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第1章 基于计算机的问题求解1

[问题导入]因特网梅森素数大搜索1

1.1 问题描述与抽象2

1.1.1 问题描述2

1.1.2 问题抽象3

1.1.3 建模与求解3

1.1.4 面向计算机的问题分析4

1.2 基于计算机的问题求解方法6

1.2.1 基于计算机软件的问题求解6

1.2.2 基于计算机程序的问题求解6

1.2.3 基于计算机系统的问题求解9

1.3 计算机科学的知识领域11

本章小结12

推荐读物12

习题一13

第2章 计算机信息数字化基础14

[问题导入]为什么计算机中要采用二进制？14

2.1 计算机中基于“实现计算”的数制及其转换14

2.1.1 计算机中的“0”和“1 ”15

2.1.2 各种数制表示15

2.1.3 数制间转换18

2.2 二进制数值表示与计算21

2.2.1 二进制数值的计算机表示21

2.2.2 算术运算与补码24

2.2.3 逻辑运算与计算机控制25

2.3 字符信息编码与标准交换27

2.3.1 信息分类与信息数字化方法27

2.3.2 西文字符的编码28

2.3.3 汉字信息的编码30

2.3.4 通用字符编码集31

2.4 多媒体信息编码32

2.4.1 图形图像信息数字化32

2.4.2 声音信息数字化33

2.4.3 颜色信息数字化33

2.5 条形码与RFID34

2.5.1 一维条形码34

2.5.2 二维条形码35

2.5.3 RFID技术36

2.6 信息标准化37

本章小结38

推荐读物38

习题二38

第3章 计算机的工作原理与硬件体系结构40

[问题导入]计算机和计算器的本质区别是什么？40

3.1 计算机的发展与图灵机模型40

3.1.1 计算工具的演变40

3.1.2 电子计算机的发展42

3.1.3 图灵与图灵机模型46

3.2 计算机的硬件组成47

3.2.1 冯·诺依曼计算机模型47

3.2.2 计算机的基本组成48

3.2.3 计算机的存储体系49

3.3 计算机的基本工作原理52

3.3.1 用算盘解题的过程52

3.3.2 指令和指令系统53

3.3.3 程序自动控制的实现54

3.3.4 以运算器为核心的计算实现56

3.4 微型计算机体系结构57

3.4.1 微型计算机系统组成57

3.4.2 微处理器59

3.4.3 以总线为数据通道的微机体系结构60

3.4.4 微型计算机的多级存储体系62

3.4.5 外部设备与通信接口64

3.5 微型计算机的性能指标68

3.6 并行计算机体系结构68

本章小结72

推荐读物72

习题三73

第4章 计算机软件平台74

[问题导入]程序是如何在计算机上运行的？74

4.1 计算机软件平台概述74

4.1.1 什么是软件平台74

4.1.2 操作系统的功能75

4.1.3 操作系统的主要特征76

4.2 数据存储与文件管理78

4.2.1 磁盘数据存储与管理79

4.2.2 操作系统的文件管理机制81

4.2.3 物理内存与虚拟内存83

4.3 程序运行管理84

4.3.1 人机交互与作业管理85

4.3.2 任务与处理机管理87

4.3.3 I/O与设备管理88

4.4 实用操作系统89

4.4.1 操作系统的发展89

4.4.2 操作系统的分类91

4.4.3 典型的桌面操作系统——Windows92

4.4.4 其他常见操作系统简介94

本章小结95

推荐读物95

习题四96

第5章 计算机网络平台97

[问题导入]电子邮件是如何传送的？97

5.1 计算机网络平台97

5.1.1 基于计算机网络的计算思维97

5.1.2 计算机网络的构成101

5.1.3 计算机网络软件105

5.2 Internet及其应用110

5.2.1 IP与域名111

5.2.2 Internet的接入113

5.2.3 Internet提供的服务115

5.2.4 网络信息检索116

5.2.5 从1G到4G的变迁118

5.3 信息安全119

5.3.1 计算机病毒119

5.3.2 网络安全121

5.3.3 信息加密与认证技术123

5.4 云计算服务124

5.4.1 云计算模式124

5.4.2 云计算的体系架构125

5.4.3 云计算服务126

5.5 以网络为平台的物联网127

5.5.1 物联网的概念127

5.5.2 以网络为平台的物联网体系架构128

本章小结130

推荐读物130

习题五131

第6章 数据处理与数据库132

[问题导入]大数据到底有多大？132

6.1 数据与数据处理133

6.1.1 数据的分类133

6.1.2 大数据处理133

6.1.3 数据中心137

6.1.4 数据空间138

6.2 多媒体数据处理140

6.2.1 图形与图像信息处理140

6.2.2 音频与视频信息处理143

6.2.3 计算机动画145

6.2.4 多媒体数据压缩146

6.3 数据库技术基础148

6.3.1 数据库技术基本概念148

6.3.2 数据库管理技术发展历程149

6.3.3 数据库管理系统的基本功能151

6.3.4 数据库的体系结构与数据模型152

6.3.5 关系模型158

6.3.6 数据库设计163

6.4 结构化查询语言简介164

6.4.1 支持SQL语言的常用数据库165

6.4.2 SQL应用实例167

6.5 数据仓库与数据挖掘174

6.6 万维网数据库技术175

本章小结176

推荐读物176

习题六176

第7章 计算与计算学科178

[问题导入]邱奇-图灵论题的焦点是什么？178

7.1 计算的本质178

7.1.1 什么是计算179

7.1.2 可计算与不可计算180

7.1.3 计算复杂性182

7.2 关于计算学科183

7.2.1 计算学科的根本问题183

7.2.2 计算学科与计算机学科的区别184

7.2.3 计算学科的三大过程——理论、抽象与设计184

7.3 普适计算及其应用186

本章小结188

推荐读物188

习题七189

第8章 算法与程序设计190

[问题导入]奥巴马关于“100万个32位整数排序”问题的回答190

8.1 算法190

8.1.1 算法的定义191

8.1.2 算法的基本特征192

8.1.3 算法的表示方法192

8.1.4 算法复杂性与优化194

8.2 典型问题的算法设计195

8.2.1 成绩排名问题——排序算法195

8.2.2 斐波那契数列问题——递归算法195

8.2.3 最大公约数问题——迭代算法197

8.3 数据结构198

8.3.1 计算机语言中的数据组织199

8.3.2 数据结构200

8.4 程序设计202

8.4.1 计算机语言与语言处理系统202

8.4.2 面向过程程序设计204

8.4.3 面向对象技术与可视化程序设计204

本章小结205

推荐读物206

习题八206

第9章 实用软件207

[问题导入]什么是OA？207

9.1 用计算机处理文档207

9.1.1 文档处理软件208

9.1.2 段落与页面208

9.1.3 高级文档编排211

9.1.4 文档生成过程的环境设置215

9.2 电子表格生成与处理218

9.2.1 共享数据资源218

9.2.2 编辑电子表格227

9.2.3 数据统计与计算230

9.2.4 表格数据的可视化分析237

9.3 如何制作演示文稿239

9.4 图像处理软件242

9.5 屏幕抓取软件243

9.6 音、视频播放软件244

9.7 保护数据资源246

9.7.1 设置文档“保密”属性246

9.7.2 文档加密软件248

本章小结249

推荐读物249

习题九249

第10章 计算机科学前沿技术252

[问题导入]为什么戴上3D眼镜看电影的效果会不同？252

10.1 机器学习252

10.2 自然语言理解254

10.3 可穿戴计算256

10.4 情感计算258

10.5 虚拟现实技术及应用260

10.6 计算机仿真技术263

本章小结265

推荐读物266

习题十266