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绪0论 绪论1

0.1 算法的作用1

0.2 计算机器的由来3

0.3 学习大纲6

0.4 计算机科学的首要主题7

0.4.1 算法8

0.4.2 抽象9

0.4.3 创新9

0.4.4 数据10

0.4.5 程序设计10

0.4.6 因特网10

0.4.7 影响11

社会问题11

课外阅读13

第1章 数据存储14

1.1 位和位存储14

1.1.1 布尔运算14

1.1.2 门和触发器15

1.1.3 十六进制记数法18

1.2 主存储器19

1.2.1 存储器结构19

1.2.2 存储器容量的度量20

1.3 海量存储器21

1.3.1 磁系统21

1.3.2 光系统22

1.3.3 闪存驱动器23

1.4 用位模式表示信息24

1.4.1 文本的表示24

1.4.2 数值的表示26

1.4.3 图像的表示27

1.4.4 声音的表示27

1.5 二进制系统29

1.5.1 二进制记数法29

1.5.2 二进制加法30

1.5.3 二进制中的小数31

1.6 整数的存储32

1.6.1 二进制补码记数法33

1.6.2 余码记数法35

1.7 小数的存储37

1.7.1 浮点记数法37

1.7.2 截断误差38

1.8 数据与程序设计40

1.8.1 Python入门41

1.8.2 你好，Python41

1.8.3 变量42

1.8.4 运算符和表达式43

1.8.5 货币转换44

1.8.6 调试44

1.9 数据压缩45

1.9.1 通用的数据压缩技术45

1.9.2 图像压缩47

1.9.3 音频和视频压缩48

1.10 通信差错49

1.10.1 奇偶校验位49

1.10.2 纠错码50

复习题52

社会问题55

课外阅读56

第2章 数据操控57

2.1 计算机体系结构57

2.1.1 CPU基础知识57

2.1.2 存储程序概念58

2.2 机器语言59

2.2.1 指令系统60

2.2.2 一种演示用的机器语言61

2.3 程序执行64

2.3.1 程序执行的一个例子65

2.3.2 程序与数据67

2.4 算术／逻辑指令69

2.4.1 逻辑运算69

2.4.2 循环移位运算及移位运算70

2.4.3 算术运算71

2.5 与其他设备通信72

2.5.1 控制器的作用72

2.5.2 直接存储器存取74

2.5.3 握手74

2.5.4 流行的通信媒介74

2.5.5 通信速率75

2.6 数据操控编程76

2.6.1 逻辑运算和移位运算76

2.6.2 控制结构77

2.6.3 输入和输出79

2.6.4 马拉松训练助手80

2.7 其他体系结构82

2.7.1 流水线82

2.7.2 多处理器机器83

复习题84

社会问题89

课外阅读90

第3章 操作系统91

3.1 操作系统的历史91

3.2 操作系统的体系结构94

3.2.1 软件概述94

3.2.2 操作系统组件96

3.2.3 系统启动98

3.3 协调机器的活动100

3.3.1 进程的概念100

3.3.2 进程管理100

3.4 处理进程间的竞争102

3.4.1 信号量102

3.4.2 死锁103

3.5 安全性105

3.5.1 来自外部的攻击106

3.5.2 来自内部的攻击106

复习题108

社会问题110

课外阅读110

第4章 组网及因特网112

4.1 网络基础112

4.1.1 网络分类112

4.1.2 协议113

4.1.3 组合网络115

4.1.4 进程间通信的方法117

4.1.5 分布式系统118

4.2 因特网118

4.2.1 因特网体系结构119

4.2.2 因特网编址120

4.2.3 因特网应用122

4.3 万维网126

4.3.1 万维网实现126

4.3.2 HTML127

4.3.3 XML129

4.3.4 客户端和服务器端的活动130

4.4 因特网协议132

4.4.1 因特网软件的分层方法132

4.4.2 TCP/IP协议簇134

4.5 安全性136

4.5.1 入侵的形式136

4.5.2 防护和对策137

4.5.3 加密138

4.5.4 网络安全的法律途径140

复习题142

社会问题143

课外阅读144

第5章 算法146

5.1 算法的概念146

5.1.1 非正式的回顾146

5.1.2 算法的正式定义147

5.1.3 算法的抽象本质148

5.2 算法的表示148

5.2.1 原语149

5.2.2 伪代码151

5.3 算法的发现154

5.3.1 问题求解的艺术155

5.3.2 迈出第一步156

5.4 迭代结构159

5.4.1 顺序搜索算法159

5.4.2 循环控制160

5.4.3 插入排序算法164

5.5 递归结构167

5.5.1 二分搜索算法167

5.5.2 递归控制171

5.6 效率和正确性174

5.6.1 算法效率174

5.6.2 软件验证177

复习题180

社会问题185

课外阅读185

第6章 程序设计语言186

6.1 历史回顾186

6.1.1 早期程序设计语言186

6.1.2 机器无关和超越机器无关188

6.1.3 程序设计范型189

6.2 传统的程序设计概念192

6.2.1 变量和数据类型193

6.2.2 数据结构195

6.2.3 常量和字面量196

6.2.4 赋值语句197

6.2.5 控制语句198

6.2.6 注释201

6.3 过程单元202

6.3.1 函数202

6.3.2 参数203

6.3.3 有返回值的函数205

6.4 语言实现207

6.4.1 翻译过程207

6.4.2 软件开发包212

6.5 面向对象程序设计213

6.5.1 类和对象213

6.5.2 构造器216

6.5.3 附加特性217

6.6 程序设计并发活动218

6.7 说明性程序设计220

6.7.1 逻辑推演220

6.7.2 Prolog222

复习题224

社会问题227

课外阅读228

第7章 软件工程229

7.1 软件工程学科229

7.2 软件生命周期231

7.2.1 周期是个整体231

7.2.2 传统的开发阶段232

7.3 软件工程方法学234

7.4 模块化236

7.4.1 模块式实现236

7.4.2 耦合238

7.4.3 内聚239

7.4.4 信息隐藏239

7.4.5 构件240

7.5 行业工具241

7.5.1 较老的工具241

7.5.2 统一建模语言242

7.5.3 设计模式246

7.6 质量保证247

7.6.1 质量保证的范围247

7.6.2 软件测试248

7.7 文档249

7.8 人机界面250

7.9 软件所有权和责任252

复习题254

社会问题256

课外阅读257

第8章 数据抽象258

8.1 基本数据结构258

8.1.1 数组和聚合258

8.1.2 列表、栈和队列259

8.1.3 树260

8.2 相关概念261

8.2.1 抽象261

8.2.2 静态结构与动态结构261

8.2.3 指针262

8.3 数据结构的实现263

8.3.1 存储数组263

8.3.2 存储聚合265

8.3.3 存储列表266

8.3.4 存储栈和队列268

8.3.5 存储二叉树270

8.3.6 操控数据结构272

8.4 一个简短的案例273

8.5 定制的数据类型277

8.5.1 用户定义的数据类型277

8.5.2 抽象数据类型278

8.6 类和对象280

8.7 机器语言中的指针282

复习题284

社会问题287

课外阅读288

第9章 数据库系统290

9.1 数据库基础290

9.1.1 数据库系统的重要性290

9.1.2 模式的作用291

9.1.3 数据库管理系统292

9.1.4 数据库模型293

9.2 关系模型294

9.2.1 关系设计中的问题294

9.2.2 关系运算297

9.2.3 SQL300

9.3 面向对象数据库302

9.4 维护数据库的完整性304

9.4.1 提交／回滚协议304

9.4.2 锁定305

9.5 传统的文件结构307

9.5.1 顺序文件307

9.5.2 索引文件309

9.5.3 散列文件310

9.6 数据挖掘313

9.7 数据库技术的社会影响314

复习题316

社会问题319

课外阅读320

第10章 计算机图形学321

10.1 计算机图形学的范围321

10.2 3D图形概述322

10.3 建模324

10.3.1 单个物体的建模324

10.3.2 整个场景的建模327

10.4 渲染329

10.4.1 光-表面交互329

10.4.2 裁剪、扫描转换和隐藏面的消除331

10.4.3 着色333

10.4.4 渲染-流水线硬件334

10.5 处理全局照明335

10.5.1 光线跟踪336

10.5.2 辐射度337

10.6 动画338

10.6.1 动画基础338

10.6.2 动力学和运动学339

10.6.3 动画制作过程340

复习题341

社会问题342

课外阅读343

第11章 人工智能344

11.1 智能与机器344

11.1.1 智能体344

11.1.2 研究方法346

11.1.3 图灵测试346

11.2 感知347

11.2.1 理解图像347

11.2.2 语言处理349

11.3 推理352

11.3.1 产生式系统352

11.3.2 搜索树354

11.3.3 启发式法356

11.4 其他研究领域360

11.4.1 知识的表达和处理360

11.4.2 学习361

11.4.3 遗传算法362

11.5 人工神经网络363

11.5.1 基本特性363

11.5.2 训练人工神经网络365

11.5.3 联想记忆367

11.6 机器人学369

11.7 后果的思考371

复习题372

社会问题376

课外阅读377

第12章 计算理论378

12.1 函数及其计算378

12.2 图灵机380

12.2.1 图灵机的原理380

12.2.2 丘奇-图灵论题382

12.3 通用程序设计语言383

12.3.1 Bare Bones语言383

12.3.2 用Bare Bones语言编程385

12.3.3 Bare Bones的通用性385

12.4 一个不可计算的函数387

12.4.1 停机问题387

12.4.2 停机问题的不可解性388

12.5 问题的复杂性391

12.5.1 问题复杂性的度量391

12.5.2 多项式问题与非多项式问题394

12.5.3 NP问题395

12.6 公钥密码学397

12.6.1 模表示法398

12.6.2 RSA公钥密码学399

复习题400

社会问题403

课外阅读404

附录A ASCII码405

附录B 用于处理二进制补码表示的电路406

附录C 一种简单的机器语言408

附录D 高级程序设计语言410

附录E 迭代结构与递归结构的等价性412

索引414