計算機學科概論（第3版）

第一部分認識篇
第1章認識計算機3
【情景問題】無處不在的計算機3
1.1計算機的史前史——計算工具的發(fā)展簡史3
1.1.1手動式計算工具4
1.1.2機械式計算工具5
1.1.3機電式計算機7
1.1.4電子計算機8
1.2計算機的歷史和未來9
1.2.1計算機的發(fā)展簡史9
1.2.2計算機的發(fā)展趨勢12
1.3什么是計算機14
1.3.1馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)14
1.3.2計算機的工作原理15
1.3.3計算機的分類和特點16
1.4什么是計算機系統(tǒng)19
1.4.1系統(tǒng)科學與分層方法19
1.4.2計算機系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)20
閱讀材料——中國計算機發(fā)展簡史22
習題122

第2章認識計算機學科25
【情景問題】“計算作為一門學科”的存在性證明25
2.1什么是計算機學科26
2.1.1計算機學科的定義26
2.1.2計算機學科的知識體系26
2.1.3計算機學科的基本能力28
2.1.4計算機學科的勝任力30
2.2計算機學科的根本問題31
2.2.1圖靈對計算本質(zhì)的揭示31
2.2.2可計算問題與不可計算問題33
2.2.3易解問題與難解問題34
2.2.4NP問題與NP完全問題35
2.3計算機學科的科學問題36
2.3.1計算的平臺與環(huán)境問題36
2.3.2計算過程的能行操作與效率問題38
2.3.3計算的正確性問題40
閱讀材料——計算機學科的核心概念41
習題243

計算機學科概論（第3版）
目錄

第二部分系統(tǒng)篇
第3章計算機的運算基礎47
【情景問題】模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)47
3.1數(shù)理邏輯基礎47
3.1.1數(shù)理邏輯的起源和發(fā)展47
3.1.2命題代數(shù)與邏輯代數(shù)48
3.2二進制50
3.2.1進位計數(shù)制50
3.2.2二進制數(shù)和十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換51
3.3數(shù)字化原理——信息的編碼53
3.3.1整數(shù)的編碼53
3.3.2浮點數(shù)的編碼54
3.3.3字符的編碼55
3.3.4漢字的編碼57
3.3.5聲音的編碼57
3.3.6圖形和圖像的編碼58
3.3.7指令的編碼59
3.4邏輯電路60
3.4.1門60
3.4.2組合電路61
3.4.3時序電路63
3.4.4集成電路63
3.5計算機部件64
3.5.1存儲器64
3.5.2中央處理器CPU67
3.5.3輸入/輸出設備70
閱讀材料——著名計算機獎項72
習題373

第4章程序設計基礎77
【情景問題】七橋問題77
4.1問題求解與程序設計78
4.1.1程序設計的一般過程78
4.1.2程序設計的關鍵78
4.2數(shù)據(jù)表示——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)79
4.2.1基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)79
4.2.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲表示81
4.3程序的靈魂——算法82
4.3.1算法的重要性82
4.3.2算法的描述方法83
4.3.3算法分析84
4.4程序設計語言85
4.4.1程序設計語言的發(fā)展85
4.4.2程序設計語言的基本要素87
4.4.3程序設計的環(huán)境88
4.5翻譯程序89
4.5.1翻譯程序的工作方式89
4.5.2編譯程序的基本過程90
閱讀材料——幾種經(jīng)典的高級語言91
習題492

第5章操作系統(tǒng)94
【情景問題】操作系統(tǒng)為我們做了什么94
5.1什么是操作系統(tǒng)95
5.1.1操作系統(tǒng)的定義95
5.1.2操作系統(tǒng)的用戶界面96
5.1.3操作系統(tǒng)的分類97
5.2操作系統(tǒng)的工作方式98
5.2.1操作系統(tǒng)的啟動98
5.2.2操作系統(tǒng)的中斷類型99
5.3操作系統(tǒng)的基本功能100
5.3.1處理器管理100
5.3.2存儲管理102
5.3.3設備管理103
5.3.4文件管理104
閱讀材料——幾種常用的操作系統(tǒng)105
習題5106

第6章應用軟件108
【情景問題】“著名”軟件錯誤108
6.1人機交互109
6.1.1人機交互的定義109
6.1.2人機交互界面110
6.1.3人機交互的發(fā)展趨勢112
6.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)113
6.2.1數(shù)據(jù)庫113
6.2.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)114
6.2.3結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL115
6.2.4建立數(shù)據(jù)庫115
6.2.5操作數(shù)據(jù)庫118
6.2.6數(shù)據(jù)保護機制119
6.3軟件工程120
6.3.1軟件危機120
6.3.2軟件工程的定義121
6.3.3軟件工程的基本原理122
6.3.4軟件過程123
6.3.5軟件質(zhì)量125
6.3.6軟件測試126
閱讀材料——軟件、硬件和人件127
習題6127

第7章計算機網(wǎng)絡與信息安全130
【情景問題】網(wǎng)絡帶來的變化130
7.1計算機通信130
7.1.1計算機通信系統(tǒng)模型131
7.1.2信息的編碼132
7.1.3數(shù)據(jù)交換134
7.1.4尋址135
7.2計算機網(wǎng)絡137
7.2.1計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)137
7.2.2計算機網(wǎng)絡的基本組成138
7.2.3網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)140
7.2.4TCP/IP協(xié)議141
7.3信息安全142
7.3.1常見的信息安全問題142
7.3.2信息加密144
7.3.3數(shù)字認證145
7.3.4網(wǎng)絡檢測與防范146
閱讀材料——我國因特網(wǎng)的起源和發(fā)展148
習題7149

第8章新技術專題151
【情景問題】人與計算機的能力對比151
8.1人工智能151
8.1.1什么是人工智能152
8.1.2人工智能的研究領域153
8.1.3機器學習156
8.1.4深度學習158
8.2大數(shù)據(jù)159
8.2.1什么是大數(shù)據(jù)159
8.2.2大數(shù)據(jù)的處理流程160
8.2.3大數(shù)據(jù)的關鍵技術161
8.3云計算162
8.3.1什么是云計算162
8.3.2云計算的服務類型163
8.3.3云計算的關鍵技術164
8.4物聯(lián)網(wǎng)165
8.4.1什么是物聯(lián)網(wǎng)165
8.4.2物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)166
8.4.3物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術167
閱讀材料——人機共生167
習題8168
第三部分工程篇
第9章工程思維173
【情景問題】聞名世界的港珠澳大橋173
9.1什么是工程174
9.1.1工程的概念174
9.1.2科學、技術與工程175
9.1.3信息化工程176
9.2工程與社會177
9.2.1工程文化與人文價值178
9.2.2工程產(chǎn)品與公眾認知179
9.2.3環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展179
9.3工程管理181
9.3.1工程理念181
9.3.2工程設計182
9.3.3工程進度183
9.3.4工程成本184
9.4工程素養(yǎng)185
9.4.1個人與團隊186
9.4.2溝通與表達187
9.4.3工程創(chuàng)新188
9.4.4終身學習189
閱讀材料——我國高等工程教育的發(fā)展歷程190
習題9192

第10章工程倫理與職業(yè)道德194
【情景問題】誰來為軟件錯誤負責194
10.1專業(yè)崗位194
10.1.1信息時代對計算機人才的需求195
10.1.2計算機類專業(yè)的相關職位196
10.2工程倫理197
10.2.1道德、倫理與法律197
10.2.2工程倫理的基本問題198
10.2.3計算機領域的工程倫理199
10.2.4處理工程倫理問題的基本原則199
10.3職業(yè)道德200
10.3.1社會主義職業(yè)道德200
10.3.2軟件工程師的道德規(guī)范201
10.4計算機法律法規(guī)202
10.4.1新的法律問題202
10.4.2軟件知識產(chǎn)權(quán)202
10.4.3與計算機相關的法律法規(guī)204
閱讀材料——被算法支配的世界205
習題10206

參考文獻208