目录

第1章计算工具和计算科学

1.1计算机的发展

1.1.1早期的计算工具

1.1.2古典计算机的发展

1.1.3现代计算机的发展

1.1.4微型计算机的发展

1.2计算机的类型

1.2.1类型与特点

1.2.2大型计算机

1.2.3微型计算机

1.2.4嵌入式计算机

1.3计算技术特征

1.3.1计算技术的发展

1.3.2软件特征与类型

1.3.3计算机人机界面

1.3.4计算机技术指标

1.4计算学科特征

1.4.1计算学科的形态

1.4.2课程和培养目标

1.4.3计算科学的影响

1.4.4知识产权保护

1.4.5职业道德规范

1.4.6职业卫生健康

习题1

第2章程序语言和软件开发

2.1程序语言特征

2.1.1程序语言的演化

2.1.2现代程序语言专家

2.1.3程序语言的学习

2.1.4程序语言的类型

2.1.5程序语言的文法

2.1.6程序语言的解释

2.1.7程序语言的编译

2.2Python编程基础

2.2.1程序组成

2.2.2基本元素

2.2.3变量

2.2.4表达式

2.2.5数据类型

2.2.6控制语句

2.2.7函数设计

2.3程序语言介绍

2.3.1经典程序设计语言C

2.3.2面向对象程序语言Java

2.3.3逻辑推理程序语言Prolog

2.3.4函数式程序语言Haskell

2.3.5网页脚本程序语言JavaScript

2.3.6并行程序基本特征

2.3.7事件驱动程序设计

2.4软件开发方法

2.4.1程序设计原则

2.4.2程序异常原因

2.4.3软件工程特征

2.4.4软件测试方法

2.4.5软件开发模型

2.4.6开源软件开发

习题2

第3章计算思维和学科基础

3.1计算思维

3.1.1计算思维的特征

3.1.2数学思维的概念

3.1.3工程思维的概念

3.1.4问题求解的方法

3.2数学建模

3.2.1数学模型的构建方法

3.2.2囚徒困境： 博弈策略建模

3.2.3机器翻译： 统计语言建模

3.2.4平均收入： 安全计算建模

3.2.5网页搜索： 布尔检索建模

3.2.6生命游戏： 细胞自动机建模

3.3计算科学基础： 可计算性

3.3.1图灵机计算模型

3.3.2停机问题： 理论上不可计算的问题

3.3.3汉诺塔： 现实中难以计算的问题

3.3.4不完备性与可计算性

3.3.5计算科学难题： P=NP？

3.4学科经典问题： 计算复杂性

3.4.1哥尼斯堡七桥问题： 图论

3.4.2哈密顿回路： 计算复杂性

3.4.3旅行商问题： 计算组合爆炸

3.4.4单向函数： 公钥密码的基础

3.4.5哲学家就餐问题： 死锁控制

3.4.6两军通信： 信号不可靠传输

习题3

第4章常用算法和数据结构

4.1算法的特征

4.1.1算法的定义

4.1.2算法的表示

4.1.3算法的评估

4.1.4算法复杂度

4.2常用算法

4.2.1迭代法

4.2.2递归法

4.2.3枚举法

4.2.4分治法

4.2.5贪心法

4.2.6动态规划

4.2.7筛法求素数

4.2.8蒙特卡洛法

4.2.9遗传算法

4.3排序与查找

4.3.1冒泡排序

4.3.2插入排序

4.3.3快速排序

4.3.4二分查找

4.3.5分组查找

4.4数据结构

4.4.1基本概念

4.4.2线性结构

4.4.3树结构

4.4.4图结构

习题4

第5章信息编码和数理逻辑

5.1数值信息编码

5.1.1二进制数的编码

5.1.2不同数制的转换

5.1.3二进制整数编码

5.1.4二进制小数编码

5.1.5实数与浮点数的转换

5.1.6二进制补码运算

5.2非数值信息编码

5.2.1字符的早期编码

5.2.2国际字符统一码Unicode

5.2.3音频数据编码

5.2.4点阵图像编码

5.2.5矢量图形编码

5.2.6文本数据编码

5.3压缩与纠错编码

5.3.1信息熵的度量

5.3.2无损压缩编码

5.3.3图像压缩技术JPEG

5.3.4视频压缩技术MPEG

5.3.5信号纠错编码

5.4数理逻辑与应用

5.4.1数理逻辑概述

5.4.2基本逻辑运算

5.4.3命题逻辑演算

5.4.4谓词逻辑演算

5.4.5数理逻辑应用

习题5

第6章计算机系统工作原理

6.1应用软件层

6.1.1系统层次模型

6.1.2应用层的架构

6.1.3程序执行过程

6.1.4虚拟机技术

6.2操作系统层

6.2.1操作系统功能

6.2.2桌面操作系统Windows

6.2.3网络操作系统Linux

6.2.4移动操作系统Android

6.3指令系统层

6.3.1指令基本组成

6.3.2CISC与RISC

6.3.3RISCV指令集

6.3.4控制指令的实现

6.3.5系统引导过程

6.4系统结构层

6.4.1冯·诺依曼计算机结构

6.4.2哈佛计算机结构

6.4.3个人计算机结构

6.4.4计算机集群结构

6.5硬件设备层

6.5.1计算机主要硬件设备

6.5.2运算部件： CPU基本结构

6.5.3运算部件： CPU流水线技术

6.5.4运算部件： CPU运算过程

6.5.5存储部件： 类型和层次

6.5.6存储部件： 内存和外存

6.5.7传输部件： 并行与串行

6.5.8传输部件： 总线和接口

6.6逻辑电路层

6.6.1集成电路： MOS晶体管

6.6.2集成电路： CMOS电路

6.6.3集成电路： 制程工艺参数

6.6.4数据存储： DRAM存储原理

6.6.5数据存储： 寄存器结构

6.6.6数据存储： 闪存读写原理

习题6

第7章网络通信和信息安全

7.1网络原理

7.1.1网络基本类型

7.1.2网络通信协议

7.1.3网络体系结构

7.1.4网络通信技术

7.1.5软件定义网络

7.1.6无线网络技术

7.2安全防护

7.2.1安全问题

7.2.2黑客攻击

7.2.3安全体系

7.2.4物理隔离

7.2.5防火墙技术

7.3加密与解密

7.3.1加密原理

7.3.2RSA加密

7.3.3ECC加密

7.3.4哈希函数

7.3.5密码破解

7.3.6安全计算

习题7

第8章计算领域的技术热点

8.1人工智能技术

8.1.1图灵测试

8.1.2研究流派

8.1.3机器学习

8.1.4神经网络

8.1.5计算视觉

8.1.6细胞机器人

8.2大数据技术

8.2.1大数据的特点

8.2.2数据采集技术

8.2.3数据清洗技术

8.2.4数据挖掘技术

8.2.5海量数据计算

8.2.6大数据应用案例

8.3数据库技术

8.3.1数据库的组成

8.3.2数据库的操作

8.3.3数据库语言SQL

8.3.4新型数据库NoSQL

8.3.5嵌入式数据库SQLite

8.4量子计算技术

8.4.1量子计算发展与性能

8.4.2量子计算机硬件技术

8.4.3量子计算的程序设计

8.4.4量子计算存在的问题

8.5计算领域的新技术

8.5.1物联网技术

8.5.2云计算技术

8.5.3区块链技术

8.5.4计算社会学

习题8

参考文献

附录A常用数学运算符号

附录B常用英文缩写与说明