計算機科學概論（第3版）

第一部分　基礎(chǔ)理論
第1章　計算的歷史與未來　2
1．1　計算機的史前時代　2
1．1．1　石頭計算到算盤　2
1．1．2　計算尺和計算器　3
1．2　機械式計算機　4
1．2．1　施卡德計算機　5
1．2．2　帕斯卡加法機　5
1．2．3　萊布尼茲乘法機　6
1．3　卡片時代　7
1．3．1　“編織”的程序：自動編織機　7
1．3．2　穿孔制表機　8
1．4　程式化計算機的萌芽：差分機和分析機　9
1．4．1　差分機　9
1．4．2　分析機　11
1．5　模擬計算機　12
1．6　早期的數(shù)字計算機　13
1．6．1　Z系列計算機　13
1．6．2　ABC計算機　14
1．6．3　巨人計算機　16
1．6．4　Mark系列計算機　17
1．7　現(xiàn)代電子計算機　18
1．7．1　電子管時代　18
1．7．2　晶體管時代　21
1．7．3　集成電路時代　23
1．7．4　大規(guī)模集成電路時代：微處理器時代　24
1．7．5　后PC時代　27
1．7．6　下一代計算機　30
1．8　奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想　33
1．8．1　布爾及邏輯代數(shù)　34
1．8．2　香農(nóng)及計算機開關(guān)電路　34
1．8．3　圖靈及圖靈機、圖靈測試　35
1．8．4　維納及計算機設(shè)計五原則　37
1．8．5　馮·諾依曼及馮?諾依曼結(jié)構(gòu)　37
1．9　計算機的發(fā)展趨勢　39
1．9．1　高性能計算　40
1．9．2　普適計算　43
1．9．3　中國信息技術(shù)未來增長點　44
小結(jié)　47
習題　47
本章參考文獻　49
第2章　計算機組成與工作原理　51
2．1　計算機系統(tǒng)的組成　51
2．1．1　計算機硬件系統(tǒng)　52
2．1．2　計算機軟件系統(tǒng)　61
2．2　計算機的工作原理　63
2．2．1　馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的硬件組成　63
2．2．2　總線訪問　68
2．2．3　指令執(zhí)行過程　69
2．2．4　計算機工作過程　70
2．3　計算機常用的數(shù)制及機內(nèi)信息表示　71
2．3．1　數(shù)制及其轉(zhuǎn)換　71
2．3．2　計算機內(nèi)信息的表示　73
小結(jié)　77
習題　78
本章參考文獻　79
第3章　操作系統(tǒng)　81
3．1　操作系統(tǒng)概述　81
3．1．1　操作系統(tǒng)概念　81
3．1．2　操作系統(tǒng)歷史　83
3．1．3　操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　84
3．2　操作系統(tǒng)的功能模塊　85
3．2．1　用戶界面　85
3．2．2　進程管理　86
3．2．3　存儲管理　93
3．2．4　文件管理　98
3．2．5　I/O管理　98
3．3　常見操作系統(tǒng)　98
小結(jié)　100
習題　101
本章參考文獻　103
第4章　計算機網(wǎng)絡(luò)　104
4．1　計算機網(wǎng)絡(luò)概述　104
4．1．1　計算機網(wǎng)絡(luò)起源　104
4．1．2　計算機網(wǎng)絡(luò)定義　106
4．1．3　數(shù)據(jù)傳輸　107
4．2　網(wǎng)絡(luò)分類　107
4．2．1　按距離分　107
4．2．2　按網(wǎng)絡(luò)交換功能分　109
4．2．3　常見局域網(wǎng)　110
4．3　網(wǎng)絡(luò)服務模型　116
4．3．1　終端網(wǎng)絡(luò)模型　116
4．3．2　C/S模型　117
4．3．3　P2P網(wǎng)絡(luò)模型　117
4．4　計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)　118
4．4．1　ISO/OSI　118
4．4．2　TCP/IP　120
4．5　網(wǎng)絡(luò)互連和Internet　122
4．5．1　Internet概述　124
4．5．2　IP地址　124
4．5．3　Internet提供的服務　127
小結(jié)　129
習題　130
本章參考文獻　131
第5章　算法　132
5．1　算法的概念　132
5．1．1　概述　132
5．1．2　算法的定義　133
5．1．3　算法的基本性質(zhì)　135
5．1．4　算法的基本結(jié)構(gòu)　135
5．2　算法的表示　138
5．2．1　自然語言　138
5．2．2　流程圖　139
5．2．3　偽碼　141
5．3　基本算法　145
5．3．1　求和　145
5．3．2　求積　146
5．3．3　求最大值和最小值　146
5．3．4　排序　147
5．3．5　查找　148
5．4　算法效率　149
5．4．1　算法的規(guī)?！?49
5．4．2　時間復雜度　150
5．4．3　空間復雜度　151
小結(jié)　151
習題　152
本章參考文獻　152
第6章　程序設(shè)計語言　153
6．1　程序設(shè)計語言概述　153
6．1．1　什么是程序語言　153
6．1．2　程序語言的發(fā)展歷史　154
6．1．3　程序語言的分類　155
6．1．4　機器語言　156
6．1．5　匯編語言　157
6．1．6　高級語言　158
6．2　高級程序語言的類型　160
6．2．1　常用高級程序語言　160
6．2．2　過程化語言　162
6．2．3　函數(shù)式語言　162
6．2．4　邏輯式語言　163
6．2．5　面向?qū)ο笳Z言　164
6．2．6　專用語言　165
6．3　程序設(shè)計的基本概念　166
6．3．1　標識符　167
6．3．2　變量與數(shù)據(jù)類型　167
6．3．3　常量和文字　168
6．3．4　表達式和賦值語句　169
6．3．5　控制語句　170
6．3．6　注釋　172
6．4　程序單元　173
6．4．1　過程　173
6．4．2　參數(shù)　173
6．4．3　函數(shù)　174
6．4．4　輸入與輸出　175
6．5　程序設(shè)計語言的執(zhí)行　175
6．5．1　程序翻譯　176
6．5．2　鏈接程序　177
6．5．3　集成開發(fā)環(huán)境　178
6．6　高級話題　178
6．6．1　面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計　178
6．6．2　程序語言的發(fā)展趨勢　181
小結(jié)　181
習題　182
本章參考文獻　184
第7章　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　185
7．1　概述　185
7．1．1　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法　185
7．1．2　數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)　186
7．1．3　數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)　187
7．1．4　數(shù)據(jù)的運算　188
7．2　線性表　188
7．2．1　基于數(shù)組的實現(xiàn)　188
7．2．2　基于鏈表的實現(xiàn)　189
7．3　堆棧　190
7．3．1　堆棧的基本概念　190
7．3．2　棧的實現(xiàn)　191
7．3．3　棧的基本操作　191
7．3．4　棧的應用　192
7．4　隊列　192
7．4．1　隊列的基本概念　192
7．4．2　隊列的實現(xiàn)　193
7．4．3　隊列的基本操作　194
7．4．4　隊列的應用　194
7．5　樹　195
7．5．1　二叉樹的基本概念　195
7．5．2　二叉樹的實現(xiàn)　197
7．5．3　二叉樹的遍歷　197
7．5．4　二叉檢索樹　198
7．6　圖　199
7．6．1　圖的定義和術(shù)語　199
7．6．2　圖的實現(xiàn)　201
7．6．3　圖的遍歷　201
7．6．4　圖的最短路徑問題　203
7．7　基本算法　204
7．7．1　查找　204
7．7．2　排序　206
小結(jié)　208
習題　209
本章參考文獻　211
第8章　文件系統(tǒng)　212
8．1　文件系統(tǒng)的基本概念　212
8．1．1　文件命名　212
8．1．2　文件訪問　213
8．2　文件結(jié)構(gòu)　214
8．2．1　順序文件　214
8．2．2　索引文件　215
8．2．3　散列文件　215
8．3　Windows文件系統(tǒng)　216
8．3．1　Windows文件系統(tǒng)概述　217
8．3．2　FAT32文件系統(tǒng)　217
8．3．3　NTFS文件系統(tǒng)　217
8．4　Linux文件系統(tǒng)　218
8．4．1　Linux文件系統(tǒng)概述　219
8．4．2　虛擬文件系統(tǒng)VFS　220
8．4．3　EXT2文件系統(tǒng)　221
8．5　Google文件系統(tǒng)　221
8．5．1　Google文件系統(tǒng)概述　222
8．5．2　Google文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　222
8．5．3　主服務器Master的操作　223
小結(jié)　224
習題　225
本章參考文獻　225
第9章　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)　227
9．1　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念　227
9．1．1　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述　228
9．1．2　數(shù)據(jù)庫模式　228
9．1．3　數(shù)據(jù)模型　229
9．2　關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)　233
9．2．1　關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計　234
9．2．2　關(guān)系的操作　236
9．2．3　結(jié)構(gòu)化查詢語言　237
9．3　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫　240
9．3．1　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫簡介　240
9．3．2　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫語言　241
9．3．3　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫基本技術(shù)　241
9．3．4　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫軟件　243
9．3．5　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)勢　243
9．4　非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫NoSQL　244
9．4．1　NoSQL介紹　244
9．4．2　NoSQL數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品　245
9．4．3　NoSQL數(shù)據(jù)庫的特點　246
小結(jié)　247
習題　247
本章參考文獻　248
第二部分　高級專題
第10章　嵌入式計算專題　250
10．1　嵌入式系統(tǒng)的概念　251
10．2　嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成　254
10．2．1　嵌入式硬件　254
10．2．2　嵌入式軟件　257
10．3　嵌入式計算的特點　260
10．4　嵌入式計算發(fā)展趨勢與新挑戰(zhàn)　262
10．4．1　嵌入式計算發(fā)展趨勢　262
10．4．2　嵌入式計算所面臨的挑戰(zhàn)　262
習題　263
本章參考文獻　264
第11章　信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全專題　265
11．1　信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全簡介　265
11．1．1　信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全的基本概念　265
11．1．2　信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全的基本特征　266
11．1．3　信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全保護技術(shù)　267
11．2　信息安全技術(shù)　267
11．2．1　信息安全技術(shù)概述　267
11．2．2　密碼技術(shù)　268
11．2．3　信息隱藏技術(shù)　270
11．3　網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)　273
11．3．1　網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)概述　273
11．3．2　防火墻技術(shù)　274
11．3．3　惡意程序及其防治　276
11．3．4　入侵檢測技術(shù)　280
習題　284
本章參考文獻　285
第12章　物聯(lián)網(wǎng)專題　286
12．1　物聯(lián)網(wǎng)概述　286
12．1．1　物聯(lián)網(wǎng)的概念　286
12．1．2　物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展狀況　288
12．1．3　物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)與特點　291
12．2　物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)　293
12．2．1　自動識別技術(shù)與RFID　293
12．2．2　傳感器技術(shù)　295
12．2．3　網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建　296
12．2．4　物聯(lián)網(wǎng)中間件　298
12．2．5　物聯(lián)網(wǎng)中的智能決策　299
12．2．6　物聯(lián)網(wǎng)信息安全　300
12．3　物聯(lián)網(wǎng)綜合應用　301
12．3．1　應用、預測和市場　301
12．3．2　行業(yè)應用　302
習題　308
本章參考文獻　309
第13章　智能信息處理專題　310
13．1　智能信息處理的產(chǎn)生及發(fā)展　310
13．2　模糊信息處理　311
13．3　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理　312
13．4　粗集信息處理　313
13．5　計算智能　314
13．5．1　遺傳算法　314
13．5．2　模擬退火　315
13．5．3　蟻群算法　316
13．5．4　人工免疫算法　317
13．6　展望　318
習題　318
本章參考文獻　319
第14章　大數(shù)據(jù)專題　320
14．1　大數(shù)據(jù)的相關(guān)概念　321
14．1．1　大數(shù)據(jù)的定義　321
14．1．2　大數(shù)據(jù)的4個特性　321
14．1．3　大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫的差異　322
14．1．4　大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方式　322
14．2　大數(shù)據(jù)的處理與存儲　323
14．2．1　處理模式　323
14．2．2　處理流程　323
14．2．3　大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)　325
14．2．4　大數(shù)據(jù)工具　326
14．2．5　大數(shù)據(jù)的存儲管理　327
14．3　大數(shù)據(jù)與機器學習　328
14．3．1　大數(shù)據(jù)時代下機器學習的特點　329
14．3．2　評價指標　330
14．3．3　機器學習模型　330
14．3．4　面向數(shù)據(jù)流的機器學習　334
14．4　隱私保護與數(shù)據(jù)安全　335
14．4．1　大數(shù)據(jù)隱私問題　335
14．4．2　大數(shù)據(jù)安全挑戰(zhàn)　336
14．4．3　大數(shù)據(jù)安全應對策略　337
14．5　大數(shù)據(jù)的應用及發(fā)展趨勢　337
14．5．1　大數(shù)據(jù)的應用　337
14．5．2　大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢　339
習題　339
本章參考文獻　340
第15章　云計算專題　341
15．1　云計算概述　341
15．1．1　云計算的演進　341
15．1．2　云計算的定義　341
15．1．3　云計算的特點　342
15．1．4　云計算的類型和服務層次　343
15．2　云計算主要技術(shù)　344
15．2．1　云計算技術(shù)框架　344
15．2．2　云計算的核心　345
15．2．3　云計算關(guān)鍵技術(shù)　346
15．3　云計算產(chǎn)業(yè)及應用情況　347
15．3．1　云計算帶來的變革　347
15．3．2　云計算的應用　349
15．3．3　云計算的發(fā)展現(xiàn)狀　350
15．4　私有云搭建技術(shù)　351
15．4．1　OpenStack簡介　352
15．4．2　CloudStack簡介　352
習題　353
本章參考文獻　354