大学计算机基础上机指导与习题解答 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:安志远

出品人:

页数:160

译者:

出版时间:2006-8

价格:15.00元

装帧:

isbn号码:9787115148780

丛书系列:

图书标签:

• 大学计算机基础
• 上机指导
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• C语言
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• 计算机应用
• 高等教育
• 教材

计算机科学与技术专业导论：理论基石与前沿探索 本书旨在为初入计算机科学领域的学习者提供一个全面、深入且富有洞察力的导览，覆盖了支撑现代信息技术的核心理论框架、关键技术领域的发展历程，以及未来技术浪潮中的潜在机遇与挑战。 它并非侧重于某一特定软件或硬件的操作指南，而是致力于构建学习者坚实的理论基础和宏观的学科视野。 本书的结构设计兼顾了知识的系统性与内容的趣味性，力求在严谨的学术探讨与生动的案例展示之间找到完美的平衡点。全书共分为六大部分，层层递进，引导读者从最基础的逻辑运算概念出发，逐步深入到复杂的系统架构和尖端的研究领域。 --- 第一部分：计算的哲学与逻辑根源（The Philosophical Roots of Computation） 本部分深入探讨了计算机科学诞生的思想基础和数学逻辑支柱。我们首先回顾了图灵（Alan Turing）对可计算性理论的奠基性贡献，详细解析了图灵机模型的工作原理、局限性以及它如何定义了“什么是计算”。随后，我们将视角转向更深层次的逻辑结构：布尔代数（Boolean Algebra）作为数字电路设计的基石，其公理体系和基本运算律被细致剖析。 接着，本章探讨了形式语言与自动机理论。从乔姆斯基（Noam Chomsky）的语言层级结构——包括正则文法、上下文无关文法（Context-Free Grammars, CFG）到上下文相关文法——的划分，我们阐释了这些理论如何映射到编译原理和程序语言设计的本质。有限自动机（Finite Automata, FA）和下推自动机（Pushdown Automata, PDA）作为识别不同级别语言的数学模型，其构造和应用场景被详细论述，强调了这些抽象工具在解析和验证计算过程中的核心作用。 最后，本部分触及了计算复杂性理论的入门概念，初步引入了P类、NP类问题的区分，并探讨了可判定性与不可判定性（如停机问题）的边界，帮助读者理解当前计算能力所面临的理论瓶颈。 --- 第二部分：数字系统的底层架构（The Underlying Architecture of Digital Systems） 本部分将理论知识转化为物理实现，聚焦于计算机硬件的组织结构和工作原理。我们从最微观的半导体器件特性出发，探讨晶体管如何被组织成逻辑门（Logic Gates），以及这些门如何组合成加法器、多路复用器等基本组合逻辑电路。 随后，内容转向系统的宏观视图：中央处理器（CPU）的结构与功能。详细解析了指令集架构（ISA）的设计哲学，包括精简指令集计算机（RISC）与复杂指令集计算机（CISC）的设计差异及其对性能的影响。我们深入讲解了指令的周期性执行过程——取指、译码、执行、写回——并分析了流水线（Pipelining）技术如何通过时间上的并行处理来提升吞吐量。 内存层级结构是本章的重点之一。我们不仅解释了寄存器、高速缓存（Cache）的工作原理，更侧重于分析缓存不命中（Cache Miss）的代价、替换策略（如LRU）的有效性，以及虚拟内存系统如何通过分页（Paging）和分段（Segmentation）机制，为用户程序提供一个抽象且安全的内存地址空间。此外，我们还探讨了I/O系统的组织方式，包括中断驱动、直接内存访问（DMA）等技术，以理解数据如何在处理器、内存与外部设备之间高效流动。 --- 第三部分：程序设计范式的演进与软件工程基础（Evolution of Programming Paradigms and Software Engineering Fundamentals） 本部分关注的是如何将计算思维转化为可执行的指令序列。我们不局限于任何单一的编程语言，而是从更抽象的层面探讨了程序设计的核心范式。 首先，结构化编程（Structured Programming）作为对早期GOTO语句滥用的矫正，其模块化、自顶向下设计思想被确立为现代编程的基础。接着，面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP）的四大支柱——封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）、多态（Polymorphism）和抽象（Abstraction）——被系统性地阐述，并通过跨语言的对比，展示其在建模复杂现实世界问题中的优势。函数式编程（Functional Programming, FP）作为一种新兴且在并行计算中日益重要的范式，其纯函数、不可变性（Immutability）和高阶函数概念也被引入，揭示了其在减少副作用和增强代码可预测性方面的价值。 在软件工程方面，本书强调了从需求分析到软件维护的全生命周期管理。我们对比了瀑布模型（Waterfall）、迭代模型（Iterative）和敏捷方法（Agile/Scrum）的优缺点，侧重于分析在现代快速交付环境中，版本控制系统（如Git）如何作为协作和保证代码历史连续性的关键工具。此外，测试的层次结构——单元测试、集成测试和系统测试——及其在确保软件质量中的不可替代性，也被作为核心实践进行探讨。 --- 第四部分：数据结构与算法的效率之道（The Efficiency of Data Structures and Algorithms） 本部分是理解高效计算的基石。数据结构是组织和存储数据的逻辑方式，而算法则是解决问题的步骤。本书强调两者必须协同工作以实现性能最优。 我们对基本数据结构进行了深入剖析，包括数组、链表（单向、双向、循环）、栈与队列。重点在于分析其在不同操作（插入、删除、查找）上的时间复杂度和空间复杂度。对于更复杂的结构，如树（平衡二叉搜索树如AVL和红黑树）和图（Graph），我们不仅描述了它们的拓扑结构，更侧重于讲解相关的遍历算法（DFS, BFS）和关键的应用算法，例如最短路径算法（Dijkstra, A）和最小生成树算法（Prim, Kruskal）。 算法效率的量化分析是本章的核心。通过渐进符号（大O、Ω、Θ）精确地描述算法随输入规模增长的性能变化趋势，帮助学习者辨别“好”算法与“坏”算法。此外，本部分还涵盖了经典算法设计范式，如分治法（Divide and Conquer，如快速排序、归并排序）、贪心算法（Greedy Algorithms）和动态规划（Dynamic Programming），并通过实例展示如何识别问题结构并应用正确的范式来优化解法。 --- 第五部分：网络通信与分布式系统的基础（Foundations of Networking and Distributed Systems） 在万物互联的时代，理解信息如何在设备间可靠、高效地传输至关重要。本部分详细介绍了互联网（Internet）的协议栈模型，以OSI七层模型和TCP/IP四层模型为框架进行讲解。 我们自下而上地解析了物理层和数据链路层中的差错控制与流量控制机制，如HDLC和以太网标准。随后，深入探讨网络层，分析IP地址编址方案（IPv4/IPv6）以及路由选择协议（如RIP, OSPF）如何构建起全球互联的网络拓扑。传输层的TCP和UDP协议被进行对比分析，重点阐述TCP如何通过三次握手、可靠数据传输（RDT）和拥塞控制算法来保证会话的完整性，以及UDP在对延迟敏感应用中的适用性。 在应用层，HTTP协议的工作原理、域名系统（DNS）的解析过程以及电子邮件协议（SMTP, POP3, IMAP）的交互流程被详尽描述。最后，本部分将讨论分布式系统的基本挑战，包括一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition Tolerance）之间的CAP理论权衡，并引入了分布式事务处理和共识算法（如Paxos或Raft）的初步概念。 --- 第六部分：数据管理与前沿交叉领域（Data Management and Frontier Intersections） 本部分将视角转向大规模数据处理和新兴技术领域。首先，我们对经典的关系型数据库系统（RDBMS）进行了理论回顾，重点解析了关系代数（Relational Algebra）如何支撑SQL语言的执行，以及数据库的事务ACID特性（原子性、一致性、隔离性、持久性）是如何通过锁机制和日志恢复来实现的。接着，我们将探讨NoSQL数据库的兴起，分析文档型、键值对型、列族型和图数据库在应对非结构化数据和超大规模并发访问时的优势与适用场景。 最后，本书将目光投向计算机科学的前沿交叉地带，提供对未来方向的洞察： 1. 人工智能与机器学习基础： 简要介绍从感知机到深度学习（神经网络）的基本数学模型，强调数据在训练过程中的核心地位，而不深入具体的模型训练细节。 2. 信息安全概述： 探讨密码学的基本概念，包括对称加密与非对称加密（公钥体系），以及数字签名和哈希函数在保证数据完整性和认证中的作用。 3. 并行与高性能计算： 讨论多核处理器架构、并行编程模型（如OpenMP, MPI）的基本概念，以及GPU计算（GPGPU）如何改变了科学计算的范式。 通过这六个维度的系统性学习，本书旨在培养读者从底层逻辑到上层应用、从理论抽象到工程实践的完整计算机科学思维链条，为未来在任何细分领域深入探索打下坚实且广博的基础。

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