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第一部分 基础理论2

第1章 计算的历史与未来2

1.1 计算机的史前时代2

1.1.1 石头计算到算盘2

1.1.2 计算尺和计算器3

1.2 机械式计算机4

1.2.1 施卡德计算机5

1.2.2 帕斯卡加法机5

1.2.3 莱布尼兹乘法机6

1.3 卡片时代7

1.3.1 “编织”的程序：自动编织机7

1.3.2 穿孔制表机8

1.4 程式化计算机的萌芽：差分机和分析机9

1.4.1 差分机9

1.4.2 分析机11

1.5 模拟计算机12

1.6 早期的数字计算机13

1.6.1 Z系列计算机13

1.6.2 ABC计算机14

1.6.3 巨人计算机16

1.6.4 Mark系列计算机17

1.7 现代电子计算机18

1.7.1 电子管时代18

1.7.2 晶体管时代21

1.7.3 集成电路时代23

1.7.4 大规模集成电路时代：微处理器时代24

1.7.5 后PC时代27

1.7.6 下一代计算机30

1.8 奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想33

1.8.1 布尔及逻辑代数34

1.8.2 香农及计算机开关电路34

1.8.3 图灵及图灵机、图灵测试35

1.8.4 维纳及计算机设计五原则37

1.8.5 冯·诺依曼及冯·诺依曼结构37

1.9 计算机的发展趋势39

1.9.1 高性能计算40

1.9.2 普适计算43

1.9.3 中国信息技术未来增长点44

小结47

习题47

本章参考文献49

第2章 计算机组成与工作原理51

2.1 计算机系统的组成51

2.1.1 计算机硬件系统52

2.1.2 计算机软件系统61

2.2 计算机的工作原理63

2.2.1 冯·诺依曼结构的硬件组成63

2.2.2 总线访问68

2.2.3 指令执行过程69

2.2.4 计算机工作过程70

2.3 计算机常用的数制及机内信息表示71

2.3.1 数制及其转换71

2.3.2 计算机内信息的表示73

小结77

习题78

本章参考文献79

第3章 操作系统81

3.1 操作系统概述81

3.1.1 操作系统概念81

3.1.2 操作系统历史83

3.1.3 操作系统结构84

3.2 操作系统的功能模块85

3.2.1 用户界面85

3.2.2 进程管理86

3.2.3 存储管理93

3.2.4 文件管理98

3.2.5 I/O管理98

3.3 常见操作系统98

小结100

习题101

本章参考文献103

第4章 计算机网络104

4.1 计算机网络概述104

4.1.1 计算机网络起源104

4.1.2 计算机网络定义106

4.1.3 数据传输107

4.2 网络分类107

4.2.1 按距离分107

4.2.2 按网络交换功能分109

4.2.3 常见局域网110

4.3 网络服务模型116

4.3.1 终端网络模型116

4.3.2 C/S模型117

4.3.3 P2P网络模型117

4.4 计算机网络体系结构118

4.4.1 ISO/OSI118

4.4.2 TCP/IP120

4.5 网络互连和Internet122

4.5.1 Internet概述124

4.5.2 IP地址124

4.5.3 Internet提供的服务127

小结129

习题130

本章参考文献131

第5章 算法132

5.1 算法的概念132

5.1.1 概述132

5.1.2 算法的定义133

5.1.3 算法的基本性质135

5.1.4 算法的基本结构135

5.2 算法的表示138

5.2.1 自然语言138

5.2.2 流程图139

5.2.3 伪码141

5.3 基本算法145

5.3.1 求和145

5.3.2 求积146

5.3.3 求最大值和最小值146

5.3.4 排序147

5.3.5 查找148

5.4 算法效率149

5.4.1 算法的规模149

5.4.2 时间复杂度150

5.4.3 空间复杂度151

小结151

习题152

本章参考文献152

第6章 程序设计语言153

6.1 程序设计语言概述153

6.1.1 什么是程序语言153

6.1.2 程序语言的发展历史154

6.1.3 程序语言的分类155

6.1.4 机器语言156

6.1.5 汇编语言157

6.1.6 高级语言158

6.2 高级程序语言的类型160

6.2.1 常用高级程序语言160

6.2.2 过程化语言162

6.2.3 函数式语言162

6.2.4 逻辑式语言163

6.2.5 面向对象语言164

6.2.6 专用语言165

6.3 程序设计的基本概念166

6.3.1 标识符167

6.3.2 变量与数据类型167

6.3.3 常量和文字168

6.3.4 表达式和赋值语句169

6.3.5 控制语句170

6.3.6 注释172

6.4 程序单元173

6.4.1 过程173

6.4.2 参数173

6.4.3 函数174

6.4.4 输入与输出175

6.5 程序设计语言的执行175

6.5.1 程序翻译176

6.5.2 链接程序177

6.5.3 集成开发环境178

6.6 高级话题178

6.6.1 面向对象程序设计178

6.6.2 程序语言的发展趋势181

小结181

习题182

本章参考文献184

第7章 数据结构185

7.1 概述185

7.1.1 数据结构与算法185

7.1.2 数据的逻辑结构186

7.1.3 数据的存储结构187

7.1.4 数据的运算188

7.2 线性表188

7.2.1 基于数组的实现188

7.2.2 基于链表的实现189

7.3 堆栈190

7.3.1 堆栈的基本概念190

7.3.2 栈的实现191

7.3.3 栈的基本操作191

7.3.4 栈的应用192

7.4 队列192

7.4.1 队列的基本概念192

7.4.2 队列的实现193

7.4.3 队列的基本操作194

7.4.4 队列的应用194

7.5 树195

7.5.1 二叉树的基本概念195

7.5.2 二叉树的实现197

7.5.3 二叉树的遍历197

7.5.4 二叉检索树198

7.6 图199

7.6.1 图的定义和术语199

7.6.2 图的实现201

7.6.3 图的遍历201

7.6.4 图的最短路径问题203

7.7 基本算法204

7.7.1 查找204

7.7.2 排序206

小结208

习题209

本章参考文献211

第8章 文件系统212

8.1 文件系统的基本概念212

8.1.1 文件命名212

8.1.2 文件访问213

8.2 文件结构214

8.2.1 顺序文件214

8.2.2 索引文件215

8.2.3 散列文件215

8.3 Windows文件系统216

8.3.1 Windows文件系统概述217

8.3.2 FAT32文件系统217

8.3.3 NTFS文件系统217

8.4 Linux文件系统218

8.4.1 Linux文件系统概述219

8.4.2 虚拟文件系统VFS220

8.4.3 EXT2文件系统221

8.5 Google文件系统221

8.5.1 Google文件系统概述222

8.5.2 Google文件系统的结构222

8.5.3 主服务器Master的操作223

小结224

习题225

本章参考文献225

第9章 数据库系统227

9.1 数据库系统的基本概念227

9.1.1 数据库管理系统概述228

9.1.2 数据库模式228

9.1.3 数据模型229

9.2 关系数据库系统233

9.2.1 关系数据库的设计234

9.2.2 关系的操作236

9.2.3 结构化查询语言237

9.3 面向对象数据库240

9.3.1 面向对象数据库简介240

9.3.2 面向对象数据库语言241

9.3.3 面向对象数据库基本技术241

9.3.4 面向对象数据库软件243

9.3.5 面向对象数据库系统的优势243

9.4 非关系型数据库NoSQL244

9.4.1 NoSQL介绍244

9.4.2 NoSQL数据库的产品245

9.4.3 NoSQL数据库的特点246

小结247

习题247

本章参考文献248

第二部分 高级专题250

第10章 嵌入式计算专题250

10.1 嵌入式系统的概念251

10.2 嵌入式系统的构成254

10.2.1 嵌入式硬件254

10.2.2 嵌入式软件257

10.3 嵌入式计算的特点260

10.4 嵌入式计算发展趋势与新挑战262

10.4.1 嵌入式计算发展趋势262

10.4.2 嵌入式计算所面临的挑战262

习题263

本章参考文献264

第11章 信息安全与网络安全专题265

11.1 信息安全与网络安全简介265

11.1.1 信息安全与网络安全的基本概念265

11.1.2 信息安全与网络安全的基本特征266

11.1.3 信息安全与网络安全保护技术267

11.2 信息安全技术267

11.2.1 信息安全技术概述267

11.2.2 密码技术268

11.2.3 信息隐藏技术270

11.3 网络安全技术273

11.3.1 网络安全技术概述273

11.3.2 防火墙技术274

11.3.3 恶意程序及其防治276

11.3.4 入侵检测技术280

习题284

本章参考文献285

第12章 物联网专题286

12.1 物联网概述286

12.1.1 物联网的概念286

12.1.2 物联网发展状况288

12.1.3 物联网核心技术与特点291

12.2 物联网关键技术293

12.2.1 自动识别技术与RFID293

12.2.2 传感器技术295

12.2.3 网络构建296

12.2.4 物联网中间件298

12.2.5 物联网中的智能决策299

12.2.6 物联网信息安全300

12.3 物联网综合应用301

12.3.1 应用、预测和市场301

12.3.2 行业应用302

习题308

本章参考文献309

第13章 智能信息处理专题310

13.1 智能信息处理的产生及发展310

13.2 模糊信息处理311

13.3 神经网络信息处理312

13.4 粗集信息处理313

13.5 计算智能314

13.5.1 遗传算法314

13.5.2 模拟退火315

13.5.3 蚁群算法316

13.5.4 人工免疫算法317

13.6 展望318

习题318

本章参考文献319

第14章 大数据专题320

14.1 大数据的相关概念321

14.1.1 大数据的定义321

14.1.2 大数据的4个特性321

14.1.3 大数据与数据库的差异322

14.1.4 大数据的产生方式322

14.2 大数据的处理与存储323

14.2.1 处理模式323

14.2.2 处理流程323

14.2.3 大数据相关技术325

14.2.4 大数据工具326

14.2.5 大数据的存储管理327

14.3 大数据与机器学习328

14.3.1 大数据时代下机器学习的特点329

14.3.2 评价指标330

14.3.3 机器学习模型330

14.3.4 面向数据流的机器学习334

14.4 隐私保护与数据安全335

14.4.1 大数据隐私问题335

14.4.2 大数据安全挑战336

14.4.3 大数据安全应对策略337

14.5 大数据的应用及发展趋势337

14.5.1 大数据的应用337

14.5.2 大数据的发展趋势339

习题339

本章参考文献340

第15章 云计算专题341

15.1 云计算概述341

15.1.1 云计算的演进341

15.1.2 云计算的定义341

15.1.3 云计算的特点342

15.1.4 云计算的类型和服务层次343

15.2 云计算主要技术344

15.2.1 云计算技术框架344

15.2.2 云计算的核心345

15.2.3 云计算关键技术346

15.3 云计算产业及应用情况347

15.3.1 云计算带来的变革347

15.3.2 云计算的应用349

15.3.3 云计算的发展现状350

15.4 私有云搭建技术351

15.4.1 OpenStack简介352

15.4.2 CloudStack简介352

习题353

本章参考文献354