计算机导论

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出版者:中国水利水电出版社
作者:田原
出品人:
页数:264
译者:
出版时间:2001-07
价格:24.00
装帧:平装
isbn号码:9787508406787
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机基础
  • 计算机科学
  • 导论
  • 入门
  • 信息技术
  • 数字技术
  • 编程基础
  • 硬件
  • 软件
  • 计算机原理
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具体描述

本书旨在突破以往仅介绍计算机系统软、硬件系统的框架模式,在对计算机系统的软、硬件作基本的介绍之后,按照高职高专学生的能力培养方向进行指导性论述。

本书将能力培养大致分为六个方向:计算机硬件能力、计算机操作能力、高级语言软件开发能力、信息系统开发能力、多媒体应用能力和计算机网络能力。

本书凝聚了作者多年的教学经验,其内容新颖,结构完整,概念清晰,深入浅出,通俗易懂,可读性、可操作性强。本书配有电子教案。

本书适合作为高等职业学校、高等专科学校、成人高校及本科院校举办的二级职业技术学院和民办高校计算机专业及相关专业的教材。也可供广大计算机应用技术人员及自学者学习参考。

数字时代的基石:现代信息技术概览 本书聚焦于构建和理解现代信息社会的底层逻辑与核心技术体系。 我们将深入探索支撑我们日常生活、商业运作乃至前沿科学研究的“数字骨架”,而非局限于某单一学科的应用层面。 --- 第一部分:计算思维与逻辑基础 本部分旨在为读者构建坚实的抽象思维框架,这是驾驭复杂信息系统的必要前提。 第一章:什么是计算?从人类思维到机器指令 本章超越了狭义的“使用电脑”,探讨计算的本质——一种解决问题的系统化方法论。我们将追溯图灵的伟大构想,理解可计算性的边界。 1.1 问题的分解与抽象: 学习如何将现实世界中模糊的需求转化为清晰、可执行的步骤。这包括识别核心要素、忽略冗余信息,并建立恰当的数据模型。我们将引入状态机和有限自动机的概念,作为分析和设计简单逻辑系统的基础工具。 1.2 算法的艺术与科学: 算法是计算的灵魂。本章细致剖析算法设计的核心原则,如正确性、效率和可读性。我们将对比贪心算法、分治法和动态规划的基本思想,并使用经典问题(如最短路径、排序问题)来演示不同策略下的性能差异。着重讨论时间复杂度和空间复杂度(O记法)的实际意义,强调在资源约束下做出工程取舍的重要性。 1.3 布尔代数与数字表示: 数字世界的基石。从逻辑门(AND, OR, NOT, XOR)出发,构建更复杂的组合逻辑电路。深入探讨不同进制系统(二进制、八进制、十六进制)之间的转换及其在内存地址和数据表示中的应用。我们将详细讲解整数(有符号与无符号)、浮点数(IEEE 754 标准)的存储方式,以及由此带来的精度限制和溢出问题。理解这些底层表示是诊断软件错误的先决条件。 --- 第二部分:硬件的脉搏与架构的演进 本部分将带领读者拆解计算机的物理实体,理解指令是如何从软件层面转化为电子信号的。 第二章:计算机的“解剖”:从晶体管到中央处理器 我们从最微小的元件——半导体晶体管入手,观察它如何被组织成逻辑门,再集成到复杂的计算单元中。 2.1 存储器的层级结构: 阐释为什么需要缓存(Cache)。详细介绍L1、L2、L3缓存的工作原理、命中率与延迟。对比易失性存储(DRAM)与非易失性存储(SSD/HDD)的读写特性、性能瓶颈及应用场景。理解“内存墙”现象对现代软件性能的制约。 2.2 中央处理器(CPU)的核心机制: 深入讲解指令集架构(ISA)——如x86或ARM——作为硬件与软件的契约。剖析经典的冯·诺依曼架构,并探讨现代处理器为提高效率所做的关键改进:流水线(Pipelining)、超标量(Superscalar)执行、乱序执行(Out-of-Order Execution)以及分支预测技术。理解这些机制如何通过并行处理指令来加速程序执行。 2.3 输入/输出(I/O)系统与总线结构: 探讨数据如何在CPU、内存和外部设备之间高效传输。分析中断机制(Interrupts)在I/O处理中的作用,以及直接内存访问(DMA)如何减轻CPU的负担。 第三章:并行计算与体系结构的新范式 随着摩尔定律的放缓,并行化成为提升性能的主要途径。 3.1 从多核到众核: 探讨多核处理器的设计理念,以及对称多处理(SMP)系统的工作方式。区分指令级并行和数据级并行。 3.2 图形处理器(GPU)的崛起: 详细解析GPU的SIMD/SIMT(单指令多数据/线程)架构,解释其在处理高度可并行任务(如矩阵运算、图形渲染)中的巨大优势,以及它如何被泛化应用于通用计算(GPGPU)。 --- 第三部分:软件的构建与管理 本部分关注如何用结构化的方式编写、组织和运行程序,并将它们高效地部署到硬件之上。 第四章:操作系统:资源调度的核心引擎 操作系统是硬件与应用程序之间的桥梁。本书侧重于理解其核心功能而非特定系统的操作界面。 4.1 进程与线程管理: 区分进程和线程,理解它们在内存空间和资源占有上的差异。深入探讨CPU调度算法(如时间片轮转、优先级调度),以及上下文切换(Context Switching)的开销。 4.2 内存管理与虚拟化: 理解分页(Paging)和分段(Segmentation)如何实现进程间的内存隔离。重点阐述虚拟内存的概念,以及它如何通过缺页中断和页面置换算法(如LRU)高效地利用物理内存。 4.3 文件系统与持久化: 探讨文件系统(如FAT, NTFS, ext4)如何将抽象的文件概念映射到物理磁盘扇区,并讨论日志记录(Journaling)在确保数据一致性中的关键作用。 第五章:程序设计范式与软件工程基础 本章探讨组织代码和管理大型软件项目的基本原则。 5.1 经典编程范式: 对比过程式编程、面向对象编程(OOP)的基本概念(封装、继承、多态),以及函数式编程(强调纯函数和不可变性)的核心思想。理解每种范式适合解决的问题领域。 5.2 数据结构精要: 结构化数据是高效处理信息的前提。我们将系统地考察线性结构(栈、队列、链表)和非线性结构(树,特别是二叉搜索树、B树和堆)。理解哈希表(散列表)的冲突解决机制及其$O(1)$平均时间复杂度的实现基础。 5.3 软件的编译与链接: 简要介绍源代码到可执行文件的转化过程:预处理、编译、汇编和链接。理解动态链接库(DLL/Shared Object)的工作方式及其对程序部署的影响。 --- 第四部分:信息的连接与流动 本部分将视角从单个计算单元扩展到全球范围内的互联网络。 第六章:网络通信的协议栈 理解互联网并非一个单一的技术,而是一个分层的、基于协议的系统。 6.1 TCP/IP协议簇的深度剖析: 详细分解OSI参考模型的关键层级,重点关注网络层(IP地址、路由选择)和传输层(TCP的可靠性机制:三次握手、确认重传、拥塞控制)。 6.2 万维网的底层运作: 探讨HTTP协议的版本迭代(从1.0到2/3),请求-响应周期,以及DNS(域名系统)如何在复杂的网络中实现地址解析的分布式查找。 6.3 网络安全基础: 介绍加密技术的基本原理,包括对称加密与非对称加密(公钥基础设施PKI),以及它们在保障数据传输安全中的应用。 --- 总结: 本书旨在提供一个全景式的技术图谱,让读者明白构成现代数字世界的各个关键组件是如何相互作用的。它不是一本教授具体软件操作的手册,而是一部关于信息如何被表征、处理、存储和传输的底层原理的详尽说明。通过对计算理论、硬件架构、系统软件和网络通信的系统学习,读者将获得洞察复杂技术挑战并独立构建解决方案所需的坚实基础。

作者简介

目录信息

序
前言
第1章 计算机基础知识
第2章 计算机硬件能力培养
第3章 计算机操作能力培养
第4章 高级语言软件开发能力培养
第5章 信息系统开发能力培养
第6章 多媒体应用能力培养
第7章 计算机网络能力培养
附录
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的视野和格局让我印象深刻,它不仅仅是关于“计算机”本身,更是一部关于“人类认知边界”的拓展史。它没有固步自封于当代的技术热点,而是用相当大的篇幅去探讨了计算的哲学基础和伦理含义。比如,在收尾部分,作者引入了关于强人工智能、意识的本质以及信息鸿沟等社会性话题的讨论。这种讨论非常克制和审慎,它没有给出简单的结论,而是引导读者去思考我们对未来技术的责任。书中对算法偏见(Bias in Algorithms)的探讨,特别具有现实意义。作者清晰地指出了,当我们把决策权交给机器时,我们如何确保机器的“决策”是公正的,以及这种不公是如何被数据和设计固化下来的。这超越了一本技术导论的范畴,它开始触及社会科学和人文关怀的领域。阅读完后,我感觉自己看待任何数字工具的态度都发生了一些微妙的变化:不再仅仅是将其视为效率工具,而是开始警惕其潜在的影响力。这本书像是一次思维的“升级包”,它不仅提升了我的技术素养,更重要的是,它拓宽了我对科技与人类社会共存方式的思考维度。

评分☆☆☆☆☆

我通常对这类入门级的书籍不太抱有太大期望,总觉得它们是给完全的门外汉准备的,知识点零碎且肤浅。然而,这本书的结构安排却出乎意料的严谨和富有层次感。它不像许多教材那样,上来就抛出一堆术语让你消化,而是采用了一种“螺旋上升”的讲解模式。初次接触时,它会用最生活化的比喻来解释像“冯·诺依曼结构”这样宏大的概念,确保读者建立起一个基础的、不至于崩溃的认知框架。随着章节的推进,当读者已经对基本概念有所掌握后,作者会再次回到同一个主题,但这次会引入更深层次的细节,比如内存寻址的原理,或者操作系统如何调度任务。这种不断加深理解的过程,让我感觉自己像是在攀登一座信息的高山,每爬升一段,视野就会开阔一分。我尤其欣赏它在介绍硬件组成部分时,那种对物理层面的尊重。它没有将CPU简单地视为一个“黑盒子”,而是细致地剖析了寄存器、ALU(算术逻辑单元)的工作机制,尽管描述相当精炼,但足以让人对“指令”的执行过程有一个清晰的、动态的认知。这本书的这种教学设计,极大地增强了读者的自信心,因为它让你觉得,那些看似遥不可及的计算机科学,其实是有迹可循的。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我最大的惊喜在于,它成功地将“理论”与“实践的应用场景”进行了高效的嫁接。很多计算机入门读物要么过于偏重理论的推导而显得枯燥,要么就是一味地介绍软件工具的使用却缺乏对底层逻辑的支撑。这本书的作者显然花费了大量精力去寻找这个微妙的平衡点。例如,在讲解数据结构时,它没有停留于链表和树的抽象定义,而是马上引入了数据库索引和文件系统组织这两个具体的应用案例。通过对比不同结构在特定场景下的性能优势与劣势,理论知识立刻就活了起来,变得有血有肉。我清楚地记得有一章专门讨论了信息安全的基础,它没有止步于描述常见的攻击手段,而是深入探讨了加密算法背后的数学原理,尽管涉及到了模运算和质数,但作者的讲解方式非常巧妙,几乎没有让人感到阅读的阻力。这种“先理论,后应用,再深化”的路径,让读者在学习每一个知识点时,都能立刻看到它在现实世界中扮演的角色,极大地激发了深入钻研的欲望。这让我意识到,计算机科学远非冰冷的逻辑,它更是解决现实问题的艺术。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说,这本书的排版和插图风格非常传统,甚至可以说有些过时了。如果说内容是精美的佳肴,那么包装可能就是略显陈旧的盘子。大量的文字描述占据了版面,图示往往是黑白的、线条简单的示意图,缺乏现代出版物中常见的色彩斑斓和动态效果。一开始,我甚至有些抗拒,心想在这个视觉主导的时代,这样的呈现方式如何能留住读者的注意力?然而,当我沉浸在文字构建的世界中时,我发现这种“返璞归真”反而成了一种优点。没有过多花哨的视觉干扰,我的注意力被牢牢地锁在了作者精心组织的逻辑链条上。这种阅读体验,更像是聆听一位技艺精湛的匠人讲述他的杰作,所有的重点都放在了工艺本身,而非华丽的包装上。书中对一些关键概念的定义和阐释,精准到每一个措辞都经过了反复推敲,没有一句废话。这种对文字力量的极致运用,反而迫使读者必须全神贯注地去思考和咀嚼每一个句子,从而实现了更深层次的理解和记忆。这让我反思,信息传递的效率,有时并不取决于媒介的先进程度,而在于信息的密度和质量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得很有年代感,那种略显粗糙的纸张质感和朴实的字体排版,让人一下子回到了那个计算机技术刚刚崭露头角的年代。我本来是抱着一种“历史文物”的心态翻开它的,没想到里面的内容却意外地引人入胜。它没有过多纠缠于晦涩难懂的底层代码或者复杂的算法,而是更像一位睿智的长者,耐心地向你描绘整个信息时代的宏伟蓝图。从早期的机械计算到电子管的轰鸣,再到集成电路的诞生,每一个技术节点的演进都被描绘得栩栩如生。作者似乎深谙如何平衡知识的深度与可读性,用大量的历史轶事和人物侧写来串联起那些枯燥的技术发展史。比如,书中对图灵机概念的引入,并非简单地给出定义,而是通过一个富有哲理性的思维实验来引导读者理解计算的本质,这种叙事手法非常高明。读完这部分,我才真正理解了“计算”这个词汇背后的哲学重量,而非仅仅是操作电脑那么简单。它让我开始思考,我们现在习以为常的每一次点击、每一次搜索,其背后都承载着半个多世纪的智慧结晶。这本书的价值不在于教你如何编程,而在于让你明白,你正在使用的工具,其源头和逻辑是多么的深刻和优雅。

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