

4.3.6 磁盘存储器146

4.3.7 光盘存储器148

4.3.8 虚拟存储器149

4.3.9 NAS和SAN153

4.4 总线155

4.4.1 总线的基本概念155

4.4.2 总线的分类156

4.4.3 总线特性及性能指标157

4.4.4 总线标准158

4.5 输入／输出系统162

4.5.1 输入／输出设备162

4.5.2 输入／输出接口163

4.5.3 I/O编址164

4.5.4 I/O控制方式164

4.6 并行计算机167

4.6.1 并行计算机的分类167

4.6.2 片内并行168

4.6.3 单片多处理器169

4.6.4 协处理器170

4.6.5 多处理器170

4.6.6 多计算机171

4.6.7 网格172

知识链接174

阅读材料175

参考文献178

第5章 操作系统180

5.1 操作系统概论180

5.1.1 操作系统的功能180

5.1.2 操作系统的特征181

5.2 操作系统的发展与分类182

5.2.1 手工处理阶段182

5.2.2 批处理系统182

5.2.3 多道程序系统184

5.2.4 分时系统184

5.2.5 实时系统186

5.2.6 微机操作系统187

5.2.7 多处理器系统188

5.2.8 网络操作系统188

5.2.9 分布式操作系统190

5.3 进程管理191

5.3.1 进程的概念191

5.3.2 进程的组成192

5.3.3 进程的创建192

5.3.4 进程的终止193

5.3.5 进程的状态194

5.3.6 处理器调度194

5.3.7 线程197

5.4 进程的并发控制198

5.4.1 进程的互斥198

5.4.2 进程的同步201

5.4.3 信号量与PV操作201

5.4.4 管程202

5.4.5 死锁与饥饿203

5.5 存储管理205

5.5.1 存储管理的功能205

5.5.2 存储管理基本技术206

5.5.3 分页和分段存储管理207

5.5.4 虚拟存储技术207

5.6 文件系统208

5.6.1 文件的概念208

5.6.2 文件的实现211

5.6.3 目录的概念213

5.6.4 目录的实现215

5.6.5 文件的共享和保护216

5.7 设备管理217

5.7.1 设备管理的目标与功能217

5.7.2 设备的分类218

5.7.3 输入／输出控制方式219

5.7.4 缓冲技术220

5.7.5 设备驱动程序220

5.7.6 设备分配220

知识链接222

阅读材料224

参考文献235

第6章 高级程序设计语言237

6.1 程序设计语言的发展237

6.1.1 机器语言237

6.1.2 汇编语言238

6.1.3 高级语言240

6.2 程序设计的一般过程241

6.2.1 分析问题寻求算法241

6.2.2 程序设计242

6.2.3 程序实现242

6.2.4 程序正确性检验242

6.3 程序的基本结构243

6.4 数据类型与运算244

6.4.1 基本字符、标识符和关键字245

6.4.2 类型与数据表示246

6.4.3 运算符、表达式249

6.4.4 计算与类型251

6.5 数组252

6.5.1 数组的概念、定义和使用252

6.5.2 数组实例255

6.6 程序控制结构257

6.6.1 条件语句258

6.6.2 while循环语句260

6.6.3 for循环语句261

6.7 函数263

6.7.1 一个简单的函数调用263

6.7.2 函数定义的形式265

6.7.3 形参与实参266

6.7.4 函数与程序267

6.8 程序设计方法269

6.8.1 结构化程序设计269

6.8.2 面向对象的程序设计270

6.8.3 程序设计方法的发展271

6.9 程序的书写规则272

6.9.1 变量的命名272

6.9.2 语句的层次和对齐272

6.9.3 注释273

知识链接274

阅读材料275

参考文献278

第7章 数据结构与算法279

7.1 概述279

7.1.1 数据结构279

7.1.2 算法280

7.2 线性结构280

7.2.1 数组280

7.2.2 链表282

7.2.3 堆栈285

7.2.4 队列288

7.3 树290

7.3.1 树的实现290

7.3.2 二叉树包292

7.4 图296

7.4.1 图的存储297

7.4.2 图的遍历297

7.4.3 最小生成树298

7.5 排序300

7.5.1 直接插入排序301

7.5.2 冒泡排序302

7.5.3 快速排序303

7.5.4 归并排序304

7.6 递归与分治策略304

7.6.1 递归305

7.6.2 分治策略305

知识链接306

科学人物307

参考文献309

第8章 数据库技术310

8.1 数据管理的发展310

8.2 数据模型与数据库系统313

8.2.1 数据模型及其组成要素313

8.2.2 概念模型314

8.2.3 基于层次模型的数据库系统315

8.2.4 基于网状模型的数据库系统316

8.2.5 基于关系模型的数据库系统317

8.2.6 常用的数据库管理系统319

8.3 SQL语言320

8.3.1 SQL的产生和发展320

8.3.2 SQL的特点321

8.3.3 SQL的功能321

8.4 事务处理技术与并发控制322

8.4.1 事务322

8.4.2 数据库并发控制323

8.5 几种新型的数据库系统324

8.5.1 分布式数据库325

8.5.2 联邦式数据库325

8.5.3 并行数据库326

8.5.4 主动数据库326

8.5.5 知识库326

8.5.6 面向对象数据库327

8.5.7 多媒体数据库328

8.5.8 模糊数据库328

8.5.9 数据仓库328

8.6 数据库系统的应用329

8.6.1 信息与信息系统329

8.6.2 事务处理系统331

8.6.3 管理信息系统331

8.6.4 决策支持系统332

8.6.5 数据挖掘333

知识链接334

科学人物334

参考文献339

第9章 软件工程340

9.1 软件与软件工程340

9.1.1 软件与软件危机340

9.1.2 软件工程简介342

9.2 可行性研究与需求分析344

9.2.1 可行性论证344

9.2.2 需求分析344

9.3 总体设计346

9.3.1 总体设计的任务346

9.3.2 总体设计的过程347

9.4 详细设计与软件编码348

9.4.1 详细设计348

9.4.2 软件编码349

9.5 软件测试350

9.5.1 软件测试的基本概念351

9.5.2 软件测试方法352

9.5.3 软件测试策略353

9.6 软件维护354

9.6.1 软件维护的概念354

9.6.2 软件维护的特点355

9.6.3 软件维护的过程355

9.7 面向对象方法356

9.7.1 面向对象分析356

9.7.2 面向对象设计357

9.7.3 面向对象实现359

9.8 统一建模语言359

9.8.1 UML的组成360

9.8.2 静态建模360

9.8.3 动态建模361

9.8.4 基于UML的统一建模过程362

阅读材料362

参考文献366

第10章 计算机网络368

10.1 计算机网络的产生与发展368

10.2 计算机网络的结构与组成372

10.2.1 计算机网络分类372

10.2.2 计算机网络的拓扑结构373

10.3 计算机网络体系结构375

10.3.1 通信协议375

10.3.2 网络系统的体系结构376

10.3.3 开放系统互连参考模型378

10.3.4 TCP/IP参考模型380

10.3.5 OSI参考模型和TCP/IP参考模型的比较387

10.3.6 5层网络参考模型388

10.4 常用计算机网络设备389

10.5 计算机网络安全395

10.5.1 基本概念395

10.5.2 网络安全攻击396

10.5.3 网络安全策略397

10.5.4 网络安全机制397

10.5.5 防火墙400

10.5.6 入侵检测402

10.6 网络应用中的社会问题405

10.7 计算机网络技术的新发展407

10.7.1 新型网络应用技术407

10.7.2 宽带网络技术410

10.7.3 统一网络技术411

10.7.4 P2P网络研究与发展413

10.7.5 计算机网络技术发展展望418

阅读材料420

参考文献432