計算機導(dǎo)論

前言

計算機科學(xué)與技術(shù)的迅猛發(fā)展有力地推動著信息社會的發(fā)展，人們對盡快掌握計算機技術(shù)的需求與曰俱增。因此，近年來計算機專業(yè)成為高校普遍開設(shè)的熱門專業(yè)，但各學(xué)校對計算機專業(yè)內(nèi)涵的闡釋和實踐卻不盡相同，體現(xiàn)出了差異和個性。從實踐上看，為了加強專業(yè)認識和引導(dǎo)，各高校陸續(xù)開設(shè)了計算機引論或相似的課程。但作為導(dǎo)引性課程，其教學(xué)內(nèi)容究竟應(yīng)該著重于哪些方面，卻還是仁者見仁，智者見智，爭論不休.這種爭論的結(jié)果是產(chǎn)生了兩種截然不同的觀點，表現(xiàn)在教材的編寫上也采用兩種不同的模式：一類是對計算機專業(yè)知識的概述，試圖總覽全局；另一類是從方法論入手，對計算學(xué)科的主要內(nèi)容進行系統(tǒng)化、形式化的概括。筆者認為，這兩種模式各有優(yōu)劣，彼此不可全盤否定，根據(jù)因材施教的一般教學(xué)規(guī)律，要依教學(xué)的具體對象而定。對專業(yè)知識基本不了解且抽象思維訓(xùn)練較少的學(xué)生來說，第一類教材比較適合，因為講授的知識比較具體、形象，容易接受；而對于具備一定專業(yè)知識，抽象思維能力較強的學(xué)生來說，第二類教材將為進一步深入地學(xué)習(xí)專業(yè)知識提供方法論的指導(dǎo)，并進行形式化方法的訓(xùn)練，這對于深入理解和掌握計算機專業(yè)知識體系將有很大的幫助。綜上所述，對普通高校剛?cè)雽W(xué)的計算機專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來說，計算機引論課程的教材以選擇第一類教材比較適宜。但很遺憾，現(xiàn)在這類教材還比較匱乏，供選擇的余地不大，個別教材偏向了計算機文化基礎(chǔ)方向，對計算機專業(yè)學(xué)習(xí)基本沒有幫助.受此影響，一些學(xué)校甚至將計算機引論課程當(dāng)成計算機文化基礎(chǔ)課上，這是很不合適的。根據(jù)實際教學(xué)的要求，迫切需要一本適合的教材，因此，我們組織編寫了《計算機導(dǎo)論》，經(jīng)過兩年多的試用，對原講義進行了重大的修改和充實，本書著力加強了知識的系統(tǒng)性和適用性。本書力圖以通俗易懂的語言闡述計算機專業(yè)知識，全書除緒論外，從邏輯上可劃分為計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機軟件、計算機應(yīng)用和計算機安全四個部分，共12章。全書從計算學(xué)科最核心的理論——圖靈機模型入手，在形象、直觀的論述該模型后自然地展開數(shù)據(jù)編碼、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，涉及了計算機專業(yè)幾乎所有主要專業(yè)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程后能對計算機專業(yè)有個整體的認識，并掌握各專業(yè)課程的內(nèi)在關(guān)系，明確進一步學(xué)習(xí)的目標(biāo)。本書緒論部分及第1、2、3、4章由祁亨年撰寫，高志剛、孫圣力參與了其中部分內(nèi)容的撰寫，第5、6章由莫路鋒撰寫，第7章由司華友撰寫，第8章由劉合翔撰寫，第9章由王勛撰寫，第10章由白劍宇撰寫，第11章由王國英撰寫，第12章由汪杭軍撰寫。高志剛對全書進行了審讀并提出了具體修改意見.全書由祁亨年、汪杭軍負責(zé)統(tǒng)稿定編。

內(nèi)容概要

　　本書是面向21世紀(jì)高職高專計算機系列規(guī)劃教材之一，以通俗易懂的語言闡述計算機專業(yè)知識，全書除緒論外，從邏輯上可劃分為計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機軟件、計算機應(yīng)用和計算機安全四個部分，共12章。全書從計算學(xué)科最核心的理論——圖靈機模型入手，在形象、直觀的論述該模型后自然地展開數(shù)據(jù)編碼、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，涉及了計算機專業(yè)幾乎所有主要專業(yè)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程后能對計算機專業(yè)有個整體的認識，并掌握各專業(yè)課程的內(nèi)在關(guān)系，明確進一步學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

書籍目錄

緒論
0.1 計算機的產(chǎn)生
0.1.1 算法
0.1.2 計算機的產(chǎn)生
0.2 計算機的發(fā)展
0.3 計算機學(xué)科的構(gòu)成
0.3.1 應(yīng)用層
0.3.2 專業(yè)基礎(chǔ)層
0.3.3 專業(yè)基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ)層
第1章 圖靈機模型
1.1 圖靈機概述
1.1.1 圖靈機的直觀描述
1.1.2 圖靈機的形式化描述
1.2 計算“腫1”的圖靈機
1.3 通用圖靈機
1.4 圖靈機模型的啟示
關(guān)鍵術(shù)語
思考與練習(xí)
第2章 數(shù)據(jù)編碼與存儲
2.1 二進制
2.1.1 數(shù)制
2.1.2 八進制和十六進制
2.1.3 二進制與其他數(shù)制的轉(zhuǎn)換
2.2 二進制位的存儲
2.2.1 邏輯運算和門
2.2.2 觸發(fā)器
2.2.3 其他存儲技術(shù)
2.3 存儲器
2.3.1 主存儲器
2.3.2 輔助存儲器
2.4 數(shù)值數(shù)據(jù)編碼
2.4.1 機器數(shù)
2.4.2 整數(shù)和實數(shù)
2.4.3 帶符號數(shù)的表示
2.5 字符數(shù)據(jù)編碼
2.5.1 西文字符
2.5.2 漢字編碼
2.6 圖形和圖像數(shù)據(jù)編碼
2.6.1 基本概念
2.6.2 圖形與圖像的數(shù)字化
2.7 音頻數(shù)據(jù)的表示
2.8 數(shù)據(jù)壓縮
2.8.1 無損壓縮
2.8.2 有損壓縮
2.9 誤碼及對策
2.9.1 奇偶校驗
2.9.2 糾錯碼
關(guān)鍵術(shù)語
思考與練習(xí)
第3章 計算機結(jié)構(gòu)
3.1 指令系統(tǒng)
3.1.1 指令系統(tǒng)的概念
3.1.2 RISC和CISC
3.1.3 指令系統(tǒng)的設(shè)計要求
3.1.4 指令格式
3.2 中央處理器
3.2.1 運算器
3.2.2 控制器
3.2.3 寄存器
3.3 尋址方式
3.3.1 指令的尋址方式
3.3.2 操作數(shù)尋址方式
3.4 指令執(zhí)行
3.4.1 非訪存指令的指令周期
3.4.2 直接訪問內(nèi)存指令的指令周期
3.4.3 間接訪問內(nèi)存指令的指令周期
3.4.4 程序控制指令的指令周期
3.5 流水線技術(shù)
3.5.1 什么是流水線
3.5.2 理想流水線性能分析
3.5.3 流水操作中的主要障礙
3.6 存儲系統(tǒng)
3.6.1 存儲器的層次結(jié)構(gòu)
3.6.2 存儲體系涉及的問題
3.6.3 高速緩沖存儲器
3.6.4 內(nèi)存
3.6.5 虛擬存儲器
3.6.6 存儲設(shè)備
3.7 外圍設(shè)備
3.8 輸入輸出方式
3.8.1 程序查詢方式
3.8.2 中斷方式
3.8.3 直接內(nèi)存訪問方式
3.9 多處理器系統(tǒng)
3.9.1 并行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類
3.9.2 并行處理的困難
關(guān)鍵術(shù)語
思考與練習(xí)
第4章 操作系統(tǒng)
4.1 操作系統(tǒng)的發(fā)展
4.1.1 串行處理
4.1.2 簡單批處理
4.1.3 多道批處理
4.1.4 分時系統(tǒng)
4.1.5 實時系統(tǒng)
4.1.6 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)
4.1.7 分布式操作系統(tǒng)
4.2 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
4.2.1 操作系統(tǒng)的功能
4.2.2 操作系統(tǒng)的組成
4.2.3 系統(tǒng)的引導(dǎo)
4.3 現(xiàn)代操作系統(tǒng)處理的難題
4.3.1 進程
4.3.2 并發(fā)控制的難題
4.3.3 有效地分配處理器
4.3.4 提供充足和高效的存儲器
4.4 常見的操作系統(tǒng)
4.4.1 DOS操作系統(tǒng)
4.4.2 Windows操作系統(tǒng)
4.4.3 UNIX操作系統(tǒng)
4.4.4 Linux操作系統(tǒng)
關(guān)鍵術(shù)語
思考與練習(xí)
第5章 程序設(shè)計基礎(chǔ)
5.1 計算機程序設(shè)計概述
5.1.1 程序設(shè)計語言
5.1.2 高級語言與編譯系統(tǒng)
5.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計
5.2.1 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的概念
5.2.2 順序結(jié)構(gòu)
5.2.3 分支結(jié)構(gòu)
5.2.4 循環(huán)結(jié)構(gòu)
5.2.5 過程和函數(shù)
5.3 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計
5.3.1 面向?qū)ο蟾攀?br />5.3.2 面向?qū)ο笈c面向過程的區(qū)別
5.3.3 對象和類
5.3.4 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本特征
5.3.5 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言
關(guān)鍵術(shù)語
思考與練習(xí)二
第6章 算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
6.1 算法概述
6.2 經(jīng)典排序算法
6.2.1 冒泡排序
6.2.2 插入排序
6.2.3 快速排序
6.3 算法策略
6.3.1 遞歸和分治
6.3.2 枚舉和動態(tài)規(guī)劃
6.3.3 貪心算法
……
第7章 軟件工程
第8章 信息系統(tǒng)
第9章 人工智能
第10章 圖形圖像及多媒體
第11章 計算機網(wǎng)絡(luò)
第12章 計算機安全
附錄 計算機發(fā)展大事記
主要參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：由于多媒體系統(tǒng)需要將不同的媒體數(shù)據(jù)表示成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)碼流，然后對其進行變換、重組和分析處理，以進行進一步的存儲、傳送、輸出和交互控制。所以，多媒體的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾個方面。（1）視頻、音頻等數(shù)字媒體壓縮和解壓縮技術(shù)由于數(shù)字化的圖像、聲音等多媒體數(shù)據(jù)量非常大，而且視頻、音頻信號還要求快速的傳輸處理，這致使一般計算機產(chǎn)品特別是個人計算機系列上開展多媒體應(yīng)用難以實現(xiàn)，因此，視頻、音頻數(shù)字信號的編碼和壓縮算法成為一個重要的研究課題。在研究和選用編碼時，主要有兩個問題：一是該編碼方法能用計算機軟件或集成電路芯片快速實現(xiàn)；二是一定要符合壓縮編碼／解壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)。（2）多媒體專用芯片技術(shù)多媒體專用芯片仰仗于大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)，它是多媒體硬件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。因為要實現(xiàn)音頻、視頻信號的快速壓縮、解壓縮和播放處理，需大量的快速計算。而實現(xiàn)圖像許多特殊效果、圖像生成、繪制等處理及音頻信號的處理等，都需要較快的運算處理速度，因此，只有采用專用芯片才能取得滿意的效果。（3）多媒體輸入／輸出技術(shù)多媒體輸入／輸出技術(shù)包括媒體變換技術(shù)、識別技術(shù)、媒體理解技術(shù)和綜合技術(shù).輸入輸出技術(shù)進一步發(fā)展的趨勢是：智能輸入／輸出技術(shù)；外圍設(shè)備控制技術(shù)；多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。（4）多媒體存儲設(shè)備與技術(shù)多媒體的音頻、視頻、圖像等信息雖經(jīng)過壓縮處理，但仍需相當(dāng)大的存儲空間，只有在大容量只讀光盤存儲器CD－ROM問世后才真正解決了多媒體信息存儲空間問題，目前可選擇的還有DVD等。由于存儲在計算機服務(wù)器上的數(shù)據(jù)量越來越大，使得計算機服務(wù)器的硬盤容量需求提高很快。為了避免磁盤損壞而造成的數(shù)據(jù)丟失，采用了相應(yīng)的磁盤管理技術(shù)，如磁盤陣列數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。這些大容量存儲設(shè)備為多媒體應(yīng)用提供了便利條件。

編輯推薦

《計算機導(dǎo)論》由科學(xué)出版社出版。

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