計算機科學導論

前言

《計算機科學導論》是計算機專業(yè)學生進入大學學習的第一門專業(yè)基礎課程，其目的在于用統(tǒng)一的思想，認識計算機學科的本質，并對計算機學科進行系統(tǒng)化和科學化的闡述。本書根據(jù)教育部高教司主持評審的《中國計算機科學與技術學科教程2002》組織編寫，并參照ACM和IEEE Computing Curricula 2005，用邏輯嚴密的講授方式將讀者引入計算機學科各個富有挑戰(zhàn)性的領域之中。本書介紹了計算機體系結構與組織、程序設計語言、程序設計基礎、算法與復雜性、信息管理、軟件工程、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數(shù)值計算科學、智能系統(tǒng)、社會和職業(yè)問題等知識，力求使讀者對所學專業(yè)有比較深入的了解，樹立專業(yè)學習的責任感和自豪感。本書要求讀者了解計算機科學與技術方法論產生的背景、定義、內容和意義；了解計算學科的歷史、計算學科的定義、根本問題；了解計算學科中的抽象、理論和設計3個過程及其內在聯(lián)系；掌握計算學科各主要領域的基本內容及其相應的課程設置、計算學科中的核心概念、數(shù)學方法、系統(tǒng)科學方法、社會和職業(yè)問題等內容。為讀者正確認知計算學科提供方法，為今后深入學習計算機課程做好鋪墊。本書是在《計算機科學導論》（第2版）的基礎上進行修訂的，主要修訂的內容有：第1章增加了計算的起源、中國計算機發(fā)展簡史、社會信息化的挑戰(zhàn)、計算機產業(yè)等內容。第2章增加了多核技術等內容。第3章增加了高級語言的數(shù)據(jù)表示手段、聲明和類型、抽象機制等內容。第4章增加了程序設計的基本方法要素、程序設計風格、程序設計舉例等內容。第5章增加了問題、算法、算法描述和程序、算法設計策略、并行算法等內容。第6章增加了信息模型、數(shù)字圖書館、數(shù)據(jù)庫的社會影響等內容。第7章修改了基于構件的計算、軟件過程等。第8章修改了并發(fā)性、調度與分派、實時和嵌入式系統(tǒng)、容錯、系統(tǒng)性能評價等內容。第9章修改了TCP／IP協(xié)議等內容。第10章修改了圖形通信、幾何建模、計算機動畫等內容。第11章修改了簡單圖形用戶界面的創(chuàng)建、以人為中心的軟件評價、以人為中心的軟件開發(fā)、圖形用戶界面的設計、圖形用戶界面的程序設計、多媒體系統(tǒng)的人機交互等內容。第12章修改了數(shù)理邏輯等內容。第13章修改了高性能計算、數(shù)值分析、運籌學、數(shù)學建模與計算機模擬等內容。第14章修改了知識及推理等內容。第15章修改了信息技術的社會環(huán)境、分析方法和分析工具以及團隊等內容。

內容概要

本書從實用的角度出發(fā)，根據(jù)教育部高教司主持評審的《十國計算機科學與技術學科教程2002》組織編寫，并參照ACM和IEEE Computing Curricula 2005，對計算機科學與技術學科進行系統(tǒng)化和科學化的闡述。詳細介紹了計算機體系結構與組織、程序設計語言、程序設計基礎、算法與復雜性、信息管理、軟件工程、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數(shù)值計算科學、智能系統(tǒng)、社會和職業(yè)問題等專業(yè)知識點。每章均配有習題，以指導讀者深入地學習。    本書既可作為高等學校計算機專業(yè)課程的教材，也可作為通信、電子信息、自動化等相關專業(yè)的計算機教材。

書籍目錄

第1章　概述 　1.1　計算的起源 　1.2　計算機的產生和發(fā)展階段 　1.3　計算機的應用領域和發(fā)展趨勢 　1.4　計算學科 　1.5　計算機科學與技術學科的知識體系 　1.6　計算機科學與技術學科的教育 　1.7　社會信息化的挑戰(zhàn) 　1.8　計算機產業(yè) 　本章小結 　習題 第2章　計算機體系結構與組織 　2.1　數(shù)值數(shù)據(jù) 　2.2　非數(shù)值數(shù)據(jù) 　2.3　數(shù)據(jù)的機器編碼 　2.4　數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 　2.5　微型計算機系統(tǒng)的組成 　2.6　存儲系統(tǒng)的結構 　2.7　輸入/輸出系統(tǒng) 　2.8　多核技術 　2.9　高性能計算機 　2.10　并行計算機 　2.11　分布式系統(tǒng) 　本章小結 　習題 第3章　程序設計語言 　3.1　程序設計語言概述 　3.2　聲明和類型 　3.3　類型系統(tǒng) 　3.4　編譯原理 　3.5　程序設計語言的設計 　本章小結 　習題 第4章　程序設計基礎 　4.1　程序設計基礎 　4.2　程序設計方法 　4.3　基本數(shù)據(jù)結構 　4.4　事件驅動程序設計 　本章小結 　習題 第5章　算法與復雜性 　5.1　算法分析基礎 　5.2　常用算法介紹 　5.3　算法描述工具 　5.4　算法的評價 　5.5　算法設計策略 　5.6　分布式算法 　5.7　可計算性理論基礎 　5.8　NP問題 　5.9　自動機理論 　5.10　加密算法 　5.11　幾何算法 　5.12　并行算法 　本章小結 　習題 第6章　信息管理 　6.1　模型與信息系統(tǒng) 　6.2　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 　6.3　關系數(shù)據(jù)庫 　6.4　數(shù)據(jù)庫查詢語言SQL 　6.5　關系數(shù)據(jù)庫設計 　6.6　數(shù)據(jù)庫管理 　6.7　常用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 　6.8　數(shù)據(jù)庫新發(fā)展 　本章小結 　習題 第7章　軟件工程 　7.1 　軟件工程概述 　7.2　軟件開發(fā)模型 　7.3　軟件開發(fā)方法 　7.4　軟件質量評價和保證 　7.5　質量度量模型 　7.6　軟件復雜性 　7.7　軟件項目管理 　7.8　軟件可靠性 　7.9　軟件評審 　7.10　容錯軟件技術 　7.11　軟件工程環(huán)境 　本章小結 　習題 第8章　操作系統(tǒng) 　8.1　操作系統(tǒng)概念 　8.2　操作系統(tǒng)的發(fā)展 　8.3　操作系統(tǒng)原理 　8.4　操作系統(tǒng)的分類 　8.5　操作系統(tǒng)的功能 　8.6　操作系統(tǒng)的體系結構 　8.7　并發(fā)性 　8.8　調度與分派 　8.9　安全與保護 　8.10　文件系統(tǒng) 　8.11　容錯 　8.12　系統(tǒng)性能評價 　8.13　腳本 　8.14　主流操作系統(tǒng)簡介 　8.15　操作系統(tǒng)的新發(fā)展 　本章小結 　習題 第9章　網(wǎng)絡計算 第10章　圖形學和可視化計算第11章　人機交互 第12章　離散結構 第13章　數(shù)值計算科學第14章　智能系統(tǒng) 第15章　社會和職業(yè)問題 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1 1.信息管理（Information Management，IM）信息系統(tǒng)幾乎在所有使用計算機的場合都發(fā)揮著重要的作用。該主領域的主要內容包括信息模型與信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)建模、關系數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫查詢語言、關系數(shù)據(jù)庫設計、事務處理、分布式數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、信息存儲與檢索、超文本和超媒體、多媒體信息與多媒體系統(tǒng)及數(shù)字圖書館等。該主領域要解決的基本問題包括：使用什么樣的建模概念來表示數(shù)據(jù)元素及其相互關系？怎樣把基本操作（如存儲定位匹配和恢復）組合成有效的事務？這些事務怎樣才能與用戶有效地進行交互？高級查詢如何翻譯成高質量的程序？哪種機器體系結構能夠進行有效的恢復和更新？怎樣保護數(shù)據(jù)以避免非授權訪問泄露和破壞？如何保護大型的數(shù)據(jù)庫以避免由于同時更新引起的不一致性？當數(shù)據(jù)分布在許多機器上時如何保護數(shù)據(jù)以保證性能？文本如何索引和分類才能夠進行有效的恢復？12.社會和職業(yè)問題（Social and Professional Issues，SP）大學生需要懂得計算學科本身基本的文化、社會、法律和道德問題，還需要培養(yǎng)提出有關計算的社會影響這樣的嚴肅問題，以及對這些問題的可能答案進行評價的能力。學生還需要認識到軟、硬件銷售商和用戶的基本法律權利，也應意識到這些權利的基本基礎——道德價值觀。該主領域的主要內容包括計算的歷史、計算的社會背景、分析方法和工具、專業(yè)和道德責任、基于計算機系統(tǒng)的風險與責任、知識產權、隱私與公民的自由、計算機犯罪、與計算有關的經(jīng)濟問題及哲學框架等。該主領域要解決的基本問題包括：計算學科本身的文化社會法律和道德的問題；有關計算的社會影響問題以及如何評價可能的一些答案的問題；哲學問題、技術問題及美學問題。1 3.軟件工程（Software Engineering，SE）軟件工程是關于如何有效地利用建立滿足用戶和客戶需求的軟件系統(tǒng)理論／知識和實踐的學科，可以應用于小型、中型、大型系統(tǒng)。該主領域的主要內容包括軟件過程、軟件需求與規(guī)格說明、軟件設計、軟件驗證、軟件演化、軟件項目管理、軟件開發(fā)工具與環(huán)境、基于構件的計算形式化方法、軟件可靠性、專用系統(tǒng)開發(fā)等。該主領域要解決的基本問題包括：程序和程序設計系統(tǒng)發(fā)展背后的原理是什么？如何證明一個程序或系統(tǒng)滿足其規(guī)格說明？如何編寫不忽略重要情況且能用于安全分析的規(guī)格說明？軟件系統(tǒng)是如何歷經(jīng)不同的各代進行演化的？如何從可理解性和易修改性著手設計軟件？

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