大学计算机：计算、构造与设计（第2版）

　　本书为“大学计算机”国家精品资源共享课程专用教材和MOOC课程参考教材。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、算法与数据结构设计三大模块，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8章，包括计算机与计算机科学引论，信息表示与编码，系统软硬件构造，网络应用及网络安全技术，C语言程序设计基础，数组、函数和指针，算法分析与设计，数据结构基础。作为MOOC课程参考教材，本书主体内容配有教学微视频及包括动画演示案例、在线作业练习等各类辅助教学和学习的网络数字资源。

　　吴宁教授，硕士生导师。长期从事计算机基础教学与研究工作。任“大学计算机基础”国家精品资源共享课程及“微机原理与接口技术”陕西省精品资源共享课程负责人。主要研究方向为学习行为大数据分析、智能学习指导与个性化推荐。先后主持国家和省、市等多项科研项目及省、校教改研究项目，编写出版包括**级十五和十一五规划教材在内的各类教材10余种。先后获国家和省级教学成果奖、陕西省和西安市科技二等奖、陕西省优秀教材二等奖及多项校级教材奖和教学优秀奖。

大学计算机——计算、构造与设计（第2版）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（第2版）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网络体系结构和协议126 4.1.3网络应用模式130 4.2因特网135 4.2.1因特网基础知识135 4.2.2常见的因特网应用148 4.3局域网156 4.3.1局域网结构和标准156 4.3.2局域网设备157 4.4网络安全159 4.4.1网络安全概念159 4.4.2密码学基础及应用162 4.4.3网络安全技术172 习题175 第5章C程序设计基础178 5.1程序设计基础178 5.1.1什么是程序设计178 5.1.2程序设计语言179 5.1.3程序的编译181 5.1.4Ｃ程序基本结构182 5.2使用Eclipse和Visual Studio编译C程序183 5.2.1使用Eclipse编译C程序183 5.2.2使用Visual Studio编译C程序186 5.3输入和输出函数189 5.4C程序的基本要素190 5.4.1C语言字符集、标识符和词汇190 5.4.2注释191 5.4.3C源程序结构191 5.5数据类型192 5.5.1常量194 5.5.2变量198 5.5.3类型修饰符199 5.6运算符和表达式199 5.6.1算术运算符和算术表达式200 5.6.2关系运算符和关系表达式200 5.6.3逻辑运算符和逻辑表达式201 5.6.4赋值运算符和赋值表达式201 5.6.5自增运算符和自减运算符202 5.6.6问号表达式和逗号表达式203 5.6.7位运算表达式204 5.6.8表达式中各运算符的运算顺序207 5.6.9不同类型数据之间的混合算术运算209 5.6.10typedef语句210 5.6.11运算符与表达式例题211 5.7控制结构215 5.7.1顺序结构215 5.7.2选择结构215 5.7.3循环结构216 5.7.4其他控制转移语句218 5.7.5控制结构例题221 5.8应用示例226 习题230 第6章数组、函数和指针232 6.1数组232 6.1.1一维数组233 6.1.2二维数组235 6.1.3多维数组236 6.2字符型数组和字符串处理库函数237 6.2.1字符型数组的定义和初始化237 6.2.2字符串的输入与输出238 6.2.3字符串处理库函数239 6.3结构体类型241 6.3.1结构体类型的定义243 6.3.2结构体类型变量的使用243 6.3.3数组和结构体244 6.4数组应用示例245 6.5函数251 6.5.1函数的定义252 6.5.2函数的调用253 6.5.3函数原型255 6.5.4函数间的参数传递255 6.5.5局部变量和全局变量257 6.5.6递归函数258 6.5.7带参数的main函数261 6.5.8C语言的库函数262 6.6变量的存储类别262 6.6.1自动变量262 6.6.2静态变量263 6.6.3寄存器变量264 6.6.4外部变量264 6.6.5多源程序文件程序中的全局变量说明264 6.7函数应用示例266 6.8地址与指针268 6.8.1地址268 6.8.2指针269 6.9指针运算270 6.9.1和&运算符270 6.9.2指针变量算术运算272 6.9.3指针变量比较运算273 6.9.4指针变量下标运算273 6.10指针与数组273 6.10.1指向数组的指针273 6.10.2指向多维数组的指针277 6.10.3指针数组278 6.11指针与函数280 6.11.1指针作为函数的参数280 6.11.2返回指针的函数281 6.11.3指向函数的指针282 6.12动态存储分配283 6.13指向指针的指针285 6.14结构体与指针287 6.15指针的初始化287 6.16void和const类型的指针288 6.17指针应用示例289 6.18预处理命令292 6.18.1无参数宏292 6.18.2带参宏定义294 6.18.3文件包含295 6.18.4条件编译295 习题296 第7章算法分析与设计301 7.1算法的基本概念301 7.2算法的描述方法302 7.2.1算法的自然语言描述303 7.2.2算法的伪代码描述303 7.2.3算法的流程图描述304 7.3算法的复杂性评价306 7.3.1算法的时间复杂度306 7.3.2算法的空间复杂度307 7.4查找算法307 7.4.1顺序查找308 7.4.2折半查找309 7.5排序算法310 7.5.1冒泡排序311 7.5.2选择排序313 7.5.3快速排序314 7.6常用算法简介317 7.6.1递归与分治317 7.6.2动态规划318 7.6.3贪心算法321 7.6.4回溯法323 习题324 第8章数据结构基础326 8.1数据与数据结构326 8.1.1数据326 8.1.2数据结构327 8.2线性表330 8.2.1线性表的逻辑结构及运算330 8.2.2顺序线性表331 8.2.3链表338 8.3栈和队列347 8.3.1栈347 8.3.2队列352 8.4图和树359 8.4.1图的基本概念359 8.4.2带权图和最短路径361 8.4.3树的基本概念364 8.4.4二叉树366 8.4.5树的遍历367 习题368 附录A常用外设及设备驱动程序369 A.1输入设备369 A.1.1键盘369 A.1.2鼠标370 A.2输出设备371 A.2.1显示器371 A.2.2打印机372 A.3设备驱动程序373 A.3.1设备驱动程序的一般概念373 A.3.2硬件设备的“即插即用”概念374附录B标准ASCII码表及控制符号376 附录C声音和图像信息的数字化378 C.1声音信息的数字化378 C.1.1声音的基本参数378 C.1.2声音信号的数字化379 C.2图像信息的数字化380 C.2.1图像的数字化380 C.2.2图像的主要性能参数381 参考文献382