计算概论:计算机文化、程序设计.pdf
《计算概论:计算机文化、程序设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算概论:计算机文化、程序设计.pdf(271页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、计 算 概 论-计 算 机 文 化、程 序 设 计 Introduction to Computing:Computer Culture,and Programming闫 宏 飞 陈 狮 编 著 by Hongfei Yan and Chong Chen2010/9/23内 容 简 介 本 书 主 要 是 汇 编 各 书 和 参 考 资 料 而 成,比 较 系 统 地 介 绍 了 计 算 机 文 化,和 程 序 设 计。通 过 这 两 部 分 有 机 的 结 合(前 者 占 1/3,后 者 占 2/3),即 理 论 与 实 践 结 合,使 学 生 理 解 和 掌 握 有 关 计 算 机 和 信
2、 息 技 术 的 基 本 概 念 和 基 本 原 理,对 计 算 机 学 科 有 全 局 性 的 认 识;学 会 使 用 计 算 机 进 行 信 息 处 理,熟 练 掌 握 C+语 言 编 程 技 术,为 后 续 相 关 课 程 的 学 习 打 好 基 础。本 书 层 次 分 明,山 浅 入 深,具 有 学 习 和 实 用 双 重 意 义。本 书 可 作 为 高 等 院 校 各 专 业 一、二 年 级 学 生 的 教 学 参 考 书 和 技 术 资 料,对 广 大 从 事 计 算 机 相 关 研 究 和 应 用 开 发 的 科 技 人 员 也 有 很 大 的 参 考 价 值。,*,-a-刖 H
3、 计 算 概 论 是 普 通 高 校 面 向 理 工 科 低 年 级 学 生 开 设 的 计 算 机 基 础 教 育 课。课 程 前 1/3部 分 为 计 算 机 文 化,后 2/3部 分 为 程 序 设 计。任 教 此 课 两 年 来,发 现 没 有 合 适 的 教 材,因 此 根 据 授 课 经 验,汇 编 各 书 和 参 考 资 料,编 成 此 书。编 者 2009年 1月 于 北 大 燕 园目 录 计 算 概 论-I第 1章 弓 I论._ 11.1 计 算 机 科 学.21.2 摩 尔 定 律.313 SCOPE OF PROBLEMS.5计 新 文 化.9第 2 章 统.102.1
4、COMPUTER INTRODUCTION.102.1.1 TURING MODEL.102.1.2 VON NEUMANN MODEL.162.1.3 Computer components.182.1.5 Practice set.272.2 计 算 机 系 统 漫 游.282.2.1 Information is Bits+Context.302.2.2 Programs Are Translated by Other Programs into Different Forms.322.2.3 It Pays to Understand How Compilation Systems W
5、ork.342.2.4 Processors Read and Interpret Instructions Stored in Memory.352.2.5 Caches Matter.412.2.6 Storage Devices Form a Hierarchy.422.2.7 The Operating System Manages the Hardware.432.2.8 Systems Communicate With Other Systems Using Networks.502.2.9 The Next Step.52第 3 章 糠 和 数 的 新.543.1 数 据 的 新
6、.543.1.1 黜 的 类 型.543.1.2 计 孰 内 部 的 螂.553.1.3 表 示 数 据.563.1.4 十 六 进 制 表 示 法.633.1.5/U 4制 表 示 法.643.1.6 Practice set.643.2数 的 表 示.683.2.1 H dS制 和 二 进 制.683.2.9 Practice set.69第 4 章 麟 设 腌 言 和 开 发 环 境.724.1 粉 设 演 言.724.1.8 Practice set.794.2 开 发 环 境.82下 篇 出 设 计.88第 5 章 础.895.1 C+无 萨 结 构(STRUCTUREOF A PR
7、OGRAM).895.2 变 量 和 类 型(VARIABLES AND DATATYPES).935.3 常 量(C ONSTANTS).1025.4 操 作 符/运 算 符(O PERATORS).1075.4 基 本 输 入 输 出(BASIC INPUT/OUTPUT).118第 6 章 控 制 辘 和 函 数.1256.1 控 缶(J结 构(CONTROLSTRUCTURES).1256.2 函 数 I(FUNCnONSl).13663 函 数 H(FUNCTIONSI I).142第 7 章 组 合 蟠 频.1557.1 数 组.1557.2 字 符 序 列(CHARACTER S
8、EQUENCES).1667.3 指 针(POINTERS).1747.4 动 态 内 存 分 配(DYNAMICMEMORY).1897.5 数 据 结 构.1947.6 其 他 数 据 类 型.202第 8 章 标 僻.2078.1 C LANGUAGE LIBRARY.2088.2 INPUT/OUTPUT STREAM LIBRARY.2098.3 STRING LIBRARY.210iii8.4 STL:STANDARD TEMPLATE LIBRARY.210第 9 章 端 和 引 用.2149.1 POINTERS.2149.1.1 Reference operator(&).2
9、149.1.2 Dereference operator(*).2169.1.3 Declaring variables of pointer types.2179.1.4 Pointers and arrays.2209.1.5 Pointer initialization.2229.1.6 Pointer arithmetics.2239.1.7 Pointers to pointers.2259.1.8 void pointers.2269.1.9 Null pointer.2279.1.10 Pointers to functions.2289.2 DYNAMIC MOMORY.229
10、9.2.1 Operators new and new.2299.2.2 Operators delete and delete口.2319.2.3 Dynamic memory inANSI-C.233第 10 章 VARIABLES:A DEEPER LOOK.23410.1 MEMORY ORGANIZATION.23410.2 VARIABLE SCOPE.23610.3 UNDERSTANDING POINTERS.237第 11章 算 法-24011.1 THE ROLE OF ALGORITHMS IN COMPUTING.24111.1.1 Algorithms.24111.1
11、.2 Algorithms as a technology.24611.2 算 法 的 概 念.24911.3 算 法 的 三 种 基 本 结 构.24911.4 算 法 的 标.25011.5 介 绍 几 种 基 本 算 法.25011.6 迭 代 与 递 归.250第 12章 班 设 计.25112.1 简 单 计 算 题.25112.2 模 拟.251iv12.3 可 模 型 化 的 问 题.25212.4 动 态 殿 ij.252Introduction(Beginner).253Elementary.256Intermediate.257Upper-Intermediate.259A
12、dvanced.260的 翅.264第 1章 引 论 第 1章 引 论 计 算 机 文 化 这 个 词 的 出 现 到 被 广 泛 认 可 的 时 间 并 无 确 切 的 考 证,但 基 本 上 是 在 2 0世 纪 8 0年 代 后 期。计 算 机 开 始 是 一 种 装 置,进 而 到 一 门 学 科,再 发 展 成 为 一 种“文 化”,它 对 人 类 的 影 响 力 之 大 的 确 令 人 惊 叹。计 算 机 文 化 是 指 能 够 理 解 计 算 机 是 什 么,以 及 它 如 何 被 作 为 资 源 使 用 的。简 单 地 说,计 算 机 文 化 不 但 是 知 道 如 何 使 用
13、 计 算 机,更 重 要 的 是 知 道 什 么 时 候 使 用 计 算 机。在 当 今 世 界,几 乎 所 有 专 业 都 与 计 算 机 息 息 相 关。但 是,只 有 某 些 特 定 职 业 和 学 科 才 会 深 入 研 究 计 算 机 本 身 的 制 造、编 程 和 使 用 技 术。用 来 诠 释 计 算 机 学 科 内 不 同 研 究 领 域 的 各 个 学 术 名 词 的 涵 义 不 断 发 生 变 化,同 时 新 学 科 也 层 出 不 穷。五 个 主 要 的 计 算 机 学 科(disipline of com puting)包 括 计 算 机 工 程 学(Computer
14、Engineering),是 电 子 工 程 的 一 个 分 支,主 要 研 究 计 算 机 软 硬 件 和 二 者 间 的 彼 此 联 系。计 算 机 科 学(Computer S c ie n c e),是 对 计 算 机 进 行 学 术 研 究 的 传 统 称 谓。主 要 研 究 计 算 技 术 和 执 行 特 定 任 务 的 高 效 算 法。该 门 学 科 为 我 们 解 决 确 定 一 个 问 题 在 计 算 机 领 域 内 是 否 可 解,如 可 解 其 效 率 如 何,以 及 如 何 作 成 更 加 高 效 率 的 程 序。时 至 今 日,在 计 算 机 科 学 内 已 经 派
15、生 了 许 多 分 支,每 个 分 支 都 针 对 不 同 类 别 的 问 题 进 行 深 入 研 究。软 件 工 程 学(Software E ngineering),着 重 于 研 究 开 发 高 质 量 软 件 系 统 的 方 法 学 和 实 践 方 式,并 试 图 压 缩 并 预 测 开 发 成 本 及 开 发 周 期。信 息 系 统(Infbrmation S y stem s),研 究 计 算 机 在 一 个 广 泛 的 有 组 织 环 境(商 业 为 主)中 的 计 算 机 应 用。信 息 技 术(Infbrmation T echnology),指 计 算 机 相 关 的 管
16、理 和 维 护。计 算 概 论 课 程 关 注 的 是 计 算 机 学 科。较 大 规 模 的 致 力 于 计 算 机 科 学 的 组 织 有:美 国 计 算 机 协 会(Association of Computing M achinery,简 称 ACM);美 国 电 气 电 子 工 程 师 协 会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,简 称 为 IEEE)1 Computing Curricula 2005:The Overview Report,http:/www.acm.org/education/curric vols
17、/CC2005-March06Final.pdf i 第 1章 引 论 1.1 计 算 机 科 学 计 算 机 科 学 是-门 包 含 各 种 各 样 与 计 算 和 信 息 处 理 相 关 主 题 的 系 统 学 科,从 抽 象 的 算 法 分 析、形 式 化 语 法 等 等,到 更 具 体 的 主 题 如 编 程 语 言、程 序 设 计、软 件 和 硬 件 等。作 为 一 门 学 科,它 与 数 学、计 算 机 程 序 设 计、软 件 工 程 和 计 算 机 工 程 有 显 著 的 不 同,却 通 常 被 混 淆,尽 管 这 些 学 科 之 间 存 在 不 同 程 度 的 交 叉 和 覆
18、盖。2计 算 机 科 学 研 究 的 课 题 是:计 算 机 程 序 能 做 什 么 和 不 能 做 什 么(可 计 算 性);如 何 使 程 序 更 高 效 的 执 行 特 定 任 务(算 法 和 复 杂 性 理 论);程 序 如 何 存 取 不 同 类 型 的 数 据(数 据 结 构 和 数 据 库);程 序 如 何 显 得 更 具 有 智 能(人 工 智 能);人 类 如 何 与 程 序 沟 通(人 机 互 动 和 人 机 界 面)。计 算 机 科 学 的 大 部 分 研 究 是 基 于“冯 诺 依 曼 计 算 机”和“图 灵 机”的,它 们 是 绝 大 多 数 实 际 机 器 的 计
19、算 模 型。作 为 此 模 型 的 开 山 鼻 祖,邱 奇-图 灵 论 题(Church-Turing Thesis)表 明,尽 管 在 计 算 的 时 间,空 间 效 率 上 可 能 有 所 差 异,现 有 的 各 种 计 算 设 备 在 计 算 的 能 力 上 是 等 同 的。尽 管 这 个 理 论 通 常 被 认 为 是 计 算 机 科 学 的 基 础,可 是 科 学 家 也 研 究 其 它 种 类 的 机 器,如 在 实 际 层 面 上 的 并 行 计 算 机 和 在 理 论 层 面 上 概 率 计 算 机、o racle计 算 机 和 量 子 计 算 机。在 这 个 意 义 上 来
20、讲,计 算 机 只 是 一 种 计 算 的 工 具:著 名 的 计 算 机 科 学 家 D ijkstra有 句 名 言“计 算 机 科 学 之 关 注 于 计 算 机 并 不 甚 于 天 文 学 之 关 注 于 望 远 镜。计 算 机 科 学 根 植 于 电 子 工 程、数 学 和 语 言 学,是 科 学、工 程 和 艺 术 的 结 晶。它 在 2 0世 纪 最 后 的 三 十 年 间 兴 起 成 为 一 门 独 立 的 学 科,并 发 展 出 自 己 的 方 法 与 术 语。早 期,虽 然 英 国 的 剑 桥 大 学 和 其 他 大 学 已 经 开 始 教 授 计 算 机 科 学 课 程,
21、但 它 只 被 视 为 数 学 或 工 程 学 的 一 个 分 支,并 非 独 立 的 学 科。剑 桥 大 学 声 称 有 世 界 上 第 一 个 传 授 计 算 的 资 格。世 界 上 第 一 个 计 算 机 科 学 系 是 由 美 国 的 普 渡 大 学 在 1962年 设 立,第 一 个 计 算 机 学 院 于 1980年 由 美 国 的 东 北 大 学 设 立。现 在,多 数 大 学 都 把 计 算 机 科 学 系 列 为 独 立 的 部 门,部 分 将 它 与 工 程 系、应 用 数 学 系 或 其 他 学 科 联 合。计 算 机 科 学 领 域 的 最 高 荣 誉 是 A C M设
22、 立 的 图 灵 奖,被 誉 为 是 计 算 机 科 学 的 诺 贝 尔 奖。它 的 获 得 者 都 是 本 领 域 最 为 出 色 的 科 学 家 和 先 驱。华 人 中 首 获 图 灵 奖 的 是 姚 期 智 博 士。他 于 2000年 以 其 对 计 算 理 论 做 出 的 诸 多“根 本 性 的、意 义 重 大 的”贡 献 而 获 得 这 一 崇 高 荣 誉。2 http:/zh.wikiDedia.org/wiki/计 算 机 科 学 2 第 1章 引 论 1.2摩 尔 定 律 http:en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s LawMoores law de
23、scribes a long-term trend in the history of computing hardware.Sincethe invention of the integrated circuit in 1958,the number of transistors that can beplaced inexpensively on an integrated circuit has increased exponentially,doublingapproximately every two years.The trend was first observed by Int
24、el co-fbunderGordon E.Moore in a 1965 pape匚 It has continued for almost half of a century and isnot expected to stop for another decade at least and perhaps much os-2,000,000,0001,000,000,000 10,000,0001,000,000 100,000 10,0002,300 JOual-Corn narnum 2 POWER.Ittrtu E 2 9MB cache Core?QuadHnrMUn 2 100
25、,000,0001980 1990 2000 2008Curve shows Moores Law:transistor count doublingevery two years*IUnli*n TIA W H A GT200 RV770Date of introduction图 I-I CPU Transistor Counts 1971-2008&Moores Law,Growth of transistor countsfor Intel processors(dots)and Moores Law(logarithmic vertical scale)Almost every mea
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算 概论 计算机 文化 程序设计
限制150内