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第一部分 计算机和数据1

第1章 绪论1

1.1 计算机作为黑盒1

1.1.1 数据处理器1

1.1.2 可编程数据处理器1

1.2 冯·诺伊曼模型3

1.2.1 4个子系统3

1.2.2 存储的程序概念3

1.2.3 指令的顺序执行4

1.3 计算机硬件4

1.4 数据4

1.4.1 存储数据4

1.4.2 组织数据4

1.5 计算机软件5

1.5.1 必须存储程序5

1.5.2 指令的序列5

1.5.3 算法5

1.5.4 语言5

1.5.5 软件工程6

1.5.6 操作系统6

1.6 历史6

1.6.1 机械计算机器（1930年以前）6

1.6.2 电子计算机的诞生（1930—1950）7

1.6.3 计算机的诞生（1950—现在）7

1.7 关键术语8

1.8 小结8

1.9 练习9

第2章 数据的表示11

2.1 数据的类型11

2.2 计算机内部的数据11

2.2.1 位12

2.2.2 位模式12

2.2.3 字节12

2.3 表示数据12

2.3.1 文本12

2.3.2 数14

2.3.3 图像14

2.3.4 音频16

2.3.5 视频16

2.4 十六进制表示法16

2.5 八进制表示法18

2.6 关键术语19

2.7 小结19

2.8 练习20

第3章 数的表示22

3.1 十进制和二进制22

3.1.1 十进制系统22

3.1.2 二进制系统22

3.2 转换23

3.2.1 二进制数向十进制数转换23

3.2.2 十进制数向二进制数转换23

3.3 整数的表示法24

3.3.1 无符号整数格式25

3.3.2 符号加绝对值格式26

3.3.3 二进制反码格式28

3.3.4 二进制补码格式30

3.3.5 整数表示法小结32

3.4 EXCESS系统32

3.5 浮点表示法33

3.5.1 转换成二进制33

3.5.2 规范化34

3.5.3 符号、幂和尾数34

3.5.4 IEEE标准35

3.6 十六进制表示法36

3.7 关键术语36

3.8 小结37

3.9 练习37

第4章 位运算42

4.1 算术运算42

4.1.1 整数的算术运算42

4.1.2 浮点数的算术运算45

4.2 逻辑运算45

4.2.1 真值表46

4.2.2 一元运算符46

4.2.3 二元运算符47

4.2.4 应用48

4.3 移位运算51

4.4 关键术语52

4.5 小结52

4.6 练习53

第二部分 计算机硬件57

第5章 计算机组成57

5.1 中央处理单元57

5.1.1 算术逻辑单元57

5.1.2 寄存器57

5.1.3 控制单元58

5.2 主存储器58

5.2.1 地址空间58

5.2.2 存储器的种类59

5.2.3 存储器的层次结构60

5.2.4 高速缓冲存储器60

5.3 输入／输出61

5.3.1 非存储设备61

5.3.2 存储设备61

5.4 子系统的内部连接67

5.4.1 CPU和主存的连接67

5.4.2 I/O设备的连接68

5.4.3 输入／输出设备的寻址70

5.5 程序执行71

5.5.1 机器周期71

5.5.2 机器周期的例子71

5.5.3 输入／输出操作73

5.6 两种不同的体系结构74

5.6.1 CISC75

5.6.2 RISC75

5.7 关键术语75

5.8 小结77

5.9 练习77

第6章 计算机网络82

6.1 网络，大和小82

6.2 OSI模型82

6.2.1 7层结构82

6.2.2 层的功能83

6.3 网络分类85

6.3.1 局域网（LAN）85

6.3.2 城域网（MAN）86

6.3.3 广域网（WAN）87

6.4 连接设备87

6.4.1 中继器87

6.4.2 网桥88

6.4.3 路由器89

6.4.4 网关89

6.4.5 OSI模型和连接设备90

6.5 互联网和TCP/IP90

6.5.1 物理层和数据链路层90

6.5.2 网络层91

6.5.3 传输层91

6.5.4 应用层91

6.6 关键术语95

6.7 小结96

6.8 练习97

第三部分 计算机软件101

第7章 操作系统101

7.1 定义101

7.2 演化101

7.2.1 批处理系统101

7.2.2 分时系统102

7.2.3 个人系统102

7.2.4 并行系统102

7.2.5 分布式系统102

7.3 组成部分102

7.3.1 内存管理器103

7.3.2 进程管理器105

7.3.3 设备管理器110

7.3.4 文件管理器110

7.3.5 用户界面111

7.4 主流操作系统111

7.4.1 Windows 2000111

7.4.2 UNIX111

7.4.3 Linux111

7.5 关键术语112

7.6 小结112

7.7 练习113

第8章 算法117

8.1 概念117

8.1.1 非正式定义117

8.1.2 示例117

8.1.3 定义动作118

8.1.4 精化118

8.1.5 泛化120

8.2 三种结构120

8.2.1 顺序121

8.2.2 判断121

8.2.3 循环121

8.3 算法的表示121

8.3.1 流程图121

8.3.2 伪代码121

8.4 更正式的定义124

8.4.1 有序集合124

8.4.2 明确步骤124

8.4.3 产生结果124

8.4.4 在有限的时间内终止125

8.5 子算法125

8.6 基本算法126

8.6.1 求和126

8.6.2 乘积126

8.6.3 最大和最小127

8.6.4 排序127

8.6.5 查找130

8.7 递归132

8.7.1 迭代的定义132

8.7.2 递归的定义132

8.8 关键术语134

8.9 小结134

8.10 练习135

第9章 程序设计语言138

9.1 演化138

9.1.1 机器语言138

9.1.2 符号语言139

9.1.3 高级语言139

9.1.4 自然语言140

9.2 构建程序140

9.2.1 编写和编辑程序140

9.2.2 编译程序141

9.2.3 链接程序141

9.3 程序的执行141

9.4 语言的分类142

9.4.1 过程化（强制性）语言142

9.4.2 面向对象的语言143

9.4.3 函数型语言145

9.4.4 说明性（逻辑）语言146

9.4.5 专用语言147

9.5 过程化语言：C148

9.5.1 标识符148

9.5.2 数据类型149

9.5.3 变量149

9.5.4 常量150

9.5.5 输入和输出151

9.5.6 表达式151

9.5.7 语句152

9.5.8 函数153

9.5.9 选择155

9.5.10 循环155

9.5.11 派生数据类型157

9.5.12 递归157

9.6 关键术语157

9.7 小结158

9.8 练习159

第10章 软件工程163

10.1 软件生命周期163

10.1.1 分析阶段163

10.1.2 设计阶段164

10.1.3 实现阶段164

10.1.4 测试阶段165

10.2 开发过程模型165

10.2.1 瀑布模型165

10.2.2 增量模型166

10.3 模块化166

10.3.1 工具166

10.3.2 耦合167

10.3.3 内聚168

10.4 质量169

10.4.1 质量定义169

10.4.2 质量因素169

10.4.3 质量周期171

10.5 文档172

10.5.1 用户文档172

10.5.2 系统文档172

10.5.3 进行过程中的文档化173

10.6 关键术语173

10.7 小结174

10.8 练习174

第四部分 数据组织177

第11章 数据结构177

11.1 数组177

11.1.1 数组的应用179

11.1.2 二维数组180

11.2 记录181

11.3 链表182

11.3.1 节点182

11.3.2 链表的指针182

11.3.3 链表的操作183

11.4 关键术语184

11.5 小结184

11.6 练习185

第12章 抽象数据类型188

12.1 背景188

12.1.1 定义188

12.1.2 抽象数据类型模型189

12.1.3 抽象数据类型的操作189

12.2 线性列表189

12.2.1 线性列表的操作190

12.2.2 广义线性列表的实现192

12.2.3 线性列表的应用192

12.3 栈192

12.3.1 栈的操作192

12.3.2 栈的实现193

12.3.3 栈的应用194

12.4 队列194

12.4.1 队列的操作195

12.4.2 队列的实现195

12.4.3 队列的应用195

12.5 树196

12.5.1 树的基本概念196

12.5.2 树的操作197

12.6 二叉树198

12.6.1 二叉树的操作199

12.6.2 二叉树的实现200

12.6.3 二叉树的应用201

12.7 图201

12.7.1 术语201

12.7.2 图的操作202

12.7.3 图的实现204

12.7.4 图的应用204

12.8 关键术语205

12.9 小结206

12.10 练习208

第13章 文件结构213

13.1 存取方法213

13.1.1 顺序存取213

13.1.2 随机存取213

13.2 顺序文件214

13.3 索引文件216

13.4 哈希文件217

13.4.1 哈希方法217

13.4.2 冲突218

13.5 文本与二进制220

13.5.1 文本文件220

13.5.2 二进制文件220

13.6 关键术语220

13.7 小结221

13.8 练习221

第14章 数据库225

14.1 数据库管理系统225

14.2 体系结构226

14.2.1 内层226

14.2.2 概念层226

14.2.3 外层226

14.3 数据库模型226

14.3.1 层次模型226

14.3.2 网络模型227

14.3.3 关系模型227

14.4 关系模型227

14.5 关系的操作228

14.5.1 插入228

14.5.2 删除229

14.5.3 更新229

14.5.4 选择229

14.5.5 投影230

14.5.6 连接230

14.5.7 并231

14.5.8 交231

14.5.9 差231

14.6 结构化查询语言232

14.7 其他数据库模型234

14.7.1 分布式数据库235

14.7.2 面向对象数据库235

14.8 关键术语235

14.9 小结236

14.10 练习236

第五部分 高级主题241

第15章 数据压缩241

15.1 无损压缩241

15.1.1 游程长度编码241

15.1.2 霍夫曼编码242

15.1.3 Lempel Ziv编码244

15.2 有损压缩方法247

15.2.1 图像压缩：JPEG247

15.2.2 视频压缩：MPEG250

15.3 关键术语251

15.4 小结251

15.5 练习252

第16章 安全254

16.1 保密254

16.1.1 加密／解密254

16.1.2 使用组合的保密257

16.2 数字签名258

16.2.1 签署整个文档258

16.2.2 签署摘要258

16.3 关键术语260

16.4 小结260

16.5 练习260

第17章 计算理论263

17.1 简单语言263

17.1.1 递增语句263

17.1.2 递减语句263

17.1.3 循环语句263

17.1.4 简单语言的威力264

17.1.5 结论266

17.2 图灵机266

17.2.1 图灵机组成部件266

17.2.2 对简单语言的模拟268

17.2.3 结论270

17.3 歌德尔数270

17.3.1 描述程序271

17.3.2 翻译数271

17.4 停机问题272

17.5 可解的和不可解的问题273

17.5.1 不可解问题273

17.5.2 可解问题274

17.6 关键术语275

17.7 小结275

17.8 练习275

附录279

附录A ASCII码279

附录B Unicode283

附录C 流程图286

附录D 伪代码290

附录E 结构图293

附录F 离散余弦变换297

附录G 缩略语和术语表298

索引323