新编计算机科学概论（第2版）

目　　录
前言

第0章　绪论　1
0.1　计算机科学与计算思维　1
0.1.1　计算　1
0.1.2　计算思维　2
0.1.3　计算机科学　3
0.1.4　计算机与计算机模型　6
0.1.5　计算机科学中的经典问题　7
0.2　计算机的历史　10
0.2.1　计算机前传　10
0.2.2　现代计算机　11
0.2.3　计算机的未来　16
0.3　计算机的分类　17
0.3.1　巨型机　17
0.3.2　大型机、中型机、小型机　18
0.3.3　微型机与工作站　18
0.4　计算机与社会　18
0.4.1　计算机与生活　19
0.4.2　有关计算机的伦理　20
0.4.3　与计算机有关的犯罪　21
0.5　计算机科学的发展　22
本章小结　23
附?：Python环境安装指南　23
本章习题　28
第1章　数据的表示与编码　31
1.1　数和数制　31
1.1.1　数字系统　31
1.1.2　计数与进制　32
1.1.3　二进制和位　34
1.1.4　八进制和十六进制　35
1.1.5　不同进制间的相互转换　35
1.2　数值的表示与运算　39
1.2.1　整数的表示　39
1.2.2　实数的表示　42
1.2.3　位的算术运算　44
1.3　非数值信息的编码　45
1.3.1　字符的编码　46
1.3.2　静态图像的编码　49
1.3.3　动态数据的编码　51
本章小结　52
本章习题　53
第2章　计算机体系结构　56
2.1　计算机系统的多级层次结构　56
2.2　体系结构的基本概念　59
2.2.1　计算机体系结构　59
2.2.2　计算机组成　60
2.2.3　计算机实现　61
2.3　冯·诺依曼结构和哈佛结构　63
2.3.1　冯·诺依曼理论　63
2.3.2　冯·诺依曼体系结构　64
2.3.3　冯·诺依曼结构的演变　66
2.3.4　哈佛结构　67
2.3.5　改进型哈佛结构　67
2.4　处理器体系结构　67
2.4.1　指令系统　68
2.4.2　CISC结构　69
2.4.3　RISC结构　71
2.4.4　并行处理与流水线技术　73
2.5　计算机软件系统　76
2.5.1　软件的含义　76
2.5.2　软件系统的组织　77
2.5.3　软件的社会形态　79
本章小结　83
本章习题　84
第3章　计算机硬件组成　86
3.1　计算机硬件系统组成　86
3.2　处理器　86
3.2.1　运算器　87
3.2.2　控制器　89
3.2.3　摩尔定律与处理器的发展　90
3.3　存储器　91
3.3.1　计算机的多级存储系统　91
3.3.2　主存储器和高速缓存　93
3.3.3　辅助存储器　95
3.4　I/O设备　98
3.4.1　I/O设备的分类　99
3.4.2　常见输入设备　99
3.4.3　常见输出设备　100
3.5　总线与接口　102
3.5.1　总线　102
3.5.2　接口　104
本章小结　108
本章习题　109
第4章　数据结构与算法　111
4.1　概述　111
4.1.1　数据结构　111
4.1.2　算法　113
4.2　线性结构　117
4.2.1　线性表和串　117
4.2.2　栈和队列　119
4.2.3　数组　120
4.3　非线性结构　120
4.3.1　树　120
4.3.2　图　123
4.4　抽象类型　124
4.4.1　指针　124
4.4.2　类与对象　125
4.5　基本算法　126
4.5.1　排序　126
4.5.2　查找　129
4.6　递归　130
本章小结　131
本章习题　132
第5章　程序设计语言　135
5.1　计算机语言的发展　135
5.1.1　自然语言与形式语言　136
5.1.2　机器语言与汇编语言　137
5.1.3　高级语言　138
5.1.4　脚本语言　139
5.2　程序设计语言的几种范型　140
5.3　程序设计语言的语法元素和功能
　　??划分　141
5.4　程序的生成和运行　146
5.4.1　编译和解释　146
5.4.2　程序设计环境　150
本章小结　151
本章习题　152
第6章　操作系统　155
6.1　操作系统概述　155
6.1.1　操作系统的内涵　155
6.1.2　操作系统的功能　156
6.1.3　操作系统的分类　157
6.2　操作系统的运行　160
6.2.1　处理器管理与进程调度　160
6.2.2　存储管理　166
6.3　文件系统　167
6.3.1　文件的基本概念　168
6.3.2　文件的结构与存取　168
6.3.3　文件的基本类型　171
6.3.4　文件的编码与操作　173
6.4　设备管理与驱动　175
6.4.1　设备管理　175
6.4.2　驱动　176
6.5　典型操作系统　177
6.5.1　Windows系列　177
6.5.2　Mac OS系列　178
6.5.3　UNIX　178
6.5.4　从Linux到鸿蒙　179
6.5.5　智能手表操作系统　183
本章小结　183
本章习题　184
第7章　从数据库到数据科学　187
7.1　数据　187
7.1.1　数据的内涵　187
7.1.2　数据模型与维度　188
7.1.3　数据与信息　190
7.1.4　数据简史　191
7.2　数据库的基本概念　192
7.2.1　什么是数据库　192
7.2.2　数据模型　196
7.2.3　数据字典　198
7.2.4　数据库系统　198
7.3　关系数据库及其运算　200
7.3.1　关系模型　200
7.3.2　结构化查询语言　204
7.4　数据仓库与数据挖掘　206
7.4.1　数据仓库　206
7.4.2　数据挖掘　207
7.5　数据科学　212
7.5.1　大数据　212
7.5.2　大数据存储与管理　216
7.5.3　大数据挖掘与可视化　218
7.5.4　认识数据科学　226
本章小结　228
本章习题　228
第8章　软件工程　232
8.1　从软件到软件工程　232
8.1.1　再认识软件　232
8.1.2　软件工程的内涵　233
8.2　软件开发过程　235
8.2.1　软件生命周期　235
8.2.2　软件过程模型　236
8.3　软件工程的方法与工具　238
8.3.1　结构化方法　238
8.3.2　面向对象的方法　242
8.3.3　计算机辅助软件工程　245
8.4　软件需求管理　247
8.4.1　软件需求　247
8.4.2　需求分析　247
8.4.3　需求管理　249
8.5　软件质量管理　250
8.5.1　软件质量与评价　250
8.5.2　软件评审与测试　252
8.6　软件项目管理　254
8.6.1　项目管理内容　254
8.6.2　项目管理过程　255
8.6.3　团队　256
8.6.4　管理者　257
8.6.5　敏捷开发　258
本章小结　263
本章习题　264
第9章　计算机网络　267
9.1　什么是计算机网络　267
9.1.1　计算机网络的历史　267
9.1.2　计算机网络的含义　268
9.1.3　计算机网络的分类　269
9.2　计算机网络体系结构　272
9.2.1　概述　272
9.2.2　OSI参考模型　273
9.2.3　TCP/IP模型　274
9.3　组建网络　277
9.3.1　计算机网络拓扑　277
9.3.2　网络的物理组成　278
9.3.3　连接网络　279
9.4　Internet及应用　280
9.4.1　Internet简介　280
9.4.2　传输协议与地址　281
9.4.3　Internet应用　285
9.4.4　Internet发展新趋势　288
9.5　移动互联网技术及发展　289
9.5.1　蜂窝移动通信网　290
9.5.2　蜂窝移动通信网发展的基本
　　　过程　293
本章小结　294
本章习题　295
第10章　信息系统安全　298
10.1　信息安全概述　298
10.1.1　安全威胁　298
10.1.2　对信息系统安全的理解　300
10.1.3　如何才能安全　301
10.2　数据加密　304
10.2.1　密码学基础　304
10.2.2　加密技术　305
10.3　计算机病毒　307
10.3.1　计算机病毒概论　308
10.3.2　计算机病毒的作用机理　309
10.3.3　计算机病毒的防治　311
10.4　防火墙与入侵检测　313
10.4.1　防火墙　313
10.4.2　入侵检测技术　315
本章小结　319
本章习题　320
第11章　计算机科学新发展　323
11.1　云计算　323
11.1.1　资源虚拟化　323
11.1.2　云计算的相关概念　325
11.1.3　云计算的技术特点　330
11.2　物联网　331
11.2.1　物联网的内涵　331
11.2.2　物联网系统的技术架构　333
11.2.3　物联网的主要特点　335
11.3　区块链　335
11.3.1　区块链简史　335
11.3.2　区块链的基本概念　336
11.3.3　区块链的特征　337
11.3.4　区块链的关键技术　338
11.3.5　区域链的主要技术类型　340
11.4　人工智能　341
11.4.1　人工智能的概念　341
11.4.2　人工智能的基本发展过程　341
11.4.3　人工智能的研究内容与层次　342
11.4.4　人工智能的主要学派和学科
　　　??体系　343
11.4.5　人工智能的典型应用领域　345
11.5　从虚拟现实到元宇宙　347
11.5.1　虚拟现实及相关概念　347
11.5.2　虚拟现实的基本特征　351
11.5.3　虚拟现实的关键技术　352
11.5.4　虚拟现实技术的典型应用　354
11.5.5　元宇宙　355
本章小结　357
本章习题　357
参考文献　360