計(jì)算機(jī)導(dǎo)論（第二版）

緒論 1
0.1  計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 1
0.1.1  算法 1
0.1.2  計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 2
0.2  計(jì)算機(jī)的發(fā)展 6
0.3  計(jì)算機(jī)學(xué)科的構(gòu)成 10
0.3.1  應(yīng)用層 10
0.3.2  專業(yè)基礎(chǔ)層 10
0.3.3  專業(yè)基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ)層 11
第1章  圖靈機(jī)模型 12
1.1  圖靈機(jī)概述 12
1.1.1  圖靈機(jī)的直觀描述 13
1.1.2  圖靈機(jī)的形式化描述 13
1.2  計(jì)算“x+1”的圖靈機(jī) 13
1.3  通用圖靈機(jī) 15
1.4  圖靈機(jī)模型的啟示 17
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 19
思考與練習(xí) 19
第2章  數(shù)據(jù)編碼與存儲(chǔ) 20
2.1  二進(jìn)制 20
2.1.1  數(shù)制 20
2.1.2  八進(jìn)制和十六進(jìn)制 21
2.1.3  二進(jìn)制與其他數(shù)制的轉(zhuǎn)換 21
2.2  二進(jìn)制位的存儲(chǔ) 23
2.2.1  邏輯運(yùn)算和門 23
2.2.2  觸發(fā)器 24
2.2.3  其他存儲(chǔ)技術(shù) 25
2.3  存儲(chǔ)器 26
2.3.1  主存儲(chǔ)器 26
2.3.2  輔助存儲(chǔ)器 26
2.4  數(shù)值數(shù)據(jù)編碼 27
2.4.1  機(jī)器數(shù) 27
2.4.2  整數(shù)和實(shí)數(shù) 27
2.4.3  帶符號(hào)數(shù)的表示 29
2.5  字符數(shù)據(jù)編碼 30
2.5.1  西文字符 30
2.5.2  漢字編碼 31
2.6  圖形和圖像數(shù)據(jù)編碼 33
2.6.1  基本概念 33
2.6.2  圖形與圖像的數(shù)字化 34
2.7  音頻數(shù)據(jù)的表示 34
2.8  數(shù)據(jù)壓縮 36
2.8.1  無(wú)損壓縮 36
2.8.2  有損壓縮 39
2.9  誤碼及對(duì)策 40
2.9.1  奇偶校驗(yàn) 40
2.9.2  糾錯(cuò)碼 40
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 42
思考與練習(xí) 43
第3章  計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) 44
3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 45
3.1.1  運(yùn)算器 46
3.1.2  控制器 47
3.1.3  多核處理器 47
3.1.4  計(jì)算機(jī)的引導(dǎo)過(guò)程 47
3.2  指令系統(tǒng) 48
3.2.1  指令系統(tǒng)的概念 48
3.2.2  RISC和CISC 48
3.2.3  指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 49
3.2.4  指令格式 49
3.3  尋址方式 51
3.3.1  指令的尋址方式 51
3.3.2  操作數(shù)尋址方式 52
3.4  指令執(zhí)行 52
3.5  流水線技術(shù) 54
3.5.1  什么是流水線 54
3.5.2  理想流水線性能分析 55
3.5.3  流水操作中的主要障礙 55
3.6  存儲(chǔ)系統(tǒng) 56
3.6.1  存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 56
3.6.2  存儲(chǔ)體系涉及的問(wèn)題 57
3.6.3  高速緩沖存儲(chǔ)器 58
3.6.4  內(nèi)存 58
3.6.5  Flash存儲(chǔ)器 59
3.6.6  虛擬存儲(chǔ)器 60
3.6.7  外部存儲(chǔ)設(shè)備 62
3.7  外圍設(shè)備 65
3.8  輸入輸出方式 65
3.8.1  程序查詢方式 66
3.8.2  中斷方式 66
3.8.3  直接內(nèi)存訪問(wèn)方式 67
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 68
思考與練習(xí) 68
第4章  操作系統(tǒng) 69
4.1  操作系統(tǒng)的發(fā)展 69
4.1.1  串行處理 69
4.1.2  簡(jiǎn)單批處理 70
4.1.3  多道批處理 71
4.1.4  分時(shí)系統(tǒng) 73
4.1.5  實(shí)時(shí)系統(tǒng) 73
4.1.6  嵌入式操作系統(tǒng) 74
4.1.7  網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 74
4.1.8  分布式操作系統(tǒng) 75
4.2  操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 75
4.2.1  操作系統(tǒng)的功能 75
4.2.2  操作系統(tǒng)的組成 76
4.2.3  系統(tǒng)的引導(dǎo) 78
4.3  現(xiàn)代操作系統(tǒng)處理的難題 79
4.3.1  進(jìn)程 79
4.3.2  并發(fā)控制的難題 81
4.3.3  有效地分配處理器 82
4.3.4  提供充足和高效的存儲(chǔ)器 84
4.4  常見(jiàn)的操作系統(tǒng) 88
4.4.1  DOS操作系統(tǒng) 88
4.4.2  Windows操作系統(tǒng) 88
4.4.3  UNIX操作系統(tǒng) 90
4.4.4  Linux操作系統(tǒng) 90
4.4.5  蘋(píng)果iOS移動(dòng)操作系統(tǒng) 91
4.4.6  谷歌（Google）的Android移動(dòng)操作系統(tǒng) 92
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 92
思考與練習(xí) 93
第5章  程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 94
5.1  計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 94
5.1.1  通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 95
5.1.2  專用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 98
5.2  編譯系統(tǒng) 102
5.3  結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 104
5.3.1  結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的概念 104
5.3.2  過(guò)程和函數(shù) 105
5.3.3  順序結(jié)構(gòu) 106
5.3.4  分支結(jié)構(gòu) 106
5.3.5  循環(huán)結(jié)構(gòu) 107
5.4  面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 109
5.4.1  面向?qū)ο蟾攀?nbsp;109
5.4.2  面向?qū)ο笈c面向過(guò)程的區(qū)別 109
5.4.3  對(duì)象和類 110
5.4.4  面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本特征 111
5.4.5  面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言 113
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 116
思考與練習(xí) 116
第6章  算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 117
6.1  算法概述 117
6.2  算法的時(shí)空效率 119
6.3  經(jīng)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  遞歸和分治 125
6.4.2  枚舉和動(dòng)態(tài)規(guī)劃 126
6.4.3  貪心算法 128
6.4.4  回溯法 129
6.5  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概述 129
6.6  線性表 133
6.6.1  數(shù)組 134
6.6.2  棧 135
6.6.3  隊(duì)列 135
6.7  樹(shù)和圖 136
6.7.1  樹(shù) 136
6.7.2  圖 137
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 138
思考與練習(xí) 138
第7章  軟件工程 140
7.1  軟件危機(jī) 141
7.2  軟件工程 142
7.2.1  軟件工程框架模型 143
7.2.2  軟件工程本質(zhì)特征 145
7.2.3  軟件工程基本原理 145
7.2.4  軟件過(guò)程 145
7.2.5  軟件過(guò)程模型 146
7.3  軟件工程方法學(xué) 147
7.3.1  結(jié)構(gòu)化方法學(xué) 147
7.3.2  面向?qū)ο蠓椒▽W(xué) 150
7.4  標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言 153
7.4.1  標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML的出現(xiàn) 153
7.4.2  UML的內(nèi)容 154
7.4.3  UML的主要特點(diǎn) 157
7.4.4  UML的應(yīng)用領(lǐng)域 158
7.5  統(tǒng)一開(kāi)發(fā)過(guò)程 158
7.6  能力成熟度模型 161
7.7  軟件項(xiàng)目管理 163
7.7.1  計(jì)劃 163
7.7.2  組織 164
7.7.3  控制 164
7.7.4  國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 165
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 166
思考與練習(xí) 166
第8章  信息系統(tǒng) 167
8.1  信息與信息系統(tǒng) 167
8.1.1  信息與數(shù)據(jù) 167
8.1.2  信息系統(tǒng)及其需求 168
8.2  信息管理技術(shù)的發(fā)展 169
8.2.1  人工管理階段：20世紀(jì)50年代以前 170
8.2.2  文件系統(tǒng)階段：20世紀(jì)50年代后期～60年代中期 170
8.2.3  數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段 172
8.2.4  大數(shù)據(jù)階段 173
8.3  數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 174
8.3.1  數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù) 175
8.3.2  關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言 179
8.3.3  數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成 180
8.4  基于數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用系統(tǒng) 182
8.4.1  數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)分類 182
8.4.2  數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 183
8.4.3  數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 185
8.5  數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) 187
8.5.1  數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù) 187
8.5.2  數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) 189
8.6  信息系統(tǒng)的展望 193
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 194
思考與練習(xí) 195
第9章  人工智能 196
9.1  人工智能概述 196
9.1.1  人工智能定義 197
9.1.2  人工智能的研究方法 198
9.1.3  人工智能的研究目標(biāo) 199
9.1.4  人工智能發(fā)展簡(jiǎn)史 200
9.2  基于符號(hào)推理的傳統(tǒng)人工智能 206
9.2.1  知識(shí)表示 206
9.2.2  推理方法 208
9.2.3  匹配方法 210
9.2.4  沖突消解策略 210
9.2.5  搜索策略 211
9.3  基于連接機(jī)制的計(jì)算智能 212
9.3.1  計(jì)算智能基本概念 212
9.3.2  模糊計(jì)算 212
9.3.3  神經(jīng)計(jì)算 214
9.3.4  進(jìn)化計(jì)算 215
9.4  人工智能主要應(yīng)用與研究領(lǐng)域 216
9.4.1  專家系統(tǒng) 216
9.4.2  機(jī)器學(xué)習(xí) 217
9.4.3  機(jī)器人 218
9.4.4  模式識(shí)別 219
9.4.5  計(jì)算機(jī)視覺(jué) 220
9.4.6  自然語(yǔ)言理解 221
9.4.7  自動(dòng)定理證明 222
9.4.8  自動(dòng)程序設(shè)計(jì) 223
9.4.9  博弈 223
9.4.10  智能決策支持系統(tǒng) 224
9.4.11  智能搜索 224
9.4.12  數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn) 225
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 225
思考與練習(xí) 226
第10章  圖形圖像和多媒體 227
10.1  計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 227
10.1.1  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展 227
10.1.2  計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成和功能 229
10.1.3  圖形顯示系統(tǒng) 230
10.1.4  常用的圖形輸入/輸出設(shè)備 232
10.1.5  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的內(nèi)容 234
10.1.6  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用 236
10.1.7  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的進(jìn)展與展望 239
10.2  計(jì)算機(jī)圖像處理 241
10.2.1  圖像處理概述 241
10.2.2  數(shù)字圖像 243
10.2.3  圖像處理系統(tǒng)的硬件設(shè)備 246
10.2.4  數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù) 248
10.2.5  數(shù)字水印技術(shù) 250
10.3  多媒體技術(shù)及其應(yīng)用 252
10.3.1  多媒體技術(shù)的定義 252
10.3.2  多媒體的關(guān)鍵技術(shù) 253
10.3.3  多媒體系統(tǒng) 255
10.3.4  音頻處理技術(shù) 256
10.3.5  多媒體技術(shù)的應(yīng)用 257
10.3.6  多媒體技術(shù)的發(fā)展方向 258
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 259
思考與練習(xí) 259
第11章  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 260
11.1  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 260
11.2  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 262
11.3  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件 264
11.4  集群、網(wǎng)格與云 266
11.4.1  集群 266
11.4.2  網(wǎng)格 266
11.4.3  云 267
11.5  網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 267
11.5.1  網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的分類 268
11.5.2  網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能 268
11.5.3  Windows 269
11.5.4  UNIX 270
11.5.5  Linux 270
11.6  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 271
11.6.1  萬(wàn)維網(wǎng) 271
11.6.2  電子郵件 271
11.6.3  FTP 272
11.6.4  即時(shí)通信 272
11.6.5  博客 272
11.6.6  微博 273
11.6.7  微信 273
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 273
思考與練習(xí) 274
第12章  計(jì)算機(jī)安全 275
12.1  計(jì)算機(jī)安全概述 275
12.1.1  研究?jī)?nèi)容 275
12.1.2  發(fā)展歷程 276
12.2  計(jì)算機(jī)密碼學(xué) 277
12.2.1  基本概念 278
12.2.2  密碼編碼學(xué) 279
12.2.3  密碼分析學(xué) 285
12.3  計(jì)算機(jī)病毒 286
12.3.1  計(jì)算機(jī)病毒概述 286
12.3.2  病毒分類 287
12.3.3  最新常見(jiàn)病毒介紹 289
12.3.4  病毒的檢測(cè) 290
12.3.5  病毒的防護(hù) 292
12.4  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全 292
12.4.1  網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及安全問(wèn)題 293
12.4.2  網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)加密 295
12.4.3  防火墻技術(shù) 297
12.4.4  虛擬專網(wǎng)技術(shù) 298
12.4.5  入侵檢測(cè) 300
12.4.6  了解黑客 303
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 304
思考與練習(xí) 305
附錄  計(jì)算機(jī)發(fā)展大事記 307
主要參考文獻(xiàn) 318