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出版者:人民邮电出版社

作者:试题库组

出品人:

页数:167

译者:

出版时间:2003-3

价格:16.0

装帧:平装

isbn号码:9787115109019

丛书系列:

图书标签:

• 计算机等级考试
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深入剖析与实战演练：计算机科学核心概念的系统化学习指南 书名：《计算机科学核心概念精讲与应用实践》 图书简介： 本书旨在为计算机科学领域的初学者、转行者以及希望巩固基础知识的从业者提供一套全面、深入且注重实践的知识体系。我们深知，在信息技术日新月异的今天，坚实的基础知识是应对未来挑战的根本。因此，本书聚焦于计算机科学中最核心、最基础却又最常被忽视的原理性知识，力求做到深入浅出，将抽象的理论与具体的应用场景紧密结合。 全书结构经过精心设计，旨在引导读者以递进的方式构建知识网络，而非简单地罗列零散的知识点。 --- 第一部分：数字世界的基石——计算机硬件与底层原理 本部分是理解整个计算机系统的物理和逻辑基础。我们不会止步于简单的硬件识别，而是深入探讨信息如何在机器内部被编码、存储和处理。 1.1 数据的二进制表示与逻辑运算： 详细解析了二进制、八进制、十六进制之间的转换机制，并重点讲解了补码、浮点数的IEEE 754标准表示法，这对于理解数据溢出和精度问题至关重要。逻辑代数部分，不仅涵盖了布尔代数的基本定理，更深入讲解了卡诺图化简以及如何使用基本逻辑门（与、或、非、异或）构建复杂组合逻辑电路（如加法器、译码器）。 1.2 计算机体系结构剖析： 深入阐述了冯·诺依曼体系结构的核心思想，并引入了哈佛体系结构的对比分析。我们详尽讲解了CPU的工作周期——取指、译码、执行、写回，并着重分析了指令集架构（ISA）的差异性对软件开发的影响。此外，对于现代处理器中的流水线技术、超标量执行和分支预测等性能优化手段，也进行了生动的图示说明。 1.3 存储器的层次结构与管理： 存储系统是决定系统性能的关键因素。本书清晰描绘了寄存器、高速缓存（L1/L2/L3）、主存（RAM）和辅助存储（SSD/HDD）的性能、容量与成本关系。缓存的工作原理是本章的重中之重，我们详细探讨了局部性原理、缓存映射策略（直接映射、全相联、组相联）以及写回/写穿策略，这些都是理解程序运行效率的关键。 --- 第二部分：操作系统的核心机制——资源调度与内存管理 操作系统是连接硬件与应用程序的桥梁。本部分聚焦于操作系统的核心功能，这些功能直接影响着程序的运行效率和系统的稳定性。 2.1 进程与线程管理： 我们首先区分了进程和线程的概念、区别与联系，并详细分析了进程的生命周期模型（如五状态模型）。进程间通信（IPC）的各种机制，如管道、消息队列、共享内存和信号量，均通过具体的代码示例进行了说明。线程同步与互斥问题，使用经典的生产者-消费者问题和哲学家进餐问题，演示了互斥锁、信号量和管程的正确使用。 2.2 内存管理策略： 本章深入探讨了操作系统如何高效地利用有限的物理内存。从早期的固定分区、可变分区管理讲起，过渡到更先进的分页（Paging）和分段（Segmentation）机制。虚拟内存是现代操作系统的核心，我们详细讲解了请求调页、页面置换算法（FIFO、LRU、OPT）的实现逻辑，并解释了TLB（快表）在地址转换中的加速作用。 2.3 I/O系统与文件系统： 输入/输出系统被抽象地描述为设备驱动程序、缓冲管理和SPOOLing技术。文件系统的结构，包括目录管理、文件分配表（FAT）与索引节点（Inode）的原理，以及日志文件系统（如Ext4, NTFS）如何保证数据一致性，都做了详尽的介绍。 --- 第三部分：算法与数据结构——解决问题的通用工具箱 数据结构与算法是计算机科学的“内功心法”。本书力求在理论讲解的基础上，强调不同场景下数据结构和算法选择的权衡艺术。 3.1 基础数据结构精讲： 线性结构（栈、队列、链表）的实现与应用场景分析。重点在于理解数组和链表的内存布局差异及其对操作时间复杂度的影响。非线性结构方面，树（二叉树、平衡树如AVL和红黑树）、堆（最大/最小堆）和图（邻接矩阵与邻接表表示法）的构造、遍历和操作被系统性地讲解。 3.2 核心算法设计与分析： 本部分系统梳理了常见的算法设计范式：递归与迭代、分治法（如快速排序、归并排序）、贪心算法和动态规划。针对每种范式，均提供了至少两个经典案例，并严格使用大O表示法分析其时间复杂度和空间复杂度。 3.3 图论基础算法应用： 图算法是解决网络、路径优化问题的利器。本书详细介绍了图的遍历（DFS/BFS），以及关键的最短路径算法，如Dijkstra算法和Bellman-Ford算法，并对比了它们的应用边界。连通性问题（如最小生成树的Prim和Kruskal算法）的原理也被清晰阐述。 --- 第四部分：编程语言的本质与编译原理 本部分旨在揭示高级语言代码如何在底层转化为机器可执行的指令，帮助读者写出更高效、更健壮的代码。 4.1 编程语言范式与抽象： 探讨了命令式、函数式、面向对象等主流编程范式，并分析了高级语言特性（如封装、继承、多态）是如何在底层通过内存布局和函数调用机制实现的。 4.2 编译与解释过程： 详细分解了编译器的工作流程：词法分析（使用有限自动机）、语法分析（如LL/LR分析器的原理）、语义分析以及中间代码生成。对于解释型语言，则重点分析了运行时环境（如虚拟机）的工作机制。 4.3 内存管理与垃圾回收： 深入剖析了程序运行时（Run-time）的内存布局——栈区、堆区、静态数据区和代码区。尤其针对面向对象语言，详细介绍了堆内存的分配策略，以及引用计数、标记-清除等常见垃圾回收（GC）算法的优缺点和性能影响。 --- 第五部分：网络通信基础与数据安全 在万物互联的时代，理解网络协议栈至关重要。本部分侧重于理论模型的建立和安全实践的初步认知。 5.1 TCP/IP协议栈详解： 细致讲解了OSI七层模型和TCP/IP四层模型的对应关系。重点剖析了IP协议的寻址与路由机制，以及TCP协议的可靠性保证——三次握手、四次挥手、流量控制（滑动窗口）和拥塞控制机制。UDP协议的应用场景也被明确界定。 5.2 常用应用层协议： 讲解了HTTP协议的请求/响应机制、状态码和版本演变（HTTP/1.1到HTTP/2的性能提升）。DNS解析过程的原理及其在网络定位中的作用，也作为重要内容被涵盖。 5.3 基础安全概念： 介绍了信息安全的三大要素（机密性、完整性、可用性）。散列函数（如SHA-256）在数据验证中的应用，以及对称加密（如AES）和非对称加密（如RSA）的基本原理，为后续深入学习密码学打下基础。 总结： 《计算机科学核心概念精讲与应用实践》力求构建一个从硬件到软件、从底层逻辑到高级应用的全景图。本书的叙述风格严谨而不失生动，大量的图表和对比分析旨在帮助读者真正“看到”那些抽象的概念是如何运作的。我们相信，掌握这些核心概念，是每一位志在计算机领域深耕的专业人士不可或缺的基石。本书为读者提供了坚实的理论武装和广阔的实践视野，是通往更高阶学习的理想阶梯。

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