本書是一本內(nèi)容豐實、形式活潑，同時與計算機的*新發(fā)展密切結合的計算機入門教材。計算機包含了一切可以執(zhí)行程序的計算設備。本書用深入淺出的語言講解了計算機科學的基礎知識。主要內(nèi)容包括計算機學什么、神奇的0與1、程序是如何執(zhí)行的、學習Python語言與數(shù)據(jù)庫知識、計算思維的核心——算法、操作系統(tǒng)、并行計算、計算機網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng)、信息安全等。本書不僅讓讀者能夠清楚、完整地了解如何用計算機解決問題，而且通過Python程序的巧妙演繹與動手實踐，讓讀者切實體會到計算機科學的廣博與趣味，帶領讀者體會計算機科學之美。
本書可作為計算機科學入門課程的教科書，也可作為廣大讀者理解計算機科學基本知識的科普讀物及學習Python語言的參考書。
本書作者在中美兩國多年從事計算機學科的教育和研究，成就斐然。本書將計算機學科的各類知識與作者自己的思考融匯貫通，以Python語言為載體匯合而成。
本書從第1章開始就緊緊抓住計算機科學的精髓，廣泛覆蓋計算機學科的各類基本知識，使用方便易學的Python為工具，使得教學和學習都極為簡單、有效。
本書以活潑的形式對復雜的概念進行有條理的分析與講解，再輔以人文方面的關聯(lián)解釋，能夠激發(fā)學生對計算機知識學習的興趣和思考。
本書適合作為Python程序設計、計算機導論等相關課程的教材，更適用于普通讀者自學Python語言和計算機入門知識等。
沙行勉 (Edwin Sha)，博士生導師，2000年起任美國終身職正教授 (Full Professor)。中國國家千人計劃（A類）特聘專家，長江學者講座教授，海外杰出青年學者。于1986年獲得國立臺灣大學計算機科學系學士學位，在海軍陸戰(zhàn)隊服役兩年后赴美國普林斯頓大學（Princeton University）就讀。于1991年和1992年分別獲美國普林斯頓大學計算機科學系碩士學位和博士學位。1992年起任教于美國圣母大學(University of Notre Dame)計算機科學與工程系，并于1995年起擔任該系副系主任和研究生部主任。2000年起作為終身職正教授任教于美國得克薩斯州大學達拉斯分校（UTD）計算機科學系。2001年曾擔任該校計算機科學部主任。任上海交通大學、山東大學、北京航空航天大學、湖南大學、華東師范大學等客座、兼任教授或博導。2008年被評為海外杰出青年學者，2010年起任教育部長江學者講座教授。2011年起任中國千人計劃特聘專家，現(xiàn)全職任重慶大學國家特聘教授和計算機學院院長。
至2016年，已在相關國際學術會議及國際核心期刊上發(fā)表英文學術論文380余篇， 其中包括60余篇IEEE 和 ACM Transactions 期刊論文。共獲各類**級教學、科研獎項35項以上，其中包括美國Oak Ridge 大學聯(lián)盟頒發(fā)的杰出青年教授獎, 美國國家科學基金頒發(fā)的杰出學術發(fā)展獎, 美國圣母大學頒發(fā)的杰出教學獎, 以及世界*級期刊ACM Transactions (ACM TODAES)頒發(fā)的2011年*佳論文獎（一年只選一篇*佳期刊論文）等。以大會主席身份主持多次國際重要學術會議。沙教授在教學方面深受中美學生們的喜愛，在美國從教期間，他在每學期由學生給老師打分的教學評鑒中都得到高分。沙教授喜愛中國傳統(tǒng)文化及儒釋道哲學，以人才培養(yǎng)、教學育人為其終身的興趣及志向。
第1章計算機學什么
1.1探索黑匣子——從一個程序談起
1.1.1探索黑匣子之計算機硬件
1.1.2探索黑匣子之計算機軟件
1.1.3探索黑匣子之操作系統(tǒng)
1.1.4計算機系統(tǒng)的層次
1.2計算機編程的基本概念
1.2.1初窺高級語言
1.2.2乘Python之舟進入計算機語言的世界
1.2.3活學活用——運用Python的基本功能解決數(shù)學問題
小結
1.3計算機核心知識——算法
1.3.1算法的重要性
1.3.2解平方根算法一
1.3.3解平方根算法二
1.3.4解平方根算法三
小結
1.4什么是計算機
1.4.1歷史上的計算機
1.4.2嵌入式系統(tǒng)
1.4.3未來的計算機
小結
1.5計算機前沿知識——大數(shù)據(jù)
1.5.1數(shù)據(jù)
1.5.2大數(shù)據(jù)
1.5.3大數(shù)據(jù)的應用
小結
1.5.4對數(shù)據(jù)和邏輯的正確態(tài)度——沙老師的話
1.6計算機科學之美
1.6.1無處不在的計算機
1.6.2計算機學科本身包含的知識面之廣
本章總結
習題1
第2章神奇的0與1
2.1進位制的概念
小結
2.2不同進制間的轉(zhuǎn)換
2.2.1二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)
2.2.2十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)
2.2.3二、八、十六進制的巧妙轉(zhuǎn)換
小結
2.3計算中的二進制四則運算
2.3.1無符號整數(shù)與加法
2.3.2乘法與除法
2.3.3帶符號整數(shù)的減法
2.3.4小數(shù)—浮點數(shù)
小結
2.4一切都是邏輯
2.4.1什么是邏輯運算
2.4.2電路實現(xiàn)邏輯(課時不足時，可不講本節(jié))
2.4.3用邏輯做加法
2.4.4加法與控制語句
小結
2.5計算機中的存儲
2.5.1數(shù)據(jù)的存儲形式
2.5.2存儲設備
小結
2.6談0與1的美
2.6.1簡單開關的無限大用
2.6.2二進制邏輯的神奇妙用
2.6.3“亢龍有悔”和“否極泰來”
2.6.4“若見諸相非相，即見如來”
習題2
第3章程序是如何執(zhí)行的
3.1引例
3.2a=a+1的執(zhí)行過程
3.2.1分解a=a+1的執(zhí)行步驟
3.2.2CPU中的核心部件
3.2.3匯編指令的概念
3.2.4a=a+1的完整執(zhí)行過程
小結
3.3控制結構的執(zhí)行
3.3.1ifelse選擇語句
3.3.2分支跳轉(zhuǎn)指令
3.3.3ifelse選擇語句的執(zhí)行
3.3.4while循環(huán)語句的執(zhí)行
3.3.5for循環(huán)語句的執(zhí)行
小結
3.4關于Python的函數(shù)調(diào)用
3.4.1函數(shù)的基本概念
3.4.2Python函數(shù)入門
3.4.3局部變量與全局變量
小結
3.5函數(shù)調(diào)用過程的分析
3.5.1返回地址的存儲
3.5.2函數(shù)調(diào)用時棧的管理
小結
3.6幾種通用的編程語言
小結
3.7對計算機程序的領悟
3.7.1清晰的語義
3.7.2嚴謹?shù)倪壿?br />
3.7.3巧妙的結構
3.7.4智能是程序計算出來的
小結
習題3
第4章學習Python語言
4.1簡潔的Python
4.2Python內(nèi)置數(shù)據(jù)結構
4.2.1Python基本數(shù)據(jù)類型
4.2.2列表
4.2.3再談字符串
4.2.4字典——類似數(shù)據(jù)庫的結構
4.3Python賦值語句
4.3.1基本賦值語句
4.3.2序列賦值
4.3.3擴展序列賦值
4.3.4多目標賦值
4.3.5增強賦值語句
4.4Python控制結構
4.4.1if語句
4.4.2while循環(huán)語句
4.4.3for循環(huán)語句
4.5Python函數(shù)調(diào)用
4.6Python自定義數(shù)據(jù)結構
4.6.1面向過程與面向?qū)ο?br />
4.6.2面向?qū)ο蠡靖拍睢惻c對象
4.7基于Python面向?qū)ο缶幊虒崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫功能
4.7.1Python面向?qū)ο蠓绞綄崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫的學生類
4.7.2Python面向?qū)ο蠓绞綄崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫的課程類
4.7.3Python創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的學生與課程類組
4.7.4Python實例功能模擬
4.8有趣的小烏龜——Python之繪圖
4.8.1初識小烏龜
4.8.2小烏龜繪制基礎圖形
4.8.3小烏龜繪制迷宮
習題4
第5章計算思維的核心——算法
5.1計算思維是什么
小結
5.2遞歸的基本概念
小結
5.3分治法
小結
5.4貪心算法
小結
5.5動態(tài)規(guī)劃
小結
5.6以老鼠走迷宮為例
小結
5.7談計算思維的美
5.7.1遞歸思想的美
5.7.2計算思維求解問題的基本方式的美
5.7.3問題復雜度的研究之美
習題5
第6章操作系統(tǒng)簡介
6.1計算機的啟動
6.1.1啟動自檢階段
6.1.2初始化啟動階段
6.1.3啟動加載階段
6.1.4內(nèi)核裝載階段
6.1.5登錄階段
6.2認識操作系統(tǒng)
6.3操作系統(tǒng)對硬件資源管理——硬件中斷與異常
6.3.1操作系統(tǒng)對I/O設備管理——硬件中斷
6.3.2操作系統(tǒng)對CPU的管理——硬件中斷
6.3.3操作系統(tǒng)對內(nèi)存的管理——“異常”中斷
6.4操作系統(tǒng)對應用程序提供較安全可靠的服務——軟件中斷
6.4.1內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)
6.4.2系統(tǒng)調(diào)用——軟件中斷
6.4.3常用系統(tǒng)調(diào)用
6.4.4系統(tǒng)調(diào)用實例： read系統(tǒng)調(diào)用
6.5操作系統(tǒng)對多運行環(huán)境的管理
6.5.1進程
6.5.2進程狀態(tài)
6.5.3進程調(diào)度
6.6文件系統(tǒng)
6.6.1文件基本概念
6.6.2目錄樹結構
6.6.3Python中的文件操作
6.6.4學生實例的擴展
習題6
第7章并行計算
7.1并行計算簡介
7.1.1并行計算能加速程序執(zhí)行
7.1.2并行計算的基本概念
7.1.3并行計算的難點——進程間通信
7.1.4并行計算能模擬現(xiàn)實中的復雜情況
7.2多進程編程
7.2.1多進程編程在Python中的實現(xiàn)
7.2.2牛刀小試——使用多進程加快求解問題的速度
7.3進程通信
7.3.1共享內(nèi)存的基本概念
7.3.2共享內(nèi)存的Python實現(xiàn)
7.4多進程編程實例
7.4.1方差計算的多進程實現(xiàn)
7.4.2N階矩陣與N維向量相乘的多進程實現(xiàn)
7.4.3基于價格波動的生產(chǎn)者決策模擬
7.4.4電梯運行與調(diào)度模擬
7.5利用多核進行并行計算的思考
7.5.1沒有智慧的計算就是浪費
7.5.2能自己做就自己做，不要總是請示協(xié)調(diào)
7.5.3讓大家共享多核，有福同享就是云計算
7.5.4分布式計算也是多核計算
習題7
第8章計算機網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng)
8.1無遠弗屆的網(wǎng)絡
小結
8.1.1物理層(Physical Layer)
小結
8.1.2數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)
小結
8.1.3網(wǎng)絡層(Network Layer)
小結
8.1.4傳輸層(Transport Layer)
小結
8.1.5應用層(Application Layer)
小結
8.2Web=?
8.2.1一個簡單的網(wǎng)頁代碼
小結
8.2.2網(wǎng)頁訪問流程
小結
8.2.3網(wǎng)頁的動靜之分
8.2.4網(wǎng)站用什么說話
小結
8.2.5關于本地計算機上的一個小網(wǎng)頁
8.3對計算機網(wǎng)絡的領悟
8.4初窺物聯(lián)網(wǎng)
8.4.1未來生活中的物聯(lián)網(wǎng)
8.4.2智能家居
8.4.3智能交通
8.4.4醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)
8.4.5物聯(lián)網(wǎng)相關技術
小結
習題8
第9章信息安全
9.1引言
9.2常見威脅
9.2.1網(wǎng)絡的威脅
9.2.2惡意軟件
小結
9.2.3拒絕服務
9.3措施和技術
9.3.1密碼學
小結
9.3.2防火墻
9.3.3入侵檢測
9.3.4網(wǎng)絡安全
9.3.5系統(tǒng)安全
9.3.6殺毒軟件
9.4手機病毒
9.5硬件安全： 木馬電路與旁道攻擊
9.5.1硬件木馬
9.5.2旁道攻擊
9.6談信息安全之美
習題9
參考文獻
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