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出版者:科學齣版社

作者:

出品人:

頁數:476

译者:

出版時間:2005-4

價格:41.00元

裝幀:

isbn號碼:9787030153272

叢書系列:

圖書標籤:

• 信息技術
• 大學教材
• 計算機基礎
• 信息科學
• 高等教育
• 基礎課程
• 入門
• 學科教材
• 技術概論
• 知識體係

計算機科學導論：從數字世界到前沿技術 導語： 在信息爆炸的時代，理解和駕馭數字世界的底層邏輯，已成為現代公民的必備素養。本書並非聚焦於特定課程的技能訓練，而是旨在為讀者構建一個全麵、係統、前瞻性的計算機科學知識框架。它帶領讀者深入探究計算思維的本質，剖析信息如何在機器中被錶述、處理和傳輸，並展望未來計算技術可能帶來的深刻變革。 --- 第一部分：計算的基石——從邏輯到硬件 本部分旨在打牢讀者對計算係統的基礎認知，理解一切數字操作的物理和邏輯根源。 第一章：計算的哲學與邏輯基礎 本章首先探討計算的起源，追溯從古代的計數工具到現代圖靈機的理論演變。重點闡述“可計算性”的概念，即哪些問題可以通過算法解決，哪些是不可判定的。隨後，深入布爾代數和邏輯門的世界。讀者將學習如何使用AND、OR、NOT、XOR等基本邏輯元件構建更復雜的組閤邏輯電路，理解數字電路的“積木”是如何搭建起來的。這不僅是硬件的起點，更是所有軟件邏輯的抽象模型。 第二章：數字世界的構建塊——二進製與信息編碼 信息如何從真實世界轉化為機器可以理解的0和1？本章詳細闡述瞭二進製、八進製、十六進製的相互轉換及其在計算機中的重要性。核心內容聚焦於信息的編碼標準： 整數與浮點數的錶示： 補碼、原碼如何精確或近似地錶示有符號和無符號整數；IEEE 754標準如何定義單精度和雙精度浮點數的存儲結構，以及由此帶來的精度損失和範圍限製問題。 字符與多媒體編碼： 從早期的ASCII到占據主導地位的Unicode（UTF-8/UTF-16）的演進，理解字符集的重要性。圖像（像素、色彩深度、位圖與矢量）、音頻（采樣率、量化）的數字化過程及其壓縮原理（如JPEG、MP3的無損與有損壓縮）。 第三章：計算機的物理結構與工作原理 本章揭示計算機硬件的“解剖學”。我們將係統地解析馮·諾依曼體係結構，探討CPU（中央處理器）、內存（RAM/ROM）、輸入/輸齣設備之間的交互機製。 CPU深度解析： 深入指令集架構（ISA），理解指令的獲取、解碼、執行周期（Fetch-Decode-Execute Cycle）。探討現代處理器如何通過流水綫、超標量、亂序執行等技術提升性能。 存儲器的層級結構： 從寄存器、高速緩存（L1/L2/L3 Cache）到主存（RAM）的性能差異與作用。詳細解釋緩存命中率、局部性原理（時間局部性與空間局部性）如何影響程序執行速度。 總綫與接口： 闡述數據如何在組件間高效傳輸的機製，理解PCIe、SATA等現代I/O接口的作用。 --- 第二部分：軟件的靈魂——抽象與控製 理解瞭硬件基礎後，本部分轉嚮軟件層麵，探討如何組織和控製計算過程。 第四章：操作係統：計算資源的管理者 操作係統是硬件與應用程序之間的橋梁。本章將操作係統視為一個復雜的資源管理係統。 進程與綫程管理： 區分進程與綫程的概念，探討並發與並行。深入研究調度算法（如時間片輪轉、優先級調度、多級反饋隊列），理解操作係統如何公平有效地分配CPU時間。 內存管理： 探討虛擬內存的概念及其重要性。深入分頁（Paging）和分段（Segmentation）機製，理解地址轉換過程，以及缺頁中斷（Page Fault）的處理。 文件係統與I/O： 描述文件係統的邏輯結構（如目錄樹、inode），以及數據持久化的機製。探討緩衝、緩存和中斷驅動的I/O處理方式。 第五章：數據結構與算法的藝術 算法是解決問題的精確步驟，數據結構則是組織數據的有效方式。本章強調設計高效算法的重要性。 基礎數據結構： 詳細分析數組、鏈錶（單嚮、雙嚮、循環）、棧（LIFO）和隊列（FIFO）的實現及其操作復雜度。 高級結構與應用： 深入樹形結構（二叉樹、平衡樹如AVL/紅黑樹、B樹在數據庫中的應用）和圖結構（遍曆、最短路徑算法如Dijkstra、Floyd-Warshall）。 算法效率分析： 引入大O錶示法（$O(n), O(n log n), O(n^2)$等），教授讀者如何對算法的時間復雜度和空間復雜度進行科學評估。重點分析排序算法（快速排序、歸並排序）和搜索算法的優劣。 第六章：編程範式與軟件工程基礎 本章引導讀者理解不同編程思維模式以及構建大型軟件所需的規範。 編程範式： 對比過程式編程、麵嚮對象編程（OOP的三大特性：封裝、繼承、多態）和函數式編程的核心思想，理解每種範式在解決特定問題時的優勢。 編譯與解釋： 剖析源代碼到可執行文件的轉換過程，理解編譯器和解釋器的作用與區彆。 軟件開發流程： 簡要介紹軟件生命周期模型（如瀑布、敏捷），強調模塊化、抽象化在控製軟件復雜度中的作用。 --- 第三部分：連接世界——網絡、安全與未來計算 本部分將視角從單機擴展到全球互聯環境，並展望計算技術的未來趨勢。 第七章：互聯網的架構與通信協議 本章詳細解析我們日常使用的互聯網是如何運作的，聚焦於TCP/IP協議族。 網絡層次模型： 深入理解OSI七層模型和TCP/IP四層模型，重點剖析每一層的功能（物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層）。 關鍵協議解析： ARP、IP地址（IPv4與IPv6）、ICMP的工作機製。深入探究TCP（三次握手、可靠傳輸、流量控製）和UDP（無連接的快速傳輸）的區彆與應用場景。 應用層服務： HTTP/HTTPS的工作流程（請求-響應模式、狀態管理、TLS/SSL加密握手），以及DNS（域名係統）如何實現域名到IP地址的解析。 第八章：信息安全與隱私保護 隨著數據價值的提升，安全已成為計算的重中之重。本章探討數字世界中的威脅與防禦手段。 加密技術： 區分對稱加密（如AES）和非對稱加密（如RSA）。深入理解公鑰基礎設施（PKI）和數字簽名的原理，確保數據在傳輸和存儲中的機密性、完整性和不可否認性。 網絡安全威脅： 識彆常見的攻擊手段，如惡意軟件（病毒、木馬、勒索軟件）、拒絕服務攻擊（DoS/DDoS）以及社會工程學攻擊。 身份驗證與訪問控製： 探討密碼學散列函數的作用、多因素認證（MFA）的機製，以及訪問控製列錶（ACL）的基本概念。 第九章：新興計算範式展望 本章超越當前的矽基計算，探討驅動下一代技術革命的前沿領域。 並行與分布式計算： 討論雲計算的基本架構（IaaS, PaaS, SaaS），以及MapReduce等框架在處理海量數據時的優勢。 人工智能與機器學習概述： 簡要介紹人工智能的曆史脈絡，區分機器學習、深度學習的核心概念（神經網絡、訓練與推理），強調數據在模型構建中的核心地位。 量子計算的潛力： 介紹量子比特（Qubit）、疊加態和量子糾纏等基本概念，初步探討量子計算相對於經典計算在特定問題（如因式分解、模擬物理係統）上的顛覆性潛力。 --- 結語： 本書提供的不是一個封閉的工具箱，而是一張探索計算科學廣闊疆域的地圖。它要求讀者不僅要“會用”技術，更要理解技術“為何如此”，從而具備在未來技術迭代中持續學習和創新的能力。掌握這些基礎知識，纔能真正駕馭由信息技術驅動的未來世界。

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翻閱這本書的過程中，我最大的感受是其對軟件應用層麵的覆蓋廣度令人驚嘆。它並非局限於講解某個特定軟件的操作手冊，而是立足於“信息素養”的高度，係統性地梳理瞭辦公軟件、數據庫基礎乃至網絡協作工具的通用邏輯。例如，在電子錶格部分，作者不僅細緻講解瞭常用函數，更側重於數據透視錶和條件格式在商業分析中的強大功能，讓我意識到Excel遠不止是做個簡單加減的地方，而是一個強大的數據處理平颱。關於數據庫基礎，SQL語句的引入恰到好處，它沒有讓讀者陷入復雜的範式理論，而是通過設計一個簡單的圖書館藉閱係統案例，直觀展示瞭數據結構化管理的重要性，極大地提升瞭我的數據思維能力。此外，教材對信息安全和隱私保護的篇幅也給予瞭足夠的重視，它用多個真實案例警示我們網絡行為的潛在風險，並提供瞭切實可行的防護策略，這對於我們這些在虛擬世界中日益活躍的學生來說，無疑是及時且必要的教育。這本書的優點在於它的實用性，它提供的知識點是立即可用於提升日常學習和工作效率的“彈藥”，而非停留在理論堆砌的空中樓閣。

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這本書的編寫風格可以說是非常“用戶友好”，這一點從其排版布局和語言的選取上就能明顯感受齣來。相較於其他一些動輒充滿晦澀專業術語的教材，這本《大學信息技術基礎》使用瞭大量清晰的流程圖和對比錶格來解釋復雜概念，使得閱讀體驗流暢且不費力。特彆是當涉及到網絡協議（如TCP/IP模型）這類抽象的概念時，作者采用瞭一種“分層剝繭”的敘述方式，先給齣整體框架，再逐層深入細節，每一步都有明確的總結和迴顧，有效避免瞭讀者在知識點迷宮中迷失方嚮。我個人特彆喜歡它在每個章節末尾設置的“反思與挑戰”環節，它提供的不是簡單的知識點迴顧，而是開放性的思考題，促使我們去思考技術對社會倫理、未來職業發展的影響，真正做到瞭“學以緻用，思以緻遠”。這種鼓勵主動探索而非被動接收的教學設計，極大地激發瞭我對這門課程的學習熱情，讓我覺得學習技術不再是任務，而是一場有趣的智力探險。

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深入閱讀這本書，我注意到它對新興技術的關注度非常高，顯示齣編者緊跟時代步伐的努力。雖然是基礎教材，但對於雲計算（IaaS, PaaS, SaaS的區分與應用）、大數據處理的基本思想，以及人工智能的簡要概念，都進行瞭恰到好處的介紹。這些內容的篇幅控製得非常好，既沒有過度渲染技術炒作，也沒有因為內容太新穎就避而不談。例如，在講解雲計算時，教材並未要求我們精通某一特定廠商的服務，而是聚焦於理解“資源虛擬化”和“按需付費”的核心商業模式，這種宏觀層麵的把握對於培養我們的未來視野至關重要。在我看來，一本閤格的大學基礎教材，不僅要教授“現在的知識”，更要為“未來的變革”做好準備。這本教材成功地在夯實傳統IT基礎（如操作係統原理）的同時，也為我們打開瞭一扇通往未來技術世界的大門，讓我對未來技術趨勢有瞭初步的判斷力和辨識力，避免瞭被錶麵的熱點所迷惑。

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這本《大學信息技術基礎》的教材，著實讓我這個剛踏入大學校門的新生體會到瞭“信息洪流”的衝擊。開篇對於計算機硬件的介紹，詳實得如同拆解一颱精密儀器，從CPU的核心架構到內存的層次劃分，再到存儲設備的迭代演變，講解得鞭闢入裏。我原以為這部分會枯燥乏味，但作者巧妙地穿插瞭大量現實生活中的應用案例，比如高性能計算如何支撐天氣預報的精確性，固態硬盤如何改變瞭我們的開機速度，使得原本抽象的技術概念變得具象可感。尤其是對二進製和布爾代數的闡述，作者沒有停留在死闆的公式推導，而是用生動的邏輯電路圖和日常決策場景進行類比，讓我這個工科小白也能迅速抓住其底層思維模式。更讓我欣賞的是，教材並沒有止步於介紹“是什麼”，而是深入探討瞭“為什麼”。例如，在講解摩爾定律時，它不僅陳述瞭定律本身，還探討瞭物理極限對未來計算發展的製約，激發瞭我對更深層次信息科學的探索欲。總而言之，它為我構建瞭一個堅實的技術基石，讓我不再視計算機為一個黑箱，而是可以理解其內在運作機製的復雜係統。這本書的價值，在於它成功地架起瞭理論知識與實際應用之間的橋梁，讓“基礎”不再是空泛的口號，而是可以觸摸和理解的實在知識體係。

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對我這個對編程邏輯抱有好奇心的讀者而言，這本書在算法與編程入門這部分的處理方式，簡直是教科書級彆的典範。它沒有直接拋齣一個復雜的編程語言環境讓初學者望而卻步，而是從最基礎的流程控製、變量定義、數據結構概念入手，並輔以僞代碼和簡化的C語言片段進行說明。最齣彩的是，它對“算法效率”的講解，通過比較冒泡排序和選擇排序的時間復雜度差異，用直觀的圖示清晰地展現瞭優秀算法設計的重要性，這遠比單純背誦時間復雜度符號要來得深刻。作者非常注重培養讀者的“計算思維”，即如何將一個復雜問題分解、抽象、並用邏輯步驟解決。這種思維的訓練，貫穿在每一個習題和案例分析中。讀完這部分內容，我感覺自己對編寫程序的那種結構化、精確化的思維模式有瞭初步的掌握，即便我以後不會成為專業程序員，這種解決問題的邏輯框架也能應用到我未來專業領域的任何挑戰中去。這不僅僅是一本技術書，更像是一本邏輯思維的訓練手冊。

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