計(jì)算機(jī)導(dǎo)論

前言

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的迅猛發(fā)展有力地推動(dòng)著信息社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)盡快掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)的需求與曰俱增。因此，近年來(lái)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)成為高校普遍開(kāi)設(shè)的熱門(mén)專(zhuān)業(yè)，但各學(xué)校對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)內(nèi)涵的闡釋和實(shí)踐卻不盡相同，體現(xiàn)出了差異和個(gè)性。從實(shí)踐上看，為了加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)和引導(dǎo)，各高校陸續(xù)開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)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(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，爭(zhēng)論不休.這種爭(zhēng)論的結(jié)果是產(chǎn)生了兩種截然不同的觀點(diǎn)，表現(xiàn)在教材的編寫(xiě)上也采用兩種不同的模式：一類(lèi)是對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的概述，試圖總覽全局；另一類(lèi)是從方法論入手，對(duì)計(jì)算學(xué)科的主要內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化、形式化的概括。筆者認(rèn)為，這兩種模式各有優(yōu)劣，彼此不可全盤(pán)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(duì)象而定。對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)基本不了解且抽象思維訓(xùn)練較少的學(xué)生來(lái)說(shuō)，第一類(lèi)教材比較適合，因?yàn)橹v授的知識(shí)比較具體、形象，容易接受；而對(duì)于具備一定專(zhuān)業(yè)知識(shí)，抽象思維能力較強(qiáng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，第二類(lèi)教材將為進(jìn)一步深入地學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)提供方法論的指導(dǎo)，并進(jìn)行形式化方法的訓(xùn)練，這對(duì)于深入理解和掌握計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系將有很大的幫助。綜上所述，對(duì)普通高校剛?cè)雽W(xué)的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)或相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)引論課程的教材以選擇第一類(lèi)教材比較適宜。但很遺憾，現(xiàn)在這類(lèi)教材還比較匱乏，供選擇的余地不大，個(gè)別教材偏向了計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)方向，對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)基本沒(méi)有幫助.受此影響，一些學(xué)校甚至將計(jì)算機(jī)引論課程當(dāng)成計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)課上，這是很不合適的。根據(jù)實(shí)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(xiě)了《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》，經(jīng)過(guò)兩年多的試用，對(duì)原講義進(jìn)行了重大的修改和充實(shí)，本書(shū)著力加強(qiáng)了知識(shí)的系統(tǒng)性和適用性。本書(shū)力圖以通俗易懂的語(yǔ)言闡述計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，全書(shū)除緒論外，從邏輯上可劃分為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和計(jì)算機(jī)安全四個(gè)部分，共12章。全書(shū)從計(jì)算學(xué)科最核心的理論——圖靈機(jī)模型入手，在形象、直觀的論述該模型后自然地展開(kāi)數(shù)據(jù)編碼、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，涉及了計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)幾乎所有主要專(zhuān)業(yè)課程和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容，使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)本課程后能對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，并掌握各專(zhuān)業(yè)課程的內(nèi)在關(guān)系，明確進(jìn)一步學(xué)習(xí)的目標(biāo)。本書(shū)緒論部分及第1、2、3、4章由祁亨年撰寫(xiě)，高志剛、孫圣力參與了其中部分內(nèi)容的撰寫(xiě)，第5、6章由莫路鋒撰寫(xiě)，第7章由司華友撰寫(xiě)，第8章由劉合翔撰寫(xiě)，第9章由王勛撰寫(xiě)，第10章由白劍宇撰寫(xiě)，第11章由王國(guó)英撰寫(xiě)，第12章由汪杭軍撰寫(xiě)。高志剛對(duì)全書(shū)進(jìn)行了審讀并提出了具體修改意見(jiàn).全書(shū)由祁亨年、汪杭軍負(fù)責(zé)統(tǒng)稿定編。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)是面向21世紀(jì)高職高專(zhuān)計(jì)算機(jī)系列規(guī)劃教材之一，以通俗易懂的語(yǔ)言闡述計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，全書(shū)除緒論外，從邏輯上可劃分為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和計(jì)算機(jī)安全四個(gè)部分，共12章。全書(shū)從計(jì)算學(xué)科最核心的理論——圖靈機(jī)模型入手，在形象、直觀的論述該模型后自然地展開(kāi)數(shù)據(jù)編碼、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，涉及了計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)幾乎所有主要專(zhuān)業(yè)課程和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容，使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)本課程后能對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，并掌握各專(zhuān)業(yè)課程的內(nèi)在關(guān)系，明確進(jìn)一步學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

書(shū)籍目錄

緒論
0.1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生
0.1.1 算法
0.1.2 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生
0.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展
0.3 計(jì)算機(jī)學(xué)科的構(gòu)成
0.3.1 應(yīng)用層
0.3.2 專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)層
0.3.3 專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ)層
第1章 圖靈機(jī)模型
1.1 圖靈機(jī)概述
1.1.1 圖靈機(jī)的直觀描述
1.1.2 圖靈機(jī)的形式化描述
1.2 計(jì)算“腫1”的圖靈機(jī)
1.3 通用圖靈機(jī)
1.4 圖靈機(jī)模型的啟示
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)
思考與練習(xí)
第2章 數(shù)據(jù)編碼與存儲(chǔ)
2.1 二進(jìn)制
2.1.1 數(shù)制
2.1.2 八進(jìn)制和十六進(jìn)制
2.1.3 二進(jìn)制與其他數(shù)制的轉(zhuǎn)換
2.2 二進(jìn)制位的存儲(chǔ)
2.2.1 邏輯運(yùn)算和門(mén)
2.2.2 觸發(fā)器
2.2.3 其他存儲(chǔ)技術(shù)
2.3 存儲(chǔ)器
2.3.1 主存儲(chǔ)器
2.3.2 輔助存儲(chǔ)器
2.4 數(shù)值數(shù)據(jù)編碼
2.4.1 機(jī)器數(shù)
2.4.2 整數(shù)和實(shí)數(shù)
2.4.3 帶符號(hào)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(wú)損壓縮
2.8.2 有損壓縮
2.9 誤碼及對(duì)策
2.9.1 奇偶校驗(yàn)
2.9.2 糾錯(cuò)碼
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)
思考與練習(xí)
第3章 計(jì)算機(jī)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(jì)要求
3.1.4 指令格式
3.2 中央處理器
3.2.1 運(yùn)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(wèn)內(nèi)存指令的指令周期
3.4.3 間接訪問(wèn)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(chǔ)系統(tǒng)
3.6.1 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)
3.6.2 存儲(chǔ)體系涉及的問(wèn)題
3.6.3 高速緩沖存儲(chǔ)器
3.6.4 內(nèi)存
3.6.5 虛擬存儲(chǔ)器
3.6.6 存儲(chǔ)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(xún)方式
3.8.2 中斷方式
3.8.3 直接內(nèi)存訪問(wèn)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(lèi)
3.9.2 并行處理的困難
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)
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(jiǎn)單批處理
4.1.3 多道批處理
4.1.4 分時(shí)系統(tǒng)
4.1.5 實(shí)時(shí)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(jìn)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(chǔ)器
4.4 常見(jiàn)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(yǔ)
思考與練習(xí)
第5章 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
5.1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)概述
5.1.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言
5.1.2 高級(jí)語(yǔ)言與編譯系統(tǒng)
5.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)
5.2.1 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)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(guò)程和函數(shù)
5.3 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)
5.3.1 面向?qū)ο蟾攀?br />5.3.2 面向?qū)ο笈c面向過(guò)程的區(qū)別
5.3.3 對(duì)象和類(lèi)
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(jì)語(yǔ)言
關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)
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(dòng)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
第12章 計(jì)算機(jī)安全
附錄 計(jì)算機(jī)發(fā)展大事記
主要參考文獻(xiàn)

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(duì)其進(jìn)行變換、重組和分析處理，以進(jìn)行進(jìn)一步的存儲(chǔ)、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(gè)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(hào)還要求快速的傳輸處理，這致使一般計(jì)算機(jī)產(chǎn)品特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)系列上開(kāi)展多媒體應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)，因此，視頻、音頻數(shù)字信號(hào)的編碼和壓縮算法成為一個(gè)重要的研究課題。在研究和選用編碼時(shí)，主要有兩個(gè)問(wèn)題：一是該編碼方法能用計(jì)算機(jī)軟件或集成電路芯片快速實(shí)現(xiàn)；二是一定要符合壓縮編碼／解壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。（2）多媒體專(zhuān)用芯片技術(shù)多媒體專(zhuān)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?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)音頻、視頻信號(hào)的快速壓縮、解壓縮和播放處理，需大量的快速計(jì)算。而實(shí)現(xiàn)圖像許多特殊效果、圖像生成、繪制等處理及音頻信號(hào)的處理等，都需要較快的運(yùn)算處理速度，因此，只有采用專(zhuān)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(shí)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(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)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(chǔ)設(shè)備與技術(shù)多媒體的音頻、視頻、圖像等信息雖經(jīng)過(guò)壓縮處理，但仍需相當(dāng)大的存儲(chǔ)空間，只有在大容量只讀光盤(pán)存儲(chǔ)器CD－ROM問(wèn)世后才真正解決了多媒體信息存儲(chǔ)空間問(wèn)題，目前可選擇的還有DVD等。由于存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，使得計(jì)算機(jī)服務(wù)器的硬盤(pán)容量需求提高很快。為了避免磁盤(pán)損壞而造成的數(shù)據(jù)丟失，采用了相應(yīng)的磁盤(pán)管理技術(shù)，如磁盤(pán)陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。這些大容量存儲(chǔ)設(shè)備為多媒體應(yīng)用提供了便利條件。

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《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》由科學(xué)出版社出版。

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