編輯推薦

《計算機科學導論(第5版)》按照教育部高教司主持評審的《中國計算機科學與技術學科教程2002》進行編寫，並參照美國計算機學會(Association for Computing Machinery，ACM)和美國電氣和電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)的計算教程2015，用邏輯嚴密的編寫方式將讀者引入本學科各個富有挑戰性的領域之中。《計算機科學導論(第5版)》介紹瞭計算機體係結構與組織、程序設計語言、程序設計基礎、算法與復雜性、信息管理、軟件工程、操作係統、網絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數值計算科學、智能係統、社會和職業問題等14個核心體，力求讓讀者對計算機科學與技術專業有比較深入的瞭解，樹立專業學習的責任感和自豪感。

《計算機科學導論(第5版)》是在《計算機科學導論》(第4版)的基礎上進行修訂的，主要修訂內容有：刪減瞭一些復雜的理論知識，增加瞭雲計算與物聯網、大數據分析、互聯網+、數字地球、智慧城市、電子商務、智能傢居、智能交通、3D打印技術、微博、微信等內容。本書介紹瞭計算機科學與技術的核心內容，使讀者理解計算機係統的信息處理本質，掌握數據錶達和數據加工錶達的層次方法，瞭解計算機係統的功能組成，認識計算機科學與技術對人類社會的重要推動作用。

《計算機科學導論(第5版)》內容由淺入深、結構嚴謹，力求避免內容重復、結構鬆散等弊病。由於本書涉及的內容繁多，各高校任課教師可根據學生的情況，在學習本書時適當調整學時，對其中的一些章節也可以根據各高校的實際情況選用。

內容簡介

《計算機科學導論(第5版)》結閤理論講解和實際應用，嚴格按照教育部高教司主持評審的《中國計算機科學與技術學科教程2002》進行編寫，並參照美國計算機學會和美國電氣和電子工程師協會的計算教程(Computing Curricula，CC)，對計算機科學與技術進行係統化和科學化闡述。本書具體介紹瞭計算機體係結構與組織、程序設計語言、程序設計基礎、算法與復雜性、信息管理、軟件工程、操作係統、網絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數值計算科學、智能係統、社會和職業問題等14個核心體，目的是讓讀者瞭解計算機科學與技術學科的全貌。本書每章後均配有一定量的習題，以便讀者鞏固所學知識。

《計算機科學導論(第5版)》既可作為高等學校計算機專業學生的專業基礎課程教材，也可作為網絡工程、信息安全、物聯網工程、通信工程、電子科學與技術、自動化等相關專業學生的計算機教材。

目錄

目 錄

第1章 概述 1

1.1 計算的起源 1

1.2 計算機的産生和發展階段 3

1.3 計算機的應用領域和發展趨勢 22

1.4 計算學科 26

1.5 計算機科學與技術學科的知識體係 29

1.6 計算機科學與技術學科的教育 33

1.7 信息化的挑戰 36

1.8 計算機産業 36

本章小結 37

習題 37

第2章 計算機體係結構與組織 40

2.1 數值數據 40

2.2 非數值數據 50

2.3 數據的機器編碼 53

2.4 數字邏輯與數字係統 54

2.5 計算機係統的組成 59

2.6 存儲係統的結構 69

2.7 輸入/輸齣係統 71

2.8 多核技術 71

2.9 高性能計算機 72

2.10 並行計算機 72

2.11 分布式係統 73

本章小結 73

習題 73

第3章 程序設計語言 76

3.1 程序設計語言概述 76

3.2 聲明和類型 83

3.3 類型係統 83

3.4 編譯原理 83

3.5 程序設計語言的設計 89

本章小結 89

習題 89

第4章 程序設計基礎 92

4.1 程序設計 92

4.2 程序設計方法 92

4.3 基本數據結構 101

4.4 事件驅動程序設計 109

本章小結 110

習題 110

第5章 算法與復雜性 112

5.1 算法分析 112

5.2 常用算法 114

5.3 算法描述工具 116

5.4 算法的評價 118

5.5 算法設計策略 119

5.6 分布式算法 119

5.7 可計算性理論基礎 120

5.8 NP問題 120

5.9 自動機理論 121

5.10 加密算法 121

5.11 幾何算法 122

5.12 並行算法 123

本章小結 123

習題 123

第6章 信息管理 125

6.1 模型與信息係統 125

6.2 數據庫係統 126

6.3 關係數據庫 131

6.4 數據庫查詢語言SQL 135

6.5 關係數據庫設計 136

6.6 數據庫管理 137

6.7 常用數據庫管理係統 139

6.8 數據庫的新發展 141

本章小結 144

習題 145

第7章 軟件工程 147

7.1 軟件工程 147

7.2 軟件開發模型 152

7.3 軟件開發方法 157

7.4 軟件質量評價和保證 160

7.5 軟件復雜性 162

7.6 軟件項目管理 163

7.7 軟件可靠性 166

7.8 軟件評審 167

7.9 容錯軟件技術 169

7.10 軟件工程環境 170

本章小結 173

習題 174

第8章 操作係統 176

8.1 操作係統 176

8.2 操作係統的發展 180

8.3 操作係統的分類 183

8.4 操作係統的功能 184

8.5 操作係統的體係結構 186

8.6 並發性 187

8.7 調度與分派 187

8.8 安全與保護 187

8.9 文件係統 189

8.10 容錯 189

8.11 係統性能評價 190

8.12 腳本 191

8.13 主流操作係統 191

8.14 操作係統的新發展 194

本章小結 195

習題 195

第9章 網絡計算 197

9.1 通信與組網 197

9.2 計算機網絡 201

9.3 Internet和TCP/IP協議 212

9.4 網絡管理 218

9.5 移動通信與無綫上網 220

9.6 網絡安全 220

9.7 網格計算 224

9.8 雲計算與物聯網 225

9.9 互聯網+ 227

本章小結 228

習題 229

第10章 圖形學和可視化計算 231

10.1 圖形學的基本概念 231

10.2 圖形係統 235

10.3 計算機視覺和可視化 236

10.4 圖形用戶界麵 237

10.5 圖像通信 238

10.6 幾何建模 238

10.7 計算機動畫 238

10.8 虛擬現實 239

10.9 3D打印 240

本章小結 240

習題 241

第11章 人機交互 242

11.1 人機交互 242

11.2 多媒體技術 250

本章小結 252

習題 252

第12章 離散結構 254

12.1 離散結構的研究對象及主要內容 254

12.2 數理邏輯 255

12.3 集閤論 261

12.4 代數結構 267

12.5 圖論 270

12.6 離散概率 274

本章小結 275

習題 275

第13章 數值計算科學 278

13.1 高性能計算 278

13.2 數值分析 279

13.3 運籌學 280

13.4 數學建模與計算機模擬 281

本章小結 282

習題 282

第14章 智能係統 284

14.1 人工智能係統 284

14.2 知識錶示及推理 288

14.3 搜索技術 292

14.4 自然語言處理 292

14.5 計算智能 294

14.6 機器學習 296

14.7 智能技術 297

14.8 大數據分析 298

本章小結 298

習題 299

第15章 社會和職業問題 300

15.1 計算的社會背景 300

15.2 計算機與道德 301

15.3 基於計算機係統的風險與責任 303

15.4 知識産權 304

15.5 隱私與公民自由 306

15.6 計算機犯罪 307

15.7 團隊閤作 308

15.8 哲學框架 310

本章小結 310

習題 311

參考文獻 313

精彩書摘

第2章 計算機體係結構與組織

學習目標

瞭解數據的機器編碼、計算機係統的組成、存儲係統的組織結構、基本的輸入/輸齣係統、計算機係統的分類、多核技術、高性能計算機、並行計算機、網絡計算機、分布式係統。

掌握數值數據的錶示和計算、非數值數據的編碼、數字邏輯與數字係統。

學習計算機知識應從一些基本的概念入手，包括數值數據在計算機中的錶示與運算、非數值數據的錶示、數據的機器編碼、數字邏輯與數字係統等與計算機相關的基礎知識。

2.1 數 值 數 據

計算機隻識彆二進製編碼的指令和數據，其他的如數字、字符、聲音、圖形、圖像等信息都必須轉換成二進製的形式，計算機纔能進行識彆和處理。二進製隻有兩個狀態(即0和1)，這正好與物理器件的兩種狀態相對應，如電壓信號的高與低、門電路的導通與截止等；而十進製電路則需要用10種狀態來描述，這將使得電路十分復雜，處理起來也非常睏難。因此，采用二進製將使得計算機在物理實現上變得簡單，且具有可靠性高、處理簡單、抗乾擾能力強等優點。下麵對計算機中的各種數據錶示進行詳細介紹。

2.1.1 數的錶示及數製轉換

十進製數是日常生活中常用的，一直伴隨著人們的生活，它也是中國的一大發明。在商代時，中國已采用瞭十進製。從現已發現的商代陶文和甲骨文中，可以看到當時已能夠用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、韆、萬13個數字，記十萬以內的任何自然數。這些記數文字的形狀，在後世雖有所變化並演變成為現在的寫法，但記數方法卻從沒有中斷，一直被沿襲的同時日趨完善。十進製的記數法是古代世界中最先進、最科學的記數法，對世界科學和文化的發展起著不可估量的作用。正如李約瑟(Joseph Terence Montgomery Needham，1900—1995)所說的：“如果沒有這種十進製，就不可能齣現我們現在這個統一化的世界瞭。”

除瞭十進製外，其他進製，如十二進製(時鍾)等也在生活中廣泛使用。而在計算機內所有的數據都是以二進製代碼的形式存儲、處理和傳送，但是在輸入/輸齣或書寫時，為瞭用戶的方便，也經常用到八進製和十六進製。

前言/序言

前 言

　　“計算機科學導論”是計算機專業學生進入大學學習的第一門專業基礎課程，其目的在於用統一的思想，對該學科進行係統化和科學化闡述，讓學生認識計算機科學與技術學科的本質。本書按照教育部高教司主持評審的《中國計算機科學與技術學科教程2002》進行編寫，並參照美國計算機學會(Association for Computing Machinery，ACM)和美國電氣和電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)的計算教程2015，用邏輯嚴密的編寫方式將讀者引入本學科各個富有挑戰性的領域之中。本書介紹瞭計算機體係結構與組織、程序設計語言、程序設計基礎、算法與復雜性、信息管理、軟件工程、操作係統、網絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數值計算科學、智能係統、社會和職業問題等14個核心體，力求讓讀者對計算機科學與技術專業有比較深入的瞭解，樹立專業學習的責任感和自豪感。

　　本書是在《計算機科學導論》(第4版)的基礎上進行修訂的，主要修訂內容有：刪減瞭一些復雜的理論知識，增加瞭雲計算與物聯網、大數據分析、互聯網+、數字地球、智慧城市、電子商務、智能傢居、智能交通、3D打印技術、微博、微信等內容。本書介紹瞭計算機科學與技術的核心內容，使讀者理解計算機係統的信息處理本質，掌握數據錶達和數據加工錶達的層次方法，瞭解計算機係統的功能組成，認識計算機科學與技術對人類社會的重要推動作用。

　　本書內容由淺入深、結構嚴謹，力求避免內容重復、結構鬆散等弊病。由於本書涉及的內容繁多，各高校任課教師可根據學生的情況，在學習本書時適當調整學時，對其中的一些章節也可以根據各高校的實際情況選用。本書配備有電子教案，任課教師可根據學生的實際情況進行修改。本書的電子教案、課程大綱、授課計劃、習題答案可以到清華大學齣版社網站下載，也可以嚮作者索取。

　　本書由瞿中任主編，伍建全、熊安萍、夏淑芳任副主編。碩士研究生劉帥、柴國華、鞠芳蓉、陳宇翔、徐夢茹、吳戈、耿明月、王騰鋒、張玲、黃旭、危學明、陳思琪、徐芳琳、曹悅欣、劉京、呂磊、王升燁等提供瞭大量的資料，本科生劉妍、王子君、張真箏、夏少文、劉寶陽、硃嘉傑等人參與瞭文字校對工作，並對書中的實例及圖錶進行瞭校對。

　　書中介紹瞭部分著名學者的成果，如Alan Mathison Turing、John von Neumann、Andrew Chi-Chih Yao、華羅庚等，還采用瞭一些學者的照片，以豐富本書的內容，在此嚮這些學者錶示感謝。本書的順利齣版，得到瞭各級領導的大力支持和幫助，以及計算機界眾多學者的關心，在此一並緻謝。

　　由於計算機科學與技術的發展迅速以及受作者水平所限，書中難免存在疏漏之處，懇請廣大讀者特彆是同行批評指正。在使用本書過程中遇到任何問題，或者有好的意見和建議，請與編者聯係，以便今後更好地修訂本書，為廣大讀者服務。

編 者