计算机科学基础

第1章　引论.1

1.1　计算机是什么. 1

1.2　数据处理机模型 2

1.2.1　黑盒模型 2

1.2.2　具有程序能力的数据处理机. 3

1.3　现代计算机模型 3

1.3.1　计算机的五个组成部分 4

1.3.2　程序存储原理 5

1.4　计算机系统 5

1.4.1　硬件系统 6

1.4.2　计算机软件7

1.4.3　计算机是如何运行的 9

1.5　信息系统 10

1.6　因特网和万维网 11

1.6.1　因特网11

1.6.2　万维网11

1.7　计算机文化和计算思维 12

本章小结 13

习题1 15

第2章　数据表示及逻辑基础.19

2.1　概述 19

2.2　数制 20

2.2.1　常用数制 20

2.2.2　二进制数的基本运算 21

2.3　数制转换 21

2.3.1　二进制数和十进制数的转换 22

2.3.2　二进制数与八进制数、十六进制数的转换 23

2.3.3　十进制数与八进制数、十六进制数的转换 23

2.4　计算机中的数. 24

2.4.1　原码、反码和补码 25

2.4.2　定点数和浮点数 26

2.5　编码和文本 26

2.5.1　位模式 27

2.5.2　文本和文档 27

2.5.3　ASCII码 27

2.5.4　Unicode编码 28

2.5.5　汉字编码 28

2.6　多媒体数据 28

2.6.1　图形和图像. 29

2.6.2　音频 30

2.6.3　视频 31

2.7　逻辑运算和门电路. 31

2.7.1　基本逻辑关系 31

2.7.2　逻辑代数 33

2.7.3　门电路 33

2.8　逻辑设计基础 35

2.8.1　加法器 35

2.8.2　半加器 35

2.8.3　全加器 35

2.8.4　存储单元电路 36

2.8.5　集成电路 37

本章小结 37

习题2 38

第3章　计算机硬件42

3.1　概述 42

3.2　处理器 43

3.2.1　处理器芯片和结构 43

3.2.2　内部总线 45

3.2.3　处理器的性能指标 45

3.2.4　CISC和RISC 46

3.3　存储器 47

3.3.1　存储模式和存储容量 47

3.3.2　内存 47

3.3.3　磁盘 49

3.3.4　光盘 50

3.3.5　固态存储器. 51

3.3.6　存储器的主辅结构 52

3.3.7　PC机的存储器 53

3.4　输入/输出系统 53

3.4.1　端口 53

3.4.2　输入设备 54

3.4.3　输出设备 55

3.4.4　其他输入/输出设备 58

3.5　系统连接和USB 58

3.5.1　系统总线标准 58

3.5.2　USB 60

3.5.3　接口和输入/输出方式. 61

本章小结 62

习题3 63

第4章　操作系统.67

4.1　操作系统的定义 67

4.2　操作系统的类型 68

4.3　常见的操作系统 70

4.3.1　MS-DOS. 71

4.3.2　Windows. 71

4.3.3　UNIX/Linux 71

4.3.4　Mac OS 72

4.3.5　移动设备操作系统 72

4.4　操作系统的结构和组成 73

4.4.1　操作系统的层次结构 73

4.4.2　操作系统的组成 74

4.4.3　进程管理 74

4.4.4　存储器管理 77

4.4.5　设备管理 79

4.5　Windows操作系统 81

4.5.1　概述 82

4.5.2　系统结构 82

4.5.3　系统管理 83

4.5.4　启动和停机 84

4.6　文件管理 84

4.6.1　文件和文件系统 85

4.6.2　给文件命名 85

4.6.3　文件扩展名和通配符 86

4.6.4　常用的文件类型 87

4.6.5　目录结构 89

4.6.6　文件存取 89

4.6.7　文件的存储结构 91

4.6.8　文件系统的安全 92

本章小结 93

习题4 93

第5章　算法基础97

5.1　算法的概念 97

5.2　算法的分类和特性 98

5.3　算法的三种结构 99

5.4　算法的表示 100

5.4.1　流程图 100

5.4.2　自然语言表达与原语表达 101

5.4.3　伪代码 102

5.5　算法的发现 103

5.6　算法举例 104

5.6.1　基本算法 104

5.6.2　迭代 106

5.6.3　递归 106

5.6.4　排序 107

5.6.5　查找 108

5.7　算法的方法学 109

5.7.1　贪心法 109

5.7.2　分治法 110

5.7.3　动态规划 110

5.7.4　回溯法 111

5.8　数据表达和数据结构 113

本章小结 115

习题5 116

第6章　语言、程序和软件 119

6.1　概述 119

6.2　程序和指令 120

6.2.1　程序：按步骤执行 120

6.2.2　指令和指令系统 120

6.3　程序设计语言 121

6.3.1　机器语言和指令 121

6.3.2　汇编语言 123

6.3.3　面向过程的高级语言 123

6.3.4　面向对象的程序设计语言 124

6.3.5　其他语言 125

6.4　程序的程序：翻译系统 127

6.5　高级语言的概念 128

6.5.1　常量、变量和数据类型 128

6.5.2　构造数据类型 129

6.5.3　基本语句 130

6.5.4　分支语句 132

6.5.5　循环语句 133

6.5.6　函数和方法 133

6.6　怎样编写程序 135

6.6.1　理解问题：程序说明 135

6.6.2　程序设计 135

6.6.3　编写程序代码 136

6.6.4　寻找错误：程序测试 137

6.6.5　编写程序文档 137

6.6.6　运行与维护 138

6.7　软件工程简介 138

6.7.1　什么是软件开发 138

6.7.2　软件生命周期 138

6.7.3　软件开发模型 139

6.7.4　开发软件的过程 140

6.7.5　软件项目管理 141

6.7.6　职业：软件工程师 141

本章小结 142

习题6 143

第7章　数据库147

7.1　概述 147

7.1.1　什么是数据库 147

7.1.2　为什么要使用数据库 148

7.1.3　什么是数据库系统 149

7.2　数据库管理系统 150

7.2.1　软件和数据的结合 150

7.2.2　数据库产品. 151

7.2.3　各种用户数据库 153

7.3　数据库的体系结构和数据库模型 154

7.3.1　数据库的三级体系结构 154

7.3.2　数据库模型. 155

7.3.3　关系型数据库 156

7.4　SQL语言 157

7.4.1　什么是SQL 语言 157

7.4.2　SQL语言的特点 158

7.4.3　一个使用SQL语言的例子 159

7.5　数据库技术 159

7.5.1　面向对象的数据库 160

7.5.2　分布式数据库 160

7.5.3　决策支持和数据仓库 161

7.5.4　数据挖掘 161

7.5.5　自然语言数据库 162

7.6　构建数据库系统 162

本章小结 163

习题7 164

第8章　网络.166

8.1　概述 166

8.1.1　数据传输速率和带宽 167

8.1.2　网线 167

8.1.3　无线传输 169

8.2　网络的类型 169

8.2.1　局域网及其拓扑结构 169

8.2.2　城域网. 171

8.2.3　广域网 171

8.2.4　无线网. 171

8.3　组建网络：设备、模型和协议 172

8.3.1　网络设备 172

8.3.2　网络协议 175

8.3.3　OSI模型 176

8.3.4　局域网协议和组网技术 177

8.3.5　虚拟专网 179

8.3.6　网络服务器和操作系统 180

8.3.7　网络应用程序 180

8.4　网络的网络：因特网 181

8.4.1　因特网的历史 181

8.4.2　因特网的核心：TCP/IP协议. 181

8.4.3　内网和外网：Intranet 182

8.4.4　IP地址和域名. 183

8.4.5　子网、代理服务器和NAT 185

8.4.6　网络命令 185

8.4.7　接入因特网. 186

8.5　因特网的资源. 188

8.5.1　Web和网站 188

8.5.2　电子邮件和新闻组 190

8.5.3　文件传输：FTP 191

8.5.4　Telnet与BBS 191

8.5.5　博客和微博. 192

8.5.6　即时通信 192

8.5.7　搜索引擎 193

8.6　发展中的因特网 194

8.6.1　Web 2.0和Web 3.0 194

8.6.2　GPS和智能手机 194

8.6.3　电子货币和电子商务 195

8.6.4　Internet2 195

8.6.5　无限的因特网 196

本章小结 197

习题8 198

第9章　高级主题.203

9.1　高性能计算 203

9.1.1　并行计算 203

9.1.2　分布式计算. 204

9.1.3　集群计算 205

9.1.4　云计算. 205

9.2　人工智能 207

9.2.1　图灵测试 207

9.2.2　推理：知识表达 208

9.2.3　专家系统 209

9.2.4　神经网络 210

9.2.5　机器人. 211

9.2.6　自然语言处理 211

9.2.7　有关人工智能的几个问题 212

9.3　虚拟现实 213

9.4　可计算理论 214

9.4.1　可计算函数. 214

9.4.2　哥德尔数 215

9.4.3　阿克曼函数. 216

9.5　自动机理论 217

9.5.1　有限自动机. 217

9.5.2　图灵机. 218

9.5.3　细胞自动机. 218

9.6　停机问题 219

9.7　计算复杂性 220

9.7.1　复杂性的度量 220

9.7.2　P问题和NP问题 220

本章小结 221

习题9 222

第10章　信息社会 224

10.1　社会影响. 224

10.1.1　概述 224

10.1.2　社会问题 225

10.1.3　计算机犯罪与法律. 226

10.1.4　隐私保护 227

10.2　软件版权和自由软件 228

10.2.1　软件版权及其保护. 228

10.2.2　自由软件 229

10.2.3　共享软件 230

10.3　计算机与环境 231

10.4　计算机与人类健康 232

10.5　计算机与安全 232

10.5.1　计算机安全工程 233

10.5.2　计算机病毒 234

10.5.3　反病毒软件的机制. 235

10.5.4　黑客和防火墙 236

本章小结 237

习题10 238

附录A　ASCII码表241

附录B　常用术语英汉对照表244

参考文献264

《计算机科学基础(双色)》是21世纪大学计算机规划教材。 《计算机科学基础(双色)》是浙江大学计算机基础课程建设成果。《计算机科学基础(双色)》共10章，第1～3章重点介绍计算机的基本知识，数制，编码和数字逻辑基础。以及计算机的硬件组成。第4～6章介绍计算机的操作系统、软件、算法等，其中，算法是计算机科学的核心内容。第7章介绍数据库相关知识。第8章介绍网络.包括因特网的基本知识。第9章介绍有关计算机的一些高级主题，包括高性能计算、人工智能和计算理论。第10章讨论有关信息社会的问题，包括有关法律、版权、环境、健康.计算机安全、病毒、黑客等。《计算机科学基础(双色)》免费提供电子课件。《计算机科学基础(双色)》适合作为大学计算机基础课程教材，也可以作为计算机专业的导论课程教材。