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第1章 计算符号化思维1

1.1 信息与符号1

1.1.1 信息1

1.1.2 符号1

1.1.3 八卦符号3

1.2 数值的0.1编码6

1.2.1 十进制数与二进制数6

1.2.2 基于二进制的运算规则6

1.2.3 二进制与十进制之间的转换8

1.2.4 原码、反码、补码和移码10

1.2.5 机器数的浮点形式与定点形式13

1.3 非数值的0.1编码14

1.3.1 声音的0.1编码14

1.3.2 图形/图像的0、1编码16

1.3.3 文字的0、1编码19

1.3.4 指令的0、1编码与计算机程序设计语言22

1.4 抗干扰编码24

1.4.1 数据传输中的错误24

1.4.2 奇偶校验25

1.5 条形码26

1.5.1 一维条形码26

1.5.2 二维条形码33

1.5.3 其他条形码36

1.6 数字逻辑37

1.6.1 布尔代数基本法则37

1.6.2 逻辑代数的基本定律39

1.6.3 组合逻辑电路39

1.7 数字系统中的信息单位与量级40

1.7.1 数字系统中的信息单位40

1.7.2 数字系统中的量级41

习题141

参考文献143

第2章 计算自动化与智能化思维44

2.1 计算工具的进步44

2.1.1 程序控制工具的原型——算盘44

2.1.2 提花机与Babbage计算模型45

2.1.3 计算机进入内动力时代48

2.2 Neumann计算机组成54

2.2.1 Neumann计算模型54

2.2.2 计算机存储器55

2.2.3 计算机控制器60

2.2.4 总线62

2.2.5 主板67

2.3 Neumann体系改进72

2.3.1 从以运算器为中心到以存储器为中心72

2.3.2 从串行结构到并行结构73

2.3.3 哈佛模型与拟态计算机75

2.4 计算机系统76

2.4.1 计算机的自我管理76

2.4.2 操作系统的功能结构77

2.4.3 现代计算机系统结构79

2.4.4 自动计算理论的再讨论80

2.5 计算性能及其评测80

2.5.1 计算机的主要性能指标80

2.5.2 天梯图85

2.6 计算智能化86

2.6.1 人工智能86

2.6.2 智能计算机92

2.6.3 人工神经元网络94

习题297

参考文献299

第3章 工程化问题求解思维100

3.1 面向过程的程序开发100

3.1.1 数据类型100

3.1.2 标识符及其声明102

3.1.3 表达式103

3.1.4 操作符与表达式的求值规则106

3.1.5 语句及其流程控制109

3.1.6 组织过程112

3.1.7 库函数与头文件116

3.1.8 派生数据类型116

3.2 面向对象程序开发122

3.2.1 对象模型的建立和对象的生成122

3.2.2 对象的生成123

3.2.3 继承与聚合124

3.3 程序错误和异常126

3.3.1 程序错误和异常126

3.3.2 程序测试及其形式127

3.3.3 程序的结构测试128

3.3.4 程序的功能测试130

3.4 软件工程134

3.4.1 软件开发过程及其模型134

3.4.2 程序设计风格和规范136

3.4.3 软件开发工具与环境138

3.4.4 软件再工程141

3.4.5 复用技术对OO方法的支持143

3.5 知识链接145

3.5.1 领域工程145

3.5.2 软件能力成熟度模型145

习题3147

参考文献3148

第4章 算法思维149

4.1 算法基础149

4.1.1 穷举149

4.1.2 迭代与递推150

4.1.3 递归152

4.2 模拟算法154

4.2.1 产品随机抽样154

4.2.2 用蒙特卡洛方法求π的近似值157

4.2.3 事件步长法——中子扩散问题158

4.2.4 时间步长法——盐水池问题161

4.3 数组元素的排序与查找164

4.3.1 直接选择排序165

4.3.2 冒泡排序167

4.3.3 二分查找168

4.4 常用算法设计策略170

4.4.1 分治170

4.4.2 回溯173

4.4.3 贪心策略177

4.4.4 动态规划180

4.5 算法综述182

4.5.1 算法及其要素182

4.5.2 算法的中间描述工具183

4.5.3 算法的特征188

4.5.4 算法评价189

4.6 知识链接190

4.6.1 数据结构190

4.6.2 文本压缩算法195

4.6.3 搜索引擎网页排序算法198

4.6.4 数据挖掘算法201

习题4206

参考文献4215

第5章 协同计算216

5.1 层次型协同216

5.1.1 计算机系统的层次协同216

5.1.2 计算机网络的层次模型217

5.1.3 数据库的三级模式223

5.2 协议型协同225

5.2.1 地址类协议225

5.2.2 认证类协议232

5.2.3 可靠传输协议235

5.3 时序控制型协同239

5.3.1 计算机微操作的时序控制240

5.3.2 通信中的时序控制242

5.3.3 TCP连接与释放245

5.4 中间代理型协同248

5.4.1 代理服务器248

5.4.2 I/O接口249

5.4.3 中间件技术252

5.4.4 网络协同攻击254

5.5 资源共享型协同261

5.5.1 竞争型资源共享261

5.5.2 基于优先权的资源共享264

5.5.3 封锁性资源共享268

5.6 并行计算271

5.6.1 并行性及其等级271

5.6.2 基于并行性的处理器体系Flynn分类272

5.6.3 并行性开发的基本思想274

5.7 计算机支持的协同工作275

5.7.1 计算机支持的协同工作概述275

5.7.2 CSCW的类型276

5.8 物联网276

5.8.1 物联网的技术架构276

5.8.2 物联网公共技术277

习题5278

参考文献5280

第6章 计算虚拟化281

6.1 计算虚拟化概述281

6.1.1 虚拟化：模式与优势281

6.1.2 计算虚拟化：特点与部署282

6.1.3 计算虚拟化的解决方案与实现技术283

6.2 CPU虚拟化285

6.2.1 指令重叠与流水285

6.2.2 VMM技术286

6.2.3 迁移技术287

6.3 I/O虚拟化288

6.3.1 I/O虚拟化思路288

6.3.2 基于VMM的I/O虚拟化289

6.3.3 虚拟现实、增强现实与现实虚拟290

6.4 桌面虚拟化297

6.4.1 桌面虚拟化及其发展297

6.4.2 桌面虚拟化技术构架298

6.4.3 桌面虚拟化应用模式299

6.5 网络虚拟化301

6.5.1 分组交换、虚电路与数据报301

6.5.2 信道的多路复用306

6.5.3 虚拟局域网VLAN310

6.5.4 虚拟专用网VPN312

6.5.5 交换机虚拟化313

6.5.6 服务器虚拟化315

6.6 存储虚拟化317

6.6.1 概述317

6.6.2 虚拟存储器318

6.6.3 Cache-主存机制321

6.6.4 基于VMM的内存虚拟化324

6.6.5 网络存储模式与云存储325

6.7 云计算、雾计算与霾计算329

6.7.1 云计算329

6.7.2 雾计算、边缘计算与霾计算333

6.8 软件定义计算334

6.8.1 软件定义网络335

6.8.2 软件定义存储338

6.8.3 云计算、大数据——软件定义的主领域340

习题6341

参考文献6343