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第1章 计算机基础知识1

1.1 计算机概述1

1.1.1 计算机的定义1

1.1.2 计算机的分类1

1.1.3 计算机的特点3

1.1.4 计算机的应用领域4

1.2 计算机运算基础6

1.2.1 数制及其转换6

1.2.2 存储单位及地址11

1.2.3 数值型数据表示12

1.2.4 字符型数据编码14

1.2.5 多媒体信息编码18

1.3 计算机工作原理20

1.3.1 指令和指令系统21

1.3.2 计算机程序设计22

1.3.3 计算机程序执行24

1.4 计算学科的典型问题25

1.4.1 排序问题25

1.4.2 汉诺塔问题26

1.4.3 国王的婚姻26

1.4.4 旅行商问题27

本章小结28

思考题28

参考文献29

第2章 计算理论与计算模型30

2.1 计算的几种视角30

2.1.1 计数与计算30

2.1.2 逻辑与计算31

2.1.3 算法与计算32

2.2 计算理论34

2.2.1 计算与问题求解34

2.2.2 可计算性理论35

2.2.3 停机问题37

2.2.4 计算复杂性理论39

2.2.5 公钥密码学42

2.3 计算模型43

2.3.1 图灵机43

2.3.2 冯·诺依曼机45

2.3.3 量子计算机47

2.3.4 生物计算机51

2.4 计算科学的数学基础54

2.4.1 数理逻辑54

2.4.2 集合论56

2.4.3 代数系统58

2.4.4 图论59

本章小结61

思考题62

参考文献63

第3章 算法基础64

3.1 算法的概念64

3.1.1 算法的起源64

3.1.2 算法的定义和特征64

3.2 算法的描述65

3.2.1 自然语言65

3.2.2 流程图66

3.2.3 伪代码67

3.2.4 程序语言69

3.3 算法的设计70

3.3.1 穷举法70

3.3.2 回溯法71

3.3.3 递归73

3.3.4 分治法76

3.3.5 贪心法78

3.3.6 动态规划80

3.4 算法的评价和分析81

3.4.1 算法的正确性81

3.4.2 算法的复杂度82

3.5 算法中的常用数学工具87

3.5.1 求和87

3.5.2 递归方程求解89

本章小结90

思考题91

参考文献91

第4章 程序设计基础93

4.1 程序设计的概念93

4.1.1 什么是程序93

4.1.2 程序设计93

4.2 程序设计语言94

4.2.1 机器语言95

4.2.2 汇编语言95

4.2.3 高级语言96

4.2.4 第四代语言97

4.3 Raptor编程基础97

4.3.1 什么是Raptor98

4.3.2 Raptor的符号98

4.3.3 变量和常量99

4.3.4 输入语句100

4.3.5 赋值语句100

4.3.6 输出语句103

4.4 Raptor控制结构104

4.4.1 顺序结构104

4.4.2 选择结构105

4.4.3 循环结构107

4.5 调用语句与子图111

本章小结113

思考题114

参考文献114

第5章 计算机硬件基础115

5.1 计算机硬件系统115

5.1.1 计算机硬件的组成115

5.1.2 中央处理器116

5.1.3 存储器系统119

5.1.4 输入设备130

5.1.5 输出设备132

5.2 计算机系统结构133

5.2.1 并行处理的概念134

5.2.2 流水线处理机134

5.2.3 并行处理机135

5.2.4 多处理机系统135

5.2.5 机群系统136

5.3 嵌入式系统基础137

5.3.1 嵌入式系统的应用137

5.3.2 嵌入式系统的定义138

5.3.3 嵌入式系统的特点138

5.3.4 嵌入式系统的组成138

5.3.5 嵌入式操作系统140

5.4 多媒体系统基础141

5.4.1 多媒体技术的基本概念141

5.4.2 多媒体系统的层次结构142

5.4.3 多媒体系统的基本组成143

5.4.4 多媒体系统的应用领域146

5.5 计算机网络基础147

5.5.1 网络的基本概念147

5.5.2 网络体系结构154

5.5.3 互联网及其应用158

5.5.4 网络安全技术165

本章小结169

思考题170

参考文献171

第6章 计算机软件基础172

6.1 计算机软件概述172

6.1.1 计算机软件的定义172

6.1.2 计算机软件的分类173

6.1.3 软件与硬件的关系173

6.2 操作系统174

6.2.1 操作系统的定义174

6.2.2 操作系统的功能175

6.2.3 协调机器的活动180

6.2.4 竞争控制182

6.2.5 操作系统的计算思维185

6.3 数据结构187

6.3.1 数据结构的概念187

6.3.2 常用的数据结构190

6.4 数据库系统194

6.4.1 数据库系统基础194

6.4.2 关系模型195

6.4.3 数据库管理系统198

6.4.4 数据挖掘202

6.5 软件工程203

6.5.1 软件危机203

6.5.2 软件工程定义204

6.5.3 软件生存周期204

6.5.4 软件工程方法205

6.6 人工智能207

6.6.1 人工智能基础207

6.6.2 人工神经网络210

6.6.3 机器人学213

本章小结215

思考题215

参考文献216

第7章 IT新技术217

7.1 高性能计算217

7.1.1 高性能计算的概念217

7.1.2 高性能计算机的发展现状217

7.1.3 高性能计算机的体系结构219

7.1.4 高性能计算的应用与展望220

7.2 网格计算222

7.2.1 网格计算的概念222

7.2.2 网格体系结构223

7.2.3 网格计算的关键技术225

7.2.4 网格计算的应用与发展226

7.3 云计算227

7.3.1 云计算的基本概念227

7.3.2 云计算的技术架构229

7.3.3 云计算的关键技术231

7.3.4 云计算的应用与展望231

7.4 物联网技术234

7.4.1 物联网的概念234

7.4.2 国内外物联网的发展234

7.4.3 物联网体系架构及关键技术236

7.4.4 物联网的应用238

7.5 大数据技术240

7.5.1 什么是大数据241

7.5.2 大数据处理技术242

7.5.3 大数据的应用与挑战244

本章小结246

思考题246

参考文献247

第8章 大学计算机素质教育248

8.1 计算文化248

8.1.1 计算文化与专业素质248

8.1.2 人类对计算本质的认识251

8.1.3 计算文化历史：其人其事256

8.2 计算科学265

8.2.1 计算科学与计算学科266

8.2.2 计算机科学与计算机学科268

8.2.3 近代计算机发展历史269

8.2.4 计算机发展给我们的启示271

8.2.5 关于计算和计算机科学的新观念273

8.3 计算思维276

8.3.1 计算思维的定义276

8.3.2 计算思维的特征277

8.3.3 计算思维的本质278

8.3.4 计算思维的应用领域278

8.4 计算机职业道德教育285

8.4.1 道德和职业道德285

8.4.2 计算机伦理与网络伦理288

8.4.3 网络隐私与自由294

8.4.4 计算机犯罪297

本章小结300

思考题301

参考文献301