计算机科学导论（原书第4版）

《计算机科学导论》是国外计算机等IT相关专业本科生的一本基础课教材，也是一本非常经典的计算机入门读物。作为一本百科全书式的计算机专业基础入门读物，书中涉及计算机科学的方方面面。虽然读者对象是计算机专业的学生，但这本书深入浅出，引人入胜，勾画出计算机科学体系的框架，为有志于IT行业的学生奠定计算机科学知识的基础，架设进一步深入专业理论学习的桥梁。

出版者的话 译者序 前言 第1章　绪论 1 1.1　图灵模型 1 1.1.1　数据处理器 1 1.1.2　可编程数据处理器 2 1.1.3　通用图灵机 3 1.2　冯·诺依曼模型 3 1.2.1　4个子系统 3 1.2.2　存储程序概念 4 1.2.3　指令的顺序执行 4 1.3　计算机组成部分 4 1.3.1　计算机硬件 4 1.3.2　数据 4 1.3.3　计算机软件 5 1.4　历史 6 1.4.1　机械计算机器（1930年以前） 6 1.4.2　电子计算机的诞生（1930～1950年） 7 1.4.3　计算机的诞生（1950年至今） 7 1.5　计算机科学作为一门学科 8 1.6　课程纲要 8 1.6.1　第一部分：数据的表示与运算 8 1.6.2　第二部分：计算机硬件 8 1.6.3　第三部分：计算机软件 8 1.6.4　第四部分：数据组织与抽象 9 1.6.5　第五部分：高级话题 9 1.6.6　第六部分：社交媒体和社会话题 9 1.7　章末材料 9 1.8　练习 10 第2章　数字系统 11 2.1　引言 11 2.2　位置化数字系统 11 2.2.1　十进制系统 12 2.2.2　二进制系统 13 2.2.3　十六进制系统 14 2.2.4　八进制系统 15 2.2.5　4种位置化数字系统小结 16 2.2.6　转换 16 2.3　非位置化数字系统 21 2.4　章末材料 22 2.5　练习 23 第3章　数据存储 27 3.1　数据类型 27 3.1.1　计算机内部的数据 28 3.1.2　数据压缩 28 3.1.3　错误检测和纠正 29 3.2　存储数字 29 3.2.1　存储整数 29 3.2.2　3种系统的比较 34 3.2.3　实数 35 3.3　存储文本 41 3.3.1　代码 41 3.4　存储音频 42 3.4.1　采样 42 3.4.2　量化 42 3.4.3　编码 43 3.4.4　声音编码标准 43 3.5　存储图像 43 3.5.1　光栅图 43 3.5.2　矢量图 44 3.6　存储视频 45 3.7　章末材料 45 3.8　练习 47 第4章　数据运算 50 4.1　逻辑运算 50 4.1.1　位层次上的逻辑运算 50 4.1.2　模式层次上的逻辑运算 52 4.2　移位运算 54 4.2.1　逻辑移位运算 54 4.3　算术运算 56 4.3.1　整数的算术运算 56 4.3.2　实数的算术运算 58 4.4　章末材料 58 4.5　练习 59 第5章　计算机组成 61 5.1　引言 61 5.2　中央处理单元 61 5.2.1　算术逻辑单元 62 5.2.2　寄存器 62 5.2.3　控制单元 63 5.3　主存储器 63 5.3.1　地址空间 63 5.3.2　存储器的类型 64 5.3.3　存储器的层次结构 65 5.3.4　高速缓冲存储器 65 5.4　输入/输出子系统 66 5.4.1　非存储设备 66 5.4.2　存储设备 66 5.5　子系统的互连 70 5.5.1　CPU和存储器的连接 70 5.5.2　I/O设备的连接 71 5.5.3　输入／输出设备的寻址 73 5.6　程序执行 74 5.6.1　机器周期 74 5.6.2　输入／输出操作 75 5.7　不同的体系结构 77 5.7.1　CISC 77 5.7.2　RISC 77 5.7.3　流水线 77 5.7.4　并行处理 78 5.8　简单计算机 79 5.8.1　CPU 80 5.8.2　主存 80 5.8.3　输入/输出子系统 80 5.8.4　指令集 81 5.8.5　处理指令 82 5.8.6　存储程序和数据 83 5.8.7　指令周期 83 5.8.8　另一个例子 85 5.8.9　可重用性 87 5.9　章末材料 87 5.10　练习 89 第6章　计算机网络和因特网 92 6.1　引言 92 6.1.1　网络 92 6.1.2　因特网 93 6.1.3　硬件和软件 95 6.1.4　协议分层 95 6.1.5　TCP/IP协议族 97 6.2　应用层 99 6.2.1　提供服务 100 6.2.2　应用层模式 100 6.2.3　标准客户机-服务器应用 101 6.2.4　文件传输协议 103 6.2.5　电子邮件 104 6.2.6　TELNET 105 6.2.7　安全外壳 106 6.2.8　域名系统 106 6.2.9　端到端模式 108 6.3　传输层 109 6.3.1　传输层服务 110 6.3.2　传输层协议 111 6.4　网络层 111 6.4.1　网络层提供的服务 112 6.4.2　网络层协议 114 6.5　数据链路层 116 6.5.1　节点和链接 117 6.5.2　局域网 118 6.5.3　广域网 120 6.6　物理层 122 6.6.1　数据和信号 122 6.6.2　数字化传输 124 6.6.3　模拟传输 124 6.7　传输介质 125 6.7.1　导向介质 125 6.7.2　非导向介质：无线 126 6.8　章末材料 127 6.9　练习 129 第7章　操作系统 132 7.1　引言 132 7.1.1　操作系统 132 7.1.2　自举过程 133 7.2　演化 133 7.2.1　批处理系统 133 7.2.2　分时系统 133 7.2.3　个人系统 134 7.2.4　并行系统 134 7.2.5　分布式系统 134 7.2.6　实时系统 134 7.3　组成部分 134 7.3.1　用户界面 135 7.3.2　内存管理器 135 7.3.3　进程管理器 138 7.3.4　文件管理器 142 7.4　主流操作系统 142 7.4.1　UNIX 143 7.4.2　Linux 144 7.4.3　Windows 144 7.5　章末材料 145 7.6　练习 147 第8章　算法 149 8.1　概念 149 8.1.1　非正式定义 149 8.1.2　示例 149 8.1.3　定义动作 151 8.1.4　细化 151 8.1.5　泛化 152 8.2　三种结构 152 8.2.1　顺序 152 8.2.2　判断 152 8.2.3　循环 152 8.3　算法的表示 153 8.3.1　UML 153 8.3.2　伪代码 153 8.4　更正式的定义 155 8.4.1　定义良好 156 8.4.2　明确步骤 156 8.4.3　产生结果 156 8.4.4　在有限的时间内终止 156 8.5　基本算法 156 8.5.1　求和 156 8.5.2　乘积 157 8.5.3　最大和最小 157 8.5.4　排序 157 8.5.5　查找 161 8.6　子算法 163 8.6.1　结构图 163 8.7　递归 164 8.7.1　迭代的定义 164 8.7.2　递归的定义 164 8.8　章末材料 166 8.9　练习 167 第9章　程序设计语言 170 9.1　演化 170 9.1.1　机器语言 170 9.1.2　汇编语言 171 9.1.3　高级语言 171 9.2　翻译 172 9.2.1　编译 172 9.2.2　解释 172 9.2.3　翻译过程 173 9.3　编程模式 173 9.3.1　过程式模式 174 9.3.2　面向对象模式 176 9.3.3　函数式模式 177 9.3.4　声明式模式 179 9.4　共同概念 179 9.4.1　标识符 179 9.4.2　数据类型 179 9.4.3　变量 180 9.4.4　字面值 180 9.4.5　常量 181 9.4.6　输入和输出 181 9.4.7　表达式 181 9.4.8　语句 182 9.4.9　子程序 184 9.5　章末材料 187 9.6　练习 188 第10章　软件工程 191 10.1　软件生命周期 191 10.1.1　开发过程模型 191 10.2　分析阶段 192 10.2.1　面向过程分析 192 10.2.2　面向对象分析 193 10.3　设计阶段 194 10.3.1　面向过程设计 194 10.3.2　面向对象设计 195 10.4　实现阶段 195 10.4.1　语言的选择 196 10.4.2　软件质量 196 10.5　测试阶段 197 10.5.1　白盒测试 197 10.5.2　黑盒测试 199 10.6　文档 199 10.6.1　用户文档 199 10.6.2　系统文档 199 10.6.3　技术文档 200 10.7　章末材料 200 10.8　练习 201 第11章　数据结构 203 11.1　数组 203 11.1.1　数组名与元素名 205 11.1.2　多维数组 205 11.1.3　存储配置 205 11.1.4　数组操作 206 11.1.5　字符串 207 11.1.6　数组的应用 207 11.2　记录 208 11.2.1　记录名与域名 208 11.2.2　记录与数组的比较 208 11.2.3　记录数组 209 11.2.4　数组与记录数组 209 11.3　链表 209 11.3.1　数组与链表 210 11.3.2　链表名与节点名 211 11.3.3　链表操作 211 11.3.4　链表的应用 218 11.4　章末材料 218 11.5　练习 219 第12章　抽象数据类型 221 12.1　背景 221 12.1.1　简单抽象数据类型 221 12.1.2　复杂抽象数据类型 222 12.1.3　定义 222 12.1.4　抽象数据类型的模型 222 12.1.5　实现 223 12.2　栈 223 12.2.1　栈的操作 223 12.2.2　栈的抽象数据类型 224 12.2.3　栈的应用 224 12.2.4　栈的实现 226 12.3　队列 227 12.3.1　队列的操作 227 12.3.2　队列的抽象数据类型 228 12.3.3　队列的应用 229 12.3.4　队列的实现 230 12.4　广义线性表 230 12.4.1　广义线性表的操作 231 12.4.2　广义线性表的抽象数据类型 232 12.4.3　广义线性表的应用 233 12.4.4　广义线性表的实现 234 12.5　树 234 12.5.1　二叉树 235 12.5.2　二叉树的操作 236 12.5.3　二叉树的应用 237 12.5.4　二叉树的实现 238 12.5.5　二叉搜索树 238 12.6　图 240 12.7　章末材料 240 12.8　练习 242 第13章　文件结构 244 13.1　引言 244 13.1.1　顺序存取 244 13.1.2　随机存取 244 13.2　顺序文件 245 13.2.1　更新顺序文件 245 13.3　索引文件 246 13.3.1　倒排文件 247 13.4　散列文件 247 13.4.1　散列方法 248 13.4.2　冲突 249 13.5　目录 251 13.5.1　UNIX操作系统中的目录 251 13.6　文本文件与二进制文件 252 13.6.1　文本文件 253 13.6.2　二进制文件 253 13.7　章末材料 253 13.8　练习 255 第14章　数据库 257 14.1　引言 257 14.1.1　定义 257 14.1.2　数据库的优点 257 14.1.3　数据库管理系统 258 14.2　数据库体系结构 259 14.2.1　内层 259 14.2.2　概念层 259 14.2.3　外层 259 14.3　数据库模型 259 14.3.1　层次模型 259 14.3.2　网状模型 260 14.3.3　关系模型 260 14.4　关系数据库模型 260 14.4.1　关系 260 14.4.2　关系的操作 261 14.5　数据库设计 265 14.5.1　实体关系模型 266 14.5.2　从E-R图到关系 266 14.5.3　规范化 267 14.6　其他数据库模型 268 14.6.1　分布式数据库 268 14.6.2　面向对象数据库 269 14.7　章末材料 269 14.8　练习 271 第15章　数据压缩 273 15.1　引言 273 15.2　无损压缩方法 273 15.2.1　游程长度编码 274 15.2.2　赫夫曼编码 275 15.2.3　Lempel Ziv编码 276 15.3　有损压缩方法 279 15.3.1　图像压缩：JPEG 280 15.3.2　视频压缩：MPEG 282 15.3.3　音频压缩 283 15.4　章末材料 283 15.5　练习 285 第16章　安全 287 16.1　引言 287 16.1.1　安全目标 287 16.1.2　攻击 288 16.1.3　服务和技术 289 16.2　机密性 289 16.2.1　对称密钥密码术 290 16.2.2　非对称密钥密码术 295 16.3　其他安全服务 299 16.3.1　消息完整性 299 16.3.2　消息验证 300 16.3.3　数字签名 301 16.3.4　实体验证 304 16.3.5　密钥管理 306 16.4　防火墙 309 16.4.1　包过滤防火墙 310 16.4.2　代理防火墙 311 16.5　章末材料 311 16.6　练习 313 第17章　计算理论 316 17.1　简单语言 316 17.1.1　递增语句 316 17.1.2　递减语句 316 17.1.3　循环语句 317 17.1.4　简单语言的威力 317 17.2　图灵机 319 17.2.1　图灵机组成部件 319 17.2.2　对简单语言的模拟 321 17.2.3　邱奇-图灵论题 323 17.3　歌德尔数 324 17.3.1　表示一个程序 324 17.3.2　翻译一个数字 324 17.4　停机问题 325 17.4.1　停机问题是不可解的 325 17.5　问题的复杂度 326 17.5.1　不可解问题 327 17.5.2　可解问题 327 17.6　章末材料 328 17.7　练习 329 第18章　人工智能 331 18.1　引言 331 18.1.1　什么是人工智能 331 18.1.2　人工智能简史 331 18.1.3　图灵测试 332 18.1.4　智能体 332 18.1.5　编程语言 332 18.2　知识表示 332 18.2.1　语义网 333 18.2.2　框架 333 18.2.3　谓词逻辑 334 18.2.4　基于规则的系统 338 18.3　专家系统 339 18.3.1　抽取知识 339 18.3.2　抽取事实 340 18.3.3　体系结构 340 18.4　感知 341 18.4.1　图像处理 341 18.4.2　语言理解 343 18.5　搜索 345 18.5.1　搜索方法 345 18.6　神经网络 348 18.6.1　生物神经元 348 18.6.2　感知器 349 18.6.3　多层网络 350 18.6.4　应用 350 18.7　章末材料 350 18.8　练习 351 第19章　社交媒体导论 354 19.1　引言 354 19.2　Facebook 355 19.2.1　梗概 355 19.2.2　网页 356 19.2.3　成员 357 19.2.4　获取Facebook的服务 358 19.2.5　朋友 358 19.2.6　交换信息 359 19.3　Twitter 360 19.3.1　梗概 360 19.3.2　页面 361 19.3.3　成员 361 19.3.4　获取Twitter的服务 362 19.3.5　跟随以及被跟随 362 19.3.6　发送推文 363 19.3.7　接收推文 364 19.4　章末材料 364 19.5　练习 365 第20章　社会和道德问题 366 20.1　道德原则 366 20.1.1　道德规则 366 20.1.2　使用 366 20.1.3　社会契约 366 20.2　知识产权 367 20.2.1　知识产权的类型 367 20.3　隐私 368 20.4　计算机犯罪 368 20.4.1　攻击的类型 368 20.4.2　动机 369 20.4.3　攻击保护 369 20.4.4　花费 369 20.5　黑客 369 20.6　章末材料 369 20.7　练习 370 附录A　Unicode 372 附录B　UML 376 附录C　伪代码 384 附录D　结构图 387 附录E　布尔代数和逻辑电路 390 附录F　C、C++和Java程序示例 403 附录G　数学知识 410 附录H　错误检测和纠正 417 附录I　符号加绝对值整数的加减法 428 附录J　实数的加减法 431 缩略语 434 术语表 436

贝赫鲁兹·佛罗赞(Behrouz Forouzan)，毕业于加州大学欧文分校，在工业界和教育领域具有30多年的研发和教学经验。在离开工业界后，他在德安扎学院(De Anza College)担任计算机科学教授，现已退休。除了这本教材之外，他还编写了该学科的多部畅销教材。

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