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出版者:清华大学出版社

作者:吴文虎

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2003-12-1

价格:28.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302071631

丛书系列:

图书标签:

• T
• 程序设计
• 编程入门
• 计算机基础
• 算法
• 数据结构
• C语言
• Python
• Java
• 编程思想
• 逻辑思维

《数字世界的构建：计算机科学导论》 内容简介 本书旨在为读者开启一扇通往计算机科学与信息技术宏大殿堂的大门。它并非侧重于特定编程语言的语法技巧，而是着眼于计算机科学的核心概念、思维方式以及驱动现代数字世界的底层逻辑。我们相信，理解“计算机如何思考”远比记住“如何输入某条命令”更为关键。 本书结构严谨，内容涵盖了从最基础的数字表示到复杂算法设计与分析的完整路径。我们力求以清晰、直观的方式阐述抽象的理论，并通过丰富的实例和历史背景，帮助读者建立起对计算学科的全面认知。 --- 第一部分：计算的基石——信息与逻辑的殿堂 本部分将带领读者回顾计算的起源与最根本的构成要素。 第一章：数字的秘密——信息是如何被编码的 我们将从人类计数系统的演变入手，最终聚焦于计算机世界的通用语言：二进制。本章详细探讨了位（bit）和字节（byte）的概念，并深入解析了定点数和浮点数的表示方法。读者将理解为什么计算机采用二进制，以及这种选择在硬件实现上的巨大优势。我们还将介绍字符编码的标准，如ASCII到Unicode的演进，揭示文本信息如何在机器内部被精确地存储和传输。这不是简单的数学换算，而是对信息本质的哲学性思考。 第二章：布尔代数与数字逻辑 本章是理解所有数字硬件和软件逻辑的基石。我们从乔治·布尔的代数体系出发，介绍逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的功能及其物理实现。通过构建真值表和逻辑表达式，读者将学习如何使用最简单的逻辑单元组合出复杂的计算功能。重点将放在加法器、多路选择器和译码器等基本电路的设计，展示如何用开关的开与合，实现数学运算。本章的目标是让读者透视计算机内部的“决策引擎”。 第三章：冯·诺依曼架构与计算机的“心跳” 本章将剖析现代计算机的通用结构——冯·诺依曼体系结构。我们将详细介绍中央处理器（CPU）、内存（RAM）、输入/输出（I/O）设备的功能划分。着重分析CPU内部的控制单元和算术逻辑单元（ALU）是如何协同工作的。通过模拟一个指令周期（取指、译码、执行），读者可以清晰地把握程序是如何被翻译成一系列电信号，并在硬件中被执行的。我们还将简要介绍现代处理器中流水线和缓存的概念，以解释性能差异的根源。 --- 第二部分：抽象的艺术——算法与数据结构 如果说第一部分是硬件的解剖，那么本部分则是对软件思想和效率哲学的探索。 第四章：算法的本质与设计思维 算法，即解决问题的明确步骤。本章首先定义了“好的算法”所应具备的特性：正确性、效率和可读性。我们将介绍几种经典的算法设计范式，包括分治法（如快速排序的初步思想）、贪心算法和回溯法。重点将放在如何将现实问题转化为一个可被计算的流程图。 第五章：复杂度分析——衡量算法的优劣 算法设计后，如何评估其性能？本章将系统介绍大O表示法（$O(n)$ 符号），这是衡量算法在最坏情况下性能的行业标准。我们将区分线性时间、对数时间、多项式时间和指数时间算法的含义，并通过实例对比排序算法在不同规模数据下的性能差异。理解复杂度分析，是避免写出“跑不起来”的代码的第一步。 第六章：基本数据结构的应用 数据结构是组织和管理信息的方式。本章将深入探讨以下核心结构及其应用场景： 数组与链表： 对比它们在内存分配和动态扩展上的优劣。 栈与队列： 解释“后进先出”（LIFO）和“先进先出”（FIFO）原则在函数调用和任务调度中的关键作用。 树（Trees）： 重点介绍二叉树和二叉搜索树的结构，它们如何在高效地实现查找和插入操作，为数据库索引打下基础。 图（Graphs）： 介绍图论的基本概念（顶点、边、路径），并初步涉猎如广度优先搜索（BFS）和深度优先搜索（DFS）等遍历算法，这些是构建网络、地图和社交关系的基础。 --- 第三部分：软件的构建与延伸 本部分将视野从底层逻辑扩展到构建实际应用所需的工具和抽象层。 第七章：操作系统：数字世界的“管理者” 操作系统（OS）是连接硬件和应用程序的桥梁。本章将不再关注操作系统具体是Windows还是Linux，而是探究其核心职能： 进程管理： 什么是进程？如何实现多任务并发？介绍上下文切换的概念。 内存管理： 虚拟内存的引入如何解放物理内存的限制？分页和分段机制如何工作？ 文件系统： 文件、目录结构是如何在磁盘上被组织和持久化的？ 第八章：从汇编到高级语言的桥梁 本章将追溯程序语言的发展历程。读者将了解机器码、汇编语言的直接性与复杂性，以及高级语言（如C、Python等）是如何通过抽象机制（如变量、函数、控制流）极大提高开发效率的。我们将简要探讨编译（Compilation）和解释（Interpretation）的过程，理解源代码到可执行文件的转换路径。 第九章：网络基础与互联世界 在当代，任何计算活动都离不开网络。本章将建立一个对全球信息网络的宏观认识。我们将介绍网络分层模型（如TCP/IP模型），重点解析IP地址和端口的概念。读者将理解数据包是如何在不同路由器之间穿梭，以及HTTP协议如何在客户端和服务器之间完成一次完整的“对话”。 --- 本书的特色与目标读者 本书摒弃了对特定编程语言细节的纠缠，而是致力于培养读者“计算思维”（Computational Thinking）。我们通过严谨的逻辑推导和对计算机科学史的尊重，帮助读者理解技术背后的“为什么”和“如何实现”。 本书适合所有希望系统、全面地了解现代信息技术体系结构的人士。无论您是希望深入学习软件工程、数据科学，还是仅仅想成为一个更明智的技术使用者，本书都将为您提供坚实、深入且富有洞察力的理论基础。读完本书，您将不再仅仅是一个软件的消费者，而是一个能理解数字世界运行机制的构建者。

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