21世紀(jì)是高速發(fā)展的信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)應(yīng)用不斷深入并與其他學(xué)科相結(jié)合，相關(guān)知識(shí)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大�！坝�(jì)算機(jī)導(dǎo)論”作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)的入門課程，需要介紹的知識(shí)在不斷增加，但相應(yīng)的學(xué)時(shí)可能還在減少。為了適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)新技術(shù)的發(fā)展，滿足普通高等院校提高教學(xué)質(zhì)量的需要，高校教學(xué)和學(xué)習(xí)的教材必須與時(shí)代同步并不斷更新。
本書主要面向計(jì)算機(jī)大類各專業(yè)學(xué)生。大多數(shù)學(xué)生在最初的學(xué)習(xí)中可能有一個(gè)誤解，以為計(jì)算機(jī)專業(yè)就是熟練使用常用軟件、維修計(jì)算機(jī)以及編寫程序，實(shí)際上計(jì)算機(jī)專業(yè)需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容遠(yuǎn)非如此。本書將帶領(lǐng)學(xué)生游覽計(jì)算機(jī)的世界，讓學(xué)生從不同角度了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，了解計(jì)算機(jī)專業(yè)涉及內(nèi)容的廣度，并對(duì)本科階段將學(xué)習(xí)的主要專業(yè)課的概況有所了解。
其他讀者如果對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)感興趣，從這本書入門，也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
本書采用自底向上、由內(nèi)到外的方式，探討了計(jì)算機(jī)如何工作，可以做什么以及如何做。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就像一個(gè)交響樂(lè)隊(duì)，由許多不同的元素組織在一起，構(gòu)成一個(gè)整體。本書旨在使學(xué)生對(duì)未來(lái)幾年需要學(xué)習(xí)的主要課程有一個(gè)總體的了解，在此基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)課程的特點(diǎn)及相互關(guān)系有一個(gè)全局的把握。
第1章主要描述了本書的組織結(jié)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展歷史。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)是一個(gè)整體，為了能夠方便地學(xué)習(xí)及探討其功能，可以將其分層，每層在整個(gè)系統(tǒng)中扮演著特定的角色。這種分層構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全景圖。
第2章和第3章分析了最內(nèi)層——信息層，它反映了計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示信息的方式，這是一個(gè)純概念層。計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息采用二進(jìn)制數(shù)字表示，所以要理解計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，首先必須理解二進(jìn)制數(shù)制以及它與其他數(shù)制（如人們?nèi)粘Ｊ褂玫氖M(jìn)制數(shù)制）的關(guān)系，第2章介紹了該內(nèi)容。第3章探討了如何用二進(jìn)制表示及存儲(chǔ)多種類型（如數(shù)值、文本、圖像、音頻和視頻等）的信息。
第4章介紹了硬件層，探討了計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)——門與電路。此外，第4章還介紹了計(jì)算機(jī)硬件各組成部分的功能以及計(jì)算機(jī)指令的工作流程。
第5章和第6章介紹了程序設(shè)計(jì)層。第5章分析了問(wèn)題求解過(guò)程以及計(jì)算機(jī)的問(wèn)題求解方法，講述了算法在解決問(wèn)題中的作用、開發(fā)算法的策略、跟蹤和測(cè)試算法的技術(shù)，并介紹了算法的基本結(jié)構(gòu)以及偽代碼表示。第6章介紹了多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，描述了不同類型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)及主要語(yǔ)法。
第7章討論了操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)。每臺(tái)計(jì)算機(jī)都用操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)的資源，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，了解操作系統(tǒng)能做什么是理解計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵。
第8章和第9章討論了通信層。第8章介紹基本的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，第9章介紹因特網(wǎng)及其應(yīng)用�，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)不再只是個(gè)人使用的孤立系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)被連接到網(wǎng)絡(luò)上，以共享信息和資源。通信層是計(jì)算機(jī)連接的基礎(chǔ)層，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以與地球上的任何地方通信。因特網(wǎng)逐漸演化成全球性的網(wǎng)絡(luò)，萬(wàn)維網(wǎng)使通信變得相對(duì)容易，它從根本上改變了計(jì)算機(jī)的使用價(jià)值，使普通人也能使用它。
前面（內(nèi)部）的分層重點(diǎn)在于如何使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，而應(yīng)用層的重點(diǎn)則是用計(jì)算機(jī)解決真實(shí)世界的問(wèn)題。通過(guò)運(yùn)行相應(yīng)的應(yīng)用程序可以在多個(gè)領(lǐng)域展示計(jì)算機(jī)的威力，如財(cái)務(wù)管理、建筑設(shè)計(jì)或游戲等。這一層范圍廣大，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)的幾個(gè)子學(xué)科。第10章討論了數(shù)據(jù)庫(kù)方面的問(wèn)題，第11章討論了軟件工程相關(guān)問(wèn)題，第12章討論了信息安全問(wèn)題，第13章討論了人工智能。
第14章討論了計(jì)算機(jī)在硬件、軟件及通信方面的缺陷，以及哪些問(wèn)題計(jì)算機(jī)不能解決或解決得不好，并分析了計(jì)算機(jī)的這些缺陷。
本書附帶7個(gè)實(shí)驗(yàn)（相關(guān)資料請(qǐng)到清華大學(xué)出版社網(wǎng)站本書頁(yè)面下載），讀者既能通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高動(dòng)手能力，也有助于理解理論知識(shí)。
有時(shí)讀者很容易陷入細(xì)節(jié)，看不清事物的全貌。本書每章都設(shè)置了“小結(jié)”，是對(duì)每章內(nèi)容的概括，在學(xué)習(xí)完一章后，可以根據(jù)小結(jié)將該章核心內(nèi)容回顧一遍。另外，在學(xué)習(xí)本書的過(guò)程中，應(yīng)該時(shí)�；叵胍幌掠�(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全景圖，了解每一章所講的內(nèi)容處于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的哪一層。每一層的細(xì)節(jié)很重要，但只有從整體上理解它們，才能將這些細(xì)節(jié)融會(huì)貫通，體會(huì)到它們的精妙之處。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分層不是絕對(duì)的，有些內(nèi)容可能貫穿好幾層，所以應(yīng)該靈活對(duì)待。
本書基本涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的主要內(nèi)容�？紤]到初學(xué)者對(duì)算法的理解及程序設(shè)計(jì)能力有限，所以與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的比較難的內(nèi)容，本書沒(méi)有涉及�？紤]到篇幅以及學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，本書也沒(méi)有討論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及圖像處理的內(nèi)容。
本書在編寫過(guò)程中得到了寧夏大學(xué)信息工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和同事的鼓勵(lì)及大力幫助，我的學(xué)生也參與繪制了本書的大部分插圖，在此一并感謝。作者在本書的編寫過(guò)程中，花費(fèi)了大量心血，力求做到完美，但由于精力和能力有限，書中難免有疏漏、不妥之處，懇請(qǐng)各位同仁與廣大讀者批評(píng)指正。
劉進(jìn)鋒2020年1月
第1章概論
1. 1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分層
1.1.2抽象
1.2計(jì)算機(jī)的歷史
1.2.1計(jì)算機(jī)硬件簡(jiǎn)史
1.2.2計(jì)算機(jī)軟件簡(jiǎn)史
1.3計(jì)算機(jī)的分類
1.4計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域
1.5計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科知識(shí)體系
1.5.1CS2013概況
1.5.2知識(shí)領(lǐng)域
1.6小結(jié)
1.7習(xí)題
第2章計(jì)數(shù)系統(tǒng)
2.1數(shù)字與計(jì)算
2.2其他計(jì)數(shù)系統(tǒng)的運(yùn)算
2.3數(shù)制間的轉(zhuǎn)換
2.3.1非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)
2.3.2十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制數(shù)
2.3.3二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換
2.4計(jì)算機(jī)與二進(jìn)制
2.5小結(jié)
2.6習(xí)題
第3章計(jì)算機(jī)中信息的表示方法
3.1數(shù)據(jù)類型
3.1.1數(shù)據(jù)類型簡(jiǎn)介
3.1.2計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)
3.2數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法
3.2.1整數(shù)的表示方法
3.2.2實(shí)數(shù)的表示方法
3.3字符的表示方法
3.4音頻的表示方法
3.5圖像和圖形的表示方法
3.5.1圖像的表示方法
3.5.2圖形的表示方法
3.6視頻的表示方法
3.7小結(jié)
3.8習(xí)題
第4章計(jì)算機(jī)組成
4.1門與電路
4.1.1概述
4.1.2門
4.1.3電路
4.1.4集成電路
4.2計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)
4.2.1存儲(chǔ)程序原理
4.2.2計(jì)算機(jī)硬件的組成部件
4.3計(jì)算機(jī)工作過(guò)程
4.3.1機(jī)器周期
4.3.2簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)
4.3.3具體實(shí)例演示
4.4具體的計(jì)算機(jī)硬件
4.4.1CPU
4.4.2二級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備
4.4.3輸入/輸出設(shè)備
4.5小結(jié)
4.6習(xí)題
第5章問(wèn)題求解和算法設(shè)計(jì)
5.1問(wèn)題求解
5.1.1如何解決問(wèn)題
5.1.2應(yīng)用示例
5.2計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解
5.2.1計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解過(guò)程
5.2.2計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解要點(diǎn)
5.3偽代碼
5.3.1偽代碼的功能
5.3.2偽代碼示例
5.4算法基礎(chǔ)
5.4.1使用選擇結(jié)構(gòu)
5.4.2使用循環(huán)結(jié)構(gòu)
5.4.3復(fù)合變量及用法
5.4.4搜索算法
5.4.5排序算法
5.5幾個(gè)重要思想
5.6小結(jié)
5.7習(xí)題
第6章程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言
6.1計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的演化
6.1.1機(jī)器語(yǔ)言
6.1.2匯編語(yǔ)言
6.1.3高級(jí)語(yǔ)言
6.2翻譯
6.2.1編譯和解釋
6.2.2翻譯過(guò)程
6.3編程范式
6.3.1命令式范式
6.3.2聲明式范式
6.4高級(jí)程序語(yǔ)言的共同概念
6.4.1數(shù)據(jù)類型
6.4.2標(biāo)識(shí)符
6.4.3輸入輸出結(jié)構(gòu)
6.4.4表達(dá)式
6.4.5語(yǔ)句
6.5面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的要素
6.5.1封裝
6.5.2繼承
6.5.3多態(tài)性
6.6小結(jié)
6.7習(xí)題
第7章操作系統(tǒng)
7.1操作系統(tǒng)的角色
7.1.1應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件
7.1.2操作系統(tǒng)的基本功能
7.2操作系統(tǒng)的歷史及演化
7.2.1批處理
7.2.2分時(shí)系統(tǒng)
7.2.3其他
7.3內(nèi)存管理
7.3.1單道程序
7.3.2多道程序
7.4進(jìn)程管理
7.4.1進(jìn)程狀態(tài)
7.4.2進(jìn)程控制塊
7.4.3CPU調(diào)度
7.5設(shè)備管理
7.6文件系統(tǒng)與目錄
7.6.1文件系統(tǒng)
7.6.2目錄
7.7主流操作系統(tǒng)介紹
7.7.1UNIX
7.7.2Linux
7.7.3Windows
7.7.4Mac OS
7.7.5移動(dòng)端操作系統(tǒng)
7.8小結(jié)
7.9習(xí)題
第8章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
8.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述
8.2網(wǎng)絡(luò)的類型
8.3網(wǎng)絡(luò)模型及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
8.3.1OSI模型
8.3.2TCP/IP模型
8.3.3TCP/IP協(xié)議的功能
8.4網(wǎng)絡(luò)地址
8.4.1網(wǎng)絡(luò)地址概述
8.4.2子網(wǎng)掩碼
8.5家庭上網(wǎng)方式
8.6網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
8.6.1傳輸介質(zhì)
8.6.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備
8.7小結(jié)
8.8習(xí)題
第9章因特網(wǎng)應(yīng)用
9.1因特網(wǎng)概述
9.1.1因特網(wǎng)的起源及發(fā)展
9.1.2中國(guó)因特網(wǎng)的發(fā)展
9.1.3互聯(lián)網(wǎng)與因特網(wǎng)的區(qū)別
9.2電子郵件
9.2.1電子郵件系統(tǒng)有關(guān)協(xié)議
9.2.2電子郵件工作原理
9.2.3電子郵件的使用
9.3FTP
9.4Telnet
9.5域名系統(tǒng)
9.5.1域名規(guī)則
9.5.2域名與IP地址解析
9.6萬(wàn)維網(wǎng)
9.6.1Web工作原理
9.6.2Web工作的3種情景
9.6.3HTML簡(jiǎn)介
9.7小結(jié)
9.8習(xí)題
第10章數(shù)據(jù)庫(kù)
10.1數(shù)據(jù)庫(kù)概述
10.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用
10.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的產(chǎn)生
10.2數(shù)據(jù)抽象
10.3數(shù)據(jù)庫(kù)模型
10.3.1層次數(shù)據(jù)庫(kù)
10.3.2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)
10.3.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)
10.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)詳解
10.4.1關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型
10.4.2結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言
10.5數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
10.5.1實(shí)體聯(lián)系模型的基本概念
10.5.2實(shí)體—聯(lián)系圖的基本圖素
10.5.3從ER圖到關(guān)系
10.6大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介
10.6.1大數(shù)據(jù)的概念與意義
10.6.2大數(shù)據(jù)的來(lái)源
10.6.3大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景
10.6.4大數(shù)據(jù)的處理方法
10.7小結(jié)
10.8習(xí)題
第11章軟件工程
11.1軟件工程概述
11.1.1軟件的特點(diǎn)
11.1.2軟件危機(jī)
11.1.3軟件工程的概念
11.2軟件開發(fā)模型
11.2.1瀑布模型
11.2.2增量模型
11.3軟件生命周期
11.3.1軟件生命周期階段劃分
11.3.2生命周期理論對(duì)開發(fā)過(guò)程的指導(dǎo)意義
11.3.3定義時(shí)期
11.3.4設(shè)計(jì)階段
11.3.5實(shí)現(xiàn)階段
11.3.6測(cè)試階段
11.3.7軟件文檔
11.4軟件項(xiàng)目管理
11.4.1軟件項(xiàng)目管理概況
11.4.2軟件過(guò)程能力評(píng)估
11.5小結(jié)
11.6習(xí)題
第12章信息安全
12.1信息安全概述
12.1.1信息安全的必要性
12.1.2信息安全的定義及屬性
12.1.3安全威脅
12.1.4安全技術(shù)
12.2對(duì)稱密鑰密碼
12.2.1傳統(tǒng)對(duì)稱密鑰密碼
12.2.2現(xiàn)代對(duì)稱密鑰密碼
12.3非對(duì)稱密鑰密碼
12.4數(shù)字簽名
12.4.1數(shù)字簽名系統(tǒng)
12.4.2數(shù)字簽名提供的安全服務(wù)
12.5認(rèn)證
12.6防火墻
12.6.1包過(guò)濾防火墻
12.6.2代理防火墻
12.6.3狀態(tài)監(jiān)測(cè)防火墻
12.6.4防火墻技術(shù)展望
12.7計(jì)算機(jī)病毒
12.7.1計(jì)算機(jī)病毒的概念
12.7.2計(jì)算機(jī)病毒的分類
12.7.3計(jì)算機(jī)病毒的防御
12.8信息安全管理措施
12.9小結(jié)
12.10習(xí)題
第13章人工智能
13.1概論
13.1.1圖靈測(cè)試
13.1.2人工智能的發(fā)展歷程
13.1.3人工智能流派及發(fā)展
13.2知識(shí)表示
13.2.1知識(shí)的概念
13.2.2語(yǔ)義網(wǎng)法
13.2.3謂詞邏輯法
13.3專家系統(tǒng)
13.4機(jī)器學(xué)習(xí)
13.4.1基本概念
13.4.2學(xué)習(xí)方式
13.4.3線性回歸
13.4.4k近鄰算法
13.4.5決策樹
13.4.6貝葉斯算法
13.4.7聚類算法
13.4.8人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
13.5深度學(xué)習(xí)
13.5.1深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)
13.5.2常用的深度學(xué)習(xí)框架
13.6人工智能的主要成果
13.6.1人工智能的3個(gè)層次
13.6.2人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域
13.7小結(jié)
13.8習(xí)題
第14章計(jì)算的限制
14.1硬件限制
14.1.1算術(shù)運(yùn)算的限制
14.1.2部件的限制
14.1.3通信的限制
14.2軟件限制
14.2.1軟件的復(fù)雜度
14.2.2當(dāng)前提高軟件質(zhì)量的方法
14.3問(wèn)題可解性
14.3.1算法比較
14.3.2圖靈機(jī)
14.3.3停機(jī)問(wèn)題
14.3.4算法分類
14.4小結(jié)
14.5習(xí)題
附錄ASCII碼對(duì)照表及其說(shuō)明
參考文獻(xiàn)
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