計(jì)算機(jī)科學(xué)概論（英文版·原書第7版）

出版者的話
前言
第一部分　基礎(chǔ)篇
第1章　全景圖 3
1.1　計(jì)算系統(tǒng) 4
計(jì)算系統(tǒng)的分層 4
抽象 6
1.2　計(jì)算的歷史 9
計(jì)算硬件簡(jiǎn)史 9
計(jì)算軟件簡(jiǎn)史 19
預(yù)言 25
1.3　計(jì)算工具與計(jì)算學(xué)科 26
計(jì)算的基本思想 27
小結(jié) 28
道德問(wèn)題：數(shù)字鴻溝 30
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 31
練習(xí) 31
思考題 33
第二部分　信息層
第2章　二進(jìn)制數(shù)值與記數(shù)系統(tǒng) 35
2.1　數(shù)字與計(jì)算 36
2.2　位置記數(shù)法 36
二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制 38
其他記數(shù)系統(tǒng)中的運(yùn)算 41
以2的冪為基數(shù)的記數(shù)系統(tǒng) 42
將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他數(shù)制的數(shù) 44
二進(jìn)制數(shù)值與計(jì)算機(jī) 45
小結(jié) 48
道德問(wèn)題：FISA法庭 49
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 49
練習(xí) 50
思考題 53
第3章　數(shù)據(jù)表示法 55
3.1　數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī) 56
模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 57
二進(jìn)制表示法 59
3.2　數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示法 61
負(fù)數(shù)表示法 61
實(shí)數(shù)表示法 65
3.3　文本表示法 68
ASCII字符集 69
Unicode字符集 70
文本壓縮 71
3.4　音頻數(shù)據(jù)表示法 77
音頻格式 79
MP3音頻格式 79
3.5　圖像與圖形表示法 80
顏色表示法 80
數(shù)字化圖像與圖形 82
圖形的矢量表示法 83
3.6　視頻表示法 84
視頻編譯碼器 84
小結(jié) 85
道德問(wèn)題：Snowden事件的影響 86
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 86
練習(xí) 87
思考題 91
第三部分　硬件層
第4章　門和電路 93
4.1　計(jì)算機(jī)和電學(xué) 94
4.2　門 96
非門 96
與門 97
或門 98
異或門 98
與非門和或非門 99
門處理回顧 100
具有更多輸入的門 101
4.3　門的構(gòu)造 101
晶體管 102
4.4　電路 104
組合電路 104
加法器 108
多路復(fù)用器 110
4.5　存儲(chǔ)器電路 111
4.6　集成電路 112
4.7　CPU芯片 113
小結(jié) 113
道德問(wèn)題：道德規(guī)范 114
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 116
練習(xí) 116
思考題 119
第5章　計(jì)算部件 121
5.1　獨(dú)立的計(jì)算機(jī)部件 122
5.2　存儲(chǔ)程序的概念 126
馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu) 128
讀取–執(zhí)行周期 132
RAM和ROM 134
二級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備 135
觸摸屏 139
5.3　嵌入式系統(tǒng) 141
5.4　并行體系結(jié)構(gòu) 142
并行計(jì)算 142
并行硬件分類 144
小結(jié) 145
道德問(wèn)題：隱私是否已經(jīng)是過(guò)去時(shí)？ 146
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 146
練習(xí) 147
思考題 149
第四部分　程序設(shè)計(jì)層
第6章　低級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與偽代碼 151
6.1　計(jì)算機(jī)操作 152
6.2　機(jī)器語(yǔ)言 152
Pep/9：一臺(tái)虛擬機(jī) 153
Pep/9的輸入/輸出 159
6.3　一個(gè)程序?qū)嵗?159
Pep/9模擬器 160
另一個(gè)機(jī)器語(yǔ)言實(shí)例 162
6.4　匯編語(yǔ)言 163
Pep/9匯編語(yǔ)言 164
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、分支、標(biāo)簽 166
匯編語(yǔ)言中的循環(huán) 170
6.5　表達(dá)算法 171
偽代碼的功能 171
執(zhí)行偽代碼算法 175
寫偽代碼算法 177
翻譯偽代碼算法 180
6.6　測(cè)試 182
小結(jié) 183
道德問(wèn)題：軟件盜版 185
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 186
練習(xí) 186
思考題 189
第7章　問(wèn)題求解與算法設(shè)計(jì) 191
7.1　如何解決問(wèn)題 192
提出問(wèn)題 193
尋找熟悉的情況 193
分治法 194
算法 194
計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解過(guò)程 196
方法總結(jié) 197
測(cè)試算法 198
7.2　有簡(jiǎn)單變量的算法 199
帶有選擇的算法 199
帶有循環(huán)的算法 200
7.3　復(fù)雜變量 206
數(shù)組 206
記錄 207
7.4　搜索算法 208
順序搜索 208
有序數(shù)組中的順序搜索 209
二分檢索 212
7.5　排序 214
選擇排序 215
冒泡排序 218
插入排序 220
7.6　遞歸算法 221
子程序語(yǔ)句 221
遞歸階乘 223
遞歸二分檢索 224
快速排序 224
7.7　幾個(gè)重要思想 228
信息隱蔽 228
抽象 229
事物命名 230
測(cè)試 231
小結(jié) 231
道德問(wèn)題：開(kāi)源軟件 232
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 234
練習(xí) 234
思考題 239
第8章　抽象數(shù)據(jù)類型與子程序 241
8.1　抽象數(shù)據(jù)類型 242
8.2　棧 242
8.3　隊(duì)列 243
8.4　列表 244
8.5　樹(shù) 247
二叉樹(shù) 247
二叉檢索樹(shù) 249
其他操作 255
8.6　圖 256
創(chuàng)建圖 258
圖算法 259
8.7　子程序 265
參數(shù)傳遞 266
值參與引用參數(shù) 268
小結(jié) 271
道德問(wèn)題：工作場(chǎng)所監(jiān)視 273
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 274
練習(xí) 274
思考題 279
第9章　面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)與高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 281
9.1　面向?qū)ο蠓椒?282
面向?qū)ο?282
設(shè)計(jì)方法 283
示例 286
9.2　翻譯過(guò)程 291
編譯器 292
解釋器 292
9.3　程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言范型 295
命令式范型 295
聲明式范型 296
9.4　高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的功能性 298
布爾表達(dá)式 299
數(shù)據(jù)歸類 301
輸入/輸出結(jié)構(gòu) 305
控制結(jié)構(gòu) 307
9.5　面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的功能性 313
封裝 313
類 314
繼承 316
多態(tài) 317
9.6　過(guò)程設(shè)計(jì)與面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的區(qū)別 318
小結(jié) 319
道德問(wèn)題：惡作劇與詐騙 321
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 322
練習(xí) 323
思考題 327
第五部分　操作系統(tǒng)層
第10章　操作系統(tǒng) 329
10.1　操作系統(tǒng)的角色 330
內(nèi)存、進(jìn)程與CPU管理 332
批處理 333
分時(shí) 334
其他OS要素 335
10.2　內(nèi)存管理 336
單塊內(nèi)存管理 338
分區(qū)內(nèi)存管理 339
頁(yè)式內(nèi)存管理 341
10.3　進(jìn)程管理 344
進(jìn)程狀態(tài) 344
進(jìn)程控制塊 345
10.4　CPU調(diào)度 346
先到先服務(wù) 347
最短作業(yè)優(yōu)先 348
輪詢法 348
小結(jié) 350
道德問(wèn)題：醫(yī)療隱私—健康保險(xiǎn)攜帶與責(zé)任法案（HIPAA） 352
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 353
練習(xí) 354
思考題 359
第11章　文件系統(tǒng)和目錄 361
11.1　文件系統(tǒng) 362
文本文件和二進(jìn)制文件 362
文件類型 363
文件操作 365
文件訪問(wèn) 366
文件保護(hù) 367
11.2　目錄 368
目錄樹(shù) 369
路徑名 371
11.3　磁盤調(diào)度 373
先到先服務(wù)磁盤調(diào)度法 375
最短尋道時(shí)間優(yōu)先磁盤調(diào)度法 375
SCAN磁盤調(diào)度法 376
小結(jié) 378
道德問(wèn)題：選擇加入和選擇退出 380
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 381
練習(xí) 381
思考題 385
第六部分　應(yīng)用層
第12章　信息系統(tǒng) 387
12.1　信息管理 388
12.2　電子制表軟件 389
電子數(shù)據(jù)表公式 391
循環(huán)引用 396
電子數(shù)據(jù)表分析 397
12.3　數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 399
關(guān)系模型 399
關(guān)系 403
結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言 404
數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 405
12.4　電子商務(wù) 407
12.5　大數(shù)據(jù) 408
小結(jié) 409
道德問(wèn)題：政治與網(wǎng)絡(luò) 411
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 413
練習(xí) 413
思考題 417
第13章　人工智能 419
13.1　思維機(jī) 420
圖靈測(cè)試 421
AI問(wèn)題的各個(gè)方面 423
13.2　知識(shí)表示 423
語(yǔ)義網(wǎng) 425
檢索樹(shù) 427
13.3　專家系統(tǒng) 430
13.4　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 432
生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 432
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 433
13.5　自然語(yǔ)言處理 435
語(yǔ)音合成 437
語(yǔ)音識(shí)別 438
自然語(yǔ)言理解 439
13.6　機(jī)器人學(xué) 440
感知–規(guī)劃–執(zhí)行范型 441
包孕體系結(jié)構(gòu) 441
物理部件 443
小結(jié) 445
道德問(wèn)題：首次公開(kāi)發(fā)行 447
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 448
練習(xí) 448
思考題 451
第14章　模擬、圖形學(xué)、游戲和其他應(yīng)用 453
14.1　什么是模擬 454
復(fù)雜系統(tǒng) 454
模型 455
構(gòu)造模型 455
14.2　特殊模型 457
排隊(duì)系統(tǒng) 457
氣象模型 461
計(jì)算生物學(xué) 466
其他模型 467
必要的計(jì)算能力 467
14.3　計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 468
光的工作原理 470
物體形狀 472
光模擬 472
復(fù)雜對(duì)象的建模 474
讓物體動(dòng)起來(lái) 480
14.4　游戲 482
游戲的歷史 483
創(chuàng)建虛擬世界 484
游戲設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 485
游戲編程 486
小結(jié) 487
道德問(wèn)題：游戲成癮 489
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 490
練習(xí) 490
思考題 493
第七部分　通信層
第15章　網(wǎng)絡(luò) 495
15.1　連網(wǎng) 496
網(wǎng)絡(luò)的類型 497
Internet連接 500
包交換 502
15.2　開(kāi)放式系統(tǒng)與協(xié)議 504
開(kāi)放式系統(tǒng) 504
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 505
TCP/IP 506
高層協(xié)議 507
MIME類型 508
防火墻 509
15.3　網(wǎng)絡(luò)地址 510
域名系統(tǒng) 511
誰(shuí)控制因特網(wǎng) 514
15.4　云計(jì)算 515
15.5　區(qū)塊鏈 516
小結(jié) 517
道德問(wèn)題：社交網(wǎng)絡(luò)的影響 519
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 520
練習(xí) 521
思考題 523
第16章　萬(wàn)維網(wǎng) 525
16.1　Web簡(jiǎn)介 526
搜索引擎 527
即時(shí)消息 528
博客 529
cookie 530
Web分析 530
16.2　HTML和CSS 531
基本的HTML元素 535
標(biāo)記的屬性 536
關(guān)于CSS的更多內(nèi)容 537
更多HTML5的元素 540
16.3　交互式網(wǎng)頁(yè) 541
Java小程序 541
Java服務(wù)器頁(yè) 542
16.4　XML 543
16.5　社交網(wǎng)絡(luò)演化 547
小結(jié) 548
道德問(wèn)題：賭博與互聯(lián)網(wǎng) 551
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 552
練習(xí) 552
思考題 555
第17章　計(jì)算機(jī)安全 557
17.1　各級(jí)安全 558
信息安全 558
17.2　阻止未授權(quán)訪問(wèn) 560
密碼 561
驗(yàn)證碼 563
指紋分析 564
17.3　惡意代碼 565
殺毒軟件 566
安全攻擊 567
17.4　密碼學(xué) 569
17.5　保護(hù)你的在線信息 572
共同的責(zé)任 574
安全與可移動(dòng)設(shè)備 574
維基解密 575
小結(jié) 578
道德問(wèn)題：博客和新聞 580
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 581
練習(xí) 582
思考題 585
網(wǎng)上資料
術(shù)語(yǔ)表
參考文獻(xiàn)
索引


CONTENTS

1 Laying the Groundwork . . . . . . . . . . . . .2
Chapter 1The Big Picture 3
1.1 Computing Systems 4

Layers of a Computing System 4

Abstraction 6

1.2 The History of Computing 9

A Brief History of Computing Hardware 9

A Brief History of Computing Software 19

Predictions 25

1.3 Computing as a Tool and a.Discipline 26

The Big Ideas of Computing 27

Summary 28

Ethical Issues: Digital Divide 30

Key Terms 31

Exercises 31

Thought Questions 33

2 The Information Layer . . . . . . . . . . . . .34
Chapter 2Binary Values and Number Systems 35
2.1 Numbers and Computing 36
2.2 Positional Notation 36

Binary, Octal, and Hexadecimal 38

Arithmetic in Other Bases 41

Power-of-2 Number Systems 42

Converting from Base 10 to Other Bases 44

Binary Values and Computers 45

Summary 48

Ethical Issues: The FISA Court 49

Key Terms 49

Exercises 50
Thought Questions 53

Chapter 3 Data Representation 55
3.1 Data and Computers 56

Analog and Digital Data 57