計算機科學概論 （第10版）

前言

本書是計算機科學的入門教材。在力求保持學科廣度的同時，還兼顧主題的深度，同時也將對所涉及的主題給出中肯的評價。本書面向計算機科學以及其他各個學科的學生。大多數(shù)計算機科學專業(yè)的學生在最初的學習中都有這樣一個誤解，認為計算機科學就是程序設計和瀏覽網(wǎng)頁，因為這基本上就是他們所看到的一切。實際上計算機科學遠非如此。因此，在入門階段，學生們需要了解他們主攻的這門學科所涉及內(nèi)容的廣度，這也正是本書的宗旨。本書使學生對計算機科學有一個總體的概念——在這個基礎上，他們可以諳熟該領域今后其他課程的特點以及課程之間的相互關系。事實上，本書采用的綜述方式也是自然科學入門教程的常見模式。其他學科的學生如果想融入這個技術化社會，也需要具備這些寬泛的知識背景。適用于他們的計算機科學課程提供的應該是對整個領域很實用的剖析，而不僅僅是培訓學生如何上網(wǎng)和使用一些流行的軟件。當然這種培訓也有其適用的地方，而本書的目的是用作教科書。正如一句中國諺語所說：“授人以魚，不如授人以漁?！币虼?，在寫這本書時，保持對學生的可讀性是主要目標。這樣做的結果是先前的9個版本已經(jīng)很成功地作為教科書廣為使用，讀者包括從高中生到研究生的各個教育層次眾多專業(yè)的學生。本版仍將貫徹這一目標。

內(nèi)容概要

　　本書是計算機科學概論課程的經(jīng)典教材，全書對計算機科學做了百科全書式的精彩闡述，充分展現(xiàn)了計算機科學的歷史背景、發(fā)展歷程和新的技術趨勢。本書首先介紹的是信息編碼及計算機體系結構的基本原理(第1章和第2章)，進而講述操作系統(tǒng)(第3章)和組網(wǎng)及因特網(wǎng)(第4章)，接著探討了算法、程序設計語言及軟件工程(第5章至第7章)，然后討論數(shù)據(jù)抽象和數(shù)據(jù)庫(第8章和第9章)方面的問題，第10章通過圖形學講述計算機技術的一些主要應用，第11章涉及人工智能，第12章通過對計算理論的介紹來結束全書。本書在內(nèi)容編排上由具體到抽象逐步推進，很適合教學安排，每一個主題自然而然地引導出下一個主題。此外，書中還包含大量的圖、表和實例，有助于讀者對知識的了解與把握?！　”緯m合作為高等院校計算機以及相關專業(yè)本科生的教材?！　?/pre>


作者簡介
作者：(美國)布魯克希爾(J.Glenn Brookshear) 譯者：劉藝 肖成海 馬小會J.Glenn Brookshear，世界知名的計算機科學教育家。他在1975年獲得新墨西哥州立大學博士學位后，創(chuàng)立了Marquette大學的計算機科學學位項目，并在該校任教至今、他的主要研究方向是計算理論。除了本書之外，他還著有Theory of Computation；Formal Languages，Automata，and Complexity。


書籍目錄
第0章　緒論　　0.1　算法的作用　　0.2　計算機器的由來　　0.3　算法的科學　　0.4　抽象　　0.5　學習大綱　　0.6　社會影響　　0.7　社會問題　　課外閱讀　第1章　數(shù)據(jù)存儲　　1.1　位和位存儲　　　1.1.1　布爾運算　　　1.1.2　門和觸發(fā)器　　　1.1.3　十六進制記數(shù)法　　1.2　主存儲器　　　1.2.1　存儲器結構　　　1.2.2　存儲器容量的度量　　1.3　海量存儲器　　　1.3.1　磁學系統(tǒng)　　　1.3.2　光學系統(tǒng)　　　1.3.3　閃存驅動器　　　1.3.4　文件存儲及檢索　　1.4　用位模式表示信息　　　1.4.1　文本的表示　　　1.4.2　數(shù)值的表示　　　1.4.3　圖像的表示　　　1.4.4　聲音的表示　　1.5　二進制系統(tǒng)　　　1.5.1　二進制記數(shù)法　　　1.5.2　二進制加法　　　1.5.3　二進制中的小數(shù)　　1.6　整數(shù)存儲　　　1.6.1　二進制補碼記數(shù)法　　　1.6.2　余碼記數(shù)法　　1.7　小數(shù)的存儲　　　1.7.1　浮點記數(shù)法　　　1.7.2　截斷誤差　　1.8　數(shù)據(jù)壓縮　　　1.8.1　通用的數(shù)據(jù)壓縮技術　　　1.8.2　圖像壓縮　　　1.8.3　音頻和視頻壓縮　　1.9　通信差錯　　　1.9.1　奇偶校驗位　　　1.9.2　糾錯編碼　　　復習題　　　社會問題　　　課外閱讀　第2章　數(shù)據(jù)操控　　2.1　計算機體系結構　　　2.1.1　CPU基礎知識　　　2.1.2　存儲程序概念　　2.2　機器語言　　　2.2.1　指令系統(tǒng)　　　2.2.2　一種演示用的機器語言　　2.3　程序執(zhí)行　　　2.3.1　程序執(zhí)行的一個例子　　　2.3.2　程序與數(shù)據(jù)　　2.4　算術/邏輯指令　　　2.4.1　邏輯運算　　　2.4.2　循環(huán)移位及移位運算　　　2.4.3　算術運算　　2.5　與其他設備的通信　　　2.5.1　控制器的作用　　　2.5.2　直接內(nèi)存存取　　　2.5.3　握手　　　2.5.4　流行的通信媒介　　　2.5.5　通信速率　　2.6　其他體系結構　　　2.6.1　流水線　　　2.6.2　多處理器計算機　　復習題　　社會問題　　課外閱讀　第3章　操作系統(tǒng)　　3.1　操作系統(tǒng)的歷史　　3.2　操作系統(tǒng)的體系結構　　　3.2.1　軟件概述　　　3.2.2　操作系統(tǒng)組件　　　3.2.3　系統(tǒng)啟動　　3.3　協(xié)調(diào)機器的活動　　　3.3.1　進程的概念　　　3.3.2　進程管理　　3.4　處理進程間的競爭　　　3.4.1　信號量　　　3.4.2　死鎖　　3.5　安全性　　　3.5.1　來自機器外部的攻擊　　　3.5.2　來自機器內(nèi)部的攻擊　　復習題　　社會問題　　課外閱讀　第4章　組網(wǎng)及因特網(wǎng)　　4.1　網(wǎng)絡基礎　　　4.1.1　網(wǎng)絡分類　　　4.1.2　協(xié)議　　　4.1.3　網(wǎng)絡互連　　　4.1.4　進程間通信的方法　　　4.1.5　分布式系統(tǒng)　　4.2　因特網(wǎng)　　　4.2.1　因特網(wǎng)體系結構　　　4.2.2　因特網(wǎng)編址　　　4.2.3　因特網(wǎng)應用　　4.3　萬維網(wǎng)　　　4.3.1　萬維網(wǎng)實現(xiàn)　　　4.3.2　HTML　　　4.3.3　XML　　　4.3.4　客戶端和服務器端的活動　　4.4　因特網(wǎng)協(xié)議　　　4.4.1　因特網(wǎng)軟件的分層方法　　　4.4.2　TCP/IP協(xié)議簇　　4.5　安全性　　　4.5.1　入侵的形式　　　4.5.2　防護和對策　　　4.5.3　加密　　　4.5.4　網(wǎng)絡安全的法律途徑　　復習題　　社會問題　　課外閱讀　第5章　算法　　5.1　算法的概念　　　5.1.1　概覽　　　5.1.2　算法的正式定義　　　5.1.3　算法的抽象本質(zhì)　　5.2　算法的表示　　　5.2.1　原語　　　5.2.2　偽代碼　　5.3　算法的發(fā)現(xiàn)　　　5.3.1　問題求解的藝術　　　5.3.2　入門　　5.4　迭代結構　　　5.4.1　順序搜索法　　　5.4.2　循環(huán)控制　　　5.4.3　插入排序算法　　5.5　遞歸結構　　　5.5.1　二分搜索算法　　　5.5.2　遞歸控制　　5.6　有效性和正確性　　　5.6.1　算法有效性　　　5.6.2　軟件驗證　　復習題　　社會問題　　課外閱讀　第6章　程序設計語言　　6.1　歷史回顧　　　6.1.1　早期程序設計語言　　　6.1.2　獨立并超越機器　　　6.1.3　程序設計范型　　6.2　傳統(tǒng)的程序設計概念　　　6.2.1　變量和數(shù)據(jù)類型　　　6.2.2　數(shù)據(jù)結構　　　6.2.3　常量和字面量　　　6.2.4　賦值語句　　　6.2.5　控制語句　　　6.2.6　注釋　　6.3　過程單元　　　6.3.1　過程　　　6.3.2　參數(shù)　　　6.3.3　函數(shù)　　6.4　語言實現(xiàn)　　　6.4.1　翻譯過程　　　6.4.2　軟件開發(fā)包　　6.5　面向對象程序設計　　　6.5.1　類和對象　　　6.5.2　構造器　　　6.5.3　附加特性　　6.6　程序設計中的并發(fā)活動　　6.7　說明性程序設計　　　6.7.1　邏輯推演　　　6.7.2　Prolog　　復習題　　社會問題　　課外閱讀　第7章　軟件工程　第8章　數(shù)據(jù)抽象　第9章　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)　第10章　計算機圖形學　第11章　人工智能　第12章　計算理論　附錄A　ASCII碼　附錄B　處理二進制補碼表示的電路　附錄C　一種簡單的機器語言　附錄D　高級編程語言　附錄E　迭代結構與遞歸結構的等價性　索引　問題與練習答案（圖靈網(wǎng)站下載）


章節(jié)摘錄
插圖：第1章數(shù)據(jù)存儲　本章中，我們學習有關計算機中數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)存儲的內(nèi)容。我們要研究的數(shù)據(jù)類型包括文本、數(shù)值、圖像、音頻和視頻。除了傳統(tǒng)計算外，本章的很多內(nèi)容還涉及數(shù)字攝影、音頻，視頻錄制和復制以及遠程通信等領域。我們首先要學習的是在計算機科學中信息如何編碼和存儲。第一步，我們要討論計算機數(shù)據(jù)存儲設備的基礎知識，然后進一步研究如何進行信息編碼并存儲到系統(tǒng)內(nèi)部。我們還將探討現(xiàn)如今數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的各個分支，以及如何用數(shù)據(jù)壓縮、糾錯等技術來克服其不足。1.1　位和位存儲在今天的計算機中，信息是以0和1的模式編碼的。這些數(shù)字稱為位（bit，binary digits的縮寫）。盡管你可能傾向于把它們與數(shù)值聯(lián)系在一起，但它們的確只是些符號，其意義取決于正在處理的應用。有時用來表示數(shù)值；有時又代表字母表里的字符和標點符號；有時表示圖像；有時還表示聲音。1.1.1　布爾運算 為了理解單獨的位在計算機中是如何進行存儲和操作的，這里我們假設位0代表假值，位1代表真值，這樣表示就可以把對位的運算看作是對真／假值的操作。數(shù)學家喬治·布爾（Gedrge—Boole，1815—1864）是邏輯數(shù)學領域的先驅，為了紀念他，人們把處理真，假值的運算命名為布爾運算（Boolean operation）。3個基本的布爾運算是AND（與）、OR（或）以及XOR（異或），見圖1.1。這些運算類似于算術運算的乘法和加法，因為它們結合一對值（運算輸入），然后得出第三個值（運算輸出）。不過，與算術運算不同的是，布爾運算結合的是真／假值，而不是數(shù)值。




編輯推薦
《計算機科學概論(第10版)》由人民郵電出版社出版。《計算機科學概論》（Computer Scierice：An Overview）多年來一直深受世界各國高校師生的歡迎，是許多著名大學（包括美國哈佛大學、麻省理工學院、普林斯頓大學、加州大學伯克利分校等）的首選教材。對我國的高校教學也產(chǎn)生了廣泛影響?！队嬎銠C科學概論(第10版)》以歷史眼光，從發(fā)展的角度、當前的水平，以及現(xiàn)階段的研究方向等幾個方面，全景式描繪了計算機科學各個子學科的主要領域。在內(nèi)容編排上，《計算機科學概論(第10版)》很好地兼顧了學科廣度和主題深度，把握了最新的技術趨勢?！队嬎銠C科學概論(第10版)》用算法、數(shù)據(jù)抽象等核心思想貫穿各個主題，并且充分展現(xiàn)了歷史背景、發(fā)展歷程和新的技術趨勢，培養(yǎng)讀者的大局觀，為今后深入學習其他計算機專業(yè)教程打下堅實的基礎。《計算機科學概論(第10版)》深入淺出、圖文并茂，內(nèi)容引人入勝，極易引發(fā)讀者的興趣，絕無一般教材的枯燥和晦澀。此外，《計算機科學概論(第10版)》教學手段多樣、習題豐富，并且每章后都附有與本章內(nèi)容相關的社會現(xiàn)實問題供讀者思考和討論，這些都很好地體現(xiàn)了作者強調(diào)培養(yǎng)學生分析問題能力的教學理念?！队嬎銠C科學概論(第10版)》為最新的第10版，其中新增加了關于計算機圖形學的一章（第10章），這一章主要介紹視頻游戲和當今電影產(chǎn)業(yè)中使用的技術，為讀者進一步了解虛擬現(xiàn)實打下了基礎。此外，這一版對組網(wǎng)及因特網(wǎng)、軟件工程、人工智能等章節(jié)也做了大幅修訂，使內(nèi)容與時俱進。《計算機科學概論(第10版)》適合各個學科以及不同教育層次的讀者，既適合國內(nèi)高等院校用作計算機基礎課教材，也可以供其他專業(yè)的讀者作為計算機科學入門參考。





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