大學(xué)計算機(jī)：計算思維導(dǎo)論（第2版）

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(shù)值的0、1編碼 6
1.2.1 十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù) 6
1.2.2 基于二進(jìn)制的運算規(guī)則 6
1.2.3 二進(jìn)制與十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換 8
1.2.4 原碼、反碼、補碼和移碼 10
1.2.5 機(jī)器數(shù)的浮點形式與定點形式 13
1.3 非數(shù)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編碼與計算機(jī)程序設(shè)計語言 22
1.4 抗干擾編碼 24
1.4.1 數(shù)據(jù)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(shù)字邏輯 37
1.6.1 布爾代數(shù)基本法則 37
1.6.2 邏輯代數(shù)的基本定律 39
1.6.3 組合邏輯電路 39
1.7 數(shù)字系統(tǒng)中的信息單位與量級 40
1.7.1 數(shù)字系統(tǒng)中的信息單位 40
1.7.2 數(shù)字系統(tǒng)中的量級 41
習(xí)題1 41
參考文獻(xiàn)1 43
第2章 計算自動化與智能化思維 44
2.1 計算工具的進(jìn)步 44
2.1.1 程序控制工具的原型 算盤 44
2.1.2 提花機(jī)與Babbage計算模型 45
2.1.3 計算機(jī)進(jìn)入內(nèi)動力時代 48
2.2 Neumann計算機(jī)組成 54
2.2.1 Neumann計算模型 54
2.2.2 計算機(jī)存儲器 55
2.2.3 計算機(jī)控制器 60
2.2.4 總線 62
2.2.5 主板 67
2.3 Neumann體系改進(jìn) 72
2.3.1 從以運算器為中心到以存儲器為中心 72
2.3.2 從串行結(jié)構(gòu)到并行結(jié)構(gòu) 73
2.3.3 哈佛模型與擬態(tài)計算機(jī) 75
2.4 計算機(jī)系統(tǒng) 76
2.4.1 計算機(jī)的自我管理 76
2.4.2 操作系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu) 77
2.4.3 現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 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(jī)的主要性能指標(biāo) 80
2.5.2 天梯圖 85
2.6 計算智能化 86
2.6.1 人工智能 86
2.6.2 智能計算機(jī) 92
2.6.3 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) 94
習(xí)題2 97
參考文獻(xiàn)2 99
第3章 工程化問題求解思維 100
3.1 面向過程的程序開發(fā) 100
3.1.1 數(shù)據(jù)類型 100
3.1.2 標(biāo)識符及其聲明 102
3.1.3 表達(dá)式 103
3.1.4 操作符與表達(dá)式的求值規(guī)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 庫函數(shù)與頭文件 116
3.1.8 派生數(shù)據(jù)類型 116
3.2 面向?qū)ο蟪绦蜷_發(fā) 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 程序錯誤和異常 126
3.3.1 程序錯誤和異常 126
3.3.2 程序測試及其形式 127
3.3.3 程序的結(jié)構(gòu)測試 128
3.3.4 程序的功能測試 130
3.4 軟件工程 134
3.4.1 軟件開發(fā)過程及其模型 134
3.4.2 程序設(shè)計風(fēng)格和規(guī)范 136
3.4.3 軟件開發(fā)工具與環(huán)境 138
3.4.4 軟件再工程 141
3.4.5 復(fù)用技術(shù)對OO方法的支持 143
3.5 知識鏈接 145
3.5.1 領(lǐng)域工程 145
3.5.2 軟件能力成熟度模型 145
習(xí)題3 147
參考文獻(xiàn)3 148
第4章 算法思維 149
4.1 算法基礎(chǔ) 149
4.1.1 窮舉 149
4.1.2 迭代與遞推 150
4.1.3 遞歸 152
4.2 模擬算法 154
4.2.1 產(chǎn)品隨機(jī)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(kuò)散問題 158
4.2.4 時間步長法 鹽水池問題 161
4.3 數(shù)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(shè)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(tài)規(guī)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 算法的特征 188
4.5.4 算法評價 189
4.6 知識鏈接 190
4.6.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 190
4.6.2 文本壓縮算法 195
4.6.3 搜索引擎網(wǎng)頁排序算法 198
4.6.4 數(shù)據(jù)挖掘算法 201
習(xí)題4 206
參考文獻(xiàn)4 215

第5章 協(xié)同計算 216
5.1 層次型協(xié)同 216
5.1.1 計算機(jī)系統(tǒng)的層次協(xié)同 216
5.1.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次模型 217
5.1.3 數(shù)據(jù)庫的三級模式 223
5.2 協(xié)議型協(xié)同 225
5.2.1 地址類協(xié)議 225
5.2.2 認(rèn)證類協(xié)議 232
5.2.3 可靠傳輸協(xié)議 235
5.3 時序控制型協(xié)同 239
5.3.1 計算機(jī)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連接與釋放 245
5.4 中間代理型協(xié)同 248
5.4.1 代理服務(wù)器 248
5.4.2 I/O接口 249
5.4.3 中間件技術(shù) 252
5.4.4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同攻擊 254
5.5 資源共享型協(xié)同 261
5.5.1 競爭型資源共享 261
5.5.2 基于優(yōu)先權(quán)的資源共享 264
5.5.3 封鎖性資源共享 268
5.6 并行計算 271
5.6.1 并行性及其等級 271
5.6.2 基于并行性的處理器體系Flynn分類 272
5.6.3 并行性開發(fā)的基本思想 274
5.7 計算機(jī)支持的協(xié)同工作 275
5.7.1 計算機(jī)支持的協(xié)同工作概述 275
5.7.2 CSCW的類型 276
5.8 物聯(lián)網(wǎng) 276
5.8.1 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu) 276
5.8.2 物聯(lián)網(wǎng)公共技術(shù) 277
習(xí)題5 278
參考文獻(xiàn)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(yōu)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(xiàn)技術(shù) 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(shù) 286
6.2.3 遷移技術(shù) 287
6.3 I/O虛擬化 288
6.3.1 I/O虛擬化思路 288
6.3.2 基于VMM的I/O虛擬化 289
6.3.3 虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實與現(xiàn)實虛擬 290
6.4 桌面虛擬化 297
6.4.1 桌面虛擬化及其發(fā)展 297
6.4.2 桌面虛擬化技術(shù)構(gòu)架 298
6.4.3 桌面虛擬化應(yīng)用模式 299
6.5 網(wǎng)絡(luò)虛擬化 301
6.5.1 分組交換、虛電路與數(shù)據(jù)報 301
6.5.2 信道的多路復(fù)用 306
6.5.3 虛擬局域網(wǎng)VLAN 310
6.5.4 虛擬專用網(wǎng)VPN 312
6.5.5 交換機(jī)虛擬化 313
6.5.6 服務(wù)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(jī)制 321
6.6.4 基于VMM的內(nèi)存虛擬化 324
6.6.5 網(wǎng)絡(luò)存儲模式與云存儲 325
6.7 云計算、霧計算與霾計算 329
6.7.1 云計算 329
6.7.2 霧計算、邊緣計算與霾計算 333
6.8 軟件定義計算 334
6.8.1 軟件定義網(wǎng)絡(luò) 335
6.8.2 軟件定義存儲 338
6.8.3 云計算、大數(shù)據(jù) 軟件定義的主領(lǐng)域 340
習(xí)題6 341
參考文獻(xiàn)6 343



·VII·