译者序 前言 第一部分 基 础 篇 第1章 全景图 1 1.1 计算系统 1 1.1.1 计算系统的分层 2 1.1.2 抽象 3 1.2 计算的历史 5 1.2.1 计算硬件的简史 5 1.2.2 计算软件的简史 11 1.2.3 预言 15 1.3 计算工具和计算学科 15 小结 16 道德问题：数字化分裂 17 练习 17 思考题 18 第二部分 信 息 层 第2章 二进制数值和记数系统 21 2.1 数字和计算 21 2.2 位置记数法 22 2.2.1 二进制、八进制和十六进制 25 2.2.2 其他记数系统中的运算 26 2.2.3 以2的幂为基数的记数系统 26 2.2.4 把十进制数转换成其他数制的数 28 2.2.5 二进制数值和计算机 29 小结 30 道德问题：计算机和国家安全 30 练习 31 思考题 32 第3章 数据表示法 34 3.1 数据和计算机 34 3.1.1 模拟数据和数字数据 35 3.1.2 二进制表示法 36 3.2 数字数据的表示法 38 3.2.1 负数表示法 38 3.2.2 实数表示法 40 3.3 文本表示法 42 3.3.1 ASCII字符集 43 3.3.2 Unicode字符集 44 3.3.3 文本压缩 44 3.4 音频信息表示法 47 3.4.1 音频格式 49 3.4.2 MP3音频格式 49 3.5 图像和图形的表示法 49 3.5.1 颜色表示法 49 3.5.2 数字化图像和图形 50 3.5.3 图形的矢量表示法 52 3.6 视频表示法 53 小结 53 道德问题：MGM Studios公司和Grokster有限公司 54 练习 55 思考题 57 第三部分 硬 件 层 第4章 门和电路 59 4.1 计算机和电学 59 4.2 门 61 4.2.1 非门 61 4.2.2 与门 62 4.2.3 或门 62 4.2.4 异或门 63 4.2.5 与非门和或非门 63 4.2.6 门处理回顾 64 4.2.7 具有更多输入的门 64 4.3 门的构造 65 4.4 电路 66 4.4.1 组合电路 67 4.4.2 加法器 69 4.4.3 多路复用器 71 4.5 存储器电路 71 4.6 集成电路 72 4.7 CPU芯片 73 小结 73 道德问题：电子邮件隐私权 73 练习 74 思考题 76 第5章 计算部件 77 5.1 独立的计算机部件 77 5.2 存储程序的概念 79 5.2.1 冯·诺伊曼体系结构 80 5.2.2 读取-执行周期 84 5.2.3 RAM和ROM 85 5.2.4 二级存储设备 86 5.2.5 触摸屏 89 5.3 非冯·诺伊曼体系结构 90 小结 91 道德问题：生物信息学研究和deCODEGenetics公司的案例 92 练习 93 思考题 94 第四部分 程序设计层 第6章 问题求解和算法设计 95 6.1 问题求解 95 6.1.1 如何解决问题 96 6.1.2 应用Polya的问题求解策略 99 6.2 算法 99 6.2.1 计算机问题求解 99 6.2.2 执行算法 101 6.2.3 开发算法 102 6.3 伪代码 102 6.3.1 执行一个伪代码算法 103 6.3.2 伪代码的功能 104 6.3.3 伪代码示例 106 6.4 自顶向下设计方法 108 6.4.1 一个通用的实例 109 6.4.2 一个计算机实例 111 6.4.3 方法总结 113 6.4.4 测试算法 114 6.5 面向对象方法 114 6.5.1 面向对象 114 6.5.2 设计方法 115 6.5.3 一个通用的实例 117 6.5.4 一个计算机实例 118 6.6 几个重要思想 120 6.6.1 信息隐蔽 120 6.6.2 抽象 121 6.6.3 事物命名 122 6.6.4 程序设计语言 122 6.6.5 测试 123 小结 123 道德问题：计算机专业人员许可 124 练习 124 思考题 126 第7章 低级程序设计语言 127 7.1 计算机操作 127 7.2 抽象的分层 128 7.3 机器语言 128 7.4 一个程序实例 133 7.4.1 问题和算法 133 7.4.2 程序 134 7.5 汇编语言 137 7.5.1 Pep/7汇编语言 138 7.5.2 伪代码操作 138 7.5.3 “Hello”程序的汇编语言版本 139 7.5.4 一个新程序 140 7.5.5 具有分支的程序 142 7.5.6 具有循环的程序 144 7.6 其他重要思想 145 7.6.1 抽象 145 7.6.2 测试 146 7.6.3 测试计划实现 146 小结 147 道德问题：软件盗版和版权 148 练习 148 思考题 150 第8章 高级程序设计语言 151 8.1 翻译过程 151 8.1.1 编译器 151 8.1.2 解释器 152 8.2 程序设计语言的范型 154 8.3 命令式语言的功能性 155 8.3.1 布尔表达式 155 8.3.2 强类型化 156 8.3.3 输入/输出结构 159 8.3.4 控制结构 160 8.3.5 复合数据类型 172 8.4 面向对象语言的功能性 175 8.4.1 封装 175 8.4.2 继承 176 8.4.3 多态性 176 小结 177 道德问题：开源软件的发展 178 练习 179 思考题 180 第9章 抽象数据类型和算法 181 9.1 抽象数据类型 181 9.2 实现 182 9.2.1 基于数组的实现 182 9.2.2 链式实现 183 9.3 列表 185 9.3.1 列表的基本操作 185 9.3.2 其他列表操作 188 9.4 排序 188 9.4.1 选择排序 189 9.4.2 冒泡排序 190 9.4.3 快速排序 191 9.5 二分检索法 195 9.6 栈和队列 196 9.6.1 栈 197 9.6.2 队列 198 9.6.3 实现 198 9.7 树 199 9.7.1 二叉树 199 9.7.2 二叉检索树 200 9.7.3 其他操作 203 9.7.4 图 204 9.8 程序设计库 204 小结 205 道德问题：使用计算机的恶作剧和欺诈 行为 205 练习 206 思考题 208 第五部分 操作系统层 第10章 操作系统 209 10.1 操作系统的角色 209 10.1.1 内存、进程和CPU管理 211 10.1.2 批处理 211 10.1.3 分时操作 212 10.1.4 其他OS要素 213 10.2 内存管理 213 10.2.1 单块内存管理 214 10.2.2 分区内存管理 215 10.2.3 页式内存管理 216 10.3 进程管理 218 10.3.1 进程状态 218 10.3.2 进程控制块 219 10.4 CPU调度 219 10.4.1 先到先服务 220 10.4.2 最短作业优先 220 10.4.3 循环调度法 221 小结 222 道德问题：数字版权管理和关于Sony公司的根目录案件的争论 223 练习 223 思考题 226 第11章 文件系统和目录 227 11.1 文件系统 227 11.1.1 文本文件和二进制文件 228 11.1.2 文件类型 228 11.1.3 文件操作 229 11.1.4 文件访问 230 11.1.5 文件保护 231 11.2 目录 232 11.2.1 目录树 232 11.2.2 路径名 234 11.3 磁盘调度 236 11.3.1 先到先服务磁盘调度法 237 11.3.2 最短寻道时间优先磁盘调度法 237 11.3.3 SCAN磁盘调度法 238 小结 238 道德问题：垃圾邮件 239 练习 240 思考题 241 第六部分 应用程序层 第12章 信息系统 243 12.1 信息管理 243 12.2 电子制表软件 244 12.2.1 电子数据表公式 246 12.2.2 循环引用 249 12.2.3 电子数据表分析 249 12.3 数据库管理系统 250 12.3.1 关系模型 251 12.3.2 关系 253 12.3.3 结构化查询语言 254 12.3.4 数据库设计 255 12.4 信息安全 256 12.4.1 机密性、完整性和可用性 256 12.4.2 密码学 257 小结 259 道德问题：加密 260 练习 261 思考题 262 第13章 人工智能 263 13.1 思维机 263 13.1.1 图灵测试 264 13.1.2 AI问题的各个方面 265 13.2 知识表示 265 13.2.1 语义网 266 13.2.2 检索树 268 13.3 专家系统 270 13.4 神经网络 272 13.4.1 生物神经网络 272 13.4.2 人工神经网络 273 13.5 自然语言处理 274 13.5.1 语音合成 275 13.5.2 语音识别 276 13.5.3 自然语言理解 276 13.6 机器人学 277 13.6.1 感知-规划-执行范型 277 13.6.2 包孕体系结构 280 13.6.3 物理部件 281 小结 281 道德问题：HIPAA（健康保险携带和责任法案） 282 练习 283 思考题 284 第14章 模拟、图形学和其他应用 程序 285 14.1 什么是模拟 285 14.1.1 复杂系统 286 14.1.2 模型 286 14.1.3 构造模型 286 14.1.4 排队系统 287 14.1.5 气象模型 290 14.1.6 其他模型 293 14.1.7 必要的计算能力 293 14.2 计算机图形学 294 14.2.1 光的工作原理 295 14.2.2 物体形状 296 14.2.3 光模拟 296 14.2.4 复杂对象的建模 297 14.2.5 让物体动起来 302 14.3 嵌入式系统 303 14.4 电子商务 303 14.5 计算机安全 304 14.5.1 恶意代码 305 14.5.2 安全攻击 305 小结 307 道德问题：入侵大学的计算机系统，查询 录取程序中某人的录取状态 307 练习 308 思考题 309 第七部分 通 信 层 第15章 网络 311 15.1 连网 311 15.1.1 网络的类型 312 15.1.2 Internet连接 314 15.1.3 包交换 316 15.2 开放式系统和协议 317 15.2.1 开放式系统 317 15.2.2 网络协议 318 15.2.3 TCP/IP 318 15.2.4 高层协议 319 15.2.5 MIME类型 320 15.2.6 防火墙 320 15.3 网络地址 321 小结 323 道德问题：无所不在的计算 324 练习 325 思考题 326 第16章 万维网 327 16.1 Web简介 327 16.1.1 搜索引擎 329 16.1.2 即时消息 329 16.1.3 博客 329 16.1.4 cookie 330 16.2 HTML 330 16.2.1 基本的HTML格式 333 16.2.2 图像和链接 333 16.3 交互式Web页 335 16.3.1 Java小程序 335 16.3.2 Java服务器页 336 16.4 XML 337 小结 339 道德问题：写博客 340 练习 341 思考题 342 第八部分 总　　　结 第17章 计算的限制 345 17.1 硬件 345 17.1.1 算术运算的限制 345 17.1.2 部件的限制 350 17.1.3 通信的限制 350 17.2 软件 351 17.2.1 软件的复杂度 352 17.2.2 当前提高软件质量的方法 352 17.2.3 臭名昭著的软件错误 355 17.3 问题 357 17.3.1 算法比较 357 17.3.2 图灵机 362 17.3.3 停机问题 364 17.3.4 算法分类 365 小结 367 道德问题：深度链接 367 练习 368 思考题 369 参考文献 370