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第1章 计算机发展史1

1.1计算工具的发展简史1

1.1.1手动式计算工具1

1.1.2机械式计算工具3

1.1.3机电式计算机5

1.1.4电子计算机6

1.2计算机发展简史7

1.2.1计算机硬件发展简史8

1.2.2计算机软件发展简史11

1.2.3计算机的发展趋势15

1.3计算机的分类和特点17

1.3.1计算机的分类17

1.3.2计算机的特点19

1.4计算机的应用领域19

1.4.1科学计算19

1.4.2数据处理20

1.4.3实时控制21

1.4.4辅助工程与辅助教育21

1.4.5艺术与娱乐21

阅读材料：中国计算机发展简史22

习题123

第2章 认识计算机学科25

2.1什么是计算机学科25

2.1.1什么是计算25

2.1.2科学与学科27

2.1.3计算机学科的定义28

2.1.4计算机学科的根本问题29

2.1.5计算机学科与其他学科的关系30

2.2计算机学科的科学问题30

2.2.1什么是科学问题31

2.2.2计算机学科的科学问题31

2.3计算机学科的经典问题32

2.3.1 GOTO语句问题与程序设计方法学32

2.3.2哥尼斯堡七桥问题与图论33

2.3.3哲学家共餐问题与进程同步34

2.3.4汉诺塔问题与计算复杂性35

2.3.5证比求易与NP类问题36

2.3.6 TSP问题与组合爆炸37

2.3.7图灵测试与人工智能38

2.4计算机学科的知识体系39

2.4.1计算机科学40

2.4.2计算机工程42

2.4.3软件工程46

2.4.4信息系统46

2.4.5信息技术47

阅读材料：著名计算机组织48

习题249

第3章 计算机运算基础51

3.1数理逻辑基础51

3.1.1数理逻辑的起源和发展51

3.1.2命题逻辑与命题代数52

3.1.3逻辑代数54

3.2二进制55

3.2.1进位计数制56

3.2.2二进制数和十进制数之间的转换57

3.2.3二进制数与八进制数和十六进制数之间的转换59

3.3数值数据的表示方法60

3.3.1数的长度60

3.3.2数的原码、反码和补码60

3.3.3数的定点表示和浮点表示62

3.4逻辑电路64

3.4.1门64

3.4.2电路66

3.4.3集成电路68

阅读材料：著名计算机奖项68

习题369

第4章 计算机硬件系统71

4.1计算机硬件系统的基本组成71

4.1.1计算机体系结构71

4. 1.2计算机的工作原理73

4.2存储器75

4.2.1存储器的层次结构75

4. 2.2内存储器76

4.2.3外存储器78

4.2.4高速缓冲存储器79

4.2.5存储器的发展趋势80

4. 3中央处理器80

4. 3.1运算器80

4. 3.2控制器81

4.3.3处理器的发展趋势83

4. 4输入输出设备84

4.4.1输入设备84

4.4.2输出设备85

4.4.3输入／输出接口86

4.4.4输入／输出设备的发展趋势87

阅读材料：著名计算机公司87

习题488

第5章 计算机程序设计90

5.1问题求解与程序设计90

5.1.1问题求解的一般过程90

5.1.2程序与程序设计91

5.2程序设计语言92

5.2.1程序的基本结构93

5.2.2单词94

5.2.3数据的表现形式95

5.2.4表达式96

5. 2.5语法单位98

5.3程序设计方法101

5.3.1结构化程序设计102

5.3.2面向对象程序设计102

5.3.3程序设计方法的发展104

5.4数据结构105

5.4.1数据结构的起源和发展105

5.4.2基本的数据结构105

5.4.3数据结构在计算机中的存储方法107

5.5算法和算法分析108

5.5.1算法及描述算法的方法108

5. 5.2算法设计技术110

5.5.3算法分析112

阅读材料：几种经典的高级语言114

习题5115

第6章 计算机软件系统117

6.1计算机软件系统的基本组成117

6. 2操作系统117

6. 2.1操作系统的定义118

6.2.2操作系统的起源和发展119

6.2.3操作系统的主要功能121

6.3翻译程序123

6.3.1翻译程序的工作方式123

6.3.2编译程序的基本过程124

6.3.3翻译程序的发展126

6.4数据库管理系统126

6.4.1数据库技术的产生和发展127

6.4.2数据库与数据模型128

6.4.3数据库管理系统129

6.4.4数据库系统131

6.5工具软件131

6.5.1文件压缩软件131

6. 5.2文件下载软件132

6.5.3防病毒软件133

6.6计算机应用软件133

6.6.1专用软件133

6. 6.2通用软件134

阅读材料：开源软件138

习题6139

第7章 人机交互141

7.1人机交互技术141

7.1.1人机交互的起源和发展141

7.1.2人机交互方式142

7.1.3人机界面143

7.1.4人机交互的发展趋势145

7.2多媒体技术146

7.2.1媒体、多媒体与超媒体146

7.2.2多媒体信息的数字化147

7.2.3多媒体信息的压缩152

7.3虚拟现实技术153

7.3.1虚拟现实的基本特征153

7.3.2虚拟现实系统的组成154

7.3.3虚拟现实的应用领域154

阅读材料：如何预防计算机对人体健康的危害155

习题7156

第8章 人工智能158

8.1什么是人工智能158

8.1.1人工智能的定义158

8.1.2人工智能的起源和发展159

8.1.3人工智能的研究意义160

8.2人工智能的研究方法161

8.2.1符号智能一枝独秀161

8.2.2计算智能异军突起162

8.2.3智能Agent方兴未艾163

8.3人工智能的研究与应用领域164

8.3. 1机器博弈164

8.3.2专家系统165

8.3.3数据挖掘与知识发现166

8.3.4自然语言理解166

8.3.5模式识别167

8.3.6智能机器人168

阅读材料：人机共生169

习题8170

第9章认识工程171

9.1什么是工程171

9.1.1工程的定义171

9.1.2科学、技术和工程的关系172

9.1.3“科学—技术—工程—产业”链174

9.2工程的几个关键问题175

9.2.1工程理念175

9.2.2工程决策176

9.2.3工程管理176

9. 2.4工程进度177

9.3工程创新178

9.3.1创新思维的形式178

9.3.2工程创新的体现179

9.4工程教育180

9.4.1我国工程教育的历史180

9.4.2工程教育的特点181

9.5信息化工程182

9.5.1什么是信息化工程182

9.5.2信息化工程的特点183

9.5.3信息化工程的成本184

阅读材料：从工程大国到工程强国，我们缺少什么185

习题9186

第10章 软件工程187

10.1概述187

10.1.1软件工程的发展简史187

10.1.2软件工程的基本原理190

10.2软件质量191

10.2.1软件开发的复杂性191

10.2.2软件质量特性192

10.3软件过程193

10.3.1软件生命周期193

10. 3.2软件开发模型194

10.3.3软件能力成熟度模型196

10.4软件开发方法197

10.4. 1结构化方法198

10.4. 2面向对象方法199

10.5软件维护201

10.5.1软件维护的定义201

10.5.2与软件维护有关的问题202

10. 6软件项目管理202

10.6.1成本估算203

10.6.2进度安排204

10.6.3人员组织205

10.6.4软件配置管理206

阅读材料：软件、硬件和人件207

习题10207

第11章 网络工程209

11.1概述209

11.1.1计算机网络的起源和发展209

11.1.2计算机网络的定义和分类211

11.1.3计算机网络的应用212

11.2网络体系结构213

11.2.1网络标准和协议214

11.2.2 OSI参考模型214

11.2.3 TCP/IP分层模型215

11.3网络设备216

11.3.1主机系统217

11.3.2网络互联设备217

11.3.3传输介质218

11.3.4网络存储设备219

11.4网络工程219

11.4.1网络工程的含义220

11.4.2网络工程的组织220

11.4.3工程实施的要点222

11.5网络信息安全222

11.5.1信息加密222

11.5.2身份认证223

11.5.3防火墙224

11.5.4入侵检测224

阅读材料：我国Internet的起源和发展225

习题11226

第12章 计算机学科方法论229

12.1什么是计算机学科方法论229

12.2计算机学科的三个形态230

12.3计算机学科的核心概念232

12.4计算机学科的系统科学方法234

12.4.1系统科学的基本概念234

12.4.2系统科学遵循的一般原则235

12.5计算机学科的典型方法236

12.5.1抽象方法236

12.5.2构造性方法237

12.5.3公理化方法237

12.5.4形式化方法238

12.5.5原型方法与演化方法239

阅读材料：计算机学科二维定义矩阵239

习题12240

第13章 如何学习计算机学科242

13.1计算机学科的专业基础课242

13.1.1专业基础课在计算机学科中的地位242

13.1.2如何学好专业基础课243

13.2数学思维能力的培养244

13.2.1数学在计算机学科中的地位244

13.2.2如何实现思维方式的数学化244

13.3程序设计能力的培养246

13.3.1程序设计在计算机学科中的地位246

13.3.2如何提高程序设计能力246

13.4实验和实践能力的培养247

13.4.1实验在计算机学科中的地位247

13.4.2如何提高实验和实践能力248

13.5专业外语能力的培养249

13.5.1专业外语在计算机学科的地位249

13.5.2如何提高专业外语能力250

阅读材料：大学学习中怎样听课和记笔记251

习题13253

第14章 职业与职业道德254

14.1对计算机学科毕业生的要求254

14.1.1科学素养254

14.1.2知识、能力和素质255

14.1. 3专业能力与综合素质256

14. 1.4终生学习257

14.2专业岗位258

14.2.1信息时代对计算机人才的需求258

14.2.2有关职位260

14.3专业人员的职业道德260

14.3.1道德选择261

14. 3.2职业责任261

14.3.3软件工程师的道德规范262

14.4计算机法律法规263

14.4.1计算机软件知识产权263

14. 4.2计算机犯罪266

阅读材料：逻辑炸弹268

习题14269

参考文献271