第0章 緒 論 1 0.1 算法的作用 2 0.2 計(jì)算的歷史 3 0.3 學(xué)習(xí)大綱 7 0.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)的首要主題 8 0.4.1 算法 8 0.4.2 抽象 9 0.4.3 創(chuàng)新 10 0.4.4 數(shù)據(jù) 10 0.4.5 程序設(shè)計(jì) 10 0.4.6 因特網(wǎng) 11 0.4.7 影響 11 社會問題 12 課外閱讀 13 第 1章 數(shù)據(jù)存儲 14 1.1 位和位存儲 15 1.1.1 布爾運(yùn)算 15 1.1.2 門和觸發(fā)器 16 1.1.3 十六進(jìn)制記數(shù)法 19 1.2 主存儲器 20 1.2.1 存儲器結(jié)構(gòu) 20 1.2.2 存儲器容量的度量 21 1.3 海量存儲器 22 1.3.1 磁系統(tǒng) 22 1.3.2 光系統(tǒng) 24 1.3.3 閃存驅(qū)動(dòng)器 25 1.4 用位模式表示信息 26 1.4.1 文本的表示 26 1.4.2 數(shù)值的表示 27 1.4.3 圖像的表示 28 1.4.4 聲音的表示 29 *1.5 二進(jìn)制系統(tǒng) 31 1.5.1 二進(jìn)制記數(shù)法 31 1.5.2 二進(jìn)制加法 32 1.5.3 二進(jìn)制中的分?jǐn)?shù) 33 *1.6 整數(shù)的存儲 34 1.6.1 二進(jìn)制補(bǔ)碼記數(shù)法 35 1.6.2 二進(jìn)制補(bǔ)碼記數(shù)法中的加法 36 1.6.3 溢出問題 37 1.6.4 余碼記數(shù)法 37 *1.7 分?jǐn)?shù)的存儲 39 1.7.1 浮點(diǎn)記數(shù)法 39 1.7.2 截?cái)嗾`差 40 *1.8 數(shù)據(jù)與程序設(shè)計(jì) 43 1.8.1 Python入門 43 1.8.2 你好，Python 43 1.8.3 變量 44 1.8.4 運(yùn)算符和表達(dá)式 45 1.8.5 貨幣轉(zhuǎn)換 46 1.8.6 調(diào)試 47 *1.9 數(shù)據(jù)壓縮 48 1.9.1 通用的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 48 1.9.2 圖像壓縮 50 1.9.3 音頻和視頻壓縮 51 *1.10 通信差錯(cuò) 52 1.10.1 奇偶校驗(yàn)位 52 1.10.2 糾錯(cuò)碼 53 復(fù)習(xí)題 55 社會問題 58 課外閱讀 59 第 2章 數(shù)據(jù)操控 60 2.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 61 2.1.1 CPU基礎(chǔ)知識 61 2.1.2 存儲程序概念 62 2.2 機(jī)器語言 63 2.2.1 指令系統(tǒng) 63 2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸類 64 2.2.3 算術(shù)/邏輯類 64 2.2.4 控制類 64 2.2.5 Vole：一種演示用的機(jī)器語言 65 2.3 程序執(zhí)行 68 2.3.1 程序執(zhí)行的一個(gè)例子 69 2.3.2 程序與數(shù)據(jù) 71 *2.4 算術(shù)/邏輯指令 73 2.4.1 邏輯運(yùn)算 73 2.4.2 循環(huán)移位運(yùn)算及移位運(yùn)算 74 2.4.3 算術(shù)運(yùn)算 75 *2.5 與其他設(shè)備通信 76 2.5.1 控制器的作用 76 2.5.2 直接存儲器存取 77 2.5.3 握手 78 2.5.4 流行的通信媒介 78 2.5.5 通信速率 79 *2.6 數(shù)據(jù)操控編程 80 2.6.1 邏輯運(yùn)算和移位運(yùn)算 80 2.6.2 控制結(jié)構(gòu) 81 2.6.3 函數(shù) 82 2.6.4 輸入和輸出 83 2.6.5 馬拉松訓(xùn)練助手 85 *2.7 其他體系結(jié)構(gòu) 87 2.7.1 流水線 87 2.7.2 多處理器機(jī)器 87 復(fù)習(xí)題 88 社會問題 93 課外閱讀 94 第3章 操作系統(tǒng) 95 3.1 操作系統(tǒng)的歷史 96 3.2 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 99 3.2.1 軟件概述 99 3.2.2 操作系統(tǒng)組件 100 3.2.3 系統(tǒng)啟動(dòng) 102 3.3 協(xié)調(diào)機(jī)器的活動(dòng) 104 3.3.1 進(jìn)程的概念 104 3.3.2 進(jìn)程管理 104 *3.4 處理進(jìn)程間的競爭 106 3.4.1 信號量 106 3.4.2 死鎖 108 3.5 安全性 110 3.5.1 來自外部的攻擊 110 3.5.2 來自內(nèi)部的攻擊 111 復(fù)習(xí)題 113 社會問題 115 課外閱讀 116 第4章 組網(wǎng)及因特網(wǎng) 117 4.1 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 118 4.1.1 網(wǎng)絡(luò)分類 118 4.1.2 協(xié)議 119 4.1.3 組合網(wǎng)絡(luò) 121 4.1.4 進(jìn)程間通信的方法 122 4.1.5 分布式系統(tǒng) 124 4.2 因特網(wǎng) 124 4.2.1 因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 125 4.2.2 因特網(wǎng)編址 127 4.2.3 因特網(wǎng)應(yīng)用 129 4.3 萬維網(wǎng) 132 4.3.1 萬維網(wǎng)實(shí)現(xiàn) 133 4.3.2 HTML 134 4.3.3 XML 136 4.3.4 客戶端活動(dòng)和服務(wù)器端活動(dòng) 137 *4.4 因特網(wǎng)協(xié)議 138 4.4.1 因特網(wǎng)軟件的分層方法 138 4.4.2 TCP/IP協(xié)議簇 141 *4.5 簡單的客戶機(jī)服務(wù)器 143 4.6 網(wǎng)絡(luò)安全 146 4.6.1 攻擊的形式 146 4.6.2 防護(hù)和對策 148 4.6.3 密碼學(xué) 149 4.6.4 網(wǎng)絡(luò)安全的法律途徑 151 復(fù)習(xí)題 153 社會問題 155 課外閱讀 156 第5章 算法 158 5.1 算法的概念 159 5.1.1 非正式的回顧 159 5.1.2 算法的正式定義 159 5.1.3 算法的抽象本質(zhì) 160 5.2 算法的表示 161 5.2.1 原語 161 5.2.2 偽代碼 163 5.3 算法的發(fā)現(xiàn) 167 5.3.1 問題求解的藝術(shù) 167 5.3.2 邁出第 一步 169 5.4 迭代結(jié)構(gòu) 172 5.4.1 順序搜索算法 172 5.4.2 循環(huán)控制 173 5.4.3 插入排序算法 177 5.5 遞歸結(jié)構(gòu) 180 5.5.1 二分搜索算法 181 5.5.2 遞歸控制 185 5.6 效率和正確性 187 5.6.1 算法效率 187 5.6.2 軟件驗(yàn)證 190 復(fù)習(xí)題 194 社會問題 198 課外閱讀 199 第6章 程序設(shè)計(jì)語言 200 6.1 歷史回顧 201 6.1.1 早期程序設(shè)計(jì)語言 201 6.1.2 機(jī)器無關(guān)和超越機(jī)器無關(guān) 203 6.1.3 程序設(shè)計(jì)范型 204 6.2 傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)概念 208 6.2.1 變量和數(shù)據(jù)類型 209 6.2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 210 6.2.3 常量和字面量 211 6.2.4 賦值語句 212 6.2.5 控制語句 213 6.2.6 注釋 216 6.3 過程單元 218 6.3.1 函數(shù) 218 6.3.2 參數(shù) 219 6.3.3 有返回值的函數(shù) 222 6.4 語言實(shí)現(xiàn) 224 6.4.1 翻譯過程 224 6.4.2 軟件開發(fā)包 230 6.5 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 231 6.5.1 類和對象 231 6.5.2 構(gòu)造器 233 6.5.3 附加特性 234 *6.6 程序設(shè)計(jì)并發(fā)活動(dòng) 236 *6.7 說明性程序設(shè)計(jì) 238 6.7.1 邏輯推演 238 6.7.2 Prolog 240 復(fù)習(xí)題 242 社會問題 245 課外閱讀 246 第7章 軟件工程 247 7.1　軟件工程學(xué)科 248 7.2　軟件生命周期 250 7.2.1　周期是個(gè)整體 250 7.2.2　傳統(tǒng)的開發(fā)階段 251 7.3　軟件工程方法學(xué) 253 7.4　模塊化 254 7.4.1　模塊化實(shí)現(xiàn) 255 7.4.2　耦合 257 7.4.3　內(nèi)聚 258 7.4.4　信息隱藏 258 7.4.5　組件 259 7.5　行業(yè)工具 260 7.5.1　較老的工具 261 7.5.2　統(tǒng)一建模語言 261 7.5.3　設(shè)計(jì)模式 265 7.6　質(zhì)量保證 266 7.6.1　質(zhì)量保證的范圍 266 7.6.2　軟件測試 267 7.7　文檔 268 7.8　人機(jī)界面 269 7.9　軟件所有權(quán)和責(zé)任 271 復(fù)習(xí)題 273 社會問題 275 課外閱讀 256 第8章 數(shù)據(jù)抽象 277 8.1 基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 278 8.1.1　數(shù)組和聚合 278 8.1.2　列表、棧和隊(duì)列 278 8.1.3　樹 280 8.2　相關(guān)概念 281 8.2.1　再談抽象 281 8.2.2　靜態(tài)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 282 8.2.3　指針 282 8.3　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn) 283 8.3.1 存儲數(shù)組 283 8.3.2 存儲聚合 285 8.3.3　存儲列表 286 8.3.4　存儲棧和隊(duì)列 289 8.3.5　存儲二叉樹 291 8.3.6　操控?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 293 8.4　一個(gè)簡短的案例研究 294 8.5　定制的數(shù)據(jù)類型 298 8.5.1　用戶定義的數(shù)據(jù)類型 298 8.5.2　抽象數(shù)據(jù)類型 299 8.6　類和對象 301 *8.7　機(jī)器語言中的指針 302 復(fù)習(xí)題 304 社會問題 308 課外閱讀 309 第9章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 310 9.1　數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) 311 9.1.1　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重要性 311 9.1.2　模式的作用 313 9.1.3　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 313 9.1.4　數(shù)據(jù)庫模型 314 9.2　關(guān)系模型 315 9.2.1　關(guān)系設(shè)計(jì)中的問題 315 9.2.2　關(guān)系運(yùn)算 318 9.2.3　SQL 321 *9.3　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫 323 *9.4　維護(hù)數(shù)據(jù)庫的完整性 325 9.4.1　提交/回滾協(xié)議 326 9.4.2　鎖定 326 *9.5　傳統(tǒng)的文件結(jié)構(gòu) 328 9.5.1　順序文件 328 9.5.2　索引文件 330 9.5.3　散列文件 331 9.6　數(shù)據(jù)挖掘 334 9.7　數(shù)據(jù)庫技術(shù)的社會影響 335 復(fù)習(xí)題 337 社會問題 340 課外閱讀 341 第 10章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 342 10.1　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的范圍 343 10.2　3D圖形學(xué)概述 344 10.3　建模 346 10.3.1　單個(gè)物體的建模 346 10.3.2　整個(gè)場景的建模 350 10.4　渲染 351 10.4.1　光－表面相互作用 351 10.4.2　裁剪、掃描轉(zhuǎn)換和隱藏面消除 353 10.4.3　著色 356 10.4.4　渲染－流水線硬件 357 *10.5　處理全局光照 359 10.5.1　光線跟蹤 359 10.5.2　輻射度 360 10.6　動(dòng)畫 361 10.6.1　動(dòng)畫基礎(chǔ) 361 10.6.2　運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué) 362 10.6.3　動(dòng)畫制作過程 363 復(fù)習(xí)題 364 社會問題 366 課外閱讀 366 第 11章 人工智能 368 11.1 智能與機(jī)器 368 11.1.1 智能體 368 11.1.2 研究方法 369 11.1.3 圖靈測試 370 11.2 感知 371 11.2.1 理解圖像 371 11.2.2 語言處理 373 11.3 推理 376 11.3.1 產(chǎn)生式系統(tǒng) 376 11.3.2 搜索樹 378 11.3.3 啟發(fā)式 379 11.4 其他研究領(lǐng)域 384 11.4.1 知識的表達(dá)和處理 384 11.4.2 學(xué)習(xí) 386 11.4.3 遺傳算法 387 11.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 388 11.5.1 基本特性 388 11.5.2 訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 390 11.6 機(jī)器人學(xué) 392 11.7 后果的思考 395 復(fù)習(xí)題 396 社會問題 399 課外閱讀 401 第 12章 計(jì)算理論 402 12.1 函數(shù)及其計(jì)算 403 12.2 圖靈機(jī) 404 12.2.1 圖靈機(jī)的原理 405 12.2.2 丘奇-圖靈論題 407 12.3 通用程序設(shè)計(jì)語言 407 12.3.1 Bare Bones語言 408 12.3.2 用Bare Bones語言編程 409 12.3.3 Bare Bones的通用性 410 12.4 一個(gè)不可計(jì)算的函數(shù) 411 12.4.1 停機(jī)問題 411 12.4.2 停機(jī)問題的不可解性 413 12.5 問題的復(fù)雜性 415 12.5.1 問題復(fù)雜性的度量 416 12.5.2 多項(xiàng)式問題與非多項(xiàng)式問題 419 12.5.3 NP問題 420 *12.6 公鑰密碼學(xué) 423 12.6.1 模表示法 424 12.6.2 RSA公鑰密碼學(xué) 424 復(fù)習(xí)題 426 社會問題 429 課外閱讀 429 附錄A ASCII碼 431 附錄B 用于處理二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的電路 432 附錄C Vole：一種簡單的機(jī)器語言 434 附錄D 高級程序設(shè)計(jì)語言 436 附錄E 迭代結(jié)構(gòu)與遞歸結(jié)構(gòu)的等價(jià)性 438 索引 440