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第1章 绪论1

1.1 图灵模型1

1.1.1 数据处理器1

1.1.2 可编程数据处理器2

1.1.3 通用图灵机2

1.2 冯·诺依曼模型3

1.2.1 4个子系统3

1.2.2 存储程序概念3

1.2.3 指令的顺序执行4

1.3 计算机组成部分4

1.3.1 计算机硬件4

1.3.2 数据4

1.3.3 计算机软件5

1.4 历史6

1.4.1 机械计算机器（1930年以前）6

1.4.2 电子计算机的诞生（1930～1950年）6

1.4.3 计算机的诞生（1950年至今）7

1.5 社会问题和道德问题8

1.5.1 社会问题8

1.5.2 道德问题8

1.6 计算机科学作为一门学科9

1.7 课程纲要9

1.7.1 第一部分：数据的表示与运算9

1.7.2 第二部分：计算机硬件9

1.7.3 第三部分：计算机软件9

1.7.4 第四部分：数据组织与抽象9

1.7.5 第五部分：高级话题10

1.8 章末材料10

1.9 练习10

第2章 数字系统12

2.1 引言12

2.2 位置化数字系统12

2.2.1 十进制系统（以10为底）13

2.2.2 二进制系统（以2为底）14

2.2.3 十六进制系统（以16为底）15

2.2.4 八进制系统（以8为底）16

2.2.5 4种位置化数字系统的小结16

2.2.6 转换17

2.3 非位置化数字系统22

2.4 章末材料23

2.5 练习24

第3章 数据存储27

3.1 数据类型27

3.2 存储数字28

3.2.1 存储整数29

3.2.2 3种系统的比较34

3.2.3 实数35

3.3 存储文本40

3.4 存储音频41

3.4.1 采样41

3.4.2 量化42

3.4.3 编码42

3.4.4 声音编码标准42

3.5 存储图像42

3.5.1 光栅图42

3.5.2 矢量图44

3.6 存储视频44

3.7 章末材料44

3.8 练习45

第4章 数据运算49

4.1 逻辑运算49

4.1.1 位层次上的逻辑运算49

4.1.2 模式层次上的逻辑运算51

4.2 移位运算53

4.3 算术运算54

4.3.1 整数的算术运算55

4.3.2 实数的算术运算58

4.4 章末材料61

4.5 练习62

第5章 计算机组成64

5.1 引言64

5.2 中央处理单元64

5.2.1 算术逻辑单元64

5.2.2 寄存器65

5.2.3 控制单元65

5.3 主存储器65

5.3.1 地址空间66

5.3.2 存储器的类型66

5.3.3 存储器的层次结构67

5.3.4 高速缓冲存储器67

5.4 输入／输出子系统68

5.4.1 非存储设备68

5.4.2 存储设备68

5.5 子系统的互连73

5.5.1 CPU和存储器的连接73

5.5.2 I/O设备的连接73

5.5.3 输入／输出设备的寻址76

5.6 程序执行77

5.6.1 机器周期77

5.6.2 输入／输出操作78

5.7 不同的体系结构79

5.7.1 CISC79

5.7.2 RISC80

5.7.3 流水线80

5.7.4 并行处理80

5.8 简单计算机82

5.8.1 CPU82

5.8.2 主存83

5.8.3 输入／输出子系统83

5.8.4 指令集83

5.8.5 处理指令84

5.8.6 存储程序和数据85

5.8.7 指令周期85

5.8.8 另一个例子88

5.8.9 可重用性89

5.9 章末材料89

5.10 练习90

第6章 计算机网络和因特网93

6.1 引言93

6.1.1 网络93

6.1.2 因特网94

6.1.3 硬件和软件96

6.1.4 协议分层96

6.1.5 TCP/IP协议族98

6.2 应用层100

6.2.1 提供服务101

6.2.2 应用层模式101

6.2.3 标准化客户机-服务器应用102

6.2.4 文件传输协议105

6.2.5 电子邮件105

6.2.6 TELNET106

6.2.7 安全外壳107

6.2.8 域名系统107

6.2.9 端到端模式109

6.3 传输层110

6.3.1 传输层服务110

6.3.2 传输层协议112

6.4 网络层113

6.4.1 网络层提供的服务113

6.4.2 网络层协议115

6.5 数据链路层117

6.5.1 节点和链接117

6.5.2 局域网118

6.5.3 广域网120

6.6 物理层123

6.6.1 数据和信号123

6.6.2 数字化传输124

6.6.3 模拟传输125

6.7 传输介质126

6.7.1 导向介质126

6.7.2 非导向介质：无线127

6.8 章末材料128

6.9 练习129

第7章 操作系统131

7.1 引言131

7.1.1 操作系统131

7.1.2 自举过程132

7.2 演化132

7.2.1 批处理系统132

7.2.2 分时系统132

7.2.3 个人系统133

7.2.4 并行系统133

7.2.5 分布式系统133

7.2.6 实时系统133

7.3 组成部分133

7.3.1 用户界面134

7.3.2 内存管理器134

7.3.3 进程管理器136

7.3.4 文件管理器141

7.4 主流操作系统141

7.4.1 UNIX141

7.4.2 Linux142

7.4.3 Windows143

7.5 章末材料144

7.6 练习145

第8章 算法147

8.1 概念147

8.1.1 非正式定义147

8.1.2 定义动作148

8.1.3 细化148

8.1.4 泛化149

8.2 三种结构150

8.2.1 顺序150

8.2.2 判断150

8.2.3 循环150

8.3 算法的表示150

8.3.1 UML150

8.3.2 伪代码150

8.4 更正式的定义153

8.4.1 定义良好153

8.4.2 明确步骤153

8.4.3 产生结果153

8.4.4 在有限的时间内终止153

8.5 基本算法153

8.5.1 求和153

8.5.2 乘积154

8.5.3 最大和最小154

8.5.4 排序154

8.5.5 查找158

8.6 子算法159

8.7 递归160

8.7.1 迭代的定义160

8.7.2 递归的定义160

8.8 章末材料162

8.9 练习163

第9章 程序设计语言166

9.1 演化166

9.1.1 机器语言166

9.1.2 汇编语言167

9.1.3 高级语言167

9.2 翻译168

9.2.1 编译168

9.2.2 解释168

9.2.3 翻译过程169

9.3 编程模式169

9.3.1 过程式模式170

9.3.2 面向对象模式172

9.3.3 函数式模式173

9.3.4 说明式模式175

9.4 共同概念175

9.4.1 标识符175

9.4.2 数据类型175

9.4.3 语句178

9.5 章末材料183

9.6 练习183

第10章 软件工程186

10.1 软件生命周期186

10.2 分析阶段187

10.2.1 面向过程分析187

10.2.2 面向对象分析189

10.3 设计阶段189

10.3.1 面向过程设计189

10.3.2 面向对象设计190

10.4 实现阶段190

10.4.1 语言的选择190

10.4.2 软件质量191

10.5 测试阶段192

10.5.1 白盒测试192

10.5.2 黑盒测试193

10.6 文档194

10.6.1 用户文档194

10.6.2 系统文档194

10.6.3 技术文档194

10.7 章末材料194

10.8 练习195

第11章 数据结构197

11.1 数组197

11.1.1 数组名与元素名198

11.1.2 多维数组199

11.1.3 存储配置199

11.1.4 数组操作200

11.1.5 数组的应用201

11.2 记录201

11.2.1 记录名与域名202

11.2.2 记录与数组的比较202

11.2.3 记录数组202

11.2.4 数组与记录数组203

11.3 链表203

11.3.1 数组与链表203

11.3.2 链表名与节点名204

11.3.3 链表操作205

11.3.4 链表的应用211

11.4 章末材料212

11.5 练习212

第12章 抽象数据类型214

12.1 背景214

12.1.1 简单抽象数据类型214

12.1.2 复杂抽象数据类型215

12.1.3 定义215

12.1.4 抽象数据类型的模型215

12.1.5 实现215

12.2 栈216

12.2.1 栈的操作216

12.2.2 栈的抽象数据类型217

12.2.3 栈的应用217

12.2.4 栈的实现219

12.3 队列220

12.3.1 队列的操作220

12.3.2 队列抽象数据类型221

12.3.3 队列的应用221

12.3.4 队列的实现222

12.4 广义线性表223

12.4.1 广义线性表的操作223

12.4.2 广义线性表的抽象数据类型225

12.4.3 广义线性表的应用226

12.4.4 广义线性表的实现226

12.5 树227

12.5.1 二叉树228

12.5.2 二叉树的操作228

12.5.3 二叉树的应用230

12.5.4 二叉树的实现230

12.5.5 二叉搜索树230

12.5.6 二叉搜索树的抽象数据类型231

12.5.7 二叉搜索树的实现231

12.6 图232

12.7 章末材料232

12.8 练习233

第13章 文件结构235

13.1 引言235

13.1.1 顺序存取235

13.1.2 随机存取235

13.2 顺序文件236

13.3 索引文件237

13.4 散列文件238

13.4.1 散列方法239

13.4.2 冲突240

13.5 目录242

13.6 文本文件与二进制文件243

13.6.1 文本文件243

13.6.2 二进制文件244

13.7 章末材料244

13.8 练习245

第14章 数据库247

14.1 引言247

14.1.1 定义247

14.1.2 数据库的优点247

14.1.3 数据库管理系统248

14.2 数据库体系结构249

14.2.1 内层249

14.2.2 概念层249

14.2.3 外层249

14.3 数据库模型249

14.3.1 层次模型249

14.3.2 网状模型249

14.3.3 关系模型250

14.4 关系数据库模型250

14.5 关系的操作251

14.5.1 结构化查询语言251

14.5.2 插入251

14.5.3 删除251

14.5.4 更新252

14.5.5 选择252

14.5.6 投影253

14.5.7 连接253

14.5.8 并254

14.5.9 交254

14.5.10 差254

14.6 数据库设计255

14.6.1 实体关系模型256

14.6.2 从E-R图到关系256

14.6.3 规范化257

14.7 其他数据库模型258

14.8 章末材料259

14.9 练习260

第15章 数据压缩263

15.1 引言263

15.2 无损压缩263

15.2.1 游程长度编码264

15.2.2 赫夫曼编码265

15.2.3 Lempel Ziv编码266

15.3 有损压缩方法270

15.3.1 图像压缩：JPEG270

15.3.2 视频压缩：MPEG272

15.3.3 音频压缩273

15.4 章末材料274

15.5 练习274

第16章 安全277

16.1 引言277

16.1.1 安全目标277

16.1.2 攻击278

16.1.3 服务和技术279

16.2 机密性280

16.2.1 对称密钥密码术280

16.2.2 非对称密钥密码术285

16.3 其他安全服务289

16.3.1 消息完整性289

16.3.2 消息验证290

16.3.3 数字签名291

16.3.4 实体验证294

16.3.5 密钥管理296

16.4 防火墙299

16.4.1 包过滤防火墙299

16.4.2 代理防火墙300

16.5 章末材料301

16.6 练习301

第17章 计算理论304

17.1 引言304

17.2 简单语言304

17.2.1 递增语句304

17.2.2 递减语句305

17.2.3 循环语句305

17.2.4 简单语言的威力305

17.3 图灵机307

17.3.1 图灵机组成部件307

17.3.2 对简单语言的模拟309

17.3.3 邱奇-图灵论题311

17.4 歌德尔数312

17.4.1 表示一个程序312

17.4.2 翻译一个数字313

17.5 停机问题313

17.6 问题的复杂度314

17.6.1 不可解问题315

17.6.2 可解问题315

17.7 章末材料316

17.8 练习316

第18章 人工智能319

18.1 引言319

18.1.1 什么是人工智能319

18.1.2 人工智能简史319

18.1.3 图灵测试319

18.1.4 智能体320

18.1.5 编程语言320

18.2 知识表示320

18.2.1 语义网321

18.2.2 框架321

18.2.3 谓词逻辑322

18.2.4 基于规则的系统326

18.3 专家系统327

18.3.1 抽取知识327

18.3.2 抽取事实327

18.3.3 体系结构327

18.4 感知328

18.4.1 图像处理329

18.4.2 语言理解331

18.5 搜索332

18.6 神经网络335

18.6.1 生物神经元335

18.6.2 感知器336

18.6.3 多层网络337

18.6.4 应用337

18.7 章末材料337

18.8 练习338

附录A Unicode341

附录B UML345

附录C伪代码353

附录D结构图356

附录E布尔代数和逻辑电路359

附录FC、 C＋＋和Java程序示例372

附录G数学知识379

附录H误差检测和校正386

缩略语397

术语表400