本书由当今该领域备受赞誉且经验丰富的教育家Nell Dale和John Lewis共同编写，全面介绍计算机科学领域的基础知识，为广大学生勾勒了一幅生动的画卷。就整体而言，全书内容翔实、覆盖面广，旨在向读者展示计算机科学的全貌；从细节上看，本书层次清晰、描述生动，基于计算机系统的洋葱式结构，分别介绍信息层、硬件层、程序设计层、操作系统层、应用程序层和通信层，涉及计算机科学的各个层面。 本书贯穿了计算机系统的各个方面，非常适合作为计算机专业的计算机导论课程教材，为后续专业课程打下坚实的基础；同时还适合作为非计算机专业的计算机总论课程教材，提供计算机系统全面完整的介绍。

内尔•黛尔（Nell Dale） 计算机科学领域广受推崇的教育家。在得克萨斯大学奥斯汀分校执教的二十多年中，她编写了四十多本计算机科学方面的本科生教材。她于得克萨斯大学奥斯汀分校获得了硕士学位和计算机科学博士学位。由于在计算机科学领域做出了卓越贡献，她于1996年获得了ACM SIGCSE计算机科学教育杰出贡献奖，于2001年获得了ACM Karl Karlston杰出教师奖。她于2010年被选为ACM会士。 约翰•路易斯（John Lewis） 计算机科学领域的教育家和作家。他编写的Java软件及程序设计教材十分畅销。他于弗吉尼亚理工大学获得博士学位，并曾在维拉诺瓦大学计算机科学系执教14年，现任教于弗吉尼亚理工大学。执教期间，他获奖无数，包括大学卓越教学奖和Goff杰出教学奖。他的研究兴趣包括面向对象技术、多媒体和软件工程。

出版者的话
译者序
前言
第一部分　基础篇
第1章　全景图 2
1.1　计算系统 2
1.1.1　计算系统的分层 3
1.1.2　抽象 4
1.2　计算的历史 6
1.2.1　计算硬件简史 6
1.2.2　计算软件简史 13
1.2.3　预言 17
1.3　计算工具与计算学科 17
小结 19
道德问题：数字鸿沟 19
关键术语 20
练习 20
思考题 21
第二部分　信息层
第2章　二进制数值与记数系统 24
2.1　数字与计算 24
2.2　位置记数法 25
2.2.1　二进制、八进制和十六进制 26
2.2.2　其他记数系统中的运算 29
2.2.3　以2的幂为基数的记数系统 30
2.2.4　将十进制数转换成其他数制的数 31
2.2.5　二进制数值与计算机 32
小结 33
道德问题：FISA法庭 34
关键术语 34
练习 34
思考题 36
第3章　数据表示法 37
3.1　数据与计算机 37
3.1.1　模拟数据与数字数据 38
3.1.2　二进制表示法 40
3.2　数字数据表示法 41
3.2.1　负数表示法 41
3.2.2　实数表示法 44
3.3　文本表示法 46
3.3.1　ASCII字符集 47
3.3.2　Unicode字符集 48
3.3.3　文本压缩 48
3.4　音频数据表示法 52
3.4.1　音频格式 53
3.4.2　MP3音频格式 54
3.5　图像与图形表示法 54
3.5.1　颜色表示法 54
3.5.2　数字化图像与图形 55
3.5.3　图形的矢量表示法 57
3.6　视频表示法 57
小结 58
道德问题：Snowden事件的影响 58
关键术语 59
练习 59
思考题 61
第三部分　硬件层
第4章　门和电路 64
4.1　计算机和电学 64
4.2　门 66
4.2.1　非门 66
4.2.2　与门 67
4.2.3　或门 68
4.2.4　异或门 68
4.2.5　与非门和或非门 68
4.2.6　门处理回顾 69
4.2.7　具有更多输入的门 70
4.3　门的构造 70
4.4　电路 72
4.4.1　组合电路 72
4.4.2　加法器 75
4.4.3　多路复用器 76
4.5　存储器电路 77
4.6　集成电路 78
4.7　CPU芯片 78
小结 79
道德问题：道德规范 79
关键术语 80
练习 80
思考题 82
第5章　计算部件 83
5.1　独立的计算机部件 83
5.2　存储程序的概念 86
5.2.1　冯·诺伊曼体系结构 88
5.2.2　读取–执行周期 91
5.2.3　RAM和ROM 93
5.2.4　二级存储设备 93
5.2.5　触摸屏 97
5.3　嵌入式系统 98
5.4　并行体系结构 99
5.4.1　并行计算 99
5.4.2　并行硬件分类 100
小结 101
道德问题：隐私是否已经是过去时？ 101
关键术语 102
练习 102
思考题 103
第四部分　程序设计层
第6章　低级程序设计语言与伪代码 106
6.1　计算机操作 106
6.2　机器语言 107
6.2.1　Pep/9：一台虚拟机 107
6.2.2　Pep/9的输入/输出 112
6.3　一个程序实例 112
6.3.1　Pep/9模拟器 113
6.3.2　另一个机器语言实例 114
6.4　汇编语言 115
6.4.1　Pep/9汇编语言 115
6.4.2　数字数据、分支、标签 117
6.4.3　汇编语言中的循环 120
6.5　表达算法 121
6.5.1　伪代码的功能 121
6.5.2　执行伪代码算法 124
6.5.3　写伪代码算法 126
6.5.4　翻译伪代码算法 127
6.6　测试 129
小结 130
道德问题：软件盗版 131
关键术语 131
练习 131
思考题 133
第7章　问题求解与算法设计 134
7.1　如何解决问题 134
7.1.1　提出问题 135
7.1.2　寻找熟悉的情况 136
7.1.3　分治法 137
7.1.4　算法 137
7.1.5　计算机问题求解过程 137
7.1.6　方法总结 139
7.1.7　测试算法 139
7.2　有简单变量的算法 140
7.2.1　带有选择的算法 140
7.2.2　带有循环的算法 140
7.3　复杂变量 143
7.3.1　数组 144
7.3.2　记录 144
7.4　搜索算法 145
7.4.1　顺序搜索 145
7.4.2　有序数组中的顺序搜索 146
7.4.3　二分检索 147
7.5　排序 148
7.5.1　选择排序 148
7.5.2　冒泡排序 150
7.5.3　插入排序 151
7.6　递归算法 152
7.6.1　子程序语句 153
7.6.2　递归阶乘 153
7.6.3　递归二分检索 154
7.6.4　快速排序 154
7.7　几个重要思想 157
7.7.1　信息隐蔽 157
7.7.2　抽象 157
7.7.3　事物命名 158
7.7.4　测试 158
小结 158
道德问题：开源软件 159
关键术语 160
练习 160
思考题 162
第8章　抽象数据类型与子程序 163
8.1　抽象数据类型 163
8.2　栈 164
8.3　队列 164
8.4　列表 165
8.5　树 167
8.5.1　二叉树 167
8.5.2　二叉检索树 169
8.5.3　其他操作 173
8.6　图 173
8.6.1　创建图 174
8.6.2　图算法 175
8.7　子程序 179
8.7.1　参数传递 180
8.7.2　值参与引用参数 181
小结 183
道德问题：工作场所监视 183
关键术语 184
练习 184
思考题 187
第9章　面向对象设计与高级程序设计语言 188
9.1　面向对象方法 188
9.1.1　面向对象 189
9.1.2　设计方法 189
9.1.3　示例 191
9.2　翻译过程 194
9.2.1　编译器 194
9.2.2　解释器 195
9.3　程序设计语言范型 196
9.3.1　命令式范型 197
9.3.2　声明式范型 197
9.4　高级程序设计语言的功能性 199
9.4.1　布尔表达式 199
9.4.2　数据归类 200
9.4.3　输入/输出结构 203
9.4.4　控制结构 204
9.5　面向对象语言的功能性 208
9.5.1　封装 209
9.5.2　类 209
9.5.3　继承 210
9.5.4　多态 211
9.6　过程设计与面向对象设计的区别 211
小结 212
道德问题：恶作剧与诈骗 213
关键术语 214
练习 214
思考题 216
第五部分　操作系统层
第10章　操作系统 218
10.1　操作系统的角色 218
10.1.1　内存、进程与CPU管理 220
10.1.2　批处理 220
10.1.3　分时 221
10.1.4　其他OS要素 222
10.2　内存管理 223
10.2.1　单块内存管理 224
10.2.2　分区内存管理 225
10.2.3　页式内存管理 227
10.3　进程管理 228
10.3.1　进程状态 229
10.3.2　进程控制块 229
10.4　CPU调度 230
10.4.1　先到先服务 231
10.4.2　最短作业优先 231
10.4.3　轮询法 232
小结 233
道德问题：医疗隐私——健康保险携带与责任法案（HIPAA） 234
关键术语 234
练习 235
思考题 237
第11章　文件系统和目录 238
11.1　文件系统 238
11.1.1　文本文件和二进制文件 239
11.1.2　文件类型 239
11.1.3　文件操作 240
11.1.4　文件访问 241
11.1.5　文件保护 242
11.2　目录 243
11.2.1　目录树 244
11.2.2　路径名 246
11.3　磁盘调度 247
11.3.1　先到先服务磁盘调度法 248
11.3.2　最短寻道时间优先磁盘调度法 249
11.3.3　SCAN磁盘调度法 249
小结 251
道德问题：选择加入和选择退出 251
关键术语 252
练习 252
思考题 254
第六部分　应用层
第12章　信息系统 256
12.1　信息管理 256
12.2　电子制表软件 257
12.2.1　电子数据表公式 259
12.2.2　循环引用 262
12.2.3　电子数据表分析 263
12.3　数据库管理系统 264
12.3.1　关系模型 265
12.3.2　关系 267
12.3.3　结构化查询语言 268
12.3.4　数据库设计 270
12.4　电子商务 270
12.5　大数据 271
小结 272
道德问题：政治与网络 273
关键术语 274
练习 274
思考题 276
第13章　人工智能 277
13.1　思维机 277
13.1.1　图灵测试 278
13.1.2　AI问题的各个方面 279
13.2　知识表示 279
13.2.1　语义网 280
13.2.2　检索树 282
13.3　专家系统 284
13.4　神经网络 286
13.4.1　生物神经网络 286
13.4.2　人工神经网络 287
13.5　自然语言处理 288
13.5.1　语音合成 289
13.5.2　语音识别 290
13.5.3　自然语言理解 291
13.6　机器人学 292
13.6.1　感知–规划–执行范型 292
13.6.2　包孕体系结构 293
13.6.3　物理部件 294
小结 295
道德问题：首次公开发行 296
关键术语 297
练习 297
思考题 298
第14章　模拟、图形学、游戏和其他应用 299
14.1　什么是模拟 299
14.1.1　复杂系统 299
14.1.2　模型 300
14.1.3　构造模型 300
14.2　特殊模型 301
14.2.1　排队系统 301
14.2.2　气象模型 303
14.2.3　计算生物学 307
14.2.4　其他模型 307
14.2.5　必要的计算能力 307
14.3　计算机图形学 308
14.3.1　光的工作原理 309
14.3.2　物体形状 310
14.3.3　光模拟 310
14.3.4　复杂对象的建模 311
14.3.5　让物体动起来 314
14.4　游戏 315
14.4.1　游戏的历史 316
14.4.2　创建虚拟世界 316
14.4.3　游戏设计与开发 317
14.4.4　游戏编程 318
小结 319
道德问题：游戏成瘾 319
关键术语 320
练习 320
思考题 321
第七部分　通信层
第15章　网络 324
15.1　连网 324
15.1.1　网络的类型 325
15.1.2　Internet连接 327
15.1.3　包交换 330
15.2　开放式系统与协议 331
15.2.1　开放式系统 331
15.2.2　网络协议 331
15.2.3　TCP/IP 332
15.2.4　高层协议 333
15.2.5　MIME类型 334
15.2.6　防火墙 334
15.3　网络地址 335
15.3.1　域名系统 336
15.3.2　谁控制因特网 338
15.4　云计算 339
15.5　区块链 340
小结 341
道德问题：社交网络的影响 341
关键术语 342
练习 343
思考题 344
第16章　万维网 345
16.1　Web简介 345
16.1.1　搜索引擎 346
16.1.2　即时消息 347
16.1.3　博客 348
16.1.4　cookie 348
16.1.5　Web分析 349
16.2　HTML和CSS 350
16.2.1　基本的HTML元素 352
16.2.2　标记的属性 353
16.2.3　关于CSS的更多内容 353
16.2.4　更多HTML5的元素 355
16.3　交互式网页 356
16.3.1　Java小程序 356
16.3.2　Java服务器页 357
16.4　XML 358
16.5　社交网络演化 360
小结 361
道德问题：赌博与互联网 363
关键术语 363
练习 364
思考题 365
第17章　计算机安全 366
17.1　各级安全 366
17.2　阻止未授权访问 368
17.2.1　密码 369
17.2.2　验证码 370
17.2.3　指纹分析 371
17.3　恶意代码 372
17.3.1　杀毒软件 373
17.3.2　安全攻击 373
17.4　密码学 375
17.5　保护你的在线信息 377
17.5.1　共同的责任 379
17.5.2　安全与可移动设备 379
17.5.3　维基解密 379
小结 381
道德问题：博客和新闻 382
关键术语 383
练习 384
思考题 385
第八部分　总结
第18章　计算的限制 388
18.1　硬件 388
18.1.1　算术运算的限制 388
18.1.2　部件的限制 393
18.1.3　通信的限制 394
18.2　软件 394
18.2.1　软件的复杂度 395
18.2.2　当前提高软件质量的方法 395
18.2.3　臭名昭著的软件错误 399
18.3　问题 400
18.3.1　算法比较 400
18.3.2　图灵机 405
18.3.3　停机问题 408
18.3.4　算法分类 409
小结 410
道德问题：Therac-25灾难剖析 410
关键术语 411
练习 411
思考题 413
参考文献 414
索引 421