目錄
第1章 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展 1
1.1 計(jì)算的起源 1
1.1.1 數(shù)的概念及記數(shù)方式的誕生 1
1.1.2 古埃及算術(shù)及記數(shù)體系 2
1.1.3 古巴比倫算術(shù)及記數(shù)體系 3
1.1.4 中國(guó)古代算術(shù)及記數(shù)體系 3
1.1.5 古印度算術(shù)及計(jì)數(shù)體系 5
1.2 早期的計(jì)算工具 6
1.2.1 世界最早的計(jì)算工具—中國(guó)算籌 6
1.2.2 耐普爾算籌 7
1.2.3 計(jì)算尺 7
1.3 機(jī)械計(jì)算機(jī)的研制 8
1.4 電磁計(jì)算機(jī) 11
1.5 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明 13
1.6 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用 16
1.6.1 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段 16
1.6.2 巨型機(jī)的研究與發(fā)展 19
1.6.3 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 22
參考文獻(xiàn) 23
第2章 計(jì)算機(jī)科學(xué) 24
2.1 計(jì)算科學(xué)的基本內(nèi)容 24
2.1.1 計(jì)算科學(xué)的基本問(wèn)題 24
2.1.2 計(jì)算科學(xué)的基本內(nèi)容 25
2.1.3 計(jì)算科學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系 26
2.2 計(jì)算理論 26
2.2.1 布爾代數(shù) 27
2.2.2 圖靈機(jī) 28
2.3 計(jì)算科學(xué)中的典型問(wèn)題 30
2.3.1 哥尼斯堡七橋問(wèn)題 31
2.3.2 四色問(wèn)題 32
2.3.3 36軍官問(wèn)題 32
2.3.4 哈密爾頓回路及旅行推銷員問(wèn)題 33
2.3.5 Hanoi塔問(wèn)題 34
2.3.6 生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題與哲學(xué)家共餐問(wèn)題 35
2.4 計(jì)算機(jī)學(xué)科的典型方法 36
2.4.1 抽象方法 37
2.4.2 構(gòu)造性方法 37
2.4.3 公理化方法 37
2.4.4 形式化方法 38
2.4.5 原型方法與演化方法 38
科學(xué)人物 39
2.5 人工智能 41
2.5.1 人工智能的產(chǎn)生 42
2.5.2 人工智能主要研究?jī)?nèi)容 47
2.5.3 人工智能發(fā)展與應(yīng)用展望 50
2.6 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 52
2.6.1 多層感知網(wǎng)絡(luò) 52
2.6.2 競(jìng)爭(zhēng)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 53
2.6.3 Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 53
科學(xué)人物 54
參考文獻(xiàn) 59
第3章 計(jì)算機(jī)數(shù)字邏輯 60
3.1 數(shù)制 60
3.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制 60
3.1.2 不同進(jìn)位制數(shù)的轉(zhuǎn)換 61
3.2 編碼 67
3.2.1 BCD碼 67
3.2.2 文本編碼 69
3.2.3 圖像編碼 72
3.2.4 聲音編碼 73
3.2.5 可靠性編碼 73
3.3 二進(jìn)制運(yùn)算 78
3.3.1 二進(jìn)制邏輯運(yùn)算 78
3.3.2 二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算 79
3.4 邏輯門電路 85
3.4.1 晶體管 86
3.4.2 非門 86
3.4.3 與非門 87
3.4.4 或非門 88
3.5 組合邏輯電路 88
3.5.1 邏輯函數(shù) 88
3.5.2 譯碼器 89
3.5.3 多路復(fù)用器 90
3.5.4 加法器 90
3.6 時(shí)序邏輯電路 92
3.6.1 存儲(chǔ)單元 92
3.6.2 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu) 95
3.6.3 計(jì)數(shù)器 96
3.6.4 內(nèi)存 97
閱讀材料 98
參考文獻(xiàn) 101
第4章 計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu) 102
4.1 概述 102
4.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 102
4.1.2 計(jì)算機(jī)硬件 104
4.1.3 計(jì)算機(jī)硬件研究范疇 107
4.1.4 計(jì)算機(jī)的分類 108
4.2 中央處理器 109
4.2.1 計(jì)算機(jī)指令 109
4.2.2 CPU的功能與組成 110
4.2.3 CISC和RISC 112
4.2.4 指令流水線 114
4.2.5 處理器的分類 115
4.3 存儲(chǔ)器 117
4.3.1 存儲(chǔ)器的分類 117
4.3.2 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 118
4.3.3 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 119
4.3.4 主存儲(chǔ)器 121
4.3.5 Cache 122
4.3.6 磁盤存儲(chǔ)器 126
4.3.7 光盤存儲(chǔ)器 128
4.3.8 固態(tài)存儲(chǔ)器 129
4.3.9 虛擬存儲(chǔ)器 130
4.3.10 NAS和SAN 134
4.4 總線 136
4.4.1 總線的基本概念 136
4.4.2 總線的分類 136
4.4.3 總線特性及性能指標(biāo) 137
4.4.4 總線結(jié)構(gòu)的演變 138
4.4.5 總線標(biāo)準(zhǔn) 141
4.5 輸入輸出系統(tǒng) 145
4.5.1 輸入輸出設(shè)備 145
4.5.2 輸入輸出接口 146
4.5.3 I/O編址 146
4.5.4 I/O控制方式 147
4.6 并行計(jì)算機(jī) 149
4.6.1 并行計(jì)算機(jī)的分類 149
4.6.2 片內(nèi)并行 150
4.6.3 單片多處理器 151
4.6.4 協(xié)處理器 152
4.6.5 多處理器 152
4.6.6 多計(jì)算機(jī) 153
4.6.7 網(wǎng)格 154
4.7 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 156
4.7.1 嵌入式系統(tǒng)的定義 156
4.7.2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 156
4.7.3 嵌入式計(jì)算機(jī)硬件的組成結(jié)構(gòu) 158
4.7.4 嵌入式處理器的典型技術(shù) 162
參考文獻(xiàn) 168
第5章 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 169
5.1 概述 169
5.1.1 操作系統(tǒng)的功能 169
5.1.2 操作系統(tǒng)的特征 170
5.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類 171
5.2.1 手工處理階段 171
5.2.2 批處理系統(tǒng) 171
5.2.3 多道程序系統(tǒng) 172
5.2.4 分時(shí)系統(tǒng) 173
5.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 174
5.2.6 微機(jī)操作系統(tǒng) 175
5.2.7 多處理機(jī)操作系統(tǒng) 175
5.2.8 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 176
5.2.9 分布式操作系統(tǒng) 177
5.3 進(jìn)程管理 178
5.3.1 進(jìn)程的概念 178
5.3.2 進(jìn)程的組成 179
5.3.3 進(jìn)程的創(chuàng)建 180
5.3.4 進(jìn)程的終止 180
5.3.5 進(jìn)程的狀態(tài) 181
5.3.6 處理器調(diào)度 181
5.3.7 線程 183
5.4 進(jìn)程的并發(fā)控制 184
5.4.1 進(jìn)程的互斥 184
5.4.2 進(jìn)程的同步 187
5.4.3 信號(hào)量與PV操作 188
5.4.4 管程 189
5.4.5 死鎖與饑餓 189
5.5 存儲(chǔ)管理 191
5.5.1 存儲(chǔ)管理的功能 191
5.5.2 存儲(chǔ)管理基本技術(shù) 192
5.5.3 分頁(yè)和分段存儲(chǔ)管理 192
5.5.4 虛擬存儲(chǔ)技術(shù) 193
5.6 文件系統(tǒng) 194
5.6.1 文件的概念 194
5.6.2 文件的實(shí)現(xiàn) 196
5.6.3 目錄的概念 198
5.6.4 目錄的實(shí)現(xiàn) 200
5.6.5 文件的共享和保護(hù) 201
5.7 設(shè)備管理 202
5.7.1 設(shè)備管理的目標(biāo)與功能 202
5.7.2 設(shè)備的分類 203
5.7.3 輸入輸出控制方式 204
5.7.4 緩沖技術(shù) 204
5.7.5 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 205
5.7.6 設(shè)備分配 205
閱讀材料 206
參考文獻(xiàn) 212
第6章 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與程序設(shè)計(jì) 213
6.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展 213
6.1.1 機(jī)器語(yǔ)言 213
6.1.2 匯編語(yǔ)言 214
6.1.3 高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 215
6.2 程序的基本結(jié)構(gòu) 216
6.3 數(shù)據(jù)類型與運(yùn)算 218
6.3.1 基本字符、標(biāo)識(shí)符和關(guān)鍵字 218
6.3.2 類型與數(shù)據(jù)表示 219
6.3.3 運(yùn)算符、表達(dá)式 222
6.3.4 計(jì)算與類型 223
6.4 數(shù)組 224
6.4.1 數(shù)組的概念、定義和使用 225
6.4.2 數(shù)組實(shí)例 227
6.5 程序控制結(jié)構(gòu) 229
6.5.1 條件語(yǔ)句 230
6.5.2 while循環(huán)語(yǔ)句 232
6.5.3 for循環(huán)語(yǔ)句 233
6.6 函數(shù) 235
6.6.1 一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用 235
6.6.2 函數(shù)定義的形式 237
6.6.3 形參與實(shí)參 238
6.6.4 函數(shù)與程序 240
6.7 程序設(shè)計(jì)方法 241
6.7.1 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 241
6.7.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì) 242
6.7.3 程序設(shè)計(jì)方法的發(fā)展 243
6.8 程序的書寫規(guī)則 244
6.8.1 變量的命名 244
6.8.2 語(yǔ)句的層次和對(duì)齊 244
6.8.3 注釋 245
閱讀材料 246
參考文獻(xiàn) 248
第7章 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 249
7.1 概述 249
7.1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 249
7.1.2 算法 250
7.2 線性結(jié)構(gòu) 250
7.2.1 數(shù)組 250
7.2.2 鏈表 252
7.2.3 堆棧 255
7.2.4 隊(duì)列 258
7.3 樹 260
7.3.1 樹的實(shí)現(xiàn) 261
7.3.2 二叉樹包 263
7.4 圖 266
7.4.1 圖的存儲(chǔ) 267
7.4.2 圖的遍歷 268
7.4.3 最小生成樹 269
7.5 排序 271
7.5.1 直接插入排序 271
7.5.2 冒泡排序 272
7.5.3 快速排序 272
7.5.4 歸并排序 274
7.6 遞歸與分治策略 274
7.6.1 遞歸 275
7.6.2 分治策略 275
科學(xué)人物 276
參考文獻(xiàn) 278
第8章 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 279
8.1 數(shù)據(jù)管理的發(fā)展 279
8.2 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 282
8.2.1 數(shù)據(jù)模型及其組成要素 282
8.2.2 概念模型 283
8.2.3 基于層次模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 284
8.2.4 基于網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 285
8.2.5 基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 286
8.2.6 常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 287
8.3 SQL語(yǔ)言 289
8.3.1 SQL的產(chǎn)生和發(fā)展 289
8.3.2 SQL的特點(diǎn) 289
8.3.3 SQL的功能 290
8.4 事務(wù)處理技術(shù)與并發(fā)控制 290
8.4.1 事務(wù) 290
8.4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制 291
8.5 新型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 291
8.5.1 分布式數(shù)據(jù)庫(kù) 291
8.5.2 聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫(kù) 292
8.5.3 并行數(shù)據(jù)庫(kù) 292
8.5.4 主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù) 292
8.5.5 知識(shí)庫(kù) 293
8.5.6 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù) 293
8.5.7 多媒體數(shù)據(jù)庫(kù) 294
8.5.8 模糊數(shù)據(jù)庫(kù) 294
8.5.9 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù) 294
8.6 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用 295
8.6.1 信息與信息系統(tǒng) 295
8.6.2 事務(wù)處理系統(tǒng) 296
8.6.3 管理信息系統(tǒng) 297
8.6.4 決策支持系統(tǒng) 297
8.6.5 數(shù)據(jù)挖掘 298
科學(xué)人物 299
參考文獻(xiàn) 303
第9章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 304
9.1 概述 304
9.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與組成 306
9.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類 306
9.2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 308
9.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 309
9.3.1 通信協(xié)議 309
9.3.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 310
9.3.3 標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 311
9.3.4 TCP/IP參考模型 312
9.4 常用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 318
9.4.1 傳輸媒體 318
9.4.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備 320
9.5 網(wǎng)絡(luò)新技術(shù) 323
9.5.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 323
9.5.2 IPv6協(xié)議 324
9.5.3 P2P網(wǎng)絡(luò)研究與發(fā)展 325
9.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全 330
9.6.1 基本概念 331
9.6.2 網(wǎng)絡(luò)安全攻擊 331
9.6.3 網(wǎng)絡(luò)安全策略 332
9.6.4 網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制 332
9.6.5 防火墻 335
9.6.6 入侵檢測(cè) 337
閱讀材料 339
參考文獻(xiàn) 349
第10章 計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù) 350
10.1 人工智能新進(jìn)展 350
10.1.1 機(jī)器學(xué)習(xí) 350
10.1.2 智能決策 352
10.1.3 模式識(shí)別 354
10.2 移動(dòng)計(jì)算 356
10.2.1 移動(dòng)計(jì)算的概念 356
10.2.2 移動(dòng)計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題與技術(shù) 358
10.2.3 Mobile Agent技術(shù) 360 360
10.3 普適計(jì)算 361
10.3.1 普適計(jì)算的概念 361
10.3.2 普適計(jì)算產(chǎn)生的背景 363
10.3.3 普適計(jì)算涉及的關(guān)鍵技術(shù) 365
10.3.4 普適計(jì)算的應(yīng)用 368
10.4 云計(jì)算 369
10.4.1 云計(jì)算的概念 369
10.4.2 云計(jì)算誕生的背景 371
10.4.3 云計(jì)算涉及的關(guān)鍵技術(shù) 373
10.4.4 云計(jì)算的應(yīng)用 376
10.5 生物計(jì)算 377
10.5.1 生物計(jì)算的概念 377
10.5.2 生物計(jì)算的理論與方法 380
10.5.3 生物計(jì)算的應(yīng)用 381
10.6 語(yǔ)義Web 383
10.6.1 語(yǔ)義Web的研究背景 383
10.6.2 現(xiàn)有語(yǔ)義Web的模型 385
10.6.3 語(yǔ)義Web的應(yīng)用前景 388
參考文獻(xiàn) 391