計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論教程

前言

“計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論”是大多數(shù)高等院校計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)科學(xué)有關(guān)的基本概念，使學(xué)生對(duì)本專業(yè)的核心知識(shí)有全面的、概要的認(rèn)識(shí)。本課程的一種典型教學(xué)安排是每周課堂講授3學(xué)時(shí)，14周共42學(xué)時(shí)。在較短時(shí)間內(nèi)要完成覆蓋面很廣、內(nèi)容極為豐富的專業(yè)知識(shí)教學(xué)，而又要使一年級(jí)學(xué)生能夠理解，關(guān)鍵在于：1.要建立一個(gè)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(jì)算機(jī)科學(xué)系任教多年，20世紀(jì)80年代負(fù)責(zé)開(kāi)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(shí)踐中，筆者設(shè)計(jì)以“一個(gè)本質(zhì)核心，三條內(nèi)容綱領(lǐng)”來(lái)組織本門(mén)課程，使學(xué)生能夠在短短的十幾周里對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)科學(xué)有入門(mén)性的、較全面的認(rèn)識(shí)。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)共分7章，包括認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)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(jì)算學(xué)科的知識(shí)領(lǐng)域。
　　和同類教材相比，本書(shū)的特點(diǎn)在于以“一個(gè)核心、三條綱領(lǐng)”來(lái)組織教學(xué)的內(nèi)容。計(jì)算機(jī)的核心功能是數(shù)據(jù)處理，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。按照本書(shū)敘述體系，初學(xué)者容易理解在后續(xù)課程中展開(kāi)的專業(yè)概念，開(kāi)始關(guān)注專業(yè)課程之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。
　　本書(shū)適宜在高等學(xué)校用作“計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論”課程教材，也可供有興趣了解計(jì)算機(jī)科學(xué)概貌的讀者閱讀。

書(shū)籍目錄

第1章  認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)科學(xué)
  1.1  計(jì)算機(jī)是數(shù)據(jù)處理機(jī)
    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(jī)
    習(xí)題
  1.2  計(jì)算機(jī)科學(xué)
    1.2.1  理解計(jì)算機(jī)科學(xué)
    1.2.2  算法
    1.2.3  用計(jì)算機(jī)解決數(shù)據(jù)處理問(wèn)題
    1.2.4  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展歷程
    習(xí)題
  1.3  機(jī)內(nèi)信息表示基礎(chǔ)——二進(jìn)制數(shù)
    1.3.1  位置記數(shù)法
    1.3.2  P進(jìn)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(jì)算學(xué)科及其專業(yè)
    1.4.1  計(jì)算學(xué)科的由來(lái)
    1.4.2  計(jì)算學(xué)科下屬專業(yè)的劃分
    本章小結(jié)
第2章  計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)程序
    2.2.1  機(jī)器指令
    2.2.2  程序存儲(chǔ)原理
    2.2.3  馮·諾依曼結(jié)構(gòu)體系
    習(xí)題
  2.3  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
    2.3.1  硬件和軟件
    2.3.2  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的幾種應(yīng)用模式
    習(xí)題
    本章小結(jié)
第3章  計(jì)算機(jī)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(hù)
    習(xí)題
  3.2  操作系統(tǒng)
    3.2.1  操作系統(tǒng)的目標(biāo)
    3.2.2  進(jìn)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(jiàn)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(jì)語(yǔ)言和語(yǔ)言處理軟件
    3.3.1  程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言
    3.3.2  程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展
    3.3.3  程序設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)
    3.3.4  程序／語(yǔ)言的處理過(guò)程
    3.3.5  編譯程序
    3.3.6  上機(jī)作業(yè)的傳統(tǒng)過(guò)程
    3.3.7  程序作業(yè)工具
    習(xí)題
    本章小結(jié)
第4章  計(jì)算機(jī)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(hào)
    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(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)特性
    4.1.5  數(shù)據(jù)交換
    習(xí)題
  4.2  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
    4.2.1  計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)局域網(wǎng)
    4.3.1  局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
    4.3.2  介質(zhì)訪問(wèn)控制方法
    4.3.3  局域網(wǎng)中常見(jiàn)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(shí)世界層
    5.1.2  信息世界層
    5.1.3  高級(jí)語(yǔ)言層
    5.1.4  機(jī)器層
    5.1.5  物理層
    習(xí)題
  5.2  數(shù)的表示
    5.2.1  無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示
    5.2.2  有符號(hào)整數(shù)的表示
    5.2.3  實(shí)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(jí)語(yǔ)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(dá)式
    5.5.3  數(shù)據(jù)類型
    習(xí)題
  5.6  動(dòng)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(shù)和二叉樹(shù)
    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(kù)
    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(dá)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(jì)語(yǔ)言的偽代碼
    習(xí)題
  6.3  結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)
    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(jì)
    6.4.2  分支結(jié)構(gòu)的算法設(shè)計(jì)
    6.4.3  循環(huán)結(jié)構(gòu)的算法設(shè)計(jì)
    習(xí)題
  6.5  軟件的工程化開(kāi)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(kāi)發(fā)規(guī)范
    6.5.5  軟件開(kāi)發(fā)模型
    6.5.6  開(kāi)發(fā)方法和工具
    習(xí)題
    本章小結(jié)
第7章  計(jì)算學(xué)科的知識(shí)領(lǐng)域
  7.1  計(jì)算學(xué)科知識(shí)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(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和組織
    7.1.5  計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)
    7.1.6  人機(jī)交互
    7.1.7  程序設(shè)計(jì)
    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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
    7.1.11  信息技術(shù)
    7.1.12  職業(yè)素養(yǎng)
  7.2  計(jì)算學(xué)科的社會(huì)與職業(yè)問(wèn)題
    7.2.1  計(jì)算技術(shù)對(duì)社會(huì)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(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1）問(wèn)題分析分析的目的是把面臨的問(wèn)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(dòng)作？然后確定用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題方案的可行性。就是說(shuō)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行、社會(huì)等角度分析方案的必要性和可能性。有必要使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)解決問(wèn)題嗎？使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？2）解題模型問(wèn)題確定后就要提出問(wèn)題的解法，即所謂的解題模型。解題方法往往源自計(jì)算機(jī)科學(xué)以外其他學(xué)科的知識(shí)。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(shí)。要確定原料采購(gòu)的最佳時(shí)機(jī)和合理數(shù)量，要靠管理學(xué)的知識(shí)。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(lái)表示。3）算法設(shè)計(jì)針對(duì)問(wèn)題解法，設(shè)計(jì)能在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的算法。解題模型是個(gè)一百幾十階線性方程組，解它的算法是什么呢？一個(gè)銀行轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)的算法又如何確定呢？這都是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員要回答的問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的算法是解決問(wèn)題非?；A(chǔ)的步驟，極具挑戰(zhàn)性。對(duì)專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)算法有兩種較現(xiàn)實(shí)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(lái)，前人已經(jīng)積累了大量各種各樣的算法，有些問(wèn)題可供選擇的算法數(shù)以十計(jì)；二是仿照人在解決任務(wù)時(shí)的操作過(guò)程來(lái)設(shè)計(jì)算法，例如要設(shè)計(jì)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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