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第1章 计算工具1

1.1 计算机的发展1

1.1.1 早期的计算工具1

1.1.2 中世纪的计算机3

1.1.3 现代计算机发展7

1.1.4 微型计算机发展10

1.2 计算机的类型12

1.2.1 类型与特点13

1.2.2 大型计算机14

1.2.3 微型计算机15

1.2.4 嵌入式计算机17

1.3 计算机的特征21

1.3.1 计算机技术基本特征21

1.3.2 摩尔定律与产业发展23

1.3.3 计算机主要人机界面25

1.3.4 计算机主要技术指标28

1.4 计算机新技术30

1.4.1 物联网技术发展30

1.4.2 云计算技术发展31

1.4.3 大数据技术发展32

1.4.4 计算社会学发展34

1.4.5 志愿者计算项目37

习题139

第2章 程序语言40

2.1 程序特征40

2.1.1 程序语言的发展40

2.1.2 程序语言的类型42

2.1.3 C语言程序结构44

2.1.4 程序解释与编译46

2.1.5 程序编辑与运行49

2.2 程序结构51

2.2.1 数据类型51

2.2.2 标识符52

2.2.3 表达式53

2.2.4 程序控制56

2.2.5 函数调用59

2.3 程序语言介绍61

2.3.1 入门程序语言介绍61

2.3.2 用流程图进行编程的工具RAPTOR64

2.3.3 面向对象编程语言Java66

2.3.4 数据统计编程语言R70

2.3.5 逻辑推理编程语言Prolog73

2.4 软件开发方法75

2.4.1 程序语言评估75

2.4.2 语言编程范型77

2.4.3 并行程序设计80

2.4.4 软件设计方法82

2.4.5 软件开发模型85

习题287

第3章 计算思维88

3.1 基本特征88

3.1.1 科学思维的形式88

3.1.2 计算思维的特征89

3.1.3 问题抽象与分解90

3.1.4 计算机解题方法91

3.1.5 解题模型的构建94

3.2 建模案例96

3.2.1 囚徒困境——博弈策略建模96

3.2.2 机器翻译——统计语言建模100

3.2.3 平均收入——安全计算建模104

3.2.4 网页搜索——布尔检索建模105

3.2.5 生命游戏——细胞自动机建模107

3.3 解题方法112

3.3.1 分治法112

3.3.2 逐步求精113

3.3.3 枚举法114

3.3.4 贪心法116

3.3.5 动态规划117

3.4 图灵机与可计算性120

3.4.1 图灵机的结构与原理120

3.4.2 不完备性与可计算性123

3.4.3 停机问题与NP问题125

3.4.4 图灵测试与人工智能129

3.4.5 人工智能研究与应用131

习题3135

第4章 算法基础136

4.1 算法的特征136

4.1.1 算法的定义136

4.1.2 算法的表示137

4.1.3 算法的评估139

4.1.4 算法复杂度140

4.2 递归与迭代143

4.2.1 递归算法思想143

4.2.2 迭代算法思想146

4.2.3 递归与迭代的区别147

4.2.4 递归与迭代的应用149

4.3 排序与搜索150

4.3.1 冒泡排序150

4.3.2 插入排序151

4.3.3 快速排序153

4.3.4 顺序搜索156

4.3.5 二分查找157

4.4 数据结构158

4.4.1 基本概念158

4.4.2 数组结构163

4.4.3 线性结构165

4.4.4 树形结构167

4.4.5 图形结构170

习题4175

第5章 信息编码176

5.1 数值信息编码176

5.1.1 常用数制的特征176

5.1.2 不同数制的转换178

5.1.3 二进制整数编码181

5.1.4 二进制小数编码183

5.1.5 二进制补码运算186

5.2 非数值信息编码188

5.2.1 英文字符编码188

5.2.2 汉字字符编码191

5.2.3 统一字符编码194

5.2.4 声音数字化处理197

5.2.5 图像数字化处理198

5.3 逻辑运算与应用202

5.3.1 基本逻辑运算202

5.3.2 数理逻辑命题204

5.3.3 逻辑命题演算204

5.3.4 逻辑运算应用206

5.4 压缩与纠错编码208

5.4.1 信息量的度量208

5.4.2 无损压缩编码211

5.4.3 有损压缩技术214

5.4.4 信号纠错编码217

习题5221

第6章 系统结构222

6.1 计算机系统结构222

6.1.1 冯·诺依曼计算机结构222

6.1.2 大型计算机集群结构225

6.1.3 集群分布式计算Hadoop228

6.1.4 网格分布式计算BOINC231

6.1.5 新型计算机系统研究233

6.2 计算机工作原理234

6.2.1 信息编码235

6.2.2 数据存储236

6.2.3 数据传输239

6.2.4 数据计算241

6.2.5 指令系统243

6.3 计算机硬件系统244

6.3.1 系统组成244

6.3.2 CPU性能247

6.3.3 主板组成248

6.3.4 存储设备250

6.3.5 集成电路253

6.4 计算机操作系统255

6.4.1 软件特征与类型255

6.4.2 操作系统的类型257

6.4.3 微机操作系统Windows258

6.4.4 服务器操作系统Linux262

6.4.5 智能手机操作系统Android266

6.5 计算机引导过程269

6.5.1 开机上电过程269

6.5.2 POST自检过程271

6.5.3 MBR引导过程272

6.5.4 操作系统引导过程272

习题6274

第7章 网络通信275

7.1 网络原理275

7.1.1 网络基本类型275

7.1.2 网络通信协议277

7.1.3 网络体系结构279

7.1.4 分组交换技术282

7.1.5 网络路由技术284

7.2 网络组成285

7.2.1 拓扑结构285

7.2.2 传输介质286

7.2.3 网络设备288

7.2.4 网络构建290

7.2.5 无线网络291

7.3 网络服务294

7.3.1 服务模型295

7.3.2 网络地址296

7.3.3 域名系统297

7.3.4 因特网服务299

7.3.5 HTML语言301

7.4 安全防护302

7.4.1 安全问题303

7.4.2 黑客攻击304

7.4.3 安全体系306

7.4.4 隔离技术308

7.4.5 防火墙技术309

7.5 信息加密310

7.5.1 加密原理310

7.5.2 非对称加密312

7.5.3 密码破解314

7.5.4 数字认证316

7.5.5 安全计算319

习题7321

第8章 应用技术322

8.1 数据库技术应用322

8.1.1 数据库的组成322

8.1.2 数据库的操作324

8.1.3 SQL语言特征326

8.1.4 数据挖掘技术328

8.2 图形处理技术331

8.2.1 三维图形技术331

8.2.2 动画工作原理333

8.2.3 数字图像处理337

8.2.4 可视化计算340

8.3 常用应用软件342

8.3.1 办公软件Office342

8.3.2 图像处理软件Photoshop345

8.3.3 网站设计软件Dreamweaver347

8.3.4 系统仿真软件MATLAB350

8.4 计算机故障处理353

8.4.1 故障处理方法353

8.4.2 硬件故障处理355

8.4.3 软件故障处理356

8.4.4 网络故障处理357

8.5 职业卫生与健康359

8.5.1 常见职业疾病360

8.5.2 眼睛疾病防护361

8.5.3 职业疾病防护363

8.5.4 辐射危害防护367

习题8368

参考文献369