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出版者:

作者:江苏省高等学校计算机等级考试命题研究中心

出品人:

页数:130

译者:

出版时间:2010-7

价格:29.80元

装帧:

isbn号码:9787121110429

丛书系列:

图书标签:

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计算机科学基础与应用精粹：现代信息技术前沿探索 图书简介 本书旨在为计算机科学领域的学习者、研究人员以及希望深入理解现代信息技术核心概念和前沿应用的专业人士提供一份全面、深入且具有实践指导意义的参考资料。本书内容涵盖了从计算机科学的理论基石到当前最热门的应用领域，力求构建一个既有深度又具广度的知识体系。 第一部分：计算机科学理论基石 本部分深入剖析了支撑现代计算机系统的基础理论和数学模型。 第一章：离散数学与算法设计 本章首先回顾了集合论、逻辑学和图论等离散数学的核心概念，它们是理解算法复杂性和数据结构的基础。重点讨论了基于图论的路径查找算法（如Dijkstra和A算法）及其在网络路由中的应用。随后，本书详细阐述了算法设计范式，包括分治法、动态规划和贪心算法。针对动态规划，我们不仅提供了经典的背包问题和最长公共子序列的解法，还深入探讨了其最优子结构和重叠子问题的识别方法。算法复杂度分析部分，采用大O、大Ω和Θ符号，系统地分析了常见排序（快速排序、归并排序）和搜索算法的时间与空间复杂度，并引入了NP完全性理论的初步概念，解释了为什么某些问题在计算上是“困难的”。 第二章：编译原理与程序设计语言 本章聚焦于高级语言如何转化为机器可执行代码的过程。首先，详细介绍了词法分析、语法分析（LL(1)和LR(1)分析技术），并结合上下文无关文法（CFG）的推导过程，演示了如何构建解析树。在语义分析部分，重点讨论了类型检查、作用域规则和中间代码生成（如三地址码）。随后，对代码优化技术进行了分类阐述，包括常量折叠、死代码消除和循环优化，并对比了寄存器分配的经典方法。此外，本章还对比了命令式、函数式和面向对象编程语言的设计哲学及其对程序执行效率和可维护性的影响。 第二部分：系统架构与底层技术 本部分深入到计算机硬件与操作系统交互的层面，揭示了软件运行的物理基础。 第三章：计算机组成与体系结构 本章从微观层面解析了计算机的工作原理。详细介绍了CPU的流水线技术（包括超标量和乱序执行），数据通路的设计，以及指令集架构（ISA）的分类（如RISC与CISC）。内存层级结构是本章的重点，深入探讨了缓存的组织（直接映射、组相联和全相联）、替换策略（LRU、FIFO）以及缓存一致性协议（如MESI协议）在多处理器系统中的作用。此外，对I/O系统和中断处理机制的讲解，帮助读者理解程序如何与外部设备进行高效通信。 第四章：操作系统原理与实践 本章系统讲解了现代操作系统的核心功能和实现机制。进程管理部分，深入分析了线程模型、进程间通信（IPC）机制（如信号量、消息队列和共享内存）。内存管理方面，详细阐述了分页和分段机制，并重点分析了虚拟内存的工作原理，包括TLB的工作方式和缺页中断处理流程。文件系统部分，对比了FAT、ext4和NTFS等主流文件系统的结构和数据恢复策略。并发控制是难点，本章通过经典的读者-写者问题和哲学家进餐问题，阐述了如何利用锁、互斥量和条件变量实现无死锁和无饥饿的同步。 第三部分：网络通信与分布式系统 本部分转向计算机系统的互联和大规模协作。 第五章：计算机网络协议栈 本章基于TCP/IP五层模型，对每一层的关键协议进行了详尽的剖析。物理层和数据链路层聚焦于编码、差错控制和MAC层协议（如CSMA/CD与CSMA/CA）。网络层重点讲解了IPv4和IPv6的寻址、子网划分（CIDR）以及路由选择算法（如RIP、OSPF和BGP）。传输层是精髓，深入分析了TCP的可靠性机制，包括三次握手、四次挥手、拥塞控制算法（如Tahoe、Reno）以及慢启动和快重传的细节。应用层则涵盖了HTTP/1.1、DNS和SMTP等核心应用协议的报文结构和交互流程。 第六章：分布式系统设计与容错 本章探讨了构建高可用、可扩展的分布式应用所需的技术。一致性模型是核心，介绍了强一致性、因果一致性和最终一致性的区别。分布式事务处理方面，详述了二阶段提交（2PC）的局限性以及三阶段提交（3PC）的改进。共识算法部分，对Paxos和Raft协议进行了详细的推导和对比，解释了它们如何保证状态机复制的正确性。此外，本章还讨论了分布式数据存储（如一致性哈希、Gossip协议）以及容错机制，包括冗余备份和故障检测策略。 第四部分：前沿技术与应用拓展 本部分聚焦于当前信息技术领域最活跃和最具影响力的技术方向。 第七章：数据挖掘与机器学习基础 本章提供了一个坚实的机器学习基础视角。从概率论和线性代数在数据科学中的应用开始，回顾了统计推断的基本原理。随后，系统介绍了监督学习（线性回归、逻辑回归、支持向量机SVM）和无监督学习（K-Means聚类、主成分分析PCA）的核心算法。重点在于对模型评估指标（精度、召回率、F1分数、ROC曲线）的深入理解。对于神经网络部分，详细解释了前馈网络的反向传播算法，并初步引入了卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）的基本结构和适用场景。 第八章：信息安全与密码学 本章旨在建立对现代信息安全威胁和防御体系的认知。密码学基础部分，详细讲解了对称加密（AES）和非对称加密（RSA）的工作原理，包括模幂运算和欧拉定理的应用。散列函数（SHA-3）的抗碰撞性分析是重点。在网络安全方面，本章分析了常见的Web攻击（SQL注入、XSS、CSRF），并介绍了公钥基础设施（PKI）和数字证书的工作流程。最后，对基于区块链的去中心化信任机制进行了技术概述，解释了PoW机制的原理及其在保证网络安全中的作用。 总结 本书内容广泛而深入，理论与实践并重，不仅为学习者打下扎实的计算机科学功底，更引导读者站在现代信息技术的制高点上，理解和应对未来的技术挑战。每一章都配备了精心设计的案例分析和思考题，以促进知识的内化和应用能力的提升。

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