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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 计算机组成4

1.3.1 计算机硬件4

1.3.2 数据4

1.3.3 计算机软件4

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7

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8

1.7 课程纲要9

1.8 推荐读物9

1.9 关键术语9

1.10 小结10

1.11 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种位置化系统小结16

2.2.6 转换17

2.3 非位置化数字系统22

2.4 推荐读物23

2.5 关键术语23

2.6 小结24

2.7 练习24

第3章 数据存储28

3.1 数据类型28

3.2 存储数字30

3.2.1 存储整数30

3.2.2 存储实数36

3.3 存储文本41

3.4 存储音频42

3.4.1 采样43

3.4.2 量化43

3.4.3 编码43

3.4.4 声音编码标准43

3.5 存储图像44

3.5.1 光栅图44

3.5.2 矢量图45

3.6 存储视频45

3.7 推荐读物45

3.8 关键术语46

3.9 小结46

3.10 练习47

第4章 数据运算51

4.1 逻辑运算51

4.1.1 位层次上的逻辑运算51

4.1.2 模式层次上的逻辑运算53

4.2 移位运算54

4.2.1 逻辑移位运算55

4.2.2 算术移位运算55

4.3 算术运算56

4.3.1 整数的算术运算56

4.3.2 实数的算术运算60

4.4 推荐读物63

4.5 关键术语63

4.6 小结63

4.7 练习64

第5章 计算机组成67

5.1 中央处理单元67

5.1.1 算术逻辑单元68

5.1.2 寄存器68

5.1.3 控制单元69

5.2 主存储器69

5.2.1 地址空间69

5.2.2 存储器的类型70

5.2.3 存储器的层次结构71

5.2.4 高速缓冲存储器71

5.3 输入／输出子系统72

5.3.1 非存储设备72

5.3.2 存储设备72

5.4 子系统的互连76

5.4.1 CPU和存储器的连接76

5.4.2 I/O设备的连接77

5.4.3 输入／输出设备的寻址79

5.5 程序执行80

5.5.1 机器周期80

5.5.2 输入／输出操作81

5.6 不同的体系结构83

5.6.1 CISC83

5.6.2 RISC83

5.6.3 流水线83

5.6.4 并行处理84

5.7 简单计算机86

5.7.1 指令集87

5.7.2 处理指令88

5.7.3 一个例子88

5.7.4 另一个例子92

5.8 推荐读物93

5.9 关键术语93

5.10 小结94

5.11 练习95

第6章 计算机网络98

6.1 引言98

6.1.1 网络标准98

6.1.2 物理结构98

6.1.3 网络分类100

6.1.4 互联网101

6.1.5 因特网101

6.2 TCP/IP协议族102

6.3 层103

6.3.1 应用层103

6.3.2 传输层104

6.3.3 网络层107

6.3.4 数据链路层109

6.3.5 物理层111

6.3.6 层的总结111

6.4 因特网应用112

6.4.1 电子邮件112

6.4.2 文件传输协议115

6.4.3 远程登录——TELNET115

6.4.4 万维网116

6.4.5 其他因特网应用121

6.5 推荐读物123

6.6 关键术语123

6.7 小结124

6.8 练习125

第7章 操作系统127

7.1 引言127

7.2 演化128

7.2.1 批处理系统128

7.2.2 分时系统128

7.2.3 个人系统129

7.2.4 并行系统129

7.2.5 分布式系统129

7.2.6 实时系统129

7.3 组成部分129

7.3.1 用户界面130

7.3.2 内存管理器130

7.3.3 进程管理器132

7.3.4 设备管理器136

7.3.5 文件管理器137

7.4 主流操作系统137

7.4.1 UNIX137

7.4.2 Linux138

7.4.3 Windows NT/2000/XP139

7.5 推荐读物140

7.6 关键术语140

7.7 小结141

7.8 练习141

第8章 算法144

8.1 概念144

8.1.1 非正式定义144

8.1.2 示例144

8.1.3 定义动作145

8.1.4 细化145

8.1.5 泛化146

8.2 三种结构146

8.2.1 顺序147

8.2.2 判断147

8.2.3 循环147

8.3 算法的表示147

8.3.1 UML147

8.3.2 伪代码148

8.4 更正式的定义150

8.4.1 有序集合150

8.4.2 明确步骤150

8.4.3 产生结果150

8.4.4 在有限的时间内终止150

8.5 基本算法150

8.5.1 求和151

8.5.2 乘积151

8.5.3 最大和最小151

8.5.4 排序151

8.5.5 查找155

8.6 子算法156

8.7 递归157

8.7.1 迭代的定义157

8.7.2 递归的定义157

8.8 推荐读物159

8.9 关键术语159

8.10 小结159

8.11 练习160

第9章 程序设计语言163

9.1 演化163

9.1.1 机器语言163

9.1.2 汇编语言164

9.1.3 高级语言164

9.2 翻译165

9.2.1 编译165

9.2.2 解释165

9.2.3 翻译过程165

9.3 编程模式166

9.3.1 过程式模式166

9.3.2 面向对象模式169

9.3.3 函数式模式170

9.3.4 说明式模式171

9.4 共同概念172

9.4.1 标识符172

9.4.2 数据类型172

9.4.3 变量173

9.4.4 字面值173

9.4.5 常量173

9.4.6 输入和输出174

9.4.7 表达式174

9.4.8 语句175

9.4.9 子程序177

9.5 推荐读物179

9.6 关键术语179

9.7 小结180

9.8 练习181

第10章 软件工程183

10.1 软件生命周期183

10.2 分析阶段184

10.2.1 面向过程分析185

10.2.2 面向对象分析186

10.3 设计阶段187

10.3.1 面向过程设计187

10.3.2 面向对象设计187

10.4 实现阶段188

10.4.1 语言的选择188

10.4.2 软件质量188

10.5 测试阶段189

10.5.1 白盒测试189

10.5.2 黑盒测试191

10.6 文档191

10.6.1 用户文档191

10.6.2 系统文档191

10.6.3 技术文档192

10.7 推荐读物192

10.8 关键术语192

10.9 小结192

10.10 练习193

第11章 数据结构195

11.1 数组195

11.1.1 数组名与元素名197

11.1.2 多维数组197

11.1.3 存储配置197

11.1.4 数组操作198

11.1.5 数组的应用199

11.2 记录199

11.2.1 记录名与域名200

11.2.2 记录与数组的比较200

11.2.3 记录数组200

11.2.4 数组与记录数组201

11.3 链表201

11.3.1 数组与链表202

11.3.2 链表名与节点名202

11.3.3 链表操作203

11.3.4 链表的应用210

11.4 推荐读物210

11.5 关键术语210

11.6 小结210

11.7 练习211

第12章 抽象数据类型213

12.1 背景213

12.1.1 简单抽象数据类型213

12.1.2 复杂抽象数据类型213

12.1.3 定义214

12.1.4 抽象数据类型的模型214

12.1.5 实现214

12.2 栈215

12.2.1 栈的操作215

12.2.2 栈的抽象数据类型216

12.2.3 栈的应用216

12.2.4 栈的实现218

12.3 队列218

12.3.1 队列的操作219

12.3.2 队列的抽象数据类型220

12.3.3 队列的应用220

12.3.4 队列的实现221

12.4 广义线性表222

12.4.1 广义线性表的操作222

12.4.2 广义线性表的抽象数据类型224

12.4.3 广义线性表的应用224

12.4.4 广义线性表的实现225

12.5 树226

12.6 二叉树227

12.6.1 二叉树的递归定义227

12.6.2 二叉树的操作227

12.6.3 二叉树的应用229

12.6.4 二叉树的实现229

12.7 二叉搜索树229

12.7.1 二叉搜索树的抽象数据类型230

12.7.2 二叉搜索树的实现230

12.8 图231

12.9 推荐读物231

12.10 关键术语232

12.11 小结232

12.12 练习233

第13章 文件结构235

13.1 存取方法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244

13.6.2 二进制文件244

13.7 推荐读物244

13.8 关键术语244

13.9 小结245

13.10 练习245

第14章 数据库248

14.1 引言248

14.1.1 定义248

14.1.2 数据库的优点248

14.2 数据库管理系统249

14.3 数据库体系结构250

14.3.1 内层250

14.3.2 概念层250

14.3.3 外层250

14.4 数据库模型250

14.4.1 层次模型250

14.4.2 网状模型251

14.4.3 关系模型251

14.5 关系数据库模型251

14.6 关系的操作252

14.6.1 结构化查询语言252

14.6.2 插入252

14.6.3 删除253

14.6.4 更新253

14.6.5 选择253

14.6.6 投影254

14.6.7 连接254

14.6.8 并254

14.6.9 交255

14.6.10 差256

14.7 数据库设计257

14.7.1 实体关系模型257

14.7.2 从E-R图到关系257

14.7.3 规范化258

14.8 其他数据库模型259

14.8.1 分布式数据库259

14.8.2 面向对象数据库260

14.9 推荐读物260

14.10 关键术语261

14.11 小结261

14.12 练习262

第15章 数据压缩264

15.1 无损压缩264

15.1.1 游程长度编码265

15.1.2 赫夫曼编码265

15.1.3 Lempel Ziv编码267

15.2 有损压缩270

15.2.1 图像压缩：JEPG270

15.2.2 视频压缩：MPEG272

15.2.3 音频压缩273

15.3 推荐读物274

15.4 关键术语274

15.5 小结274

15.6 练习275

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 安全服务279

16.1.4 技术279

16.2 对称密钥密码术280

16.2.1 传统密码281

16.2.2 现代对称密钥密码282

16.3 非对称密钥密码术283

16.4 对称密钥方法和非对称密钥方法的比较284

16.4.1 秘密记号的数目284

16.4.2 两个系统的一个共同需要285

16.5 其他安全服务285

16.5.1 消息完整性285

16.5.2 消息验证286

16.5.3 数字签名287

16.5.4 实体验证290

16.6 密钥管理291

16.6.1 对称密钥分发291

16.6.2 公钥分发292

16.7 推荐读物293

16.8 关键术语293

16.9 小结294

16.10 练习294

第17章 计算理论297

17.1 简单语言297

17.1.1 递增语句297

17.1.2 递减语句298

17.1.3 循环语句298

17.1.4 简单语言的威力298

17.2 图灵机300

17.2.1 图灵机组成部件300

17.2.2 对简单语言的模拟302

17.2.3 邱奇-图灵论题306

17.3 歌德尔数306

17.3.1 表示一个程序307

17.3.2 翻译一个数字307

17.4 停机问题307

17.5 可解问题和不可解问题309

17.5.1 不可解问题309

17.5.2 可解问题309

17.5.3 可解问题的复杂度309

17.6 推荐读物310

17.7 关键术语310

17.8 小结310

17.9 练习311

第18章 人工智能313

18.1 引言313

18.1.1 什么是人工智能313

18.1.2 人工智能简史313

18.1.3 图灵测试313

18.1.4 智能体314

18.1.5 编程语言314

18.2 知识表示314

18.2.1 语义网314

18.2.2 框架315

18.2.3 谓词逻辑316

18.2.4 基于规则的系统320

18.3 专家系统321

18.3.1 抽取知识321

18.3.2 抽取事实321

18.4 感知322

18.4.1 图像处理323

18.4.2 语言理解324

18.5 搜索326

18.6 神经网络329

18.6.1 生物神经元330

18.6.2 感知器330

18.6.3 多层网络331

18.6.4 应用331

18.7 推荐读物331

18.8 关键术语331

18.9 小结332

18.10 练习332

附录A Unicode335

附录B UML339

附录C 伪代码348

附录D 结构图351

附录E 布尔代数和逻辑电路354

附录F C、C++和Java程序示例367

附录G 数学复习374

附录H 错误检测和纠正380