●出版者的話
譯者序
前言
第一部分 基礎篇
第1章 全景圖 2
1.1 計算繫統 2
1.1.1 計算繫統的分層 3
1.1.2 抽像 4
1.2 計算的歷史 6
1.2.1 計算硬件簡史 6
1.2.2 計算軟件簡史 13
1.2.3 預言 17
1.3 計算工具與計算學科 17
小結 19
道德問題：數字鴻溝 19
關鍵術語 20
練習 20
思考題 21
第二部分 信息層
第2章 二進制數值與記數繫統 24
2.1 數字與計算 24
2.2 位置記數法 25
2.2.1 二進制、八進制和十六進制 26
2.2.2 其他記數繫統中的運算 29
2.2.3 以2的冪為基數的記數繫統 30
2.2.4 將十進制數轉換成其他數制的數 31
2.2.5 二進制數值與計算機 32
小結 33
道德問題：FISA法庭 34
關鍵術語 34
練習 34
思考題 36
第3章 數據表示法 37
3.1 數據與計算機 37
3.1.1 模擬數據與數字數據 38
3.1.2 二進制表示法 40
3.2 數字數據表示法 41
3.2.1 負數表示法 41
3.2.2 實數表示法 44
3.3 文本表示法 46
3.3.1 ASCII字符集 47
3.3.2 Unicode字符集 48
3.3.3 文本壓縮 48
3.4 音頻數據表示法 52
3.4.1 音頻格式 53
3.4.2 MP3音頻格式 54
3.5 圖像與圖形表示法 54
3.5.1 顏色表示法 54
3.5.2 數字化圖像與圖形 55
3.5.3 圖形的矢量表示法 57
3.6 視頻表示法 57
小結 58
道德問題：Snowden事件的影響 58
關鍵術語 59
練習 59
思考題 61
第三部分 硬件層
第4章 門和電路 64
4.1 計算機和電學 64
4.2 門 66
4.2.1 非門 66
4.2.2 與門 67
4.2.3 或門 68
4.2.4 異或門 68
4.2.5 與非門和或非門 68
4.2.6 門處理回顧 69
4.2.7 具有更多輸入的門 70
4.3 門的構造 70
4.4 電路 72
4.4.1 組合電路 72
4.4.2 加法器 75
4.4.3 多路復用器 76
4.5 存儲器電路 77
4.6 集成電路 78
4.7 CPU芯片 78
小結 79
道德問題：道德規範 79
關鍵術語 80
練習 80
思考題 82
第5章 計算部件 83
5.1 獨立的計算機部件 83
5.2 存儲程序的概念 86
5.2.1 馮·諾伊曼體繫結構 88
5.2.2 讀取–執行周期 91
5.2.3 RAM和ROM 93
5.2.4 二級存儲設備 93
5.2.5 觸摸屏 97
5.3 嵌入式繫統 98
5.4 並行體繫結構 99
5.4.1 並行計算 99
5.4.2 並行硬件分類 100
小結 101
道德問題：隱私是否已經是過去時？ 101
關鍵術語 102
練習 102
思考題 103
第四部分 程序設計層
第6章 低級程序設計語言與偽代碼 106
6.1 計算機操作 106
6.2 機器語言 107
6.2.1 Pep/9：一臺虛擬機 107
6.2.2 Pep/9的輸入/輸出 112
6.3 一個程序實例 112
6.3.1 Pep/9模擬器 113
6.3.2 另一個機器語言實例 114
6.4 彙編語言 115
6.4.1 Pep/9彙編語言 115
6.4.2 數字數據、分支、標簽 117
6.4.3 彙編語言中的循環 120
6.5 表達算法 121
6.5.1 偽代碼的功能 121
6.5.2 執行偽代碼算法 124
6.5.3 寫偽代碼算法 126
6.5.4 翻譯偽代碼算法 127
6.6 測試 129
小結 130
道德問題：軟件盜版 131
關鍵術語 131
練習 131
思考題 133
第7章 問題求解與算法設計 134
7.1 如何解決問題 134
7.1.1 提出問題 135
7.1.2 尋找熟悉的情況 136
7.1.3 分治法 137
7.1.4 算法 137
7.1.5 計算機問題求解過程 137
7.1.6 方法總結 139
7.1.7 測試算法 139
7.2 有簡單變量的算法 140
7.2.1 帶有選擇的算法 140
7.2.2 帶有循環的算法 140
7.3 復雜變量 143
7.3.1 數組 144
7.3.2 記錄 144
7.4 搜索算法 145
7.4.1 順序搜索 145
7.4.2 有序數組中的順序搜索 146
7.4.3 二分檢索 147
7.5 排序 148
7.5.1 選擇排序 148
7.5.2 冒泡排序 150
7.5.3 插入排序 151
7.6 遞歸算法 152
7.6.1 子程序語句 153
7.6.2 遞歸階乘 153
7.6.3 遞歸二分檢索 154
7.6.4 快速排序 154
7.7 幾個重要思想 157
7.7.1 信息隱蔽 157
7.7.2 抽像 157
7.7.3 事物命名 158
7.7.4 測試 158
小結 158
道德問題：開源軟件 159
關鍵術語 160
練習 160
思考題 162
第8章 抽像數據類型與子程序 163
8.1 抽像數據類型 163
8.2 棧 164
8.3 隊列 164
8.4 列表 165
8.5 樹 167
8.5.1 二叉樹 167
8.5.2 二叉檢索樹 169
8.5.3 其他操作 173
8.6 圖 173
8.6.1 創建圖 174
8.6.2 圖算法 175
8.7 子程序 179
8.7.1 參數傳遞 180
8.7.2 值參與引用參數 181
小結 183
道德問題：工作場所監視 183
關鍵術語 184
練習 184
思考題 187
第9章 面向對像設計與高級程序設計語言 188
9.1 面向對像方法 188
9.1.1 面向對像 189
9.1.2 設計方法 189
9.1.3 示例 191
9.2 翻譯過程 194
9.2.1 編譯器 194
9.2.2 解釋器 195
9.3 程序設計語言範型 196
9.3.1 命令式範型 197
9.3.2 聲明式範型 197
9.4 高級程序設計語言的功能性 199
9.4.1 布爾表達式 199
9.4.2 數據歸類 200
9.4.3 輸入/輸出結構 203
9.4.4 控制結構 204
9.5 面向對像語言的功能性 208
9.5.1 封裝 209
9.5.2 類 209
9.5.3 繼承 210
9.5.4 多態 211
9.6 過程設計與面向對像設計的區別 211
小結 212
道德問題：惡作劇與詐騙 213
關鍵術語 214
練習 214
思考題 216
第五部分 操作繫統層
第10章 操作繫統 218
10.1 操作繫統的角色 218
10.1.1 內存、進程與CPU管理 220
10.1.2 批處理 220
10.1.3 分時 221
10.1.4 其他OS要素 222
10.2 內存管理 223
10.2.1 單塊內存管理 224
10.2.2 分區內存管理 225
10.2.3 頁式內存管理 227
10.3 進程管理 228
10.3.1 進程狀態 229
10.3.2 進程控制塊 229
10.4 CPU調度 230
10.4.1 先到先服務 231
10.4.2 最短作業優先 231
10.4.3 輪詢法 232
小結 233
道德問題：醫療隱私——健康保險攜帶與責任法案（HIPAA） 234
關鍵術語 234
練習 235
思考題 237
第11章 文件繫統和目錄 238
11.1 文件繫統 238
11.1.1 文本文件和二進制文件 239
11.1.2 文件類型 239
11.1.3 文件操作 240
11.1.4 文件訪問 241
11.1.5 文件保護 242
11.2 目錄 243
11.2.1 目錄樹 244
11.2.2 路徑名 246
11.3 磁盤調度 247
11.3.1 先到先服務磁盤調度法 248
11.3.2 最短尋道時間優先磁盤調度法 249
11.3.3 SCAN磁盤調度法 249
小結 251
道德問題：選擇加入和選擇退出 251
關鍵術語 252
練習 252
思考題 254
第六部分 應用層
第12章 信息繫統 256
12.1 信息管理 256
12.2 電子制表軟件 257
12.2.1 電子數據表公式 259
12.2.2 循環引用 262
12.2.3 電子數據表分析 263
12.3 數據庫管理繫統 264
12.3.1 關繫模型 265
12.3.2 關繫 267
12.3.3 結構化查詢語言 268
12.3.4 數據庫設計 270
12.4 電子商務 270
12.5 大數據 271
小結 272
道德問題：政治與網絡 273
關鍵術語 274
練習 274
思考題 276
第13章 人工智能 277
13.1 思維機 277
13.1.1 圖靈測試 278
13.1.2 AI問題的各個方面 279
13.2 知識表示 279
13.2.1 語義網 280
13.2.2 檢索樹 282
13.3 專家繫統 284
13.4 神經網絡 286
13.4.1 生物神經網絡 286
13.4.2 人工神經網絡 287
13.5 自然語言處理 288
13.5.1 語音合成 289
13.5.2 語音識別 290
13.5.3 自然語言理解 291
13.6 機器人學 292
13.6.1 感知–規劃–執行範型 292
13.6.2 包孕體繫結構 293
13.6.3 物理部件 294
小結 295
道德問題：首次公開發行 296
關鍵術語 297
練習 297
思考題 298
第14章 模擬、圖形學、遊戲和其他應用 299
14.1 什麼是模擬 299
14.1.1 復雜繫統 299
14.1.2 模型 300
14.1.3 構造模型 300
14.2 特殊模型 301
14.2.1 排隊繫統 301
14.2.2 氣像模型 303
14.2.3 計算生物學 307
14.2.4 其他模型 307
14.2.5 必要的計算能力 307
14.3 計算機圖形學 308
14.3.1 光的工作原理 309
14.3.2 物體形狀 310
14.3.3 光模擬 310
14.3.4 復雜對像的建模 311
14.3.5 讓物體動起來 314
14.4 遊戲 315
14.4.1 遊戲的歷史 316
14.4.2 創建虛擬世界 316
14.4.3 遊戲設計與開發 317
14.4.4 遊戲編程 318
小結 319
道德問題：遊戲成癮 319
關鍵術語 320
練習 320
思考題 321
第七部分 通信層
第15章 網絡 324
15.1 連網 324
15.1.1 網絡的類型 325
15.1.2 Internet連接 327
15.1.3 包交換 330
15.2 開放式繫統與協議 331
15.2.1 開放式繫統 331
15.2.2 網絡協議 331
15.2.3 TCP/IP 332
15.2.4 高層協議 333
15.2.5 MIME類型 334
15.2.6 防火牆 334
15.3 網絡地址 335
15.3.1 域名繫統 336
15.3.2 誰控制因特網 338
15.4 雲計算 339
15.5 區塊鏈 340
小結 341
道德問題：社交網絡的影響 341
關鍵術語 342
練習 343
思考題 344
第16章 萬維網 345
16.1 Web簡介 345
16.1.1 搜索引擎 346
16.1.2 即時消息 347
16.1.3 博客 348
16.1.4 cookie 348
16.1.5 Web分析 349
16.2 HTML和CSS 350
16.2.1 基本的H素 352
16.2.2 標記的屬性 353
16.2.3 關於CSS的更多內容 353
16.2.4 更多HTM素 355
16.3 交互式網頁 356
16.3.1 Java小程序 356
16.3.2 Java服務器頁 357
16.4 XML 358
16.5 社交網絡演化 360
小結 361
道德問題：賭博與互聯網 363
關鍵術語 363
練習 364
思考題 365
第17章 計算機安全 366
17.1 各級安全 366
17.2 阻止未授權訪問 368
17.2.1 密碼 369
17.2.2 驗證碼 370
17.2.3 指紋分析 371
17.3 惡意代碼 372
17.3.1 殺毒軟件 373
17.3.2 安全攻擊 373
17.4 密碼學 375
17.5 保護你的在線信息 377
17.5.1 共同的責任 379
17.5.2 安全與可移動設備 379
17.5.3 維基解密 379
小結 381
道德問題：博客和新聞 382
關鍵術語 383
練習 384
思考題 385
第八部分 總結
第18章 計算的 388
18.1 硬件 388
18.1.1 算術運算的 388
18.1.2 部件的 393
18.1.3 通信的 394
18.2 軟件 394
18.2.1 軟件的復雜度 395
18.2.2 當前提高軟件質量的方法 395
18.2.3 臭名昭著的軟件錯誤 399
18.3 問題 400
18.3.1 算法比較 400
18.3.2 圖靈機 405
18.3.3 停機問題 408
18.3.4 算法分類 409
小結 410
道德問題：Therac-25災難剖析 410
關鍵術語 411
練習 411
思考題 413
參考文獻 414
索引 421

本書由當今該領域備受贊譽且經驗豐富的教育家Nell Dale和John Lewis共同編寫，全面介紹計算機科學領域的基礎知識，為廣大學生勾勒了一幅生動的畫卷。就整體而言，全書內容翔實、覆蓋面廣，旨在向讀者展示計算機科學的全貌；從細節上看，本書層次清晰、描述生動，基於計算機繫統的洋蔥式結構，分別介紹信息層、硬件層、程序設計層、操作繫統層、應用程序層和通信層，涉及計算機科學的各個層面。本書貫穿了計算機繫統的各個方面，非常適合作為計算機專業的計算機導論課程教材，為後續專業課程打下堅實的基礎；同時還適合作為非計算機專業的計算機總論課程教材，提供計算機繫統全面完整的介紹。