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出版者:科学出版社

作者:

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:2005-4

价格:41.00元

装帧:

isbn号码:9787030153272

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• 信息技术
• 大学教材
• 计算机基础
• 信息科学
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• 基础课程
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• 技术概论
• 知识体系

计算机科学导论：从数字世界到前沿技术 导语： 在信息爆炸的时代，理解和驾驭数字世界的底层逻辑，已成为现代公民的必备素养。本书并非聚焦于特定课程的技能训练，而是旨在为读者构建一个全面、系统、前瞻性的计算机科学知识框架。它带领读者深入探究计算思维的本质，剖析信息如何在机器中被表述、处理和传输，并展望未来计算技术可能带来的深刻变革。 --- 第一部分：计算的基石——从逻辑到硬件 本部分旨在打牢读者对计算系统的基础认知，理解一切数字操作的物理和逻辑根源。 第一章：计算的哲学与逻辑基础 本章首先探讨计算的起源，追溯从古代的计数工具到现代图灵机的理论演变。重点阐述“可计算性”的概念，即哪些问题可以通过算法解决，哪些是不可判定的。随后，深入布尔代数和逻辑门的世界。读者将学习如何使用AND、OR、NOT、XOR等基本逻辑元件构建更复杂的组合逻辑电路，理解数字电路的“积木”是如何搭建起来的。这不仅是硬件的起点，更是所有软件逻辑的抽象模型。 第二章：数字世界的构建块——二进制与信息编码 信息如何从真实世界转化为机器可以理解的0和1？本章详细阐述了二进制、八进制、十六进制的相互转换及其在计算机中的重要性。核心内容聚焦于信息的编码标准： 整数与浮点数的表示： 补码、原码如何精确或近似地表示有符号和无符号整数；IEEE 754标准如何定义单精度和双精度浮点数的存储结构，以及由此带来的精度损失和范围限制问题。 字符与多媒体编码： 从早期的ASCII到占据主导地位的Unicode（UTF-8/UTF-16）的演进，理解字符集的重要性。图像（像素、色彩深度、位图与矢量）、音频（采样率、量化）的数字化过程及其压缩原理（如JPEG、MP3的无损与有损压缩）。 第三章：计算机的物理结构与工作原理 本章揭示计算机硬件的“解剖学”。我们将系统地解析冯·诺依曼体系结构，探讨CPU（中央处理器）、内存（RAM/ROM）、输入/输出设备之间的交互机制。 CPU深度解析： 深入指令集架构（ISA），理解指令的获取、解码、执行周期（Fetch-Decode-Execute Cycle）。探讨现代处理器如何通过流水线、超标量、乱序执行等技术提升性能。 存储器的层级结构： 从寄存器、高速缓存（L1/L2/L3 Cache）到主存（RAM）的性能差异与作用。详细解释缓存命中率、局部性原理（时间局部性与空间局部性）如何影响程序执行速度。 总线与接口： 阐述数据如何在组件间高效传输的机制，理解PCIe、SATA等现代I/O接口的作用。 --- 第二部分：软件的灵魂——抽象与控制 理解了硬件基础后，本部分转向软件层面，探讨如何组织和控制计算过程。 第四章：操作系统：计算资源的管理者 操作系统是硬件与应用程序之间的桥梁。本章将操作系统视为一个复杂的资源管理系统。 进程与线程管理： 区分进程与线程的概念，探讨并发与并行。深入研究调度算法（如时间片轮转、优先级调度、多级反馈队列），理解操作系统如何公平有效地分配CPU时间。 内存管理： 探讨虚拟内存的概念及其重要性。深入分页（Paging）和分段（Segmentation）机制，理解地址转换过程，以及缺页中断（Page Fault）的处理。 文件系统与I/O： 描述文件系统的逻辑结构（如目录树、inode），以及数据持久化的机制。探讨缓冲、缓存和中断驱动的I/O处理方式。 第五章：数据结构与算法的艺术 算法是解决问题的精确步骤，数据结构则是组织数据的有效方式。本章强调设计高效算法的重要性。 基础数据结构： 详细分析数组、链表（单向、双向、循环）、栈（LIFO）和队列（FIFO）的实现及其操作复杂度。 高级结构与应用： 深入树形结构（二叉树、平衡树如AVL/红黑树、B树在数据库中的应用）和图结构（遍历、最短路径算法如Dijkstra、Floyd-Warshall）。 算法效率分析： 引入大O表示法（$O(n), O(n log n), O(n^2)$等），教授读者如何对算法的时间复杂度和空间复杂度进行科学评估。重点分析排序算法（快速排序、归并排序）和搜索算法的优劣。 第六章：编程范式与软件工程基础 本章引导读者理解不同编程思维模式以及构建大型软件所需的规范。 编程范式： 对比过程式编程、面向对象编程（OOP的三大特性：封装、继承、多态）和函数式编程的核心思想，理解每种范式在解决特定问题时的优势。 编译与解释： 剖析源代码到可执行文件的转换过程，理解编译器和解释器的作用与区别。 软件开发流程： 简要介绍软件生命周期模型（如瀑布、敏捷），强调模块化、抽象化在控制软件复杂度中的作用。 --- 第三部分：连接世界——网络、安全与未来计算 本部分将视角从单机扩展到全球互联环境，并展望计算技术的未来趋势。 第七章：互联网的架构与通信协议 本章详细解析我们日常使用的互联网是如何运作的，聚焦于TCP/IP协议族。 网络层次模型： 深入理解OSI七层模型和TCP/IP四层模型，重点剖析每一层的功能（物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层）。 关键协议解析： ARP、IP地址（IPv4与IPv6）、ICMP的工作机制。深入探究TCP（三次握手、可靠传输、流量控制）和UDP（无连接的快速传输）的区别与应用场景。 应用层服务： HTTP/HTTPS的工作流程（请求-响应模式、状态管理、TLS/SSL加密握手），以及DNS（域名系统）如何实现域名到IP地址的解析。 第八章：信息安全与隐私保护 随着数据价值的提升，安全已成为计算的重中之重。本章探讨数字世界中的威胁与防御手段。 加密技术： 区分对称加密（如AES）和非对称加密（如RSA）。深入理解公钥基础设施（PKI）和数字签名的原理，确保数据在传输和存储中的机密性、完整性和不可否认性。 网络安全威胁： 识别常见的攻击手段，如恶意软件（病毒、木马、勒索软件）、拒绝服务攻击（DoS/DDoS）以及社会工程学攻击。 身份验证与访问控制： 探讨密码学散列函数的作用、多因素认证（MFA）的机制，以及访问控制列表（ACL）的基本概念。 第九章：新兴计算范式展望 本章超越当前的硅基计算，探讨驱动下一代技术革命的前沿领域。 并行与分布式计算： 讨论云计算的基本架构（IaaS, PaaS, SaaS），以及MapReduce等框架在处理海量数据时的优势。 人工智能与机器学习概述： 简要介绍人工智能的历史脉络，区分机器学习、深度学习的核心概念（神经网络、训练与推理），强调数据在模型构建中的核心地位。 量子计算的潜力： 介绍量子比特（Qubit）、叠加态和量子纠缠等基本概念，初步探讨量子计算相对于经典计算在特定问题（如因式分解、模拟物理系统）上的颠覆性潜力。 --- 结语： 本书提供的不是一个封闭的工具箱，而是一张探索计算科学广阔疆域的地图。它要求读者不仅要“会用”技术，更要理解技术“为何如此”，从而具备在未来技术迭代中持续学习和创新的能力。掌握这些基础知识，才能真正驾驭由信息技术驱动的未来世界。

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翻阅这本书的过程中，我最大的感受是其对软件应用层面的覆盖广度令人惊叹。它并非局限于讲解某个特定软件的操作手册，而是立足于“信息素养”的高度，系统性地梳理了办公软件、数据库基础乃至网络协作工具的通用逻辑。例如，在电子表格部分，作者不仅细致讲解了常用函数，更侧重于数据透视表和条件格式在商业分析中的强大功能，让我意识到Excel远不止是做个简单加减的地方，而是一个强大的数据处理平台。关于数据库基础，SQL语句的引入恰到好处，它没有让读者陷入复杂的范式理论，而是通过设计一个简单的图书馆借阅系统案例，直观展示了数据结构化管理的重要性，极大地提升了我的数据思维能力。此外，教材对信息安全和隐私保护的篇幅也给予了足够的重视，它用多个真实案例警示我们网络行为的潜在风险，并提供了切实可行的防护策略，这对于我们这些在虚拟世界中日益活跃的学生来说，无疑是及时且必要的教育。这本书的优点在于它的实用性，它提供的知识点是立即可用于提升日常学习和工作效率的“弹药”，而非停留在理论堆砌的空中楼阁。

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这本书的编写风格可以说是非常“用户友好”，这一点从其排版布局和语言的选取上就能明显感受出来。相较于其他一些动辄充满晦涩专业术语的教材，这本《大学信息技术基础》使用了大量清晰的流程图和对比表格来解释复杂概念，使得阅读体验流畅且不费力。特别是当涉及到网络协议（如TCP/IP模型）这类抽象的概念时，作者采用了一种“分层剥茧”的叙述方式，先给出整体框架，再逐层深入细节，每一步都有明确的总结和回顾，有效避免了读者在知识点迷宫中迷失方向。我个人特别喜欢它在每个章节末尾设置的“反思与挑战”环节，它提供的不是简单的知识点回顾，而是开放性的思考题，促使我们去思考技术对社会伦理、未来职业发展的影响，真正做到了“学以致用，思以致远”。这种鼓励主动探索而非被动接收的教学设计，极大地激发了我对这门课程的学习热情，让我觉得学习技术不再是任务，而是一场有趣的智力探险。

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深入阅读这本书，我注意到它对新兴技术的关注度非常高，显示出编者紧跟时代步伐的努力。虽然是基础教材，但对于云计算（IaaS, PaaS, SaaS的区分与应用）、大数据处理的基本思想，以及人工智能的简要概念，都进行了恰到好处的介绍。这些内容的篇幅控制得非常好，既没有过度渲染技术炒作，也没有因为内容太新颖就避而不谈。例如，在讲解云计算时，教材并未要求我们精通某一特定厂商的服务，而是聚焦于理解“资源虚拟化”和“按需付费”的核心商业模式，这种宏观层面的把握对于培养我们的未来视野至关重要。在我看来，一本合格的大学基础教材，不仅要教授“现在的知识”，更要为“未来的变革”做好准备。这本教材成功地在夯实传统IT基础（如操作系统原理）的同时，也为我们打开了一扇通往未来技术世界的大门，让我对未来技术趋势有了初步的判断力和辨识力，避免了被表面的热点所迷惑。

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这本《大学信息技术基础》的教材，着实让我这个刚踏入大学校门的新生体会到了“信息洪流”的冲击。开篇对于计算机硬件的介绍，详实得如同拆解一台精密仪器，从CPU的核心架构到内存的层次划分，再到存储设备的迭代演变，讲解得鞭辟入里。我原以为这部分会枯燥乏味，但作者巧妙地穿插了大量现实生活中的应用案例，比如高性能计算如何支撑天气预报的精确性，固态硬盘如何改变了我们的开机速度，使得原本抽象的技术概念变得具象可感。尤其是对二进制和布尔代数的阐述，作者没有停留在死板的公式推导，而是用生动的逻辑电路图和日常决策场景进行类比，让我这个工科小白也能迅速抓住其底层思维模式。更让我欣赏的是，教材并没有止步于介绍“是什么”，而是深入探讨了“为什么”。例如，在讲解摩尔定律时，它不仅陈述了定律本身，还探讨了物理极限对未来计算发展的制约，激发了我对更深层次信息科学的探索欲。总而言之，它为我构建了一个坚实的技术基石，让我不再视计算机为一个黑箱，而是可以理解其内在运作机制的复杂系统。这本书的价值，在于它成功地架起了理论知识与实际应用之间的桥梁，让“基础”不再是空泛的口号，而是可以触摸和理解的实在知识体系。

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对我这个对编程逻辑抱有好奇心的读者而言，这本书在算法与编程入门这部分的处理方式，简直是教科书级别的典范。它没有直接抛出一个复杂的编程语言环境让初学者望而却步，而是从最基础的流程控制、变量定义、数据结构概念入手，并辅以伪代码和简化的C语言片段进行说明。最出彩的是，它对“算法效率”的讲解，通过比较冒泡排序和选择排序的时间复杂度差异，用直观的图示清晰地展现了优秀算法设计的重要性，这远比单纯背诵时间复杂度符号要来得深刻。作者非常注重培养读者的“计算思维”，即如何将一个复杂问题分解、抽象、并用逻辑步骤解决。这种思维的训练，贯穿在每一个习题和案例分析中。读完这部分内容，我感觉自己对编写程序的那种结构化、精确化的思维模式有了初步的掌握，即便我以后不会成为专业程序员，这种解决问题的逻辑框架也能应用到我未来专业领域的任何挑战中去。这不仅仅是一本技术书，更像是一本逻辑思维的训练手册。

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