计算机公共基础教程

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出版者:冶金工业出版社
作者:柳青
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2001-10-01
价格:25.0
装帧:
isbn号码:9787502428914
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

现代信息科学与工程基础 第一章 逻辑思维与离散结构 本章深入探讨支撑现代计算科学的数学基础——逻辑推理和离散结构。内容涵盖命题逻辑与谓词逻辑的严密形式化表达,包括逻辑连接词、真值表、推理规则(如肯定前件、否定后件)的系统性讲解。在此基础上,章节转向集合论的严格定义,阐述集合的运算(并、交、差、补集)及其在建模中的应用。随后,对关系与函数进行深入分析,重点讨论等价关系、偏序关系及其在排序和结构化数据中的角色。图论作为离散数学的核心分支,将详细介绍基本概念(顶点、边、通路、回路),并着重讲解连通性、欧拉图、哈密顿图的性质与判定方法。树结构作为图论的一种特例,将探讨生成树、最小生成树(普里姆算法和克鲁斯卡尔算法)的应用。本章旨在为读者构建清晰、无歧义的抽象思维框架,这是理解任何复杂算法和数据结构的前提。 第二章 计算机系统硬件与体系结构 本章旨在揭示计算机系统的“骨架”——硬件体系结构。我们将从最底层的电子元件出发,追溯到冯·诺依曼体系结构的核心概念,包括程序存储、指令集和数据通路。内容细致入微地解析了中央处理器(CPU)的工作原理,详细阐述了指令的获取、解码、执行和写回过程,并引入流水线技术以提升指令吞吐率。存储系统被分解为多个层次:寄存器、高速缓存(Cache)的设计原理(直接映射、集合关联、全相联)、主存(DRAM)的工作机制,以及虚拟存储管理(分页与分段)如何有效扩展物理内存。输入/输出(I/O)系统则侧重于中断机制、DMA(直接内存访问)的原理,以及不同I/O设备(磁盘、网络接口)的交互协议。此外,本章还将探讨现代多核处理器和并行计算的基础概念,为后续学习并行算法奠定硬件基础。 第三章 操作系统原理与实现 操作系统是管理计算机硬件资源、为应用程序提供运行环境的“中枢神经系统”。本章将系统地剖析操作系统的核心功能与设计哲学。内容从进程与线程的管理开始,详述了进程的生命周期、上下文切换的开销,以及线程模型的优劣。同步与互斥是本章的关键难点,我们将使用信号量、管程、经典同步问题(生产者-消费者、哲学家就餐问题)来演示并发控制的复杂性,并探讨现代操作系统中无锁数据结构的应用。内存管理部分将深入探讨分页机制中的地址翻译过程、TLB(快表)的作用,以及内存分配算法(如首次适应、最佳适应)。文件系统是操作系统提供给用户持久化存储的接口,本章将分析磁盘调度算法(如SSTF、SCAN),并考察日志结构文件系统和分布式文件系统的基本设计思路。关于死锁的预防、检测与解除策略,也将进行严谨的数学分析。 第四章 数据库系统与数据管理 本章专注于数据组织、存储和高效检索的技术——数据库系统。我们将从数据模型的演进入手,重点剖析关系代数与元组演算作为理论基础,并详细讲解SQL(结构化查询语言)的声明式编程范式,涵盖数据定义(DDL)、数据操纵(DML)和数据控制(DCL)。关系数据库设计的核心在于规范化理论,本章将详尽阐述从第一范式到BCNF(巴斯-科德范式)的分解过程,以消除数据冗余和更新异常。性能优化是数据库实用的关键,内容将涉及索引结构(B树、B+树)的构建与查询优化器的工作流程。事务管理是确保数据一致性的基石,我们将深入探讨ACID属性的保证机制,特别是两阶段封锁(2PL)协议在并发控制中的作用,以及基于日志的恢复技术(如检查点和前滚/回滚)。 第五章 计算机网络与通信基础 本章构建了从比特到应用程序的端到端网络通信理论框架,主要围绕TCP/IP协议栈进行系统阐述。内容始于物理层和数据链路层,详细分析了差错控制(检错与纠错码)和MAC协议(CSMA/CD、ALOHA)。网络层是本章的重点,深入探讨了IP地址的编址方案(IPv4/IPv6)以及路由选择协议(如RIP、OSPF)的工作原理。传输层协议对比是关键,着重分析TCP如何通过三次握手、滑动窗口实现可靠的数据流控制和拥塞控制(如Tahoe、Reno算法),并对比UDP的无连接特性。应用层协议则覆盖了HTTP/1.1和DNS等核心协议的报文结构和交互流程。此外,网络安全基础,如公钥基础设施(PKI)和基本加密算法(如AES、RSA的原理概述),也将作为本章的补充内容。 第六章 算法设计与分析 本章是计算思维的核心,专注于如何高效地解决计算问题。内容首先确立了算法分析的严谨性:时间复杂度和空间复杂度的度量标准(大O、Ω、Θ)。随后,章节系统地介绍了几种主要的算法设计范式:分治法(如快速排序、归并排序)、贪心算法(如霍夫曼编码、活动选择问题)和动态规划(如背包问题、最长公共子序列)。对于需要系统探索解空间的复杂问题,本章将深入讲解回溯法和分支限界法。在算法复杂性理论方面,内容将引入判定问题、可判定性、P类与NP类的概念,并详述NP完全性理论的关键证明(如Karp的21个问题),帮助读者理解哪些问题在计算上是“困难”的。 第七章 编程范式与软件工程基础 本章旨在从工程实践的角度审视程序的构建。内容首先对比了主要的编程范式:过程式编程、面向对象编程(OOP)的封装、继承与多态的严格定义,以及函数式编程的核心特性(不可变性、高阶函数)。软件工程部分则关注于构建可靠、可维护的系统:从需求分析、设计(UML图示法)、编码到测试。测试的层次结构(单元测试、集成测试、系统测试)将得到强调,并引入代码审查和版本控制系统(如Git)的协作流程。设计模式作为前人经验的结晶,将精选介绍工厂模式、单例模式和观察者模式,分析它们在解决常见软件设计问题时的应用场景和权衡。强调代码的清晰度、模块化和错误处理机制,是培养优秀软件开发者的关键。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的编排结构非常合理,逻辑清晰,就像一条蜿蜒而又通畅的河流,引导着我逐步深入到计算机的各个重要领域。每个章节的开头都简要回顾了上一章的关键内容,并点明了本章将要探讨的主题,这种承上启下的设计,让我能够很好地把握学习的整体脉络。在进入操作系统章节时,作者先从操作系统的基本功能入手,比如进程管理、内存管理、文件管理,然后逐步深入到这些功能的具体实现原理,例如进程的状态转换,虚拟内存是如何工作的,以及文件系统是如何组织和存储数据的。这种由宏观到微观,再由微观回到宏观的学习思路,让我能够对操作系统有一个全面而深入的理解。在网络部分,作者先介绍了OSI七层模型和TCP/IP四层模型,然后重点讲解了每一层中的关键协议,比如HTTP、FTP、SMTP等。通过对比分析不同协议的功能和应用场景,我能够清晰地理解它们在网络通信中的不同角色。书中还穿插了一些实际的网络应用场景分析,比如网页浏览是如何实现的,电子邮件是如何发送和接收的,这些都极大地增强了我学习的实践性。尤其值得一提的是,在讲解数据库索引时,书中详细对比了B树和B+树的区别,并解释了为什么B+树在数据库中更为常用,这种深入的分析让我对数据库的性能优化有了更深的认识。这本书没有给我留下任何“知识断层”的感觉,每一个知识点都像是河流中的一块石头,牢固地连接在一起,构成了完整的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版设计非常人性化,字号适中,行间距也恰到好处,长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。更重要的是,作者在讲解一些相对抽象的概念时,非常善于运用图示和类比,这对于我这种理论知识相对薄弱的学习者来说,简直是雪中送炭。例如,在讲解CPU的工作原理时,书中用了非常形象的比喻,将CPU比作一个高效的“大脑”,负责接收指令、进行计算并输出结果。这个比喻让我瞬间茅塞顿开,之前觉得枯燥乏味的寄存器、时钟周期等概念,一下子就变得生动起来。操作系统中的进程调度,也通过一个生动的“餐厅服务员”模型进行了阐述,服务员(CPU)如何高效地为桌子(进程)提供服务,并处理各种服务请求(I/O操作),让我对多任务处理有了全新的认识。而网络通信的复杂流程,也被拆解成了一个个清晰的步骤,就像是邮递员送信的过程,从发件人地址、收件人地址,到中间经过的各个邮局,层层递进,最终将信件送达。这些巧妙的类比和直观的图解,极大地降低了学习门槛,让原本晦涩的技术术语变得易于理解和记忆。我特别喜欢书中对一些经典案例的分析,比如早期操作系统的发展历程,以及各种网络协议的设计初衷,这些内容不仅增加了知识的广度,也让我能够从历史的角度去理解计算机技术是如何一步步发展到今天的。这本书没有给我留下任何“空中楼阁”的感觉,而是让我觉得,我确实在一步步地构建起一个扎实的计算机知识体系。

评分☆☆☆☆☆

我一直以来对技术类书籍都抱着一种谨慎的态度,生怕自己跟不上作者的思路,或者被各种专业术语淹没。然而,这本书给我带来的却是一次非常愉悦的学习体验。它并不是那种枯燥乏味、只堆砌概念的教材,而是更像一位经验丰富的老师,循序渐进地引导我进入计算机的世界。在讲解数据结构时,书中并没有上来就抛出复杂的算法,而是先从现实生活中常见的“整理物品”这个场景入手,引出了数组、链表等基本结构。我瞬间就明白了,原来这些抽象的概念,和我们日常生活中的事物有着如此紧密的联系。例如,链表的概念,就像是把一串项链的珠子分散开,每一颗珠子都知道下一颗珠子在哪里,而不需要按照固定的顺序排列,这让我在理解指针和节点时,不再感到茫然。同样,在讲解算法时,作者并没有上来就介绍时间复杂度和空间复杂度,而是通过一些简单的例子,比如“在一堆扑克牌中找出特定的牌”,来生动地展示不同查找算法的效率差异。这种由浅入深、循序渐进的教学方式,让我倍感安心,也大大增强了我继续学习下去的信心。即使遇到一些我之前完全陌生的概念,比如操作系统的内存管理中的“分页”和“分段”,书中的讲解也足够清晰,并且配有详细的图解,让我能够可视化地理解这些过程,而不是死记硬背。这本书真正做到了“授人以渔”,让我学会了如何去理解和掌握这些计算机基础知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性是我最看重的一点,它不仅仅停留在理论层面,而是充满了实践的指导意义。在讲解Linux操作系统的常用命令时,书中不仅列举了命令的语法和参数,还提供了大量的实际应用场景,比如如何查找文件、如何管理进程、如何查看系统日志等。这些命令的学习,让我觉得我真的能够操作和管理计算机了,而不仅仅是看着屏幕。例如,在讲解`grep`命令时,书中演示了如何利用`grep`在海量日志文件中快速定位到特定的错误信息,这对于解决实际问题非常有帮助。在数据库部分,书中详细介绍了SQL语言的基本语法,并提供了大量的练习题,让我能够亲手编写SQL语句,实现数据的查询、插入、更新和删除。当我成功地从数据库中提取出我想要的数据时,那种成就感是难以言喻的。在网络部分,书中也介绍了一些常用的网络诊断工具,比如`ping`和`traceroute`,并解释了如何利用这些工具来判断网络故障,这对于解决日常上网问题非常有帮助。这本书让我觉得,我学到的不仅仅是知识,更重要的是解决实际问题的能力。它为我打开了一扇通往实际应用的大门,让我能够更好地理解和运用计算机技术。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为,学习计算机科学,最重要的是培养一种逻辑思维和抽象能力,而这本书在这方面做得尤为出色。在讲解算法设计时,书中并没有直接给出复杂的算法,而是引导读者从问题的本质出发,分析问题的特点,然后逐步设计出解决问题的步骤。例如,在讲解“排序算法”时,作者先引导读者思考,如何才能将一堆无序的数字变成有序的?这可以是一趟一趟地比较,也可以是分成几组处理。这种引导式的问题分析,让我学会了如何去分解问题,如何去寻找解决问题的有效途径。在讲解“图论”时,书中用“城市之间的道路连接”作为类比,让我能够直观地理解顶点、边、路径等概念。然后,再逐步引入最短路径算法、最小生成树算法等,让我明白了这些抽象的数学模型在实际问题中的应用。例如,最短路径算法可以用来规划导航路线,最小生成树算法可以用来设计通信网络。这本书让我不仅仅是记忆了算法的实现,更重要的是理解了算法的设计思想和背后的逻辑。它让我明白,计算机科学并非是一门枯燥的技术学科,而是一门充满智慧和创造力的学科。通过这本书的学习,我感觉自己的逻辑思维能力得到了显著的提升。

评分☆☆☆☆☆

这本书的专业性让我感到非常满意,它在保持易懂性的同时,并没有牺牲内容的严谨性。作者在讲解每一个概念时,都力求做到准确和详尽,并且引用了许多权威的定义和理论。例如,在讲解操作系统中的进程同步时,书中详细介绍了互斥锁、信号量等同步机制,并解释了它们是如何解决并发访问共享资源时可能出现的竞态条件问题。这些概念的讲解,虽然有一定深度,但作者通过清晰的解释和实例,让我能够理解其背后的原理。在数据库部分,书中对关系型数据库的设计原则、事务的ACID特性、索引的原理等方面都进行了深入的探讨,这些内容对于理解数据库的稳定性和高效性至关重要。例如,ACID特性中的“隔离性”让我明白了为什么多个用户同时访问数据库时,不会相互干扰。在信息安全部分,书中也对常见的加密算法、认证机制、数字签名等进行了详细的介绍,并分析了它们在实际应用中的安全性。例如,数字签名让我明白了如何验证信息的来源和完整性。虽然有些内容需要反复阅读和思考,但我能够感受到作者在内容上的专业积累和严谨态度。这本书让我觉得,我正在学习的是真正有价值、有深度的计算机科学知识,而不是一些浅显的概念。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实,没有过多花哨的装饰,予人一种沉稳、扎实的感觉,非常符合一本“基础教程”的定位。翻开目录,看到的内容涵盖了计算机系统、操作系统、网络基础、数据库原理、信息安全等多个核心领域,虽然我之前对这些概念有过一些零散的了解,但总觉得像是隔着一层纱,无法真正理解其内在的联系和运作机制。尤其是关于计算机系统内部的硬件组成和软件之间的交互,一直是我比较模糊的部分。我一直好奇,当我在键盘上敲下一个字母时,这个指令是如何一步步地被传递、处理,最终呈现在屏幕上的?CPU、内存、硬盘这些概念我大概知道它们的作用,但它们之间是如何协同工作的,数据又是如何在这几个组件之间流动的,我始终没有一个清晰的认知。操作系统作为连接硬件和应用程序的桥梁,其复杂性更是让我望而却步。我只知道它负责管理计算机的资源,调度任务,但我对它的具体工作原理,比如进程管理、内存管理、文件系统等等,缺乏深入的理解。而网络基础部分,虽然我每天都在使用互联网,但对于IP地址、端口号、TCP/IP协议栈这些术语,我更多的是一种“知道它存在”,而不是“理解它是什么”。每次看到技术文章中提到这些,我都会感到一阵头疼。数据库方面,我虽然用过一些简单的数据库应用,但其背后的设计理念、数据模型、SQL语言的精妙之处,我一直没有机会系统地学习。信息安全更是现代社会一个绕不开的话题,病毒、木马、网络攻击,这些名词听起来就很令人不安,但究竟是什么样的原理导致了这些威胁,我们又该如何防范,我一直感到很困惑。这本书的出现,让我觉得终于有了一个可以深入探索这些未知领域的入口,我期待它能为我揭开计算机世界的神秘面纱。

评分☆☆☆☆☆

这本书的设计理念,我认为可以概括为“化繁为简,由表及里”。作者并没有一味地追求知识的深度和广度,而是非常注重引导读者建立起对计算机基础知识的正确认知。在讲解数据库的范式时,书中并没有直接罗列各种范式的定义和规则,而是先通过一个“学生信息管理”的例子,说明了在数据库设计中可能遇到的数据冗余和更新异常问题,然后逐步引入第一范式、第二范式、第三范式,并解释了它们是如何解决这些问题的。这种“先有问题,再给解决方案”的学习模式,让我能够更好地理解这些范式存在的意义和价值。同样,在讲解信息安全中的对称加密和非对称加密时,作者没有上来就介绍AES、RSA等具体算法,而是先通过“两个人传递秘密信息”的场景,分别说明了这两种加密方式的特点和适用范围。例如,对称加密就像是两个人共用一把钥匙,非常快速方便,但钥匙的分发是个问题;而非对称加密则像是一个公开的信箱,任何人都可以往里面投信,但只有拥有私钥的人才能取出信件,这解决的正是钥匙的分发问题。这种由易到难,由抽象到具体,由原理到应用的讲解方式,让我在学习过程中始终保持清晰的思路,并且能够将所学知识融会贯通。这本书让我感受到,学习计算机基础知识,并非是一件令人望而却步的难事,而是可以通过循序渐进的方式,逐步掌握的。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书,我感觉自己仿佛经历了一次“凤凰涅槃”,从一个对计算机世界懵懂无知的旁观者,蜕变成了一个能够初步理解其运作机制的探索者。书中对于计算机底层原理的讲解,尤其让我印象深刻。我一直很好奇,为什么计算机能够执行如此复杂的指令,并且速度如此之快?这本书通过讲解CPU的指令集、流水线技术、缓存机制等,为我揭示了计算机高速运转的秘密。我明白了,原来CPU并不是像我们想象的那样,一次只能处理一个指令,而是通过精妙的设计,能够同时处理多个指令,并且提前将即将需要的指令和数据加载到缓存中,大大缩短了等待时间。操作系统中的内存管理,之前对我来说是一个非常神秘的概念。但书中通过对物理内存、虚拟内存、页面置换算法的详细讲解,我终于理解了计算机是如何在有限的物理内存中运行大量程序的。尤其是对“页面置换算法”的讲解,让我明白了当内存不足时,操作系统是如何根据一定的策略,将不再使用的内存页换出到磁盘,从而为新的页面腾出空间。这种对底层机制的深入剖析,让我对计算机的硬件和软件之间的协同工作有了更深刻的理解。我不再仅仅是使用者,而是开始思考,为什么它会这样工作,以及它还能如何做得更好。这本书让我对计算机产生了前所未有的好奇心和探索欲。

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这本书的语言风格非常亲切,没有那种高高在上、令人望而生畏的学术腔调。作者仿佛是一位邻家大哥,用平实易懂的语言,一点一点地为我揭示计算机世界的奥秘。我之前对计算机网络中的TCP三次握手和四次挥手一直感到非常困惑,总是记不住过程。但是,这本书用了一个非常形象的比喻,将TCP连接的建立和断开比作两个人打电话的过程,从“喂,你在吗?”到“嗯,我在这边,听到我说话了吗?”,再到最后的“好的,我挂了,再见!”,每一个步骤都对应着TCP协议中的一个报文段,让我一下子就明白了它们的作用和意义。这种将抽象的通信协议生活化的讲解方式,让我记忆深刻,而且能够举一反三。在讲解数据库的索引时,作者并没有直接深入到B+树的细节,而是先以图书馆的图书索引为例,解释了索引存在的必要性以及它如何提高查找效率。然后,再逐步引入数据库索引的概念,并说明了不同类型的索引在实际应用中的优劣。这种从生活场景出发,逐步深入到技术细节的学习路径,让我感觉非常自然,也更容易接受。即使是信息安全中一些听起来很专业的概念,比如加密算法,书中也通过一些简单的例子,比如“传递一份秘密信件,需要双方约定好一种特殊的解密方式”,来解释其基本原理,让我不再觉得信息安全只是一个遥不可及的黑客世界。这本书真的让我感觉,计算机不再是一个冰冷的技术名词,而是一个充满逻辑和智慧的有趣世界。

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