新編計(jì)算機(jī)科學(xué)概論（第2版）

目　　錄
前言

第0章　緒論　1
0.1　計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算思維　1
0.1.1　計(jì)算　1
0.1.2　計(jì)算思維　2
0.1.3　計(jì)算機(jī)科學(xué)　3
0.1.4　計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)模型　6
0.1.5　計(jì)算機(jī)科學(xué)中的經(jīng)典問題　7
0.2　計(jì)算機(jī)的歷史　10
0.2.1　計(jì)算機(jī)前傳　10
0.2.2　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)　11
0.2.3　計(jì)算機(jī)的未來　16
0.3　計(jì)算機(jī)的分類　17
0.3.1　巨型機(jī)　17
0.3.2　大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)　18
0.3.3　微型機(jī)與工作站　18
0.4　計(jì)算機(jī)與社會(huì)　18
0.4.1　計(jì)算機(jī)與生活　19
0.4.2　有關(guān)計(jì)算機(jī)的倫理　20
0.4.3　與計(jì)算機(jī)有關(guān)的犯罪　21
0.5　計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展　22
本章小結(jié)　23
附?：Python環(huán)境安裝指南　23
本章習(xí)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(jì)數(shù)與進(jìn)制　32
1.1.3　二進(jìn)制和位　34
1.1.4　八進(jìn)制和十六進(jìn)制　35
1.1.5　不同進(jìn)制間的相互轉(zhuǎn)換　35
1.2　數(shù)值的表示與運(yùn)算　39
1.2.1　整數(shù)的表示　39
1.2.2　實(shí)數(shù)的表示　42
1.2.3　位的算術(shù)運(yùn)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的編碼　51
本章小結(jié)　52
本章習(xí)題　53
第2章　計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)　56
2.1　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)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(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)　59
2.2.2　計(jì)算機(jī)組成　60
2.2.3　計(jì)算機(jī)實(shí)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(jìn)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(jì)算機(jī)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(huì)形態(tài)　79
本章小結(jié)　83
本章習(xí)題　84
第3章　計(jì)算機(jī)硬件組成　86
3.1　計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成　86
3.2　處理器　86
3.2.1　運(yùn)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(chǔ)器　91
3.3.1　計(jì)算機(jī)的多級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)　91
3.3.2　主存儲(chǔ)器和高速緩存　93
3.3.3　輔助存儲(chǔ)器　95
3.4　I/O設(shè)備　98
3.4.1　I/O設(shè)備的分類　99
3.4.2　常見輸入設(shè)備　99
3.4.3　常見輸出設(shè)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(xí)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(duì)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(xí)題　132
第5章　程序設(shè)計(jì)語言　135
5.1　計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展　135
5.1.1　自然語言與形式語言　136
5.1.2　機(jī)器語言與匯編語言　137
5.1.3　高級(jí)語言　138
5.1.4　腳本語言　139
5.2　程序設(shè)計(jì)語言的幾種范型　140
5.3　程序設(shè)計(jì)語言的語法元素和功能
　　??劃分　141
5.4　程序的生成和運(yùn)行　146
5.4.1　編譯和解釋　146
5.4.2　程序設(shè)計(jì)環(huán)境　150
本章小結(jié)　151
本章習(xí)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(yùn)行　160
6.2.1　處理器管理與進(jìn)程調(diào)度　160
6.2.2　存儲(chǔ)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(shè)備管理與驅(qū)動(dòng)　175
6.4.1　設(shè)備管理　175
6.4.2　驅(qū)動(dòng)　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(xí)題　184
第7章　從數(shù)據(jù)庫到數(shù)據(jù)科學(xué)　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(yùn)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(xué)　212
7.5.1　大數(shù)據(jù)　212
7.5.2　大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理　216
7.5.3　大數(shù)據(jù)挖掘與可視化　218
7.5.4　認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)科學(xué)　226
本章小結(jié)　228
本章習(xí)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(rèn)識(shí)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(jì)算機(jī)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(píng)價(jià)　250
8.5.2　軟件評(píng)審與測試　252
8.6　軟件項(xiàng)目管理　254
8.6.1　項(xiàng)目管理內(nèi)容　254
8.6.2　項(xiàng)目管理過程　255
8.6.3　團(tuán)隊(duì)　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(xí)題　264
第9章　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)　267
9.1　什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)　267
9.1.1　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的歷史　267
9.1.2　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的含義　268
9.1.3　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類　269
9.2　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(luò)　277
9.3.1　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?77
9.3.2　網(wǎng)絡(luò)的物理組成　278
9.3.3　連接網(wǎng)絡(luò)　279
9.4　Internet及應(yīng)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(yīng)用　285
9.4.4　Internet發(fā)展新趨勢　288
9.5　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及發(fā)展　289
9.5.1　蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)　290
9.5.2　蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)發(fā)展的基本
　　　過程　293
本章小結(jié)　294
本章習(xí)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(xué)基礎(chǔ)　304
10.2.2　加密技術(shù)　305
10.3　計(jì)算機(jī)病毒　307
10.3.1　計(jì)算機(jī)病毒概論　308
10.3.2　計(jì)算機(jī)病毒的作用機(jī)理　309
10.3.3　計(jì)算機(jī)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(xí)題　320
第11章　計(jì)算機(jī)科學(xué)新發(fā)展　323
11.1　云計(jì)算　323
11.1.1　資源虛擬化　323
11.1.2　云計(jì)算的相關(guān)概念　325
11.1.3　云計(jì)算的技術(shù)特點(diǎn)　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(diǎn)　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(xué)派和學(xué)科
　　　??體系　343
11.4.5　人工智能的典型應(yīng)用領(lǐng)域　345
11.5　從虛擬現(xiàn)實(shí)到元宇宙　347
11.5.1　虛擬現(xiàn)實(shí)及相關(guān)概念　347
11.5.2　虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征　351
11.5.3　虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)　352
11.5.4　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的典型應(yīng)用　354
11.5.5　元宇宙　355
本章小結(jié)　357
本章習(xí)題　357
參考文獻(xiàn)　360