計算機科學(xué)導(dǎo)論教程

前言

“計算機科學(xué)導(dǎo)論”是大多數(shù)高等院校計算機科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)課程。課程講授和計算機系統(tǒng)、計算機科學(xué)有關(guān)的基本概念，使學(xué)生對本專業(yè)的核心知識有全面的、概要的認識。本課程的一種典型教學(xué)安排是每周課堂講授3學(xué)時，14周共42學(xué)時。在較短時間內(nèi)要完成覆蓋面很廣、內(nèi)容極為豐富的專業(yè)知識教學(xué)，而又要使一年級學(xué)生能夠理解，關(guān)鍵在于：1.要建立一個課程講授結(jié)構(gòu)體系；2.要把握好內(nèi)容廣度和深度的關(guān)系；3.要采用深入淺出的敘述風(fēng)格。筆者在中山大學(xué)計算機科學(xué)系任教多年，20世紀80年代負責(zé)開設(shè)本課程之后，一直是本課程的主講教師。二十余年的教學(xué)實踐中，筆者設(shè)計以“一個本質(zhì)核心，三條內(nèi)容綱領(lǐng)”來組織本門課程，使學(xué)生能夠在短短的十幾周里對計算機系統(tǒng)和計算機科學(xué)有入門性的、較全面的認識。

內(nèi)容概要

　　本書共分7章，包括認識計算機和計算機科學(xué)、計算機系統(tǒng)的組成、計算機軟件系統(tǒng)、計算機通信與網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)表示方法、數(shù)據(jù)加工表示方法、計算學(xué)科的知識領(lǐng)域。
　　和同類教材相比，本書的特點在于以“一個核心、三條綱領(lǐng)”來組織教學(xué)的內(nèi)容。計算機的核心功能是數(shù)據(jù)處理，計算機科學(xué)要提供數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)加工表示的理論、方法、技術(shù)，并最終在計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)。按照本書敘述體系，初學(xué)者容易理解在后續(xù)課程中展開的專業(yè)概念，開始關(guān)注專業(yè)課程之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。
　　本書適宜在高等學(xué)校用作“計算機科學(xué)導(dǎo)論”課程教材，也可供有興趣了解計算機科學(xué)概貌的讀者閱讀。

書籍目錄

第1章  認識計算機和計算機科學(xué)
  1.1  計算機是數(shù)據(jù)處理機
    1.1.1  數(shù)據(jù)
    1.1.2  信息
    1.1.3  數(shù)據(jù)處理
    1.1.4  數(shù)據(jù)處理機
    習(xí)題
  1.2  計算機科學(xué)
    1.2.1  理解計算機科學(xué)
    1.2.2  算法
    1.2.3  用計算機解決數(shù)據(jù)處理問題
    1.2.4  計算機系統(tǒng)的發(fā)展歷程
    習(xí)題
  1.3  機內(nèi)信息表示基礎(chǔ)——二進制數(shù)
    1.3.1  位置記數(shù)法
    1.3.2  P進制數(shù)
    1.3.3  數(shù)制的轉(zhuǎn)換規(guī)則
    習(xí)題
  1.4  關(guān)于計算學(xué)科及其專業(yè)
    1.4.1  計算學(xué)科的由來
    1.4.2  計算學(xué)科下屬專業(yè)的劃分
    本章小結(jié)
第2章  計算機系統(tǒng)的組成
  2.1  四大功能部件
    2.1.1  內(nèi)存
    2.1.2  中央處理器
    2.1.3  外部設(shè)備
    2.1.4  總線
    習(xí)題
  2.2  計算機程序
    2.2.1  機器指令
    2.2.2  程序存儲原理
    2.2.3  馮·諾依曼結(jié)構(gòu)體系
    習(xí)題
  2.3  計算機系統(tǒng)
    2.3.1  硬件和軟件
    2.3.2  計算機系統(tǒng)的幾種應(yīng)用模式
    習(xí)題
    本章小結(jié)
第3章  計算機軟件系統(tǒng)
  3.1  軟件系統(tǒng)
    3.1.1  軟件系統(tǒng)的組成
    3.1.2  應(yīng)用軟件示例
    3.1.3  獲得軟件的途徑
    3.1.4  軟件版權(quán)保護
    習(xí)題
  3.2  操作系統(tǒng)
    3.2.1  操作系統(tǒng)的目標
    3.2.2  進程和中斷
    3.2.3  操作系統(tǒng)的資源管理功能
    3.2.4  作業(yè)的管理調(diào)度方式
    3.2.5  I／O設(shè)備的輸入輸出控制
    3.2.6  操作系統(tǒng)的常見種類
    3.2.7  用戶界面
    3.2.8  有代表性的操作系統(tǒng)產(chǎn)品
    習(xí)題
  3.3  程序設(shè)計語言和語言處理軟件
    3.3.1  程序設(shè)計語言
    3.3.2  程序設(shè)計語言的發(fā)展
    3.3.3  程序設(shè)計和軟件開發(fā)
    3.3.4  程序／語言的處理過程
    3.3.5  編譯程序
    3.3.6  上機作業(yè)的傳統(tǒng)過程
    3.3.7  程序作業(yè)工具
    習(xí)題
    本章小結(jié)
第4章  計算機通信與網(wǎng)絡(luò)
  4.1  數(shù)據(jù)通信概念
    4.1.1  信息、數(shù)據(jù)與信號
    4.1.2  數(shù)據(jù)的傳輸
    4.1.3  傳輸介質(zhì)和信道
    4.1.4  信號傳輸?shù)募夹g(shù)特性
    4.1.5  數(shù)據(jù)交換
    習(xí)題
  4.2  計算機網(wǎng)絡(luò)
    4.2.1  計算機網(wǎng)絡(luò)的組成
    4.2.2  網(wǎng)絡(luò)類型
    4.2.3  網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)模型
    習(xí)題
  4.3  計算機局域網(wǎng)
    4.3.1  局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)
    4.3.2  介質(zhì)訪問控制方法
    4.3.3  局域網(wǎng)中常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
    習(xí)題
  4.4  因特網(wǎng)
    4.4.1  網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
    4.4.2  因特網(wǎng)的地址編制和域名
    4.4.3  因特網(wǎng)的典型應(yīng)用
    4.4.4  因特網(wǎng)的接人
    習(xí)題
    本章小結(jié)
第5章  數(shù)據(jù)表示方法
  5.1  數(shù)據(jù)的分層表示方法學(xué)
    5.1.1  現(xiàn)實世界層
    5.1.2  信息世界層
    5.1.3  高級語言層
    5.1.4  機器層
    5.1.5  物理層
    習(xí)題
  5.2  數(shù)的表示
    5.2.1  無符號整數(shù)的表示
    5.2.2  有符號整數(shù)的表示
    5.2.3  實數(shù)的表示
    5.2.4  復(fù)數(shù)的表示
    習(xí)題
  5.3  字符和漢字的表示
    5.3.1  字符編碼
    5.3.2  漢字編碼
    5.3.3  漢字處理系統(tǒng)
    習(xí)題
  5.4  圖像和聲音的表示
    5.4.1  圖像的表示
    5.4.2  聲音的表示
    習(xí)題
  5.5  高級語言的數(shù)據(jù)表示手段
    5.5.1  常量和變量
    5.5.2  函數(shù)和表達式
    5.5.3  數(shù)據(jù)類型
    習(xí)題
  5.6  動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
    5.6.1  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的含義
    5.6.2  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念
    5.6.3  線性表
    5.6.4  樹和二叉樹
    5.6.5  圖
    習(xí)題
  5.7  外存數(shù)據(jù)組織
    5.7.1  文件
    5.7.2  數(shù)據(jù)庫
    習(xí)題
    本章小結(jié)
第6章  數(shù)據(jù)加工表示方法
  6.1  數(shù)據(jù)加工的表達層次
    習(xí)題
  6.2  算法表示手段
    6.2.1  算法和算法的表示
    6.2.2  算法流程圖
    6.2.3  類程序設(shè)計語言的偽代碼
    習(xí)題
  6.3  結(jié)構(gòu)化設(shè)計
    6.3.1  三種流程結(jié)構(gòu)
    6.3.2  結(jié)構(gòu)化方法
    習(xí)題
  6.4  算法示例
    6.4.1  順序結(jié)構(gòu)的算法設(shè)計
    6.4.2  分支結(jié)構(gòu)的算法設(shè)計
    6.4.3  循環(huán)結(jié)構(gòu)的算法設(shè)計
    習(xí)題
  6.5  軟件的工程化開發(fā)方法
    6.5.1  關(guān)于軟件工程學(xué)
    6.5.2  軟件生命周期概念
    6.5.3  傳統(tǒng)的軟件生命周期階段
    6.5.4  軟件開發(fā)規(guī)范
    6.5.5  軟件開發(fā)模型
    6.5.6  開發(fā)方法和工具
    習(xí)題
    本章小結(jié)
第7章  計算學(xué)科的知識領(lǐng)域
  7.1  計算學(xué)科知識分類
    7.1.1  數(shù)學(xué)
    7.1.2  電子學(xué)
    7.1.3  算法
    7.1.4  計算機體系結(jié)構(gòu)和組織
    7.1.5  計算機軟件系統(tǒng)
    7.1.6  人機交互
    7.1.7  程序設(shè)計
    7.1.8  軟件工程學(xué)
    7.1.9  特定的應(yīng)用系統(tǒng)
    7.1.10  計算機網(wǎng)絡(luò)
    7.1.11  信息技術(shù)
    7.1.12  職業(yè)素養(yǎng)
  7.2  計算學(xué)科的社會與職業(yè)問題
    7.2.1  計算技術(shù)對社會的沖擊
    7.2.2  相關(guān)法律
    7.2.3  職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)
    習(xí)題
    本章小結(jié)
參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1）問題分析分析的目的是把面臨的問題定義清楚。首先是功能需求分析。需要的輸出數(shù)據(jù)是什么？應(yīng)該有哪些輸入數(shù)據(jù)？從輸入到輸出要有什么樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換動作？然后確定用計算機解決問題方案的可行性。就是說從技術(shù)、經(jīng)濟、運行、社會等角度分析方案的必要性和可能性。有必要使用計算機系統(tǒng)來解決問題嗎？使用計算機系統(tǒng)的解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？2）解題模型問題確定后就要提出問題的解法，即所謂的解題模型。解題方法往往源自計算機科學(xué)以外其他學(xué)科的知識。例如，要由受力數(shù)據(jù)確定一棟大廈的梁柱尺寸和鋼筋的配置方案，就要用建筑力學(xué)的知識。要確定原料采購的最佳時機和合理數(shù)量，要靠管理學(xué)的知識。解題模型可以用數(shù)學(xué)的形式或者非數(shù)學(xué)的形式來表示。3）算法設(shè)計針對問題解法，設(shè)計能在計算機上執(zhí)行的算法。解題模型是個一百幾十階線性方程組，解它的算法是什么呢？一個銀行轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)的算法又如何確定呢？這都是計算機專業(yè)人員要回答的問題。發(fā)現(xiàn)問題的算法是解決問題非?；A(chǔ)的步驟，極具挑戰(zhàn)性。對專業(yè)人員來說，發(fā)現(xiàn)算法有兩種較現(xiàn)實的途徑：一是學(xué)習(xí)前人研究結(jié)果，學(xué)習(xí)是掌握典型算法的最好途徑，幾百年來，前人已經(jīng)積累了大量各種各樣的算法，有些問題可供選擇的算法數(shù)以十計；二是仿照人在解決任務(wù)時的操作過程來設(shè)計算法，例如要設(shè)計銀行轉(zhuǎn)賬算法可以參照銀行業(yè)務(wù)人員的工作程序。

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《計算機科學(xué)導(dǎo)論教程(第2版)》：高等學(xué)校計算機專業(yè)教材精選·計算機基礎(chǔ)

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