計(jì)算機(jī)科學(xué)概論（第3版）

第一部分　基礎(chǔ)理論
第1章　計(jì)算的歷史與未來(lái)　2
1．1　計(jì)算機(jī)的史前時(shí)代　2
1．1．1　石頭計(jì)算到算盤(pán)　2
1．1．2　計(jì)算尺和計(jì)算器　3
1．2　機(jī)械式計(jì)算機(jī)　4
1．2．1　施卡德計(jì)算機(jī)　5
1．2．2　帕斯卡加法機(jī)　5
1．2．3　萊布尼茲乘法機(jī)　6
1．3　卡片時(shí)代　7
1．3．1　“編織”的程序：自動(dòng)編織機(jī)　7
1．3．2　穿孔制表機(jī)　8
1．4　程式化計(jì)算機(jī)的萌芽：差分機(jī)和分析機(jī)　9
1．4．1　差分機(jī)　9
1．4．2　分析機(jī)　11
1．5　模擬計(jì)算機(jī)　12
1．6　早期的數(shù)字計(jì)算機(jī)　13
1．6．1　Z系列計(jì)算機(jī)　13
1．6．2　ABC計(jì)算機(jī)　14
1．6．3　巨人計(jì)算機(jī)　16
1．6．4　Mark系列計(jì)算機(jī)　17
1．7　現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)　18
1．7．1　電子管時(shí)代　18
1．7．2　晶體管時(shí)代　21
1．7．3　集成電路時(shí)代　23
1．7．4　大規(guī)模集成電路時(shí)代：微處理器時(shí)代　24
1．7．5　后PC時(shí)代　27
1．7．6　下一代計(jì)算機(jī)　30
1．8　奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電路　34
1．8．3　圖靈及圖靈機(jī)、圖靈測(cè)試　35
1．8．4　維納及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)五原則　37
1．8．5　馮·諾依曼及馮?諾依曼結(jié)構(gòu)　37
1．9　計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)　39
1．9．1　高性能計(jì)算　40
1．9．2　普適計(jì)算　43
1．9．3　中國(guó)信息技術(shù)未來(lái)增長(zhǎng)點(diǎn)　44
小結(jié)　47
習(xí)題　47
本章參考文獻(xiàn)　49
第2章　計(jì)算機(jī)組成與工作原理　51
2．1　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成　51
2．1．1　計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)　52
2．1．2　計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)　61
2．2　計(jì)算機(jī)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(wèn)　68
2．2．3　指令執(zhí)行過(guò)程　69
2．2．4　計(jì)算機(jī)工作過(guò)程　70
2．3　計(jì)算機(jī)常用的數(shù)制及機(jī)內(nèi)信息表示　71
2．3．1　數(shù)制及其轉(zhuǎn)換　71
2．3．2　計(jì)算機(jī)內(nèi)信息的表示　73
小結(jié)　77
習(xí)題　78
本章參考文獻(xiàn)　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(hù)界面　85
3．2．2　進(jìn)程管理　86
3．2．3　存儲(chǔ)管理　93
3．2．4　文件管理　98
3．2．5　I/O管理　98
3．3　常見(jiàn)操作系統(tǒng)　98
小結(jié)　100
習(xí)題　101
本章參考文獻(xiàn)　103
第4章　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)　104
4．1　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述　104
4．1．1　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起源　104
4．1．2　計(jì)算機(jī)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(lèi)　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(jiàn)局域網(wǎng)　110
4．3　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(jì)算機(jī)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(wù)　127
小結(jié)　129
習(xí)題　130
本章參考文獻(xiàn)　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(yǔ)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)模　149
5．4．2　時(shí)間復(fù)雜度　150
5．4．3　空間復(fù)雜度　151
小結(jié)　151
習(xí)題　152
本章參考文獻(xiàn)　152
第6章　程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言　153
6．1　程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述　153
6．1．1　什么是程序語(yǔ)言　153
6．1．2　程序語(yǔ)言的發(fā)展歷史　154
6．1．3　程序語(yǔ)言的分類(lèi)　155
6．1．4　機(jī)器語(yǔ)言　156
6．1．5　匯編語(yǔ)言　157
6．1．6　高級(jí)語(yǔ)言　158
6．2　高級(jí)程序語(yǔ)言的類(lèi)型　160
6．2．1　常用高級(jí)程序語(yǔ)言　160
6．2．2　過(guò)程化語(yǔ)言　162
6．2．3　函數(shù)式語(yǔ)言　162
6．2．4　邏輯式語(yǔ)言　163
6．2．5　面向?qū)ο笳Z(yǔ)言　164
6．2．6　專(zhuān)用語(yǔ)言　165
6．3　程序設(shè)計(jì)的基本概念　166
6．3．1　標(biāo)識(shí)符　167
6．3．2　變量與數(shù)據(jù)類(lèi)型　167
6．3．3　常量和文字　168
6．3．4　表達(dá)式和賦值語(yǔ)句　169
6．3．5　控制語(yǔ)句　170
6．3．6　注釋　172
6．4　程序單元　173
6．4．1　過(guò)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(jì)語(yǔ)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(kāi)發(fā)環(huán)境　178
6．6　高級(jí)話題　178
6．6．1　面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)　178
6．6．2　程序語(yǔ)言的發(fā)展趨勢(shì)　181
小結(jié)　181
習(xí)題　182
本章參考文獻(xiàn)　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(chǔ)結(jié)構(gòu)　187
7．1．4　數(shù)據(jù)的運(yùn)算　188
7．2　線性表　188
7．2．1　基于數(shù)組的實(shí)現(xiàn)　188
7．2．2　基于鏈表的實(shí)現(xiàn)　189
7．3　堆?！?90
7．3．1　堆棧的基本概念　190
7．3．2　棧的實(shí)現(xiàn)　191
7．3．3　棧的基本操作　191
7．3．4　棧的應(yīng)用　192
7．4　隊(duì)列　192
7．4．1　隊(duì)列的基本概念　192
7．4．2　隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)　193
7．4．3　隊(duì)列的基本操作　194
7．4．4　隊(duì)列的應(yīng)用　194
7．5　樹(shù)　195
7．5．1　二叉樹(shù)的基本概念　195
7．5．2　二叉樹(shù)的實(shí)現(xiàn)　197
7．5．3　二叉樹(shù)的遍歷　197
7．5．4　二叉檢索樹(shù)　198
7．6　圖　199
7．6．1　圖的定義和術(shù)語(yǔ)　199
7．6．2　圖的實(shí)現(xiàn)　201
7．6．3　圖的遍歷　201
7．6．4　圖的最短路徑問(wèn)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(xí)題　209
本章參考文獻(xiàn)　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(wèn)　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(wù)器Master的操作　223
小結(jié)　224
習(xí)題　225
本章參考文獻(xiàn)　225
第9章　數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)　227
9．1　數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念　227
9．1．1　數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)概述　228
9．1．2　數(shù)據(jù)庫(kù)模式　228
9．1．3　數(shù)據(jù)模型　229
9．2　關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)　233
9．2．1　關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)　234
9．2．2　關(guān)系的操作　236
9．2．3　結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言　237
9．3　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)　240
9．3．1　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介　240
9．3．2　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言　241
9．3．3　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)基本技術(shù)　241
9．3．4　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)軟件　243
9．3．5　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)　243
9．4　非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)NoSQL　244
9．4．1　NoSQL介紹　244
9．4．2　NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)品　245
9．4．3　NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)　246
小結(jié)　247
習(xí)題　247
本章參考文獻(xiàn)　248
第二部分　高級(jí)專(zhuān)題
第10章　嵌入式計(jì)算專(zhuān)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(jì)算的特點(diǎn)　260
10．4　嵌入式計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)與新挑戰(zhàn)　262
10．4．1　嵌入式計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)　262
10．4．2　嵌入式計(jì)算所面臨的挑戰(zhàn)　262
習(xí)題　263
本章參考文獻(xiàn)　264
第11章　信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全專(zhuān)題　265
11．1　信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全簡(jiǎn)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(hù)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(cè)技術(shù)　280
習(xí)題　284
本章參考文獻(xiàn)　285
第12章　物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)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?fàn)顩r　288
12．1．3　物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)與特點(diǎn)　291
12．2　物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)　293
12．2．1　自動(dòng)識(shí)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(yīng)用　301
12．3．1　應(yīng)用、預(yù)測(cè)和市場(chǎng)　301
12．3．2　行業(yè)應(yīng)用　302
習(xí)題　308
本章參考文獻(xiàn)　309
第13章　智能信息處理專(zhuān)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(jì)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(xí)題　318
本章參考文獻(xiàn)　319
第14章　大數(shù)據(jù)專(zhuān)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(gè)特性　321
14．1．3　大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)　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(chǔ)管理　327
14．3　大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)　328
14．3．1　大數(shù)據(jù)時(shí)代下機(jī)器學(xué)習(xí)的特點(diǎn)　329
14．3．2　評(píng)價(jià)指標(biāo)　330
14．3．3　機(jī)器學(xué)習(xí)模型　330
14．3．4　面向數(shù)據(jù)流的機(jī)器學(xué)習(xí)　334
14．4　隱私保護(hù)與數(shù)據(jù)安全　335
14．4．1　大數(shù)據(jù)隱私問(wèn)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(yīng)對(duì)策略　337
14．5　大數(shù)據(jù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)　337
14．5．1　大數(shù)據(jù)的應(yīng)用　337
14．5．2　大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)　339
習(xí)題　339
本章參考文獻(xiàn)　340
第15章　云計(jì)算專(zhuān)題　341
15．1　云計(jì)算概述　341
15．1．1　云計(jì)算的演進(jìn)　341
15．1．2　云計(jì)算的定義　341
15．1．3　云計(jì)算的特點(diǎn)　342
15．1．4　云計(jì)算的類(lèi)型和服務(wù)層次　343
15．2　云計(jì)算主要技術(shù)　344
15．2．1　云計(jì)算技術(shù)框架　344
15．2．2　云計(jì)算的核心　345
15．2．3　云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)　346
15．3　云計(jì)算產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用情況　347
15．3．1　云計(jì)算帶來(lái)的變革　347
15．3．2　云計(jì)算的應(yīng)用　349
15．3．3　云計(jì)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(jiǎn)介　352
15．4．2　CloudStack簡(jiǎn)介　352
習(xí)題　353
本章參考文獻(xiàn)　354