計算機科學導論（第5版）/高等院校計算機教育係列教材 pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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瞿，中，伍建全，熊安萍，夏淑芳著

圖書標籤:

計算機科學
導論
高等教育
教材
計算機基礎
編程入門
算法
數據結構
第五版
計算機教育

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齣版社：清華大學齣版社

ISBN：9787302494942

版次：5

商品編碼：12346420

包裝：平裝

叢書名：高等院校計算機教育係列教材

開本：16開

齣版時間：2018-03-01

用紙：膠版紙

頁數：312

字數：491000

具體描述

編輯推薦

《計算機科學導論(第5版)》按照教育部高教司主持評審的《中國計算機科學與技術學科教程2002》進行編寫，並參照美國計算機學會(Association for Computing Machinery，ACM)和美國電氣和電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)的計算教程2015，用邏輯嚴密的編寫方式將讀者引入本學科各個富有挑戰性的領域之中。《計算機科學導論(第5版)》介紹瞭計算機體係結構與組織、程序設計語言、程序設計基礎、算法與復雜性、信息管理、軟件工程、操作係統、網絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數值計算科學、智能係統、社會和職業問題等14個核心體，力求讓讀者對計算機科學與技術專業有比較深入的瞭解，樹立專業學習的責任感和自豪感。

《計算機科學導論(第5版)》是在《計算機科學導論》(第4版)的基礎上進行修訂的，主要修訂內容有：刪減瞭一些復雜的理論知識，增加瞭雲計算與物聯網、大數據分析、互聯網+、數字地球、智慧城市、電子商務、智能傢居、智能交通、3D打印技術、微博、微信等內容。本書介紹瞭計算機科學與技術的核心內容，使讀者理解計算機係統的信息處理本質，掌握數據錶達和數據加工錶達的層次方法，瞭解計算機係統的功能組成，認識計算機科學與技術對人類社會的重要推動作用。

《計算機科學導論(第5版)》內容由淺入深、結構嚴謹，力求避免內容重復、結構鬆散等弊病。由於本書涉及的內容繁多，各高校任課教師可根據學生的情況，在學習本書時適當調整學時，對其中的一些章節也可以根據各高校的實際情況選用。

內容簡介

《計算機科學導論(第5版)》結閤理論講解和實際應用，嚴格按照教育部高教司主持評審的《中國計算機科學與技術學科教程2002》進行編寫，並參照美國計算機學會和美國電氣和電子工程師協會的計算教程(Computing Curricula，CC)，對計算機科學與技術進行係統化和科學化闡述。本書具體介紹瞭計算機體係結構與組織、程序設計語言、程序設計基礎、算法與復雜性、信息管理、軟件工程、操作係統、網絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數值計算科學、智能係統、社會和職業問題等14個核心體，目的是讓讀者瞭解計算機科學與技術學科的全貌。本書每章後均配有一定量的習題，以便讀者鞏固所學知識。

《計算機科學導論(第5版)》既可作為高等學校計算機專業學生的專業基礎課程教材，也可作為網絡工程、信息安全、物聯網工程、通信工程、電子科學與技術、自動化等相關專業學生的計算機教材。

精彩書摘

第2章計算機體係結構與組織

學習目標

瞭解數據的機器編碼、計算機係統的組成、存儲係統的組織結構、基本的輸入/輸齣係統、計算機係統的分類、多核技術、高性能計算機、並行計算機、網絡計算機、分布式係統。

掌握數值數據的錶示和計算、非數值數據的編碼、數字邏輯與數字係統。

學習計算機知識應從一些基本的概念入手，包括數值數據在計算機中的錶示與運算、非數值數據的錶示、數據的機器編碼、數字邏輯與數字係統等與計算機相關的基礎知識。

2.1 數值數據

計算機隻識彆二進製編碼的指令和數據，其他的如數字、字符、聲音、圖形、圖像等信息都必須轉換成二進製的形式，計算機纔能進行識彆和處理。二進製隻有兩個狀態(即0和1)，這正好與物理器件的兩種狀態相對應，如電壓信號的高與低、門電路的導通與截止等；而十進製電路則需要用10種狀態來描述，這將使得電路十分復雜，處理起來也非常睏難。因此，采用二進製將使得計算機在物理實現上變得簡單，且具有可靠性高、處理簡單、抗乾擾能力強等優點。下麵對計算機中的各種數據錶示進行詳細介紹。

2.1.1 數的錶示及數製轉換

十進製數是日常生活中常用的，一直伴隨著人們的生活，它也是中國的一大發明。在商代時，中國已采用瞭十進製。從現已發現的商代陶文和甲骨文中，可以看到當時已能夠用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、韆、萬13個數字，記十萬以內的任何自然數。這些記數文字的形狀，在後世雖有所變化並演變成為現在的寫法，但記數方法卻從沒有中斷，一直被沿襲的同時日趨完善。十進製的記數法是古代世界中最先進、最科學的記數法，對世界科學和文化的發展起著不可估量的作用。正如李約瑟(Joseph Terence Montgomery Needham，1900—1995)所說的：“如果沒有這種十進製，就不可能齣現我們現在這個統一化的世界瞭。”

除瞭十進製外，其他進製，如十二進製(時鍾)等也在生活中廣泛使用。而在計算機內所有的數據都是以二進製代碼的形式存儲、處理和傳送，但是在輸入/輸齣或書寫時，為瞭用戶的方便，也經常用到八進製和十六進製。

前言/序言

前言

　　“計算機科學導論”是計算機專業學生進入大學學習的第一門專業基礎課程，其目的在於用統一的思想，對該學科進行係統化和科學化闡述，讓學生認識計算機科學與技術學科的本質。本書按照教育部高教司主持評審的《中國計算機科學與技術學科教程2002》進行編寫，並參照美國計算機學會(Association for Computing Machinery，ACM)和美國電氣和電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)的計算教程2015，用邏輯嚴密的編寫方式將讀者引入本學科各個富有挑戰性的領域之中。本書介紹瞭計算機體係結構與組織、程序設計語言、程序設計基礎、算法與復雜性、信息管理、軟件工程、操作係統、網絡計算、圖形學和可視化計算、人機交互、離散結構、數值計算科學、智能係統、社會和職業問題等14個核心體，力求讓讀者對計算機科學與技術專業有比較深入的瞭解，樹立專業學習的責任感和自豪感。

　　本書是在《計算機科學導論》(第4版)的基礎上進行修訂的，主要修訂內容有：刪減瞭一些復雜的理論知識，增加瞭雲計算與物聯網、大數據分析、互聯網+、數字地球、智慧城市、電子商務、智能傢居、智能交通、3D打印技術、微博、微信等內容。本書介紹瞭計算機科學與技術的核心內容，使讀者理解計算機係統的信息處理本質，掌握數據錶達和數據加工錶達的層次方法，瞭解計算機係統的功能組成，認識計算機科學與技術對人類社會的重要推動作用。

　　本書內容由淺入深、結構嚴謹，力求避免內容重復、結構鬆散等弊病。由於本書涉及的內容繁多，各高校任課教師可根據學生的情況，在學習本書時適當調整學時，對其中的一些章節也可以根據各高校的實際情況選用。本書配備有電子教案，任課教師可根據學生的實際情況進行修改。本書的電子教案、課程大綱、授課計劃、習題答案可以到清華大學齣版社網站下載，也可以嚮作者索取。

　　本書由瞿中任主編，伍建全、熊安萍、夏淑芳任副主編。碩士研究生劉帥、柴國華、鞠芳蓉、陳宇翔、徐夢茹、吳戈、耿明月、王騰鋒、張玲、黃旭、危學明、陳思琪、徐芳琳、曹悅欣、劉京、呂磊、王升燁等提供瞭大量的資料，本科生劉妍、王子君、張真箏、夏少文、劉寶陽、硃嘉傑等人參與瞭文字校對工作，並對書中的實例及圖錶進行瞭校對。

　　書中介紹瞭部分著名學者的成果，如Alan Mathison Turing、John von Neumann、Andrew Chi-Chih Yao、華羅庚等，還采用瞭一些學者的照片，以豐富本書的內容，在此嚮這些學者錶示感謝。本書的順利齣版，得到瞭各級領導的大力支持和幫助，以及計算機界眾多學者的關心，在此一並緻謝。

　　由於計算機科學與技術的發展迅速以及受作者水平所限，書中難免存在疏漏之處，懇請廣大讀者特彆是同行批評指正。在使用本書過程中遇到任何問題，或者有好的意見和建議，請與編者聯係，以便今後更好地修訂本書，為廣大讀者服務。

編者

程序世界的基石：探索計算的奧秘與力量在這個信息爆炸、技術革新的時代，計算機科學已滲透到我們生活的方方麵麵，成為推動社會進步的強大引擎。從智能手機的便捷操作到復雜的科學計算，從網絡世界的暢通無阻到人工智能的飛速發展，這一切都離不開計算機科學的理論指導與實踐創新。本書旨在為初學者構建一個堅實而清晰的計算機科學知識體係，引領讀者深入理解程序世界的運行規律，掌握駕馭計算力量的方法。第一部分：計算的起源與演進——從邏輯到機器在踏入精彩紛呈的計算機科學殿堂之前，我們首先需要迴溯其曆史的源頭，理解計算的本質是如何從抽象的邏輯概念逐漸演化為能夠執行復雜任務的物理機器的。數學的根基：形式邏輯與可計算性理論計算並非憑空而生，而是建立在嚴謹的數學基礎之上。本部分將深入探討形式邏輯，揭示其在構建計算模型中的核心作用。我們將認識到，計算機的本質是處理信息，而信息又是可以通過符號和規則進行邏輯操作的。在此基礎上，我們將引齣“可計算性”這一 fundamental 的概念。究竟哪些問題是計算機能夠解決的？又有哪些問題是注定無法通過算法來完成的？圖靈機，作為一種抽象的計算模型，將在此環節中扮演關鍵角色。它以其簡單而強大的通用性，奠定瞭現代計算機理論的基石，幫助我們理解計算能力的邊界。我們將分析圖靈機的構造、工作原理，以及它與現代計算機之間深刻的聯係。思想的萌芽：早期計算設備與先驅者在圖靈機理論提齣之前，人類就已經在探索如何藉助機械來輔助計算。本部分將迴顧那些充滿智慧的早期計算設備，如帕斯卡計算器、萊布尼茨的乘法器，以及巴貝奇的差分機和分析機。我們會瞭解這些設備的設計理念、技術限製以及它們在當時所代錶的計算能力。同時，也將聚焦於那些富有遠見的先驅者，如布爾、阿達·洛芙萊斯等，他們對數學和機械的深刻理解，為後來的計算機革命播下瞭思想的種子。理解這些曆史性的嘗試，有助於我們更好地把握計算機技術發展的脈絡。電子時代的黎明：第一代電子計算機的誕生隨著電子技術的飛速發展，尤其是真空管的發明，計算的效率得到瞭前所未有的提升。本部分將詳細介紹ENIAC、EDVAC等早期電子計算機的誕生曆程。我們將瞭解這些龐然大物是如何工作的，它們在第二次世界大戰等曆史時期所發揮的關鍵作用，以及它們所麵臨的技術挑戰，如體積龐大、功耗高、易損壞等。同時，也將探討馮·諾依曼體係結構的齣現，這一裏程碑式的創新，將程序和數據統一存儲，為現代計算機的設計奠定瞭基礎。第二部分：硬件的基石——構建計算的物理載體計算機的強大計算能力，離不開其精密的硬件設計。本部分將從最基本的層麵，揭示計算機的物理組成和它們是如何協同工作的。數字世界的語言：二進製與邏輯門計算機內部的一切信息，無論是數字、文字還是指令，最終都以二進製的形式進行錶示。我們將深入理解二進製數製的原理，以及它是如何成為計算機內部數據的基本單位的。在此基礎上，我們將學習構成計算機基本運算單元的邏輯門，如與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT）等。我們將探究這些邏輯門如何組閤，實現基本的邏輯運算，進而構建齣更復雜的電路，為數據的處理奠定基礎。數據處理的核心：算術邏輯單元（ALU）與中央處理器（CPU） CPU，即中央處理器，是計算機的“大腦”，它負責執行指令和進行數據運算。本部分將詳細解析CPU的內部構造，特彆是算術邏輯單元（ALU）的功能。我們將學習ALU是如何進行加、減、乘、除等算術運算，以及與、或、非等邏輯運算的。我們將理解CPU如何通過控製單元協調指令的獲取、譯碼和執行，以及寄存器在CPU內部數據臨時存儲中的作用。信息的儲存與傳遞：內存、存儲器與總綫為瞭能夠高效地執行程序，計算機需要各種方式來儲存和快速訪問數據。本部分將介紹計算機的存儲係統，包括主內存（RAM）和各種外部存儲設備（如硬盤、固態硬盤）。我們將理解RAM的讀寫速度優勢及其斷電易失性，以及外部存儲器的容量大和非易失性特點。同時，也將重點闡述總綫的作用，它是計算機內部各個部件之間進行數據和指令傳輸的“高速公路”，理解總綫的類型和工作原理對於理解計算機整體性能至關重要。輸入與輸齣的橋梁：外圍設備計算機並非孤立存在，它需要與外界進行交互。本部分將介紹常見的輸入設備（如鍵盤、鼠標）和輸齣設備（如顯示器、打印機）。我們將瞭解這些設備如何將人類的指令轉化為計算機能夠理解的信號，以及計算機如何將處理結果以人類可讀的形式呈現齣來。第三部分：軟件的靈魂——指令與程序的藝術硬件提供瞭計算的載體，而軟件則賦予瞭計算機生命。本部分將深入探索軟件的本質，從最底層的機器指令到高級的編程語言，揭示如何通過指令的序列來控製計算機執行各種任務。機器的語言：機器指令與匯編語言計算機能夠直接理解的唯一語言是機器指令，它由一連串的二進製代碼組成。本部分將介紹機器指令的基本結構，以及它們是如何控製CPU執行特定操作的。在此基礎上，我們將引入匯編語言。匯編語言是機器指令的一種低級錶示形式，它使用助記符來代替二進製代碼，使得程序員能夠更方便地編寫和理解指令。我們將學習匯編語言的基本語法，以及它與機器指令之間的對應關係，理解匯編語言在理解底層計算機工作原理中的重要性。指令的集閤：指令集架構（ISA）不同的CPU擁有不同的指令集架構（ISA），它定義瞭CPU能夠識彆和執行的指令集閤。本部分將介紹ISA的概念，以及它如何影響軟件的可移植性和性能。我們將瞭解不同ISA的特點，例如x86架構和ARM架構，以及它們在不同應用領域的使用情況。指令的序列：程序計數器（PC）與指令周期的運作計算機是如何一步一步地執行程序的？本部分將揭示指令周期的運作過程。我們將學習程序計數器（PC）的作用，它指示瞭下一條要執行的指令在內存中的地址。我們將詳細解析指令的提取（Fetch）、譯碼（Decode）、執行（Execute）和寫迴（Write-back）這四個基本階段，理解CPU如何在這個循環中不斷地獲取、解析並執行指令，從而驅動整個程序的運行。第四部分：數據與算法——解決問題的核心能力計算機科學的終極目標是解決問題。本部分將聚焦於數據如何被組織和處理，以及如何設計齣高效的算法來完成復雜的計算任務。數據的組織：數據結構數據是計算的基礎，如何有效地組織和管理數據是至關重要的。本部分將介紹各種基本的數據結構，如數組、鏈錶、棧、隊列、樹和圖。我們將學習每種數據結構的特點、優缺點以及它們在不同場景下的適用性。理解不同的數據結構，能夠幫助我們更高效地存儲和訪問信息，為算法的實現打下堅實的基礎。求解的藝術：算法算法是解決問題的步驟或一係列指令。本部分將深入探討算法的設計與分析。我們將學習如何設計齣解決特定問題的算法，並關注算法的效率，即時間復雜度和空間復雜度。我們將介紹一些經典的算法，如排序算法（冒泡排序、快速排序）、查找算法（綫性查找、二分查找）以及圖算法等。通過對算法的深入理解，讀者將能夠寫齣更高效、更優化的程序。算法的評估：復雜度分析 “好”的算法不僅僅是能夠解決問題，更重要的是它能夠以盡可能少的資源（時間、空間）來解決問題。本部分將詳細講解復雜度分析的概念，包括大O錶示法，用於描述算法的漸優行為。我們將學習如何分析算法的時間復雜度和空間復雜度，從而對不同的算法進行量化評估和比較。理解復雜度分析，是進行性能優化和選擇最優解決方案的關鍵。第五部分：編程的實踐——將思想轉化為代碼理論知識最終需要通過實踐來檢驗和鞏固。本部分將引導讀者從理論走嚮實踐，掌握編程的基本技能。編程的語言：高級編程語言為瞭簡化編程過程，人類發明瞭各種高級編程語言，如Python、Java、C++等。本部分將介紹高級編程語言的特點，以及它們與匯編語言和機器語言的區彆。我們將學習高級語言的基本語法，包括變量、數據類型、運算符、控製結構（條件語句、循環語句）以及函數等。程序的構建：開發環境與基本實踐編寫程序需要藉助特定的開發工具。本部分將介紹集成開發環境（IDE）的作用，以及如何使用編譯器或解釋器將源代碼轉化為可執行程序。我們將通過一些簡單的編程實例，引導讀者動手實踐，學習如何編寫、編譯、運行和調試程序。麵嚮對象編程的理念（選講）麵嚮對象編程（OOP）是現代軟件開發中一種重要的編程範式。如果篇幅允許，本部分可以引入麵嚮對象的基本概念，如類、對象、封裝、繼承和多態，幫助讀者理解如何設計齣更模塊化、更易於維護和擴展的軟件係統。結語計算機科學是一門充滿活力和無限可能性的學科。本書從最基礎的概念齣發，逐步深入到硬件、軟件、算法和編程實踐，旨在為讀者打下堅實的計算機科學基礎。通過對本書的學習，您將能夠更深刻地理解計算機的運作原理，掌握解決問題的計算思維，並為進一步深入學習更高級的計算機科學領域做好充分的準備。願您在探索程序世界的旅程中，收獲知識的喜悅與創新的力量。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

在我看來，這本書的內容覆蓋麵確實很廣，幾乎囊括瞭計算機科學的入門級核心知識點。比如，它對操作係統的介紹，從進程管理、內存管理到文件係統，都做瞭相當詳盡的闡述。我特彆喜歡它在講到進程調度的時候，列舉瞭多種調度算法，並分析瞭它們的優缺點，讓我對操作係統的“幕後工作”有瞭更深的理解。然而，在講解網絡通信的部分，雖然提到瞭TCP/IP協議棧，也簡單介紹瞭HTTP協議，但對於一些更底層的細節，比如三次握手和四次揮手的具體過程，以及數據包在網絡中的傳輸路徑，描述得就相對模糊瞭。我嘗試去理解數據是怎麼從一颱電腦傳到另一颱電腦的，但書本上的講解，感覺隻觸及瞭錶麵，對於路由選擇、擁塞控製這些更復雜的機製，隻是簡單帶過，沒有深入分析。我期待在這一部分能有更具體的案例或者示意圖，來幫助我理解網絡是如何工作的，而不是僅僅停留在概念層麵。

評分☆☆☆☆☆

這本書在語言風格上，整體還是偏嚮學術化的，對於初學者來說，有些地方可能會顯得比較生硬。它在闡述一些理論概念時，會用到很多專業術語，雖然前麵有定義，但有時候讀起來還是有點費力，需要反復咀嚼纔能理解。比如，在講到數據庫原理的時候，它提到瞭範式理論，關係型數據庫的模型，SQL語言的語法等等，這些內容都是非常重要的，但是書中對這些概念的引入和解釋，似乎缺少瞭一些引人入勝的故事或者更貼近生活的例子。我總覺得，如果能用一些更生動的比喻，或者從實際的應用場景齣發，比如一個電商平颱的商品管理係統是怎麼用數據庫來實現的，這樣來講解，學習效果會好很多。另外，在介紹軟件工程的部分，雖然提到瞭瀑布模型、敏捷開發等，但對這些開發模式的實際應用和選擇，以及在不同項目中的優劣勢分析，感覺描述得不夠充分，隻是簡單的羅列，沒有深入的探討。

評分☆☆☆☆☆

這本書我剛開始看的時候，真的是抱著一種“入門”的心態，畢竟是導論嘛。第一章講到計算機的起源和發展曆史，我當時就覺得有點枯燥，很多名字和時間點，雖然知道很重要，但讀起來總感覺像在背誦，不像是在理解。直到後麵講到數據錶示和邏輯門，我纔覺得有點意思瞭。看到二進製怎麼轉換成我們能理解的數字，然後通過那些簡單的邏輯門組閤齣復雜的計算，就像在玩樂高積木一樣，一點點搭起瞭計算機的“思考”方式。不過，書裏在講解邏輯運算的時候，圖示有那麼一點點不夠清晰，我來迴看瞭好幾遍纔算弄明白，特彆是異或和同或的那些邏輯錶達式，總覺得可以再加一些實際應用的例子，比如在電路設計中是怎麼體現的。而且，關於早期計算機的硬件架構，雖然提到瞭馮·諾依曼體係，但細節描述不是特彆深入，我有點好奇那些早期的物理開關和真空管是怎麼運作的，它們和現在的晶體管有什麼本質的區彆，書裏隻是泛泛帶過，讓我覺得有點意猶未盡。總的來說，基礎知識的鋪墊是夠的，但對於一個像我這樣想深入瞭解“為什麼”的讀者來說，有些地方確實不夠過癮，需要自己再找資料補充。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節安排，我個人覺得還是比較閤理的，從最基礎的概念講起，逐步深入。比如，它在講解算法的時候，用瞭大量的僞代碼和流程圖，這一點我非常欣賞。雖然我之前對算法的概念有所瞭解，但通過書中提供的這些清晰的圖示和具體的步驟分解，我能更直觀地理解“什麼是算法”以及“如何設計一個算法”。特彆是那個關於排序算法的對比，各種算法的時間復雜度、空間復雜度都分析得挺到位，而且舉瞭很多例子，讓我能深刻體會到不同算法在效率上的差異。但問題也齣在一些細節的描述上，比如在講到數據結構時，雖然提到瞭鏈錶、棧、隊列這些，但對於它們在內存中的具體實現方式，以及在實際編程中如何高效地操作，書本上的講解略顯理論化，沒有給齣太多代碼層麵的指導。我有點希望作者能多提供一些C++或者Python的示例代碼，讓我們可以直接看到數據結構是如何在代碼中實現的，以及它們是如何被操作的。這樣，理論和實踐的結閤會更緊密，學習起來也會更有成就感。感覺在“如何做”這方麵，書本還可以做得更詳細一些。

評分☆☆☆☆☆

這本書作為一本導論性的教材，在知識的廣度上是無可挑剔的，它幾乎觸及瞭計算機科學的方方麵麵。我最欣賞它的一個點是，在最後幾章提到瞭人工智能和機器學習的一些基礎概念，讓我對這個熱門領域有瞭一個初步的認識。它簡單介紹瞭監督學習、無監督學習，也提到瞭神經網絡，雖然隻是點到為止，但足以激起我的興趣，讓我瞭解到這些技術背後的基本思想。不過，在這一部分，我最大的感受是“意猶未盡”。比如，在講到神經網絡的時候，雖然提到瞭激活函數和反嚮傳播，但對於具體的數學公式推導，以及如何訓練一個神經網絡模型，書本上的講解就非常簡略瞭。我希望能看到更具體的例子，比如如何用Python實現一個簡單的神經網絡，如何選擇閤適的損失函數和優化器。感覺這一塊內容，作者是想讓讀者自己去探索，但對於完全零基礎的人來說，僅僅提供概念，還是有點難度。