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绪论1

0.1 计算机的产生1

0.1.1 算法1

0.1.2 计算机的产生2

0.2 计算机的发展6

0.3 计算机学科的构成10

0.3.1 应用层10

0.3.2 专业基础层10

0.3.3 专业基础的理论基础层11

第1章 图灵机模型12

1.1 图灵机概述12

1.1.1 图灵机的直观描述13

1.1.2 图灵机的形式化描述13

1.2 计算“x+1”的图灵机13

1.3 通用图灵机15

1.4 图灵机模型的启示17

关键术语19

思考与练习19

第2章 数据编码与存储20

2.1 二进制20

2.1.1 数制20

2.1.2 八进制和十六进制21

2.1.3 二进制与其他数制的转换21

2.2 二进制位的存储23

2.2.1 逻辑运算和门23

2.2.2 触发器24

2.2.3 其他存储技术25

2.3 存储器26

2.3.1 主存储器26

2.3.2 辅助存储器26

2.4 数值数据编码27

2.4.1 机器数27

2.4.2 整数和实数27

2.4.3 带符号数的表示29

2.5 字符数据编码30

2.5.1 西文字符30

2.5.2 汉字编码31

2.6 图形和图像数据编码33

2.6.1 基本概念33

2.6.2 图形与图像的数字化34

2.7 音频数据的表示34

2.8 数据压缩36

2.8.1 无损压缩36

2.8.2 有损压缩39

2.9 误码及对策40

2.9.1 奇偶校验40

2.9.2 纠错码40

关键术语42

思考与练习43

第3章 计算机结构44

3.1 系统结构45

3.1.1 运算器46

3.1.2 控制器47

3.1.3 多核处理器47

3.1.4 计算机的引导过程47

3.2 指令系统48

3.2.1 指令系统的概念48

3.2.2 RISC和CISC48

3.2.3 指令系统的设计要求49

3.2.4 指令格式49

3.3 寻址方式51

3.3.1 指令的寻址方式51

3.3.2 操作数寻址方式52

3.4 指令执行52

3.5 流水线技术54

3.5.1 什么是流水线54

3.5.2 理想流水线性能分析55

3.5.3 流水操作中的主要障碍55

3.6 存储系统56

3.6.1 存储器的层次结构56

3.6.2 存储体系涉及的问题57

3.6.3 高速缓冲存储器58

3.6.4 内存58

3.6.5 Flash存储器59

3.6.6 虚拟存储器60

3.6.7 外部存储设备62

3.7 外围设备65

3.8 输入输出方式65

3.8.1 程序查询方式66

3.8.2 中断方式66

3.8.3 直接内存访问方式67

关键术语68

思考与练习68

第4章 操作系统69

4.1 操作系统的发展69

4.1.1 串行处理69

4.1.2 简单批处理70

4.1.3 多道批处理71

4.1.4 分时系统73

4.1.5 实时系统73

4.1.6 嵌入式操作系统74

4.1.7 网络操作系统74

4.1.8 分布式操作系统75

4.2 操作系统的结构75

4.2.1 操作系统的功能75

4.2.2 操作系统的组成76

4.2.3 系统的引导78

4.3 现代操作系统处理的难题79

4.3.1 进程79

4.3.2 并发控制的难题81

4.3.3 有效地分配处理器82

4.3.4 提供充足和高效的存储器84

4.4 常见的操作系统88

4.4.1 DOS操作系统88

4.4.2 Windows操作系统88

4.4.3 UNIX操作系统90

4.4.4 Linux操作系统90

4.4.5 苹果iOS移动操作系统91

4.4.6 谷歌（Google）的Android移动操作系统92

关键术语92

思考与练习93

第5章 程序设计基础94

5.1 计算机程序设计语言94

5.1.1 通用程序设计语言95

5.1.2 专用程序设计语言98

5.2 编译系统102

5.3 结构化程序设计104

5.3.1 结构化程序设计的概念104

5.3.2 过程和函数105

5.3.3 顺序结构106

5.3.4 分支结构106

5.3.5 循环结构107

5.4 面向对象程序设计109

5.4.1 面向对象概述109

5.4.2 面向对象与面向过程的区别109

5.4.3 对象和类110

5.4.4 面向对象技术的基本特征111

5.4.5 面向对象程序设计语言113

关键术语116

思考与练习116

第6章 算法与数据结构117

6.1 算法概述117

6.2 算法的时空效率119

6.3 经典排序算法121

6.3.1 冒泡排序121

6.3.2 插入排序123

6.3.3 快速排序124

6.4 算法策略125

6.4.1 递归和分治125

6.4.2 枚举和动态规划126

6.4.3 贪心算法128

6.4.4 回溯法129

6.5 数据结构概述129

6.6 线性表133

6.6.1 数组134

6.6.2 栈135

6.6.3 队列135

6.7 树和图136

6.7.1 树136

6.7.2 图137

关键术语138

思考与练习138

第7章 软件工程140

7.1 软件危机141

7.2 软件工程142

7.2.1 软件工程框架模型143

7.2.2 软件工程本质特征145

7.2.3 软件工程基本原理145

7.2.4 软件过程145

7.2.5 软件过程模型146

7.3 软件工程方法学147

7.3.1 结构化方法学147

7.3.2 面向对象方法学150

7.4 标准建模语言153

7.4.1 标准建模语言UML的出现153

7.4.2 UML的内容154

7.4.3 UML的主要特点157

7.4.4 UML的应用领域158

7.5 统一开发过程158

7.6 能力成熟度模型161

7.7 软件项目管理163

7.7.1 计划163

7.7.2 组织164

7.7.3 控制164

7.7.4 国际标准165

关键术语166

思考与练习166

第8章 信息系统167

8.1 信息与信息系统167

8.1.1 信息与数据167

8.1.2 信息系统及其需求168

8.2 信息管理技术的发展169

8.2.1 人工管理阶段：20世纪50年代以前170

8.2.2 文件系统阶段：20世纪50年代后期～60年代中期170

8.2.3 数据库系统阶段172

8.2.4 大数据阶段173

8.3 数据库与数据库系统174

8.3.1 数据模型与数据库175

8.3.2 关系数据库语言179

8.3.3 数据库系统的构成180

8.4 基于数据库的应用系统182

8.4.1 数据库应用系统分类182

8.4.2 数据库应用系统结构183

8.4.3 数据库应用系统设计185

8.5 数据仓库与数据挖掘技术187

8.5.1 数据仓库187

8.5.2 数据挖掘技术189

8.6 信息系统的展望193

关键术语194

思考与练习195

第9章 人工智能196

9.1 人工智能概述196

9.1.1 人工智能定义197

9.1.2 人工智能的研究方法198

9.1.3 人工智能的研究目标199

9.1.4 人工智能发展简史200

9.2 基于符号推理的传统人工智能206

9.2.1 知识表示206

9.2.2 推理方法208

9.2.3 匹配方法210

9.2.4 冲突消解策略210

9.2.5 搜索策略211

9.3 基于连接机制的计算智能212

9.3.1 计算智能基本概念212

9.3.2 模糊计算212

9.3.3 神经计算214

9.3.4 进化计算215

9.4 人工智能主要应用与研究领域216

9.4.1 专家系统216

9.4.2 机器学习217

9.4.3 机器人218

9.4.4 模式识别219

9.4.5 计算机视觉220

9.4.6 自然语言理解221

9.4.7 自动定理证明222

9.4.8 自动程序设计223

9.4.9 博弈223

9.4.10 智能决策支持系统224

9.4.11 智能搜索224

9.4.12 数据挖掘与知识发现225

关键术语225

思考与练习226

第10章 图形图像和多媒体227

10.1 计算机图形学227

10.1.1 计算机图形学的发展227

10.1.2 计算机图形系统的组成和功能229

10.1.3 图形显示系统230

10.1.4 常用的图形输入/输出设备232

10.1.5 计算机图形学研究的内容234

10.1.6 计算机图形学的应用236

10.1.7 计算机图形学的进展与展望239

10.2 计算机图像处理241

10.2.1 图像处理概述241

10.2.2 数字图像243

10.2.3 图像处理系统的硬件设备246

10.2.4 数字图像识别技术248

10.2.5 数字水印技术250

10.3 多媒体技术及其应用252

10.3.1 多媒体技术的定义252

10.3.2 多媒体的关键技术253

10.3.3 多媒体系统255

10.3.4 音频处理技术256

10.3.5 多媒体技术的应用257

10.3.6 多媒体技术的发展方向258

关键术语259

思考与练习259

第11章 计算机网络260

11.1 计算机网络概述260

11.2 计算机网络的体系结构262

11.3 计算机网络硬件264

11.4 集群、网格与云266

11.4.1 集群266

11.4.2 网格266

11.4.3 云267

11.5 网络操作系统267

11.5.1 网络操作系统的分类268

11.5.2 网络操作系统的功能268

11.5.3 Windows269

11.5.4 UNIX270

11.5.5 Linux270

11.6 计算机网络应用271

11.6.1 万维网271

11.6.2 电子邮件271

11.6.3 FTP272

11.6.4 即时通信272

11.6.5 博客272

11.6.6 微博273

11.6.7 微信273

关键术语273

思考与练习274

第12章 计算机安全275

12.1 计算机安全概述275

12.1.1 研究内容275

12.1.2 发展历程276

12.2 计算机密码学277

12.2.1 基本概念278

12.2.2 密码编码学279

12.2.3 密码分析学285

12.3 计算机病毒286

12.3.1 计算机病毒概述286

12.3.2 病毒分类287

12.3.3 最新常见病毒介绍289

12.3.4 病毒的检测290

12.3.5 病毒的防护292

12.4 计算机网络安全292

12.4.1 网络的特点及安全问题293

12.4.2 网络的数据加密295

12.4.3 防火墙技术297

12.4.4 虚拟专网技术298

12.4.5 入侵检测300

12.4.6 了解黑客303

关键术语304

思考与练习305

附录 计算机发展大事记307

主要参考文献318