出版者的話
譯者序
前言
第1章　緒論1
1.1　圖靈模型1
1.1.1　數(shù)據(jù)處理器1
1.1.2　可編程數(shù)據(jù)處理器2
1.1.3　通用圖靈機(jī)3
1.2　馮·諾依曼模型3
1.2.1　4個(gè)子系統(tǒng)3
1.2.2　存儲程序概念4
1.2.3　指令的順序執(zhí)行4
1.3　計(jì)算機(jī)組成部分4
1.3.1　計(jì)算機(jī)硬件4
1.3.2　數(shù)據(jù)4
1.3.3　計(jì)算機(jī)軟件5
1.4　歷史6
1.4.1　機(jī)械計(jì)算機(jī)器（1930年以前）6
1.4.2　電子計(jì)算機(jī)的誕生（1930～1950年）7
1.4.3　計(jì)算機(jī)的誕生（1950年至今）7
1.5　計(jì)算機(jī)科學(xué)作為一門學(xué)科8
1.6　課程綱要8
1.6.1　第一部分：數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算8
1.6.2　第二部分：計(jì)算機(jī)硬件8
1.6.3　第三部分：計(jì)算機(jī)軟件8
1.6.4　第四部分：數(shù)據(jù)組織與抽象9
1.6.5　第五部分：高級話題9
1.6.6　第六部分：社交媒體和社會話題9
1.7　章末材料9
1.8　練習(xí)10
第2章　數(shù)字系統(tǒng)11
2.1　引言11
2.2　位置化數(shù)字系統(tǒng)11
2.2.1　十進(jìn)制系統(tǒng)12
2.2.2　二進(jìn)制系統(tǒng)13
2.2.3　十六進(jìn)制系統(tǒng)14
2.2.4　八進(jìn)制系統(tǒng)15
2.2.5　4種位置化數(shù)字系統(tǒng)小結(jié)16
2.2.6　轉(zhuǎn)換16
2.3　非位置化數(shù)字系統(tǒng)21
2.4　章末材料22
2.5　練習(xí)23
第3章　數(shù)據(jù)存儲27
3.1　數(shù)據(jù)類型27
3.1.1　計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)28
3.1.2　數(shù)據(jù)壓縮28
3.1.3　錯(cuò)誤檢測和糾正29
3.2　存儲數(shù)字29
3.2.1　存儲整數(shù)29
3.2.2　3種系統(tǒng)的比較34
3.2.3　實(shí)數(shù)35
3.3　存儲文本41
3.3.1　代碼41
3.4　存儲音頻42
3.4.1　采樣42
3.4.2　量化42
3.4.3　編碼43
3.4.4　聲音編碼標(biāo)準(zhǔn)43
3.5　存儲圖像43
3.5.1　光柵圖43
3.5.2　矢量圖44
3.6　存儲視頻45
3.7　章末材料45
3.8　練習(xí)47
第4章　數(shù)據(jù)運(yùn)算50
4.1　邏輯運(yùn)算50
4.1.1　位層次上的邏輯運(yùn)算 50
4.1.2　模式層次上的邏輯運(yùn)算52
4.2　移位運(yùn)算54
4.2.1　邏輯移位運(yùn)算54
4.3　算術(shù)運(yùn)算56
4.3.1　整數(shù)的算術(shù)運(yùn)算56
4.3.2　實(shí)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算58
4.4　章末材料58
4.5　練習(xí)59
第5章　計(jì)算機(jī)組成61
5.1　引言61
5.2　中央處理單元61
5.2.1　算術(shù)邏輯單元62
5.2.2　寄存器62
5.2.3　控制單元63
5.3　主存儲器63
5.3.1　地址空間63
5.3.2　存儲器的類型64
5.3.3　存儲器的層次結(jié)構(gòu)65
5.3.4　高速緩沖存儲器65
5.4　輸入/輸出子系統(tǒng)66
5.4.1　非存儲設(shè)備66
5.4.2　存儲設(shè)備66
5.5　子系統(tǒng)的互連70
5.5.1　CPU和存儲器的連接70
5.5.2　I/O設(shè)備的連接71
5.5.3　輸入／輸出設(shè)備的尋址73
5.6　程序執(zhí)行74
5.6.1　機(jī)器周期74
5.6.2　輸入／輸出操作75
5.7　不同的體系結(jié)構(gòu)77
5.7.1　CISC77
5.7.2　RISC77
5.7.3　流水線77
5.7.4　并行處理78
5.8　簡單計(jì)算機(jī)79
5.8.1　CPU80
5.8.2　主存80
5.8.3　輸入/輸出子系統(tǒng)80
5.8.4　指令集81
5.8.5　處理指令82
5.8.6　存儲程序和數(shù)據(jù)83
5.8.7　指令周期83
5.8.8　另一個(gè)例子85
5.8.9　可重用性87
5.9　章末材料87
5.10　練習(xí)89
第6章　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)92
6.1　引言92
6.1.1　網(wǎng)絡(luò)92
6.1.2　因特網(wǎng)93
6.1.3　硬件和軟件95
6.1.4　協(xié)議分層95
6.1.5　TCP/IP協(xié)議族97
6.2　應(yīng)用層99
6.2.1　提供服務(wù)100
6.2.2　應(yīng)用層模式100
6.2.3　標(biāo)準(zhǔn)客戶機(jī)-服務(wù)器應(yīng)用101
6.2.4　文件傳輸協(xié)議103
6.2.5　電子郵件104
6.2.6　TELNET105
6.2.7　安全外殼106
6.2.8　域名系統(tǒng)106
6.2.9　端到端模式108
6.3　傳輸層109
6.3.1　傳輸層服務(wù)110
6.3.2　傳輸層協(xié)議111
6.4　網(wǎng)絡(luò)層111
6.4.1　網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)112
6.4.2　網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議114
6.5　數(shù)據(jù)鏈路層116
6.5.1　節(jié)點(diǎn)和鏈接117
6.5.2　局域網(wǎng)118
6.5.3　廣域網(wǎng)120
6.6　物理層122
6.6.1　數(shù)據(jù)和信號122
6.6.2　數(shù)字化傳輸124
6.6.3　模擬傳輸124
6.7　傳輸介質(zhì)125
6.7.1　導(dǎo)向介質(zhì)125
6.7.2　非導(dǎo)向介質(zhì)：無線126
6.8　章末材料127
6.9　練習(xí)129
第7章　操作系統(tǒng)132
7.1　引言132
7.1.1　操作系統(tǒng)132
7.1.2　自舉過程133
7.2　演化133
7.2.1　批處理系統(tǒng)133
7.2.2　分時(shí)系統(tǒng)133
7.2.3　個(gè)人系統(tǒng)134
7.2.4　并行系統(tǒng)134
7.2.5　分布式系統(tǒng)134
7.2.6　實(shí)時(shí)系統(tǒng)134
7.3　組成部分134
7.3.1　用戶界面135
7.3.2　內(nèi)存管理器135
7.3.3　進(jìn)程管理器138
7.3.4　文件管理器142
7.4　主流操作系統(tǒng)142
7.4.1　UNIX143
7.4.2　Linux144
7.4.3　Windows144
7.5　章末材料145
7.6　練習(xí)147
第8章　算法149
8.1　概念149
8.1.1　非正式定義149
8.1.2　示例149
8.1.3　定義動作151
8.1.4　細(xì)化151
8.1.5　泛化152
8.2　三種結(jié)構(gòu)152
8.2.1　順序152
8.2.2　判斷152
8.2.3　循環(huán)152
8.3　算法的表示153
8.3.1　UML153
8.3.2　偽代碼153
8.4　更正式的定義155
8.4.1　定義良好156
8.4.2　明確步驟156
8.4.3　產(chǎn)生結(jié)果156
8.4.4　在有限的時(shí)間內(nèi)終止156
8.5　基本算法156
8.5.1　求和156
8.5.2　乘積157
8.5.3　最大和最小157
8.5.4　排序157
8.5.5　查找161
8.6　子算法163
8.6.1　結(jié)構(gòu)圖163
8.7　遞歸164
8.7.1　迭代的定義164
8.7.2　遞歸的定義164
8.8　章末材料166
8.9　練習(xí)167
第9章　程序設(shè)計(jì)語言170
9.1　演化170
9.1.1　機(jī)器語言170
9.1.2　匯編語言171
9.1.3　高級語言171
9.2　翻譯172
9.2.1　編譯172
9.2.2　解釋172
9.2.3　翻譯過程173
9.3　編程模式173
9.3.1　過程式模式174
9.3.2　面向?qū)ο竽Ｊ?76
9.3.3　函數(shù)式模式177
9.3.4　聲明式模式179
9.4　共同概念179
9.4.1　標(biāo)識符179
9.4.2　數(shù)據(jù)類型179
9.4.3　變量180
9.4.4　字面值180
9.4.5　常量181
9.4.6　輸入和輸出181
9.4.7　表達(dá)式181
9.4.8　語句182
9.4.9　子程序184
9.5　章末材料187
9.6　練習(xí)188
第10章　軟件工程191
10.1　軟件生命周期191
10.1.1　開發(fā)過程模型191
10.2　分析階段192
10.2.1　面向過程分析192
10.2.2　面向?qū)ο蠓治?93
10.3　設(shè)計(jì)階段194
10.3.1　面向過程設(shè)計(jì)194
10.3.2　面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)195
10.4　實(shí)現(xiàn)階段195
10.4.1　語言的選擇196
10.4.2　軟件質(zhì)量196
10.5　測試階段197
10.5.1　白盒測試197
10.5.2　黑盒測試199
10.6　文檔199
10.6.1　用戶文檔199
10.6.2　系統(tǒng)文檔199
10.6.3　技術(shù)文檔200
10.7　章末材料200
10.8　練習(xí)201
第11章　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)203
11.1　數(shù)組203
11.1.1　數(shù)組名與元素名205
11.1.2　多維數(shù)組205
11.1.3　存儲配置205
11.1.4　數(shù)組操作206
11.1.5　字符串207
11.1.6　數(shù)組的應(yīng)用207
11.2　記錄208
11.2.1　記錄名與域名208
11.2.2　記錄與數(shù)組的比較208
11.2.3　記錄數(shù)組209
11.2.4　數(shù)組與記錄數(shù)組209
11.3　鏈表209
11.3.1　數(shù)組與鏈表210
11.3.2　鏈表名與節(jié)點(diǎn)名211
11.3.3　鏈表操作211
11.3.4　鏈表的應(yīng)用218
11.4　章末材料218
11.5　練習(xí)219
第12章　抽象數(shù)據(jù)類型221
12.1　背景221
12.1.1　簡單抽象數(shù)據(jù)類型221
12.1.2　復(fù)雜抽象數(shù)據(jù)類型222
12.1.3　定義222
12.1.4　抽象數(shù)據(jù)類型的模型222
12.1.5　實(shí)現(xiàn)223
12.2　棧223
12.2.1　棧的操作223
12.2.2　棧的抽象數(shù)據(jù)類型224
12.2.3　棧的應(yīng)用224
12.2.4　棧的實(shí)現(xiàn)226
12.3　隊(duì)列227
12.3.1　隊(duì)列的操作227
12.3.2　隊(duì)列的抽象數(shù)據(jù)類型228
12.3.3　隊(duì)列的應(yīng)用229
12.3.4　隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)230
12.4　廣義線性表230
12.4.1　廣義線性表的操作231
12.4.2　廣義線性表的抽象數(shù)據(jù)類型232
12.4.3　廣義線性表的應(yīng)用233
12.4.4　廣義線性表的實(shí)現(xiàn)234
12.5　樹234
12.5.1　二叉樹235
12.5.2　二叉樹的操作236
12.5.3　二叉樹的應(yīng)用237
12.5.4　二叉樹的實(shí)現(xiàn)238
12.5.5　二叉搜索樹238
12.6　圖240
12.7　章末材料240
12.8　練習(xí)242
第13章　文件結(jié)構(gòu)244
13.1　引言244
13.1.1　順序存取244
13.1.2　隨機(jī)存取244
13.2　順序文件245
13.2.1　更新順序文件245
13.3　索引文件246
13.3.1　倒排文件247
13.4　散列文件247
13.4.1　散列方法248
13.4.2　沖突249
13.5　目錄251
13.5.1　UNIX操作系統(tǒng)中的目錄251
13.6　文本文件與二進(jìn)制文件252
13.6.1　文本文件253
13.6.2　二進(jìn)制文件253
13.7　章末材料253
13.8　練習(xí)255
第14章　數(shù)據(jù)庫257
14.1　引言257
14.1.1　定義257
14.1.2　數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點(diǎn)257
14.1.3　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)258
14.2　數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)259
14.2.1　內(nèi)層259
14.2.2　概念層259
14.2.3　外層259
14.3　數(shù)據(jù)庫模型259
14.3.1　層次模型259
14.3.2　網(wǎng)狀模型260
14.3.3　關(guān)系模型260
14.4　關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型260
14.4.1　關(guān)系260
14.4.2　關(guān)系的操作261
14.5　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)265
14.5.1　實(shí)體關(guān)系模型266
14.5.2　從E-R圖到關(guān)系266
14.5.3　規(guī)范化267
14.6　其他數(shù)據(jù)庫模型268
14.6.1　分布式數(shù)據(jù)庫268
14.6.2　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫269
14.7　章末材料269
14.8　練習(xí)271
第15章　數(shù)據(jù)壓縮273
15.1　引言273
15.2　無損壓縮方法273
15.2.1　游程長度編碼274
15.2.2　赫夫曼編碼275
15.2.3　Lempel Ziv編碼276
15.3　有損壓縮方法279
15.3.1　圖像壓縮：JPEG280
15.3.2　視頻壓縮：MPEG282
15.3.3　音頻壓縮283
15.4　章末材料283
15.5　練習(xí)285
第16章　安全287
16.1　引言287
16.1.1　安全目標(biāo)287
16.1.2　攻擊288
16.1.3　服務(wù)和技術(shù)289
16.2　機(jī)密性289
16.2.1　對稱密鑰密碼術(shù)290
16.2.2　非對稱密鑰密碼術(shù)295
16.3　其他安全服務(wù)299
16.3.1　消息完整性299
16.3.2　消息驗(yàn)證300
16.3.3　數(shù)字簽名301
16.3.4　實(shí)體驗(yàn)證304
16.3.5　密鑰管理306
16.4　防火墻309
16.4.1　包過濾防火墻310
16.4.2　代理防火墻311
16.5　章末材料311
16.6　練習(xí)313
第17章　計(jì)算理論316
17.1　簡單語言316
17.1.1　遞增語句316
17.1.2　遞減語句316
17.1.3　循環(huán)語句317
17.1.4　簡單語言的威力317
17.2　圖靈機(jī)319
17.2.1　圖靈機(jī)組成部件319
17.2.2　對簡單語言的模擬321
17.2.3　邱奇-圖靈論題323
17.3　歌德爾數(shù)324
17.3.1　表示一個(gè)程序324
17.3.2　翻譯一個(gè)數(shù)字324
17.4　停機(jī)問題325
17.4.1　停機(jī)問題是不可解的325
17.5　問題的復(fù)雜度326
17.5.1　不可解問題327
17.5.2　可解問題327
17.6　章末材料328
17.7　練習(xí)329
第18章　人工智能331
18.1　引言331
18.1.1　什么是人工智能331
18.1.2　人工智能簡史331
18.1.3　圖靈測試332
18.1.4　智能體332
18.1.5　編程語言332
18.2　知識表示332
18.2.1　語義網(wǎng)333
18.2.2　框架333
18.2.3　謂詞邏輯334
18.2.4　基于規(guī)則的系統(tǒng)338
18.3　專家系統(tǒng)339
18.3.1　抽取知識339
18.3.2　抽取事實(shí)340
18.3.3　體系結(jié)構(gòu)340
18.4　感知341
18.4.1　圖像處理341
18.4.2　語言理解343
18.5　搜索345
18.5.1　搜索方法345
18.6　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)348
18.6.1　生物神經(jīng)元348
18.6.2　感知器349
18.6.3　多層網(wǎng)絡(luò)350
18.6.4　應(yīng)用350
18.7　章末材料350
18.8　練習(xí)351
第19章　社交媒體導(dǎo)論354
19.1　引言354
19.2　Facebook355
19.2.1　梗概355
19.2.2　網(wǎng)頁356
19.2.3　成員357
19.2.4　獲取Facebook的服務(wù)358
19.2.5　朋友358
19.2.6　交換信息359
19.3　Twitter360
19.3.1　梗概360
19.3.2　頁面361
19.3.3　成員361
19.3.4　獲取Twitter的服務(wù)362
19.3.5　跟隨以及被跟隨362
19.3.6　發(fā)送推文363
19.3.7　接收推文364
19.4　章末材料364
19.5　練習(xí)365
第20章　社會和道德問題366
20.1　道德原則366
20.1.1　道德規(guī)則366
20.1.2　使用366
20.1.3　社會契約366
20.2　知識產(chǎn)權(quán)367
20.2.1　知識產(chǎn)權(quán)的類型367
20.3　隱私368
20.4　計(jì)算機(jī)犯罪368
20.4.1　攻擊的類型368
20.4.2　動機(jī)369
20.4.3　攻擊保護(hù)369
20.4.4　花費(fèi)369
20.5　黑客369
20.6　章末材料369
20.7　練習(xí)370
附錄A　Unicode372
附錄B　UML376
附錄C　偽代碼384
附錄D　結(jié)構(gòu)圖387
附錄E　布爾代數(shù)和邏輯電路390
附錄F　C、C++和Java程序示例403
附錄G　數(shù)學(xué)知識410
附錄H　錯(cuò)誤檢測和糾正417
附錄I　符號加絕對值整數(shù)的加減法428
附錄J　實(shí)數(shù)的加減法431
縮略語434
術(shù)語表436