圖書簡介：
本書從理論講解和應用推廣的角度出發，嚴格根據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》進行編寫，并參照ACM(Association of Computing Machinery，美國計算機協會)和IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers，美國電氣和電子工程學會)計算學科2005教程，對計算機科學與技術學科進行了系統化和科學化的闡述，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、網絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數值計算科學、智能系統、社會和職業問題等知識點，以便讀者能了解計算機科學與技術學科的全貌。本書每章后均配有一定量的習題，可以讓讀者鞏固所學內容。
本書既可作為高等學校計算機專業的專業基礎課程教材，也可作為通信、電子信息、自動化等相關專業的計算機教材。
前 言
“計算機科學導論”是計算機專業學生進入大學學習的第一門專業基礎課程，其目的在于用統一的思想，使學生認識計算機學科的本質，并能夠對計算機學科進行系統化和科學化的闡述。本書根據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》進行編寫，并參照ACM和IEEE計算學科2005教程，用邏輯嚴密的敘述方式將讀者引入計算機學科各個富有挑戰性的領域之中。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、網絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數值計算科學、智能系統、社會和職業問題等內容，力求使讀者對計算機專業有比較深入的了解，樹立學習本專業的責任感和自豪感。
本書要求讀者了解計算機科學與技術方法論的產生背景、定義、內容和意義；了解計算學科的歷史、定義、根本問題；了解計算學科中的抽象、理論和設計三個過程及其內在聯系；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、數學方法、系統科學方法、社會和職業問題等內容。為讀者正確認識計算學科提供方法，為今后深入學習計算機課程作鋪墊。
本書是在《計算機科學導論》(第3版)的基礎上進行修訂的，主要修訂的內容有：刪減了一些復雜的理論內容，增加了云計算與物聯網、3D打印技術等內容。本書對計算機科學的核心內容進行了概括介紹，使讀者能理解計算機系統信息處理功能的本質，掌握數據表達和數據加工表達的層次方法，了解計算機系統的功能組成，認識計算機科學對人類社會的重要推動作用。
本書內容由淺入深、結構嚴謹，避免了內容重復、結構松散等弊病。由于本書涉及的內容繁多，各高校任課教師可根據學生的實際情況，在學習本書時適當地調整學時，對其中一些章節也可以根據各高校的實際情況選用。
本書配備有電子教案，任課教師可根據學生的實際情況進行修改，本書的習題答案可以到清華大學出版社網站下載，也可以向作者索取。
本書由瞿中任主編，劉玲、熊安萍、代永亮任副主編。研究生張寧、張亢、孔令軍、姚倩、李亞輝、林麗丹、蔣玉萍、喬高元、周海寬、姚路、朱馳等人參與了文字錄入工作，并對書中的實例及圖表進行了修改。
書中介紹了部分知名學者的成果，如Alan Mathison Turing、姚期智院士、王小云教授等，還采用了一些學者的照片，以豐富本書的內容，在此表示感謝。本書的順利出版，得到了各級領導的大力支持和幫助，以及計算機教育界眾多學者的關心，在此一并致謝。
由于計算機科學與技術發展迅速以及作者水平有限，書中難免存在不妥和錯誤之處，懇請廣大讀者特別是同行專家批評指正。使用本書時若遇到任何問題，或者有好的意見和建議，請與作者聯系，聯系方式：quzhong@hotmail.com。
作 者
目 錄第1章 概述 1
1.1 計算的起源 1
1.2 計算機的產生和發展階段 3
1.2.1 計算機產生之前的計算歷史 3
1.2.2 計算機的產生 8
1.2.3 計算機的發展階段 12
1.2.4 中國計算機的發展歷程 14
1.3 計算機的應用領域和發展趨勢 17
1.3.1 計算機的應用領域 17
1.3.2 計算機的發展趨勢 19
1.4 計算學科 21
1.4.1 計算學科的定義 21
1.4.2 計算學科的本質 21
1.4.3 計算學科的三個過程 22
1.4.4 計算學科新的應用領域 23
1.5 計算機科學與技術學科的知識體系 25
1.5.1 計算機科學與技術學科的
形成與發展 25
1.5.2 計算機科學與技術學科的
定義 25
1.5.3 計算機科學與技術學科的根本
問題及研究范疇 26
1.5.4 計算機科學課程體系的核心
內容 26
1.6 計算機科學與技術學科的教育 28
1.6.1 教育的目的和基本要求 29
1.6.2 工科還是理科 29
1.6.3 理論與實踐相結合 30
1.6.4 創新意識培養 30
1.6.5 學習方法 31
1.7 社會信息化的挑戰 32
1.8 計算機產業 32本章小結 33
習題 33
第2章 計算機體系結構與組織 37
2.1 數值數據 37
2.1.1 數的表示及數制轉換 37
2.1.2 數的原碼、反碼和補碼 42
2.1.3 定點數和浮點數 44
2.1.4 十進制數的編碼 46
2.2 非數值數據 47
2.2.1 文字信息的編碼 47
2.2.2 聲音的編碼 50
2.2.3 圖形數據的編碼 51
2.3 數據的機器編碼 51
2.3.1 數據的機器級編碼 51
2.3.2 數據的匯編級編碼 52
2.4 數字邏輯與數字系統 52
2.4.1 基本邏輯關系及邏輯門 53
2.4.2 邏輯代數與邏輯函數 55
2.5 計算機系統的組成 58
2.5.1 圖靈模型 58
2.5.2 馮·諾依曼模型 59
2.5.3 計算機系統的組成 60
2.5.4 計算機的硬件系統 60
2.5.5 計算機的軟件系統 67
2.5.6 計算機的特點 68
2.5.7 計算機系統的主要技術指標 69
2.5.8 計算機的分類 70
2.5.9 計算機的基本工作方式 71
2.6 存儲系統的結構 71
2.6.1 存儲器與存儲系統 71
2.6.2 存儲系統的組織結構 73
2.6.3 高速緩沖存儲器 732.6.4 虛擬存儲器 74
2.7 輸入/輸出系統 74
2.7.1 輸入/輸出系統 75
2.7.2 總線 75
2.7.3 輸入/輸出接口 76
2.8 多核技術 77
2.8.1 多核技術時代到來 77
2.8.2 多核的關鍵技術 77
2.9 高性能計算機 80
2.10 并行計算機 81
2.11 分布式系統 81
本章小結 82
習題 82
第3章 程序設計語言 85
3.1 程序設計語言概述 85
3.1.1 程序的概念 85
3.1.2 計算機程序設計語言 85
3.1.3 高級語言程序設計的基本
內容 89
3.1.4 高級語言的數據表示手段 92
3.2 聲明和類型 93
3.3 類型系統 93
3.4 編譯原理 94
3.4.1 編譯程序概述 94
3.4.2 詞法分析 96
3.4.3 語法分析 96
3.4.4 語義處理 97
3.4.5 中間代碼生成 98
3.4.6 中間代碼優化 98
3.4.7 目標代碼生成 99
3.4.8 編譯技術的新發展 99
3.5 程序設計語言的設計 100
本章小結 100
習題 101
第4章 程序設計基礎 103
4.1 程序設計 103
4.2 程序設計方法 103
4.2.1 結構化程序設計方法 104
4.2.2 面向對象的程序設計方法 107
4.2.3 函數程序設計 109
4.2.4 程序設計風格 110
4.2.5 程序設計舉例 111
4.3 基本數據結構 112
4.3.1 基本概念 112
4.3.2 幾種典型的數據結構 113
4.3.3 查找 118
4.3.4 排序 119
4.4 事件驅動程序設計 121
本章小結 122
習題 122
第5章 算法與復雜性 124
5.1 算法分析 124
5.1.1 算法 124
5.1.2 算法的特性 125
5.2 常用算法 125
5.3 算法描述工具 128
5.4 算法的評價 129
5.5 算法設計策略 130
5.6 分布式算法 131
5.7 可計算性理論基礎 131
5.8 NP問題 132
5.9 自動機理論 132
5.10 加密算法 133
5.11 幾何算法 135
5.12 并行算法 135
本章小結 136
習題 136
第6章 信息管理 138
6.1 模型與信息系統 138
6.1.1 信息 138
6.1.2 信息模型 138
6.1.3 信息系統 139
6.2 數據庫系統 139
6.2.1 數據庫 139
6.2.2 數據管理技術的發展 141
6.2.3 數據模型 141
6.3 關系數據庫 145
6.3.1 關系數據庫 145
6.3.2 關系模型與關系模式 146
6.4 數據庫查詢語言SQL 148
6.4.1 SQL的特點 149
6.4.2 SQL的功能 149
6.4.3 SQL的基本概念 149
6.4.4 SQL的簡單實例 150
6.5 關系數據庫設計 152
6.5.1 關系數據庫的設計原則 152
6.5.2 關系數據庫的設計步驟 153
6.6 數據庫管理 153
6.6.1 DBA和數據字典 153
6.6.2 數據庫的安全性控制 154
6.6.3 事務處理 154
6.6.4 數據庫的完整性控制 155
6.7 常用數據庫管理系統 156
6.8 數據庫的新發展 157
6.8.1 分布式數據庫 157
6.8.2 空間數據庫 157
6.8.3 多媒體數據庫 158
6.8.4 數據倉庫 158
6.8.5 信息存儲與檢索 158
6.8.6 超文本和超媒體 159
6.8.7 多媒體信息與多媒體系統 159
6.8.8 數字圖書館 160
本章小結 161
習題 161
第7章 軟件工程 163
7.1 軟件工程 163
7.1.1 軟件危機 163
7.1.2 軟件工程的基本概念 164
7.1.3 軟件工程過程 166
7.1.4 軟件生命周期 167
7.2 軟件開發模型 168
7.2.1 瀑布模型 168
7.2.2 快速原型法模型 169
7.2.3 螺旋模型 171
7.2.4 噴泉模型 172
7.2.5 轉換模型 173
7.2.6 智能模型 173
7.3 軟件開發方法 174
7.3.1 面向數據結構方法 174
7.3.2 統一建模語言 174
7.3.3 軟件復用和構件技術 175
7.4 軟件質量評價和保證 177
7.4.1 軟件質量的定義 177
7.4.2 軟件質量的度量和評價 177
7.4.3 軟件質量保證 178
7.5 質量度量模型 180
7.5.1 McCall 質量度量模型 180
7.5.2 ISO的軟件質量評價模型 181
7.6 軟件復雜性 182
7.6.1 軟件復雜性的基本概念 182
7.6.2 軟件復雜性的度量方法 182
7.7 軟件項目管理 183
7.7.1 軟件項目計劃 183
7.7.2 軟件項目計劃內容 183
7.7.3 軟件工程規范 183
7.7.4 軟件開發成本估算 184
7.7.5 風險分析 184
7.7.6 軟件項目進度安排 184
7.7.7 軟件質量保證 186
7.8 軟件可靠性 186
7.8.1 軟件可靠性定義 186
7.8.2 軟件可靠性指標 186
7.8.3 軟件可靠性模型 186
7.9 軟件評審 187
7.9.1 設計質量的評審內容 187
7.9.2 程序質量的評審內容 188
7.10 容錯軟件技術 189
7.10.1 容錯軟件定義 189
7.10.2 容錯的一般方法 189
7.10.3 容錯軟件的設計過程 190
7.11 軟件工程環境 190
7.11.1 軟件開發環境 190
7.11.2 軟件開發環境的分類 191
7.11.3 軟件工具的基本概念 192
7.11.4 計算機輔助軟件工程 193
本章小結 193
習題 194
第8章 操作系統 196
8.1 操作系統概述 196
8.1.1 操作系統的概念 196
8.1.2 操作系統的基本組成 200
8.1.3 操作系統在計算機系統中的
地位 205
8.1.4 操作系統的啟動 205
8.2 操作系統的發展 206
8.2.1 手工操作階段 206
8.2.2 批處理系統階段 207
8.2.3 多道程序系統階段 208
8.2.4 現代操作系統階段 209
8.3 操作系統原理 210
8.4 操作系統的分類 211
8.5 操作系統的功能 212
8.5.1 資源管理功能 212
8.5.2 擴展的虛擬機功能 214
8.5.3 網絡操作系統的功能 215
8.6 操作系統的體系結構 215
8.7 并發性 216
8.8 調度與分派 216
8.9 安全與保護 217
8.10 文件系統 219
8.11 容錯 220
8.12 系統性能評價 221
8.13 腳本 222
8.14 主流操作系統 222
8.14.1 Windows操作系統 222
8.14.2 UNIX操作系統 223
8.14.3 Linux操作系統 224
8.15 操作系統的新發展 225
本章小結 226
習題 226
第9章 網絡計算 228
9.1 通信與組網 228
9.1.1 數據通信的基本概念 228
9.1.2 數據通信方式 229
9.1.3 數據傳輸方式 231
9.2 計算機網絡 232
9.2.1 計算機網絡的起源 232
9.2.2 計算機網絡定義 234
9.2.3 計算機網絡的主要部件 235
9.2.4 計算機網絡的傳輸媒體 235
9.2.5 計算機網絡的分類 238
9.2.6 計算機網絡拓撲結構 240
9.2.7 計算機網絡的體系結構 242
9.2.8 計算機網絡間的互聯 245
9.3 Internet和TCP/IP協議 246
9.3.1 Internet的起源及發展 246
9.3.2 TCP/IP協議 247
9.3.3 IP地址 248
9.3.4 Internet提供的主要服務 249
9.3.5 Intranet 252
9.4 網絡管理 252
9.4.1 網絡管理基礎 252
9.4.2 網絡管理功能 254
9.4.3 Internet的管理信息庫 256
9.4.4 網絡管理協議 257
9.4.5 網絡管理發展方向 257
9.5 移動通信與無線上網 259
9.6 網絡安全機制 259
9.6.1 網絡安全的基本問題 259
9.6.2 網絡安全的內容 260
9.6.3 數據加密技術 261
9.6.4 防病毒技術 262
9.6.5 防火墻技術 263
9.7 網格計算 264
9.8 云計算與物聯網 265
本章小結 268
習題 268
第10章 圖形學和可視化計算 271
10.1 計算機圖形學 271
10.1.1 計算機圖形信息的處理 271
10.1.2 計算機圖形學的起源 272
10.1.3 計算機圖形學主要研究的
內容 272
10.1.4 計算機圖形學的應用 273
10.1.5 計算機圖形的標準化 274
10.2 圖形系統 275
10.3 計算機視覺和可視化 277
10.3.1 人的視覺 277
10.3.2 計算機視覺 277
10.3.3 可視化 277
10.4 圖形用戶界面 278
10.5 圖像通信 278
10.6 幾何建模 279
10.7 計算機動畫 279
10.8 虛擬現實 279
10.9 3D打印 280
本章小結 281
習題 281
第11章 人機交互 283
11.1 人機交互 283
11.1.1 人機交互技術 283
11.1.2 人機交互模型 284
11.1.3 人機系統交互界面的構架 285
11.1.4 人機界面的設計 287
11.1.5 數據交互 289
11.1.6 語音交互 290
11.1.7 圖像交互 290
11.1.8 行為交互 291
11.2 多媒體技術 291
11.2.1 多媒體 291
11.2.2 多媒體關鍵技術 292
11.2.3 多媒體技術的應用 294
本章小結 295
習題 295
第12章 離散結構 297
12.1 離散結構的研究對象及主要內容 297
12.1.1 離散結構的研究對象 297
12.1.2 離散結構研究的主要內容 297
12.2 數理邏輯 298
12.2.1 命題邏輯 298
12.2.2 謂詞邏輯 302
12.3 集合論 304
12.3.1 集合的基本概念與運算 304
12.3.2 關系與函數 306
12.4 代數結構 310
12.4.1 代數結構概述 310
12.4.2 格與布爾代數 312
12.5 圖論 313
12.5.1 圖的基本概念 313
12.5.2 路徑、回路及連通性 315
12.5.3 圖的矩陣表示 315
12.6 離散概率 317
本章小結 317
習題 318
第13章 數值計算科學 321
13.1 高性能計算 321
13.2 數值分析 322
13.3 運籌學 323
13.4 數學建模與計算機模擬 324
本章小結 325
習題 325
第14章 智能系統 327
14.1 人工智能系統 327
14.1.1 人工智能 327
14.1.2 人工智能的主要學派 328
14.1.3 人工智能的研究與應用
領域 329
14.2 知識表示及推理 332
14.2.1 知識與知識表示 332
14.2.2 經典推理技術 33214.2.3 高級知識推理技術 334
14.3 搜索技術 336
14.3.1 一般搜索技術 336
14.3.2 高級搜索技術 338
14.4 自然語言處理 339
14.4.1 語言及其理解 339
14.4.2 句法和語義的分析 340
14.4.3 機器翻譯 341
14.5 智能計算 341
14.5.1 智能計算 341
14.5.2 遺傳算法 342
14.5.3 集群智能 342
14.5.4 人工神經網絡 343
14.6 機器學習 344
14.6.1 機器學習的基本概念 344
14.6.2 機器學習的發展過程 345
14.6.3 機器學習的主要研究方向 345
14.6.4 機器學習策略 346
14.6.5 機器學習方法 346
本章小結 348
習題 348
第15章 社會和職業問題 350
15.1 計算的社會背景 350
15.2 計算機與道德 351
15.2.1 道德的哲學含義 351
15.2.2 道德選擇 351
15.2.3 道德評價 351
15.2.4 計算機專業人員的職業
道德準則 352
15.2.5 計算機用戶的道德 352
15.3 基于計算機系統的風險與責任 353
15.4 知識產權 354
15.5 隱私與公民自由 356
15.6 計算機犯罪 357
15.7 團隊合作 359
15.8 哲學框架 360
本章小結 361
習題 361
參考文獻 363
