大學計算機——計算思維導論（第2版）

內容簡介

本書以計算思維為主線，介淚背堡紹計算機的基本原理和套用思想。書中將計算思維具體化，並組織成如下6章：第1章計算符號化思維、第2章計算自動化與智慧型化思維、第3章工程化問題求解思維與方法、第4章算法思維、第5章協同計算、第6章計算虛擬化。

書中把一般有關信息技術的知識、技術和方法，納入到有關的計算思維框架中作為實例介紹，讓讀者從更高層次上來認識和理解這些知識、技術和精殃拳方法，以啟發創新思維，進入一個更高境界。

本書講解深入淺出、思路清晰，可以作為計算機及其相關專業的導論性課程的教材，也可作為高等譽贈宙理工科專業的計算辯贈體堡機（信息技術）公共課教材，還可供有關培訓班使用和有關專業技術人員參考。

圖書目錄

第1章計算符號化思維 1

1.1 信息與符號 1

1.1.1 信息 1

1.1.2 符號 1

1.1.3 八卦符號 3

1.2 數值的0、1編碼 6

1.2.1 十進制數與循達二進制數 6

1.2.2 基於二進制的運算規則 6

1.2.3 二進制與十進制之間的轉換 8

1.2.4 原碼、反碼、補碼和移碼 10

1.2.5 機器數的浮點形式與定點形式 13

1.3 非數值的0、1編碼 14

1.3.1 聲音的0、1編碼 14

1.3.2 圖形/圖像的0、1編碼 16

1.3.3 文字的0、1編碼 19

1.3.4 指令的0、1編碼與電腦程式設計語言 22

1.4 抗干擾編碼 24

1.4.1 數據傳輸中的錯誤 24

1.4.2 奇偶校驗 25

1.5 條形碼 26

1.5.1 一維條形碼 26

1.5.2 二維條形碼 33

1.5.3 其他條形碼 36

1.6 數字邏輯 37

1.6.1 布爾代數基本法則 37

1.6.2 邏輯代數的基本定律 39

1.6.3 組合邏輯電路 39

1.7 數字系統中的信息單位與量級 40

1.7.1 數字系統中的信息單位 40

1.7.2 數字系統中的量級 41

習題1 41

參考文獻1 43

第2章計算自動化與智慧型化思維 44

2.1 計算工具的進步 44

2.1.1 程式控制工具的原型算盤 44

2.1.2 提花機與Babbage計算模型 45

2.1.3 計算機進入內動力時代 48

2.2 Neumann計算機組成 54

2.2.1 Neumann計算模型 54

2.2.2 計算機存儲器 55

2.2.3 計算機控制器 60

2.2.4 匯流排 62

2.2.5 主機板 67

2.3 Neumann體系改進 72

2.3.1 從以運算器為中心到以存儲器為中心 72

2.3.2 從串列結構到並行結構 73

2.3.3 哈佛模型與擬態計算機 75

2.4 計算機系統 76

2.4.1 計算機的自我管理 76

2.4.2 作業系統的功能結構 77

2.4.3 現代計算機系統結構 79

2.4.4 自動計算理論的再討論 80

2.5 計算性能及其評測 80

2.5.1 計算機的主要性能指標 80

2.5.2 天梯圖 85

2.6 計算智慧型化 86

2.6.1 人工智慧 86

2.6.2 智慧型計算機 92

2.6.3 人工神經元網路 94

習題2 97

參考文獻2 99

第3章工程化問題求解思維 100

3.1 面向過程的程式開發 100

3.1.1 數據類型 100

3.1.2 標識符及其聲明 102

3.1.3 表達式 103

3.1.4 操作符與紋酷擔墓表達式的求值規則 106

3.1.5 語句及其流程控制 109

3.1.6 組織過程 112

3.1.7 庫函式與頭檔案 116

3.1.8 派生數據類型 116

3.2 面向對象程式開發 122

3.2.1 對象模型的建立和對象的生成 122

3.2.2 對象的生成 123

3.2.3 繼承與聚合 124

3.3 程式錯誤和異常 126

3.3.1 程式錯誤和異常 126

3.3.2 程式測試及其形式 127

3.3.3 程式的結構測試 128

3.3.4 程式的功能測和燥良試 130

3.4 軟體工程 134

3.4.1 軟體開發過程及其模型 134

3.4.2 程式設計風格和規範 136

3.4.3 軟體開發工具與環境 138

3.4.4 軟體再工程 141

3.4.5 復用技術對OO方法的支持 143

3.5 知識連結 145

3.5.1 領域工程 145

3.5.2 軟體能力成熟度模型 145

習題3 147

參考文獻3 148

第4章算法思維 149

4.1 算法基礎 149

4.1.1 窮舉 149

4.1.2 疊代與遞推 150

4.1.3 遞歸 152

4.2 模擬算法 154

4.2.1 產品隨機抽樣 154

4.2.2 用蒙特卡洛方法求(的近似值 157

4.2.3 事件步長法中子擴散問題 158

4.2.4 時間步長法鹽水池問題 161

4.3 數組元素的排序與查找 164

4.3.1 直接選擇排序 165

4.3.2 冒泡排序 167

4.3.3 二分查找 168

4.4 常用算法設計策略 170

4.4.1 分治 170

4.4.2 回溯 173

4.4.3 貪心策略 177

4.4.4 動態規劃 180

4.5 算法綜述 182

4.5.1 算法及其要素 182

4.5.2 算法的中間描述工具 183

4.5.3 算法的特徵 188

4.5.4 算法評價 189

4.6 知識連結 190

4.6.1 數據結構 190

4.6.2 文本壓縮算法 195

4.6.3 搜尋引擎網頁排序算法 198

4.6.4 數據挖掘算法 201

習題4 206

參考文獻4 215

第5章協同計算 216

5.1 層次型協同 216

5.1.1 計算機系統的層次協同 216

5.1.2 計算機網路的層次模型 217

5.1.3 資料庫的三級模式 223

5.2 協定型協同 225

5.2.1 地址類協定 225

5.2.2 認證類協定 232

5.2.3 可靠傳輸協定 235

5.3 時序控制型協同 239

5.3.1 計算機微操作的時序控制 240

5.3.2 通信中的時序控制 242

5.3.3 TCP連線與釋放 245

5.4 中間代理型協同 248

5.4.1 代理伺服器 248

5.4.2 I/O接口 249

5.4.3 中間件技術 252

5.4.4 網路協同攻擊 254

5.5 資源共享型協同 261

5.5.1 競爭型資源共享 261

5.5.2 基於優先權的資源共享 264

5.5.3 封鎖性資源共享 268

5.6 並行計算 271

5.6.1 並行性及其等級 271

5.6.2 基於並行性的處理器體系Flynn分類 272

5.6.3 並行性開發的基本思想 274

5.7 計算機支持的協同工作 275

5.7.1 計算機支持的協同工作概述 275

5.7.2 CSCW的類型 276

5.8 物聯網 276

5.8.1 物聯網的技術架構 276

5.8.2 物聯網公共技術 277

習題5 278

參考文獻5 280

第6章計算虛擬化 281

6.1 計算虛擬化概述 281

6.1.1 虛擬化：模式與優勢 281

6.1.2 計算虛擬化：特點與部署 282

6.1.3 計算虛擬化的解決方案與實現技術 283

6.2 CPU虛擬化 285

6.2.1 指令重疊與流水 285

6.2.2 VMM技術 286

6.2.3 遷移技術 287

6.3 I/O虛擬化 288

6.3.1 I/O虛擬化思路 288

6.3.2 基於VMM的I/O虛擬化 289

6.3.3 虛擬現實、增強現實與現實虛擬 290

6.4 桌面虛擬化 297

6.4.1 桌面虛擬化及其發展 297

6.4.2 桌面虛擬化技術構架 298

6.4.3 桌面虛擬化套用模式 299

6.5 網路虛擬化 301

6.5.1 分組交換、虛電路與數據報 301

6.5.2 信道的多路復用 306

6.5.3 虛擬區域網路VLAN 310

6.5.4 虛擬專用網VPN 312

6.5.5 交換機虛擬化 313

6.5.6 伺服器虛擬化 315

6.6 存儲虛擬化 317

6.6.1 概述 317

6.6.2 虛擬存儲器 318

6.6.3 Cache-主存機制 321

6.6.4 基於VMM的記憶體虛擬化 324

6.6.5 網路存儲模式與雲存儲 325

6.7 雲計算、霧計算與霾計算 329

6.7.1 雲計算 329

6.7.2 霧計算、邊緣計算與霾計算 333

6.8 軟體定義計算 334

6.8.1 軟體定義網路 335

6.8.2 軟體定義存儲 338

6.8.3 雲計算、大數據軟體定義的主領域 340

習題6 341

參考文獻6 343

·VII·

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