图书简介：
本书从理论讲解和应用推广的角度出发，严格根据教育部高教司主持评审的《中国计算机科学与技术学科教程2002》进行编写，并参照ACM(Association of Computing Machinery，美国计算机协会)和IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气和电子工程学会)计算学科2005教程，对计算机科学与技术学科进行了系统化和科学化的阐述，介绍了计算机体系结构与组织、程序设计语言、程序设计基础、算法与复杂性、信息管理、软件工程、操作系统、网络计算、图形学和可视化计算、人机交互、离散结构、数值计算科学、智能系统、社会和职业问题等知识点，以便读者能了解计算机科学与技术学科的全貌。本书每章后均配有一定量的习题，可以让读者巩固所学内容。
本书既可作为高等学校计算机专业的专业基础课程教材，也可作为通信、电子信息、自动化等相关专业的计算机教材。
前 言
“计算机科学导论”是计算机专业学生进入大学学习的第一门专业基础课程，其目的在于用统一的思想，使学生认识计算机学科的本质，并能够对计算机学科进行系统化和科学化的阐述。本书根据教育部高教司主持评审的《中国计算机科学与技术学科教程2002》进行编写，并参照ACM和IEEE计算学科2005教程，用逻辑严密的叙述方式将读者引入计算机学科各个富有挑战性的领域之中。本书介绍了计算机体系结构与组织、程序设计语言、程序设计基础、算法与复杂性、信息管理、软件工程、操作系统、网络计算、图形学和可视化计算、人机交互、离散结构、数值计算科学、智能系统、社会和职业问题等内容，力求使读者对计算机专业有比较深入的了解，树立学习本专业的责任感和自豪感。
本书要求读者了解计算机科学与技术方法论的产生背景、定义、内容和意义；了解计算学科的历史、定义、根本问题；了解计算学科中的抽象、理论和设计三个过程及其内在联系；掌握计算学科各主要领域的基本内容及其相应的课程设置、计算学科中的核心概念、数学方法、系统科学方法、社会和职业问题等内容。为读者正确认识计算学科提供方法，为今后深入学习计算机课程作铺垫。
本书是在《计算机科学导论》(第3版)的基础上进行修订的，主要修订的内容有：删减了一些复杂的理论内容，增加了云计算与物联网、3D打印技术等内容。本书对计算机科学的核心内容进行了概括介绍，使读者能理解计算机系统信息处理功能的本质，掌握数据表达和数据加工表达的层次方法，了解计算机系统的功能组成，认识计算机科学对人类社会的重要推动作用。
本书内容由浅入深、结构严谨，避免了内容重复、结构松散等弊病。由于本书涉及的内容繁多，各高校任课教师可根据学生的实际情况，在学习本书时适当地调整学时，对其中一些章节也可以根据各高校的实际情况选用。
本书配备有电子教案，任课教师可根据学生的实际情况进行修改，本书的习题答案可以到清华大学出版社网站下载，也可以向作者索取。
本书由瞿中任主编，刘玲、熊安萍、代永亮任副主编。研究生张宁、张亢、孔令军、姚倩、李亚辉、林丽丹、蒋玉萍、乔高元、周海宽、姚路、朱驰等人参与了文字录入工作，并对书中的实例及图表进行了修改。
书中介绍了部分知名学者的成果，如Alan Mathison Turing、姚期智院士、王小云教授等，还采用了一些学者的照片，以丰富本书的内容，在此表示感谢。本书的顺利出版，得到了各级领导的大力支持和帮助，以及计算机教育界众多学者的关心，在此一并致谢。
由于计算机科学与技术发展迅速以及作者水平有限，书中难免存在不妥和错误之处，恳请广大读者特别是同行专家批评指正。使用本书时若遇到任何问题，或者有好的意见和建议，请与作者联系，联系方式：quzhong@hotmail.com。
作 者目 录
第1章 概述 1
1.1 计算的起源 1
1.2 计算机的产生和发展阶段 3
1.2.1 计算机产生之前的计算历史 3
1.2.2 计算机的产生 8
1.2.3 计算机的发展阶段 12
1.2.4 中国计算机的发展历程 14
1.3 计算机的应用领域和发展趋势 17
1.3.1 计算机的应用领域 17
1.3.2 计算机的发展趋势 19
1.4 计算学科 21
1.4.1 计算学科的定义 21
1.4.2 计算学科的本质 21
1.4.3 计算学科的三个过程 22
1.4.4 计算学科新的应用领域 23
1.5 计算机科学与技术学科的知识体系 25
1.5.1 计算机科学与技术学科的
形成与发展 25
1.5.2 计算机科学与技术学科的
定义 25
1.5.3 计算机科学与技术学科的根本
问题及研究范畴 26
1.5.4 计算机科学课程体系的核心
内容 26
1.6 计算机科学与技术学科的教育 28
1.6.1 教育的目的和基本要求 29
1.6.2 工科还是理科 29
1.6.3 理论与实践相结合 30
1.6.4 创新意识培养 30
1.6.5 学习方法 31
1.7 社会信息化的挑战 32
1.8 计算机产业 32本章小结 33
习题 33
第2章 计算机体系结构与组织 37
2.1 数值数据 37
2.1.1 数的表示及数制转换 37
2.1.2 数的原码、反码和补码 42
2.1.3 定点数和浮点数 44
2.1.4 十进制数的编码 46
2.2 非数值数据 47
2.2.1 文字信息的编码 47
2.2.2 声音的编码 50
2.2.3 图形数据的编码 51
2.3 数据的机器编码 51
2.3.1 数据的机器级编码 51
2.3.2 数据的汇编级编码 52
2.4 数字逻辑与数字系统 52
2.4.1 基本逻辑关系及逻辑门 53
2.4.2 逻辑代数与逻辑函数 55
2.5 计算机系统的组成 58
2.5.1 图灵模型 58
2.5.2 冯·诺依曼模型 59
2.5.3 计算机系统的组成 60
2.5.4 计算机的硬件系统 60
2.5.5 计算机的软件系统 67
2.5.6 计算机的特点 68
2.5.7 计算机系统的主要技术指标 69
2.5.8 计算机的分类 70
2.5.9 计算机的基本工作方式 71
2.6 存储系统的结构 71
2.6.1 存储器与存储系统 71
2.6.2 存储系统的组织结构 73
2.6.3 高速缓冲存储器 732.6.4 虚拟存储器 74
2.7 输入/输出系统 74
2.7.1 输入/输出系统 75
2.7.2 总线 75
2.7.3 输入/输出接口 76
2.8 多核技术 77
2.8.1 多核技术时代到来 77
2.8.2 多核的关键技术 77
2.9 高性能计算机 80
2.10 并行计算机 81
2.11 分布式系统 81
本章小结 82
习题 82
第3章 程序设计语言 85
3.1 程序设计语言概述 85
3.1.1 程序的概念 85
3.1.2 计算机程序设计语言 85
3.1.3 高级语言程序设计的基本
内容 89
3.1.4 高级语言的数据表示手段 92
3.2 声明和类型 93
3.3 类型系统 93
3.4 编译原理 94
3.4.1 编译程序概述 94
3.4.2 词法分析 96
3.4.3 语法分析 96
3.4.4 语义处理 97
3.4.5 中间代码生成 98
3.4.6 中间代码优化 98
3.4.7 目标代码生成 99
3.4.8 编译技术的新发展 99
3.5 程序设计语言的设计 100
本章小结 100
习题 101
第4章 程序设计基础 103
4.1 程序设计 103
4.2 程序设计方法 103
4.2.1 结构化程序设计方法 104
4.2.2 面向对象的程序设计方法 107
4.2.3 函数程序设计 109
4.2.4 程序设计风格 110
4.2.5 程序设计举例 111
4.3 基本数据结构 112
4.3.1 基本概念 112
4.3.2 几种典型的数据结构 113
4.3.3 查找 118
4.3.4 排序 119
4.4 事件驱动程序设计 121
本章小结 122
习题 122
第5章 算法与复杂性 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 算法的评价 129
5.5 算法设计策略 130
5.6 分布式算法 131
5.7 可计算性理论基础 131
5.8 NP问题 132
5.9 自动机理论 132
5.10 加密算法 133
5.11 几何算法 135
5.12 并行算法 135
本章小结 136
习题 136
第6章 信息管理 138
6.1 模型与信息系统 138
6.1.1 信息 138
6.1.2 信息模型 138
6.1.3 信息系统 139
6.2 数据库系统 139
6.2.1 数据库 139
6.2.2 数据管理技术的发展 141
6.2.3 数据模型 141
6.3 关系数据库 145
6.3.1 关系数据库 145
6.3.2 关系模型与关系模式 146
6.4 数据库查询语言SQL 148
6.4.1 SQL的特点 149
6.4.2 SQL的功能 149
6.4.3 SQL的基本概念 149
6.4.4 SQL的简单实例 150
6.5 关系数据库设计 152
6.5.1 关系数据库的设计原则 152
6.5.2 关系数据库的设计步骤 153
6.6 数据库管理 153
6.6.1 DBA和数据字典 153
6.6.2 数据库的安全性控制 154
6.6.3 事务处理 154
6.6.4 数据库的完整性控制 155
6.7 常用数据库管理系统 156
6.8 数据库的新发展 157
6.8.1 分布式数据库 157
6.8.2 空间数据库 157
6.8.3 多媒体数据库 158
6.8.4 数据仓库 158
6.8.5 信息存储与检索 158
6.8.6 超文本和超媒体 159
6.8.7 多媒体信息与多媒体系统 159
6.8.8 数字图书馆 160
本章小结 161
习题 161
第7章 软件工程 163
7.1 软件工程 163
7.1.1 软件危机 163
7.1.2 软件工程的基本概念 164
7.1.3 软件工程过程 166
7.1.4 软件生命周期 167
7.2 软件开发模型 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 喷泉模型 172
7.2.5 转换模型 173
7.2.6 智能模型 173
7.3 软件开发方法 174
7.3.1 面向数据结构方法 174
7.3.2 统一建模语言 174
7.3.3 软件复用和构件技术 175
7.4 软件质量评价和保证 177
7.4.1 软件质量的定义 177
7.4.2 软件质量的度量和评价 177
7.4.3 软件质量保证 178
7.5 质量度量模型 180
7.5.1 McCall 质量度量模型 180
7.5.2 ISO的软件质量评价模型 181
7.6 软件复杂性 182
7.6.1 软件复杂性的基本概念 182
7.6.2 软件复杂性的度量方法 182
7.7 软件项目管理 183
7.7.1 软件项目计划 183
7.7.2 软件项目计划内容 183
7.7.3 软件工程规范 183
7.7.4 软件开发成本估算 184
7.7.5 风险分析 184
7.7.6 软件项目进度安排 184
7.7.7 软件质量保证 186
7.8 软件可靠性 186
7.8.1 软件可靠性定义 186
7.8.2 软件可靠性指标 186
7.8.3 软件可靠性模型 186
7.9 软件评审 187
7.9.1 设计质量的评审内容 187
7.9.2 程序质量的评审内容 188
7.10 容错软件技术 189
7.10.1 容错软件定义 189
7.10.2 容错的一般方法 189
7.10.3 容错软件的设计过程 190
7.11 软件工程环境 190
7.11.1 软件开发环境 190
7.11.2 软件开发环境的分类 191
7.11.3 软件工具的基本概念 192
7.11.4 计算机辅助软件工程 193
本章小结 193
习题 194
第8章 操作系统 196
8.1 操作系统概述 196
8.1.1 操作系统的概念 196
8.1.2 操作系统的基本组成 200
8.1.3 操作系统在计算机系统中的
地位 205
8.1.4 操作系统的启动 205
8.2 操作系统的发展 206
8.2.1 手工操作阶段 206
8.2.2 批处理系统阶段 207
8.2.3 多道程序系统阶段 208
8.2.4 现代操作系统阶段 209
8.3 操作系统原理 210
8.4 操作系统的分类 211
8.5 操作系统的功能 212
8.5.1 资源管理功能 212
8.5.2 扩展的虚拟机功能 214
8.5.3 网络操作系统的功能 215
8.6 操作系统的体系结构 215
8.7 并发性 216
8.8 调度与分派 216
8.9 安全与保护 217
8.10 文件系统 219
8.11 容错 220
8.12 系统性能评价 221
8.13 脚本 222
8.14 主流操作系统 222
8.14.1 Windows操作系统 222
8.14.2 UNIX操作系统 223
8.14.3 Linux操作系统 224
8.15 操作系统的新发展 225
本章小结 226
习题 226
第9章 网络计算 228
9.1 通信与组网 228
9.1.1 数据通信的基本概念 228
9.1.2 数据通信方式 229
9.1.3 数据传输方式 231
9.2 计算机网络 232
9.2.1 计算机网络的起源 232
9.2.2 计算机网络定义 234
9.2.3 计算机网络的主要部件 235
9.2.4 计算机网络的传输媒体 235
9.2.5 计算机网络的分类 238
9.2.6 计算机网络拓扑结构 240
9.2.7 计算机网络的体系结构 242
9.2.8 计算机网络间的互联 245
9.3 Internet和TCP/IP协议 246
9.3.1 Internet的起源及发展 246
9.3.2 TCP/IP协议 247
9.3.3 IP地址 248
9.3.4 Internet提供的主要服务 249
9.3.5 Intranet 252
9.4 网络管理 252
9.4.1 网络管理基础 252
9.4.2 网络管理功能 254
9.4.3 Internet的管理信息库 256
9.4.4 网络管理协议 257
9.4.5 网络管理发展方向 257
9.5 移动通信与无线上网 259
9.6 网络安全机制 259
9.6.1 网络安全的基本问题 259
9.6.2 网络安全的内容 260
9.6.3 数据加密技术 261
9.6.4 防病毒技术 262
9.6.5 防火墙技术 263
9.7 网格计算 264
9.8 云计算与物联网 265
本章小结 268
习题 268
第10章 图形学和可视化计算 271
10.1 计算机图形学 271
10.1.1 计算机图形信息的处理 271
10.1.2 计算机图形学的起源 272
10.1.3 计算机图形学主要研究的
内容 272
10.1.4 计算机图形学的应用 273
10.1.5 计算机图形的标准化 274
10.2 图形系统 275
10.3 计算机视觉和可视化 277
10.3.1 人的视觉 277
10.3.2 计算机视觉 277
10.3.3 可视化 277
10.4 图形用户界面 278
10.5 图像通信 278
10.6 几何建模 279
10.7 计算机动画 279
10.8 虚拟现实 279
10.9 3D打印 280
本章小结 281
习题 281
第11章 人机交互 283
11.1 人机交互 283
11.1.1 人机交互技术 283
11.1.2 人机交互模型 284
11.1.3 人机系统交互界面的构架 285
11.1.4 人机界面的设计 287
11.1.5 数据交互 289
11.1.6 语音交互 290
11.1.7 图像交互 290
11.1.8 行为交互 291
11.2 多媒体技术 291
11.2.1 多媒体 291
11.2.2 多媒体关键技术 292
11.2.3 多媒体技术的应用 294
本章小结 295
习题 295
第12章 离散结构 297
12.1 离散结构的研究对象及主要内容 297
12.1.1 离散结构的研究对象 297
12.1.2 离散结构研究的主要内容 297
12.2 数理逻辑 298
12.2.1 命题逻辑 298
12.2.2 谓词逻辑 302
12.3 集合论 304
12.3.1 集合的基本概念与运算 304
12.3.2 关系与函数 306
12.4 代数结构 310
12.4.1 代数结构概述 310
12.4.2 格与布尔代数 312
12.5 图论 313
12.5.1 图的基本概念 313
12.5.2 路径、回路及连通性 315
12.5.3 图的矩阵表示 315
12.6 离散概率 317
本章小结 317
习题 318
第13章 数值计算科学 321
13.1 高性能计算 321
13.2 数值分析 322
13.3 运筹学 323
13.4 数学建模与计算机模拟 324
本章小结 325
习题 325
第14章 智能系统 327
14.1 人工智能系统 327
14.1.1 人工智能 327
14.1.2 人工智能的主要学派 328
14.1.3 人工智能的研究与应用
领域 329
14.2 知识表示及推理 332
14.2.1 知识与知识表示 332
14.2.2 经典推理技术 33214.2.3 高级知识推理技术 334
14.3 搜索技术 336
14.3.1 一般搜索技术 336
14.3.2 高级搜索技术 338
14.4 自然语言处理 339
14.4.1 语言及其理解 339
14.4.2 句法和语义的分析 340
14.4.3 机器翻译 341
14.5 智能计算 341
14.5.1 智能计算 341
14.5.2 遗传算法 342
14.5.3 集群智能 342
14.5.4 人工神经网络 343
14.6 机器学习 344
14.6.1 机器学习的基本概念 344
14.6.2 机器学习的发展过程 345
14.6.3 机器学习的主要研究方向 345
14.6.4 机器学习策略 346
14.6.5 机器学习方法 346
本章小结 348
习题 348
第15章 社会和职业问题 350
15.1 计算的社会背景 350
15.2 计算机与道德 351
15.2.1 道德的哲学含义 351
15.2.2 道德选择 351
15.2.3 道德评价 351
15.2.4 计算机专业人员的职业
道德准则 352
15.2.5 计算机用户的道德 352
15.3 基于计算机系统的风险与责任 353
15.4 知识产权 354
15.5 隐私与公民自由 356
15.6 计算机犯罪 357
15.7 团队合作 359
15.8 哲学框架 360
本章小结 361
习题 361
参考文献 363
