计算机科学概论（第11版）

J. Glenn Brookshear 世界知名的计算机科学教育家。他在1975年获得新墨西哥州立大学博士后，创办了Marquette大学的计算机科学学位项目，并在该校任教至今。他的主 要研究方向是计算理论。除了本书之外，他还著有Theory of Computationr: Formal Languages, Automata, and Complexity。

本书多年来一直深受世界各国高校师生的欢迎，是美国哈佛大学、麻省理工学院、普林斯顿大学、加州大学伯克利分校等许多著名大学的首选教材，对我国的高校教学也产生了广泛影响。 本 书以历史眼光，从发展的角度、当前的水平以及现阶段的研究方向等几个方面，全景式描绘了计算机科学各个子学科的主要领域。在内容编排上，本书很好地兼顾了 学科广度和主题深度，把握了最新的技术趋势。本书用算法、数据抽象等核心思想贯穿各个主题，并且充分展现了历史背景、发展历程和新的技术趋势，培养读者的 大局观，为其今后深入学习其他计算机专业课程打下坚实的基础。 本书深入浅出、图文并茂，内容引人入胜，极易引发读者的兴趣，绝无一般教材的枯燥和晦涩。此外，本书的教学手段多样、习题丰富，并且每章后都附有与本章内容相关的社会现实问题供读者思考和讨论，这些都很好地体现了作者强调培养学生分析问题能力的教学理念。 第11版新增了手持移动设备，特别是智能手机的相关内容，主要涉及第3章（操作系统）、第4章（组网）、第6章（编程语言）和第7章（软件工程）中。此外，书中还对软件所有权和责任、训练人工神经网络等许多相关内容做了更新，以反映最新技术面貌。

第0 章 绪论　　 1 0.1 算法的作用　　 1 0.2 计算机器的由来　　 3 0.3 算法的科学　　 7 0.4 抽象　　8 0.5 学习大纲　　8 0.6 社会影响　　 9 社会问题　　11 课外阅读　　12 第1 章 数据存储　　13 1.1 位和位存储　　13 1.1.1 布尔运算　　 13 1.1.2 门和触发器　　 14 1.1.3 十六进制记数法　　 17 1.2 主存储器　　18 1.2.1 存储器结构　　 18 1.2.2 存储器容量的度量　　 19 1.3 海量存储器　　20 1.3.1 磁学系统　　 20 1.3.2 光学系统　　 22 1.3.3 闪存驱动器　　 23 1.3.4 文件存储及检索　　 24 1.4 用位模式表示信息　　 25 1.4.1 文本的表示　　 25 1.4.2 数值的表示　　 26 1.4.3 图像的表示　　 27 1.4.4 声音的表示　　 28 *1.5 二进制系统　　29 1.5.1 二进制记数法　　29 1.5.2 二进制加法　　 31 1.5.3 二进制中的小数　　 32 *1.6 整数存储　　33 1.6.1 二进制补码记数法　　 33 1.6.2 余码记数法　　 36 *1.7 小数的存储　　 37 1.7.1 浮点记数法　　 37 1.7.2 截断误差　　 39 *1.8 数据压缩　　 41 1.8.1 通用的数据压缩技术　　 41 1.8.2 图像压缩　　 43 1.8.3 音频和视频压缩　　 44 *1.9 通信差错　　 45 1.9.1 奇偶校验位　　 45 1.9.2 纠错编码　　 46 复习题　　47 社会问题　　50 课外阅读　　51 第2 章 数据操控　　52 2.1 计算机体系结构　　 52 2.1.1 CPU基础知识　　52 2.1.2 存储程序概念　　53 2.2 机器语言　　 54 2.2.1 指令系统　　 54 2.2.2 一种演示用的机器语言　　 56 2.3 程序执行　　 58 2.3.1 程序执行的一个例子　　60 2.3.2 程序与数据　　 62 *2.4 算术/逻辑指令　　 63 2.4.1 逻辑运算　　 63 2.4.2 循环移位及移位运算　　 65 2.4.3 算术运算　　 66 *2.5 与其他设备通信　　 67 2.5.1 控制器的作用　　67 2.5.2 直接内存存取　　68 2.5.3 握手　　 69 2.5.4 流行的通信媒介　　 69 2.5.5 通信速率　　 70 *2.6 其他体系结构　　70 2.6.1 流水线　　　70 2.6.2 多处理器计算机　　 71 复习题　　72 社会问题　　 77 课外阅读　　77 第3 章 操作系统　　79 3.1 操作系统的历史　　79 3.2 操作系统的体系结构　　82 3.2.1 软件概述　　82 3.2.2 操作系统组件　　84 3.2.3 系统启动　　86 3.3 协调机器的活动　　88 3.3.1 进程的概念　　88 3.3.2 进程管理　　88 *3.4 处理进程间的竞争　　90 3.4.1 信号量　　90 3.4.2 死锁　　91 3.5 安全性　　93 3.5.1 来自机器外部的攻击　　93 3.5.2 来自机器内部的攻击　　94 复习题　　95 社会问题　　98 课外阅读　　98 第4 章 组网及因特网　　99 4.1 网络基础　　99 4.1.1 网络分类　　99 4.1.2 协议　　100 4.1.3 网络互连　　102 4.1.4 进程间通信的方法　　104 4.1.5 分布式系统　　 105 4.2 因特网　　106 4.2.1 因特网体系结构　　106 4.2.2 因特网编址　　108 4.2.3 因特网应用　　109 4.3 万维网　　113 4.3.1 万维网实现　　113 4.3.2 HTML　　114 4.3.3 XML 　　117 4.3.4 客户端和服务器端的活动　　118 *4.4 因特网协议　　119 4.4.1 因特网软件的分层方法　　119 4.4.2 TCP/IP协议簇　　122 4.5 安全性　　123 4.5.1 入侵的形式　　124 4.5.2 防护和对策　　125 4.5.3 加密　　126 4.5.4 网络安全的法律途径　　128 复习题　　130 社会问题　　131 课外阅读　　132 第5 章 算法　　134 5.1 算法的概念　　134 5.1.1 概览　　134 5.1.2 算法的正式定义　　135 5.1.3 算法的抽象本质　　136 5.2 算法的表示　　136 5.2.1 原语　　137 5.2.2 伪代码　　139 5.3 算法的发现　　142 5.3.1 问题求解的艺术　　142 5.3.2 入门　　144 5.4 迭代结构　　146 5.4.1 顺序搜索法　　147 5.4.2 循环控制　　148 5.4.3 插入排序算法　　151 5.5 递归结构　　154 5.5.1 二分搜索算法　　154 5.5.2 递归控制　　159 5.6 有效性和正确性　　160 5.6.1 算法有效性　　160 5.6.2 软件验证　　163 复习题　　167 社会问题　　171 课外阅读　　171 第6 章 程序设计语言　　172 6.1 历史回顾　　172 6.1.1 早期程序设计语言　　172 6.1.2 独立并超越机器　　174 6.1.3 程序设计范型　　175 6.2 传统的程序设计概念　　179 6.2.1 变量和数据类型　　180 6.2.2 数据结构　　181 6.2.3 常量和字面量　　182 6.2.4 赋值语句　　183 6.2.5 控制语句　　184 6.2.6 注释　　187 6.3 过程单元　　188 6.3.1 过程　　188 6.3.2 参数　　189 6.3.3 函数　　192 6.4 语言实现　　193 6.4.1 翻译过程　　193 6.4.2 软件开发包　　198 6.5 面向对象程序设计　　199 6.5.1 类和对象　　199 6.5.2 构造器　　 202 6.5.3 附加特性　　 202 *6.6 程序设计中的并发活动　　 204 *6.7 说明性程序设计　　 206 6.7.1 逻辑推演　　 206 6.7.2 Prolog 　　 208 复习题　　210 社会问题　　213 课外阅读　　214 第7 章 软件工程　　 215 7.1 软件工程学科　　 215 7.2 软件生命周期　　 217 7.2.1 周期是个整体　　217 7.2.2 传统的开发阶段　　218 7.3 软件工程方法　　 220 7.4 模块化　　221 7.4.1 模块式实现　　222 7.4.2 耦合　　 224 7.4.3 内聚　　 225 7.4.4 信息隐藏　　225 7.4.5 构件　　226 7.5 行业工具　　 227 7.5.1 较老的工具　　 227 7.5.2 统一建模语言　　 228 7.5.3 设计模式　　232 7.6 质量保证　　 233 7.6.1 质量保证的范围　　233 7.6.2 软件测试　　 234 7.7 文档编制　　 235 7.8 人机界面　　 236 7.9 软件所有权和责任　　238 复习题　　240 社会问题　　242 课外阅读　　243 第8 章 数据抽象　　244 8.1 数据结构基础　　 244 8.1.1 数组　　 244 8.1.2 列表、栈和队列　　245 8.1.3 树　　 245 8.2 相关概念　　 247 8.2.1 抽象　　247 8.2.2 静态结构与动态结构　　 247 8.2.3 指针　　 248 8.3 数据结构的实现　　 248 8.3.1 数组的存储　　248 8.3.2 列表的存储　　251 8.3.3 栈和队列的存储　　254 8.3.4 二叉树的存储　　255 8.3.5 数据结构的操作　　257 8.4 一个简短案例　　 259 8.5 定制的数据类型　　 263 8.5.1 用户自定义数据类型　　 263 8.5.2 抽象数据类型　　 264 *8.6 类和对象　　 266 *8.7 机器语言中的指针　　267 复习题　　269 社会问题　　273 课外阅读　　274 第9 章 数据库系统　　275 9.1 数据库基础　　275 9.1.1 数据库系统的重要性　　275 9.1.2 模式的作用　　276 9.1.3 数据库管理系统　　277 9.1.4 数据库模型　　278 9.2 关系模型　　 279 9.2.1 关系设计中的问题　　 279 9.2.2 关系运算　　282 9.2.3 SQL 　　285 *9.3 面向对象数据库　　287 *9.4 维护数据库的完整性　　289 9.4.1 提交/回滚协议　　289 9.4.2 锁定　　 290 *9.5 传统的文件结构　　291 9.5.1 顺序文件　　291 9.5.2 索引文件　　294 9.5.3 散列文件　　294 9.6 数据挖掘　　 297 9.7 数据库技术的社会影响　　299 复习题　　300 社会问题　　303 课外阅读　　304 第10 章 计算机图形学　　305 10.1 计算机图形学的范围　　 305 10.2 3D图形概述　　307 10.3 建模　　 308 10.3.1 单个物体的建模　　308 10.3.2 整个场景的建模　　313 10.4 渲染　　314 10.4.1 光－表面交互　　314 10.4.2 裁剪、扫描转换和隐藏面的消除　　316 10.4.3 着色　　319 10.4.4 渲染－流水线硬件　　320 *10.5 处理全局照明　　321 10.5.1 光线跟踪　　　321 10.5.2 辐射度　　323 10.6 动画　　323 10.6.1 动画基础　　323 10.6.2 运动学和动力学　　325 10.6.3 动画制作过程　　326 复习题　　326 社会问题　　328 课外阅读　　329 第11 章 人工智能　　330 11.1 智能与机器　　330 11.1.1 智能体　　330 11.1.2 研究方法　　332 11.1.3 图灵测试　　332 11.2 感知　　333 11.2.1 理解图像　　333 11.2.2 语言处理　　335 11.3 推理　　338 11.3.1 产生式系统　　338 11.3.2 搜索树　　340 11.3.3 启发式搜索　　342 11.4 其他研究领域　　346 11.4.1 知识的表达和处理　　346 11.4.2 学习　　347 11.4.3 遗传算法　　349 11.5 人工神经网络　　349 11.5.1 基本特性　　350 11.5.2 训练人工神经网络　　351 11.5.3 联想记忆　　353 11.6 机器人学　　356 11.7 后果的思考　　358 复习题　　359 社会问题　　363 课外阅读　　364 第12 章 计算理论　　365 12.1 函数及其计算　　365 12.2 图灵机　　367 12.2.1 图灵机的原理　　367 12.2.2 丘奇-图灵论题　　369 12.3 通用程序设计语言　　370 12.3.1 Bare Bones语言　　370 12.3.2 用Bare Bones语言编程　　372 12.3.3 Bare Bones的通用性　　373 12.4 一个不可计算的函数　　375 12.4.1 停机问题　　375 12.4.2 停机问题的不可解性　　376 12.5 问题的复杂性　　379 12.5.1 问题复杂性的度量　　379 12.5.2 多项式问题与非多项式问题　　382 12.5.3 NP问题　　383 *12.6 公钥密码学　　386 12.6.1 模表示法　　386 12.6.2 RSA公钥加密系统　　387 复习题　　389 社会问题　　392 课外阅读　　392 附录A ASCII 码　　394 附录B 处理二进制补码表示的电路　　395 附录C 一种简单的机器语言　　397 附录D 高级编程语言　　399 附录E 迭代结构与递归结构的等价性　　401 索引　　403 问题与练习答案（图灵社区网站下载）