计算机科学导论：计算思维视角

目录

**篇 计算机科学总论

第1章 计算机科学概述 3

1.1 引言 3

1.1.1 计算机科学的定义 3

1.1.2 图灵模型和冯？诺依曼模型 8

1.1.3 计算机系统组成 11

1.2 计算思维和计算机科学 15

1.2.1 逻辑思维 16

1.2.2 系统思维 17

1.2.3 算法思维 19

1.2.4 网络思维 20

1.2.5 数据思维 22

1.2.6 智能思维 25

1.3 计算机的发展历程 27

1.4 计算机科学与技术学科知识体系 31

1.5 计算机的应用与发展趋势 34

1.6 本章小结 37

第2章 社会与道德问题 39

2.1 道德原则 39

2.2 知识产权 43

2.3 隐私保护 46

2.4 计算机犯罪 49

第二篇 数理逻辑思维基础

第3章 数的表示、存储与运算 55

3.1 计算机数据组织简介 55

3.2 数的表示及进制转换 56

3.2.1 数的表示 56

3.2.2 进制转换 58

3.3 数的码制 60

3.3.1 原码 61

3.3.2 反码 61

3.3.3 补码 62

3.4 定点数和浮点数 65

3.4.1 定点数 65

3.4.2 浮点数 66

3.4.3 二进制小数 66

3.4.4 IEEE浮点表示 68

3.5 十进制数的编码 70

3.5.1 有权码 70

3.5.2 无权码 70

3.6 数的存储 71

3.6.1 数字存储 72

3.6.2 文本存储 74

3.6.3 音频存储 76

3.6.4 图像存储 77

3.7 数据运算 81

3.7.1 移位运算 81

3.7.2 算术运算 84

第4章 数字逻辑与数字系统 89

4.1 基本逻辑关系 89

4.2 逻辑函数 89

4.2.1 基本逻辑运算 89

4.2.2 逻辑函数基本定理 91

4.2.3 逻辑函数基本运算规则 92

4.3 逻辑函数标准型 93

4.3.1 逻辑函数的两种标准形式 94

4.3.2 将逻辑函数化为标准型 95

第三篇 计算机系统（系统思维）

第5章 计算机硬件 101

5.1 引言 101

5.2 冯？诺依曼模型 101

5.2.1 五个部件 102

5.2.2 存储的程序概念 103

5.2.3 指令的顺序执行 103

5.3 中央处理单元 104

5.3.1 算术逻辑单元 104

5.3.2 寄存器组 105

5.3.3 控制单元 105

5.4 分层存储体系 105

5.4.1 地址空间 106

5.4.2 存储器的类型 106

5.4.3 存储器的层次结构 107

5.4.4 高速缓冲存储器 108

5.5 输入/输出系统 109

5.5.1 非存储设备 109

5.5.2 存储设备 111

5.6 计算机硬件扩展技术 114

5.6.1 多核技术 114

5.6.2 高性能计算机 115

5.6.3 并行计算机 116

5.6.4 分布式系统 118

第6章 计算机软件 120

6.1 引言 120

6.2 操作系统基本概念 121

6.2.1 操作系统的目标 122

6.2.2 操作系统的作用 123

6.2.3 推动操作系统发展的主要动力 124

6.3 操作系统的发展历程 126

6.3.1 未配置操作系统的计算机系统 126

6.3.2 单道批处理系统 127

6.3.3 多道批处理系统 129

6.3.4 分时系统 130

6.3.5 实时系统 132

6.3.6 微机操作系统的发展 133

6.4 操作系统的组成 135

6.4.1 并发 136

6.4.2 共享 136

6.4.3 虚拟 137

6.4.4 异步 139

6.5 操作系统的功能 139

6.5.1 处理机管理功能 139

6.5.2 存储器管理功能 141

6.5.3 设备管理功能 142

6.5.4 文件管理功能 143

6.5.5 操作系统与用户之间的接口 144

6.5.6 现代操作系统的新功能 145

6.6 主流操作系统 146

6.6.1 UNIX 146

6.6.2 Linux 148

6.6.3 Windows 149

6.6.4 Mac OS 150

6.7 计算机软件设计方法 152

6.7.1 软件工程基本概念 152

6.7.2 软件开发模型 154

6.7.3 软件开发步骤 161

第四篇 程序基础及算法（算法思维）

第7章 高级程序设计基础 167

7.1 程序设计简介 167

7.1.1 程序设计范型 167

7.1.2 程序设计语言 169

7.1.3 程序设计步骤 171

7.2 程序的编译过程 171

7.2.1 源程序、目标程序和可执行程序的概念 171

7.2.2 程序开发步骤 172

7.3 数据的组织结构 173

7.3.1 基本数据类型 174

7.3.2 运算符和表达式 175

7.3.3 数组 180

7.3.4 指针 185

7.3.5 结构体与共用体 188

7.4 程序的组织结构 191

7.4.1 顺序结构 191

7.4.2 选择结构 192

7.4.3 循环结构 195

7.4.4 函数 197

第8章 数据结构与算法 201

8.1 数据结构简介 201

8.2 三大基本数据结构 204

8.2.1 线性表 204

8.2.2 树 210

8.2.3 图 216

8.3 数据操作 228

8.3.1 查找 228

8.3.2 排序 237

8.4 算法概念及描述 245

8.4.1 算法的定义 245

8.4.2 算法的特性 245

8.4.3 算法的效率度量方法 247

8.5 常用算法 248

8.5.1 递推算法 248

8.5.2 递归算法 249

8.5.3 穷举算法 252

8.6 算法的分析与评价 252

8.6.1 时间复杂度 253

8.6.2 空间复杂度 256

第五篇 网络与互联（网络思维）

第9章 计算机网络 261

9.1 数字通信基础 261

9.1.1 数字通信信号处理 261

9.1.2 数据通信系统的模型 262

9.1.3 基本的数字通信术语 263

9.1.4 有关信道的基本概念 263

9.1.5 计算机网络 264

9.1.6 开放式系统与网络协议 265

9.1.7 TCP/IP 266

9.1.8 高层协议 267

9.2 物理层和数据链路层 268

9.2.1 物理层的基本概念 268

9.2.2 物理层下面的传输媒体 269

9.2.3 信道复用技术 271

9.2.4 数据链路层的基本概念 271

9.2.5 数据链路层提供的服务 272

9.2.6 常见的数据链路层协议 273

9.3 网际层 274

9.3.1 概述 274

9.3.2 网际协议IP 275

9.4 传输层 278

9.4.1 概述 279

9.4.2 用户数据报协议 280

9.4.3 传输控制协议 281

9.5 应用层 283

9.5.1 域名系统 283

9.5.2 文件传输协议 284

9.5.3 远程终端协议 284

9.5.4 万维网 285

9.5.5 电子邮件 285

9.6 网络安全 286

9.6.1 计算机网络面临的安全性威胁 286

9.6.2 安全的计算机网络 286

9.6.3 密码学 287

9.6.4 数字签名 288

第10章 移动通信与无线网络 289

10.1 无线移动通信基础 289

10.1.1 蜂窝网络基础 289

10.1.2 蜂窝系统的基础设施 291

10.2 无线个域网 293

10.2.1 蓝牙 293

10.2.2 低速WPAN 294

10.2.3 高速WPAN 295

10.3 无线局域网 295

10.3.1 IEEE 802.11 296

10.3.2 802.11局域网的物理层 296

10.3.3 802.11局域网的CSMA/CA协议 297

10.4 无线城域网与无线广域网 298

10.4.1 无线城域网 299

10.4.2 无线广域网 299

10.5 无线自组网络 300

10.6 无线传感器网络与物联网 301

10.6.1 无线传感器网络 301

10.6.2 物联网 302

10.7 卫星通信网络 303

第六篇 数据管理（数据思维）

第11章 数据库系统 307

11.1 数据管理简介 307

11.1.1 数据库的基本概念 307

11.1.2 数据库系统的历史 308

11.1.3 数据库系统的特点 309

11.1.4 数据模型 310

11.2 关系数据库模型 314

11.2.1 关系模型的数据结构 315

11.2.2 关系模型的数据操作 315

11.2.3 关系模型的完整性约束 316

11.2.4 关系代数 318

11.3 关系数据库设计 320

11.3.1 关系数据库设计概述 320

11.3.2 关系数据库概念结构设计 322

11.3.3 关系数据库逻辑结构设计 326

11.3.4 关系数据库物理结构设计 327

11.3.5 关系数据库的安全性 328

11.3.6 关系数据库的完整性 331

11.3.7 关系数据库恢复技术 332

11.3.8 关系数据库并发控制 335

11.4 数据库新进展 337

11.4.1 分布式数据库 337

11.4.2 空间数据库 337

11.4.3 多媒体数据库 337

11.4.4 数据仓库 338

11.4.5 信息存储与检索 338

11.4.6 超文本和超媒体 339

11.4.7 多媒体信息与多媒体系统 339

11.4.8 数字图书馆 340

11.4.9 数字地球与智慧城市 340

第12章 大数据技术 341

12.1 大数据的概念与特征 341

12.1.1 大数据的概念 341

12.1.2 大数据的特征 342

12.2 数据采集、管理、分析和可视化技术 344

12.2.1 数据采集与预处理 344

12.2.2 数据存储与管理 346

12.2.3 数据处理与分析 348

12.2.4 数据可视化 349

12.3 大数据管理系统 350

12.3.1 NoSQL数据管理系统 350

12.3.2 Ne