新編計算機科學概論（第2版）

目　　錄
前言

第0章　緒論　1
0.1　計算機科學與計算思維　1
0.1.1　計算　1
0.1.2　計算思維　2
0.1.3　計算機科學　3
0.1.4　計算機與計算機模型　6
0.1.5　計算機科學中的經(jīng)典問題　7
0.2　計算機的歷史　10
0.2.1　計算機前傳　10
0.2.2　現(xiàn)代計算機　11
0.2.3　計算機的未來　16
0.3　計算機的分類　17
0.3.1　巨型機　17
0.3.2　大型機、中型機、小型機　18
0.3.3　微型機與工作站　18
0.4　計算機與社會　18
0.4.1　計算機與生活　19
0.4.2　有關(guān)計算機的倫理　20
0.4.3　與計算機有關(guān)的犯罪　21
0.5　計算機科學的發(fā)展　22
本章小結(jié)　23
附?：Python環(huán)境安裝指南　23
本章習題　28
第1章　數(shù)據(jù)的表示與編碼　31
1.1　數(shù)和數(shù)制　31
1.1.1　數(shù)字系統(tǒng)　31
1.1.2　計數(shù)與進制　32
1.1.3　二進制和位　34
1.1.4　八進制和十六進制　35
1.1.5　不同進制間的相互轉(zhuǎn)換　35
1.2　數(shù)值的表示與運算　39
1.2.1　整數(shù)的表示　39
1.2.2　實數(shù)的表示　42
1.2.3　位的算術(shù)運算　44
1.3　非數(shù)值信息的編碼　45
1.3.1　字符的編碼　46
1.3.2　靜態(tài)圖像的編碼　49
1.3.3　動態(tài)數(shù)據(jù)的編碼　51
本章小結(jié)　52
本章習題　53
第2章　計算機體系結(jié)構(gòu)　56
2.1　計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)　56
2.2　體系結(jié)構(gòu)的基本概念　59
2.2.1　計算機體系結(jié)構(gòu)　59
2.2.2　計算機組成　60
2.2.3　計算機實現(xiàn)　61
2.3　馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)　63
2.3.1　馮·諾依曼理論　63
2.3.2　馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)　64
2.3.3　馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的演變　66
2.3.4　哈佛結(jié)構(gòu)　67
2.3.5　改進型哈佛結(jié)構(gòu)　67
2.4　處理器體系結(jié)構(gòu)　67
2.4.1　指令系統(tǒng)　68
2.4.2　CISC結(jié)構(gòu)　69
2.4.3　RISC結(jié)構(gòu)　71
2.4.4　并行處理與流水線技術(shù)　73
2.5　計算機軟件系統(tǒng)　76
2.5.1　軟件的含義　76
2.5.2　軟件系統(tǒng)的組織　77
2.5.3　軟件的社會形態(tài)　79
本章小結(jié)　83
本章習題　84
第3章　計算機硬件組成　86
3.1　計算機硬件系統(tǒng)組成　86
3.2　處理器　86
3.2.1　運算器　87
3.2.2　控制器　89
3.2.3　摩爾定律與處理器的發(fā)展　90
3.3　存儲器　91
3.3.1　計算機的多級存儲系統(tǒng)　91
3.3.2　主存儲器和高速緩存　93
3.3.3　輔助存儲器　95
3.4　I/O設備　98
3.4.1　I/O設備的分類　99
3.4.2　常見輸入設備　99
3.4.3　常見輸出設備　100
3.5　總線與接口　102
3.5.1　總線　102
3.5.2　接口　104
本章小結(jié)　108
本章習題　109
第4章　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法　111
4.1　概述　111
4.1.1　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　111
4.1.2　算法　113
4.2　線性結(jié)構(gòu)　117
4.2.1　線性表和串　117
4.2.2　棧和隊列　119
4.2.3　數(shù)組　120
4.3　非線性結(jié)構(gòu)　120
4.3.1　樹　120
4.3.2　圖　123
4.4　抽象類型　124
4.4.1　指針　124
4.4.2　類與對象　125
4.5　基本算法　126
4.5.1　排序　126
4.5.2　查找　129
4.6　遞歸　130
本章小結(jié)　131
本章習題　132
第5章　程序設計語言　135
5.1　計算機語言的發(fā)展　135
5.1.1　自然語言與形式語言　136
5.1.2　機器語言與匯編語言　137
5.1.3　高級語言　138
5.1.4　腳本語言　139
5.2　程序設計語言的幾種范型　140
5.3　程序設計語言的語法元素和功能
　　??劃分　141
5.4　程序的生成和運行　146
5.4.1　編譯和解釋　146
5.4.2　程序設計環(huán)境　150
本章小結(jié)　151
本章習題　152
第6章　操作系統(tǒng)　155
6.1　操作系統(tǒng)概述　155
6.1.1　操作系統(tǒng)的內(nèi)涵　155
6.1.2　操作系統(tǒng)的功能　156
6.1.3　操作系統(tǒng)的分類　157
6.2　操作系統(tǒng)的運行　160
6.2.1　處理器管理與進程調(diào)度　160
6.2.2　存儲管理　166
6.3　文件系統(tǒng)　167
6.3.1　文件的基本概念　168
6.3.2　文件的結(jié)構(gòu)與存取　168
6.3.3　文件的基本類型　171
6.3.4　文件的編碼與操作　173
6.4　設備管理與驅(qū)動　175
6.4.1　設備管理　175
6.4.2　驅(qū)動　176
6.5　典型操作系統(tǒng)　177
6.5.1　Windows系列　177
6.5.2　Mac OS系列　178
6.5.3　UNIX　178
6.5.4　從Linux到鴻蒙　179
6.5.5　智能手表操作系統(tǒng)　183
本章小結(jié)　183
本章習題　184
第7章　從數(shù)據(jù)庫到數(shù)據(jù)科學　187
7.1　數(shù)據(jù)　187
7.1.1　數(shù)據(jù)的內(nèi)涵　187
7.1.2　數(shù)據(jù)模型與維度　188
7.1.3　數(shù)據(jù)與信息　190
7.1.4　數(shù)據(jù)簡史　191
7.2　數(shù)據(jù)庫的基本概念　192
7.2.1　什么是數(shù)據(jù)庫　192
7.2.2　數(shù)據(jù)模型　196
7.2.3　數(shù)據(jù)字典　198
7.2.4　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)　198
7.3　關(guān)系數(shù)據(jù)庫及其運算　200
7.3.1　關(guān)系模型　200
7.3.2　結(jié)構(gòu)化查詢語言　204
7.4　數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘　206
7.4.1　數(shù)據(jù)倉庫　206
7.4.2　數(shù)據(jù)挖掘　207
7.5　數(shù)據(jù)科學　212
7.5.1　大數(shù)據(jù)　212
7.5.2　大數(shù)據(jù)存儲與管理　216
7.5.3　大數(shù)據(jù)挖掘與可視化　218
7.5.4　認識數(shù)據(jù)科學　226
本章小結(jié)　228
本章習題　228
第8章　軟件工程　232
8.1　從軟件到軟件工程　232
8.1.1　再認識軟件　232
8.1.2　軟件工程的內(nèi)涵　233
8.2　軟件開發(fā)過程　235
8.2.1　軟件生命周期　235
8.2.2　軟件過程模型　236
8.3　軟件工程的方法與工具　238
8.3.1　結(jié)構(gòu)化方法　238
8.3.2　面向?qū)ο蟮姆椒ā?42
8.3.3　計算機輔助軟件工程　245
8.4　軟件需求管理　247
8.4.1　軟件需求　247
8.4.2　需求分析　247
8.4.3　需求管理　249
8.5　軟件質(zhì)量管理　250
8.5.1　軟件質(zhì)量與評價　250
8.5.2　軟件評審與測試　252
8.6　軟件項目管理　254
8.6.1　項目管理內(nèi)容　254
8.6.2　項目管理過程　255
8.6.3　團隊　256
8.6.4　管理者　257
8.6.5　敏捷開發(fā)　258
本章小結(jié)　263
本章習題　264
第9章　計算機網(wǎng)絡　267
9.1　什么是計算機網(wǎng)絡　267
9.1.1　計算機網(wǎng)絡的歷史　267
9.1.2　計算機網(wǎng)絡的含義　268
9.1.3　計算機網(wǎng)絡的分類　269
9.2　計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)　272
9.2.1　概述　272
9.2.2　OSI參考模型　273
9.2.3　TCP/IP模型　274
9.3　組建網(wǎng)絡　277
9.3.1　計算機網(wǎng)絡拓撲　277
9.3.2　網(wǎng)絡的物理組成　278
9.3.3　連接網(wǎng)絡　279
9.4　Internet及應用　280
9.4.1　Internet簡介　280
9.4.2　傳輸協(xié)議與地址　281
9.4.3　Internet應用　285
9.4.4　Internet發(fā)展新趨勢　288
9.5　移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及發(fā)展　289
9.5.1　蜂窩移動通信網(wǎng)　290
9.5.2　蜂窩移動通信網(wǎng)發(fā)展的基本
　　　過程　293
本章小結(jié)　294
本章習題　295
第10章　信息系統(tǒng)安全　298
10.1　信息安全概述　298
10.1.1　安全威脅　298
10.1.2　對信息系統(tǒng)安全的理解　300
10.1.3　如何才能安全　301
10.2　數(shù)據(jù)加密　304
10.2.1　密碼學基礎　304
10.2.2　加密技術(shù)　305
10.3　計算機病毒　307
10.3.1　計算機病毒概論　308
10.3.2　計算機病毒的作用機理　309
10.3.3　計算機病毒的防治　311
10.4　防火墻與入侵檢測　313
10.4.1　防火墻　313
10.4.2　入侵檢測技術(shù)　315
本章小結(jié)　319
本章習題　320
第11章　計算機科學新發(fā)展　323
11.1　云計算　323
11.1.1　資源虛擬化　323
11.1.2　云計算的相關(guān)概念　325
11.1.3　云計算的技術(shù)特點　330
11.2　物聯(lián)網(wǎng)　331
11.2.1　物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵　331
11.2.2　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)　333
11.2.3　物聯(lián)網(wǎng)的主要特點　335
11.3　區(qū)塊鏈　335
11.3.1　區(qū)塊鏈簡史　335
11.3.2　區(qū)塊鏈的基本概念　336
11.3.3　區(qū)塊鏈的特征　337
11.3.4　區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)　338
11.3.5　區(qū)域鏈的主要技術(shù)類型　340
11.4　人工智能　341
11.4.1　人工智能的概念　341
11.4.2　人工智能的基本發(fā)展過程　341
11.4.3　人工智能的研究內(nèi)容與層次　342
11.4.4　人工智能的主要學派和學科
　　　??體系　343
11.4.5　人工智能的典型應用領域　345
11.5　從虛擬現(xiàn)實到元宇宙　347
11.5.1　虛擬現(xiàn)實及相關(guān)概念　347
11.5.2　虛擬現(xiàn)實的基本特征　351
11.5.3　虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)　352
11.5.4　虛擬現(xiàn)實技術(shù)的典型應用　354
11.5.5　元宇宙　355
本章小結(jié)　357
本章習題　357
參考文獻　360