大学计算机：计算、构造与设计

　　本书为“大学计算机”国家MOOC课程专用教材，也是国家精品资源共享课程专用教材。全书以“计算思维能力”培养为出发点，围绕计算、构造、设计三大主题进行内容组织，将核心聚焦到计算模型与信息编码、系统构造与抽象、算法分析与设计三大模块，强调自底向上的构造思维能力、逻辑分析能力与编程实现能力。全书共7章，主要内容包括计算模型与基本计算理论、信息表示与编码、软硬件系统构造及基本原理、计算机网络应用及网络安全技术、C语言程序设计基础、算法分析与设计等。本书主体内容配有教学微视频及动画演示案例、在线作业练习等辅助教学的网络数字资源。本书可作为普通高等学校理工科各类专业学生学习“大学计算机基础”课程的教材，适用学时为48～64学时。书中带有？的章节为选讲内容，可根据情况课内讲授或作为翻转课堂教学使用。

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第1章引论1
1.1走进计算机1
1.1.1计算机系统构成2
1.1.2主机与主机板4
1.1.3计算机的主要性能指标11
1.2图灵机模型与计算问题12
1.2.1图灵机模型12
1.2.2图灵机构造示例16
1.2.3计算与可计算性理论18
1.3计算工具的发展与启示21
1.3.1电子计算机的诞生和发展21
1.3.2微型计算机的发展23
1.3.3未来计算机的发展24
1.4基于计算机的问题求解26
1.4.1需求分析与模型建立27
1.4.2模块设计28
1.4.3程序编码与调试29
1.4.4系统测试31
1.5计算机科学研究前沿技术简介32
1.5.1高性能计算32
1.5.2普适计算34
1.5.3云计算35
1.5.4人工智能35
1.5.5物联网36
习题37
第2章信息的表示编码39
2.1计算机与二进制39大学计算机——计算、构造与设计目录2.2计算机中的信息表示与编码42
2.2.1什么是信息42
2.2.2数值信息表示43
2.2.3文字信息表示45
2.2.4声音信息的表示48
2.2.5图像信息的表示51
2.3计算机中的数制53
2.3.1常用记数制53
2.3.2各种数制之间的转换55
2.4二进制数的表示和运算58
2.4.1二进制数的表示58
2.4.2二进制数的算术运算61
2.4.3机器数的表示和运算63
2.5计算机中信息处理的一般过程67
2.5.1信息采集67
2.5.2信息表示和压缩68
2.5.3信息存储和组织68
2.5.4信息的传输69
2.5.5信息检索70
习题70
第3章系统软硬件构造72
3.1逻辑代数基础72
3.1.1关于逻辑73
3.1.2基本逻辑运算75
3.1.3其他逻辑运算77
3.2逻辑电路78
3.2.1基本逻辑门78
3.2.2其他常用逻辑门80
3.2.3触发器81
3.2.4加法器84
3.3冯·诺依曼结构86
3.3.1程序和指令86
3.3.2冯·诺依曼计算机基本结构87
3.4冯·诺依曼计算机基本原理88
3.4.1指令的执行过程88
3.4.2微型计算机的一般工作过程91
3.4.3图灵机与计算机94
3.4.4冯·诺依曼结构的局限性98
3.4.5哈佛结构99
3.5操作系统100
3.5.1操作系统概述100
3.5.2处理器管理103
3.5.3存储器管理108
3.5.4文件管理111
3.5.5其他功能115
习题117
第4章计算机网络及应用119
4.1计算机网络基础知识119
4.1.1概述119
4.1.2网络应用模式126
4.1.3网络体系结构和协议127
4.2因特网132
4.2.1因特网基础知识132
4.2.2常见的因特网应用146
4.3网络安全153
4.3.1网络安全概念153
4.3.2网络安全技术156
4.3.3网络防护技术162
习题165
第5章C程序设计基础168
5.1程序设计基础168
5.1.1什么是程序设计168
5.1.2程序设计语言169
5.1.3程序的编译171
5.1.4Ｃ程序基本结构172
5.2使用Eclipse和Visual Studio编译C程序173
5.2.1使用Eclipse编译C程序173
5.2.2使用Visual Studio编译C程序176
5.3输入和输出函数179
5.4C程序的基本要素179
5.4.1C语言字符集、标识符和词汇179
5.4.2注释180
5.4.3C源程序结构181
5.5数据类型182
5.5.1常量184
5.5.2变量187
5.5.3类型修饰符189
5.6运算符和表达式189
5.6.1算术运算符和算术表达式190
5.6.2关系运算符和关系表达式190
5.6.3逻辑运算符和逻辑表达式190
5.6.4赋值运算符和赋值表达式191
5.6.5自增运算符和自减运算符191
5.6.6问号表达式和逗号表达式192
5.6.7位运算表达式194
5.6.8表达式中各运算符的运算顺序197
5.6.9不同类型数据之间的混合算术运算198
5.6.10typedef语句200
5.6.11运算符与表达式例题200
5.7控制结构204
5.7.1顺序结构204
5.7.2选择结构205
5.7.3循环结构206
5.7.4其他控制转移语句207
5.7.5控制结构例题211
5.8应用举例216
习题219
第6章数组、函数和指针222
6.1数组222
6.1.1一维数组223
6.1.2二维数组225
6.1.3多维数组226
6.2字符型数组和字符串处理库函数227
6.2.1字符型数组的定义和初始化227
6.2.2字符串的输入与输出228
6.2.3字符串处理库函数229
6.3结构体类型231
6.3.1结构体类型的定义233
6.3.2结构体类型变量的使用233
6.3.3数组和结构体234
6.4数组应用示例235
6.5函数241
6.5.1函数的定义242
6.5.2函数的调用243
6.5.3函数原型245
6.5.4函数间的参数传递245
6.5.5局部变量和全局变量247
6.5.6递归函数248
6.5.7带参数的main函数251
6.5.8C语言的库函数252
6.6变量的存储类别252
6.6.1自动变量252
6.6.2静态变量253
6.6.3寄存器变量254
6.6.4外部变量254
6.6.5多源程序文件程序中的全局变量说明254
6.7函数例256
6.8地址与指针258
6.8.1地址258
6.8.2指针259
6.9指针运算260
6.9.1和&运算符260
6.9.2指针变量算术运算262
6.9.3指针变量比较运算263
6.9.4指针变量下标运算263
6.10指针与数组263
6.10.1指向数组的指针263
6.10.2指向多维数组的指针267
6.10.3指针数组268
6.11指针和函数270
6.11.1指针作为函数的参数270
6.11.2返回指针的函数271
6.11.3指向函数的指针272
6.12动态存储分配273
6.13指向指针的指针275
6.14结构体与指针277
6.15指针的初始化277
6.16void和const类型的指针278
6.17指针例279
6.18预处理命令282
6.18.1无参数宏282
6.18.2带参宏定义284
6.18.3文件包含285
6.18.4条件编译285
习题286
第7章算法分析与设计291
7.1算法的基本概念291
7.2算法的描述方法292
7.2.1算法的自然语言描述293
7.2.2算法的伪代码描述293
7.2.3算法的流程图描述294
7.3算法的复杂性评价296
7.3.1算法的时间复杂度296
7.3.2算法的空间复杂度297
7.4查找算法297
7.4.1顺序查找298
7.4.2折半查找299
7.5排序算法300
7.5.1冒泡排序301
7.5.2选择排序303
7.5.3快速排序304
7.6常用算法简介307
7.6.1递归与分治307
7.6.2动态规划308
7.6.3贪心算法311
7.6.4回溯法313
习题314
附录A常用外设及设备驱动程序316
A.1输入设备316
A.1.1键盘316
A.1.2鼠标317
A.2输出设备318
A.2.1显示器318
A.2.2打印机319
A.3设备驱动程序320
A.3.1设备驱动程序的一般概念320
A.3.2硬件设备的“即插即用”概念321附录B标准ASCII码表及控制符号323
附录C声音和图像信息的数字化325
C.1声音信息的数字化325
C.1.1声音的基本参数325
C.1.2声音信号的数字化326
C.2图像信息的数字化327
C.2.1图像的数字化327
C.2.2图像的主要性能参数328
参考文献329