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计算机科学导论

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计算机科学:两类

    1:系统领域:涵盖与硬件和软件构成直接相关的领域

                    例如:计算机体系结构,计算机网络,安全问题,操作系统,算法,程序设计语言以及软件工程。



2:应用领域:涵盖了与计算机使用相关的领域

   例如:数据库和人工智能







目录:

第一部分:数据表示与运算

     第二章:数字系统-----数量如何能使用符号来表示

     第三章:不同的数据如何存储在计算机中----将数字如何存储在计算机中

    第四章:基本的位运算-----逻辑和算术运算时如何作用于数据的--计算机内部是如何控制数据的

第二部分:计算机硬件

    第五章:计算机硬件的通用概念-----讨论不同计算机的组成----计算机如何由三个子系统组成

   第六章:不同的单个计算机是如何连接成计算机网络以及互联网的。另外还有:与因特网及应用

第三部分:计算机软件

    第七章:操作系统---一种用户(人或者应用程序)用来控制一拿金访问的系统软件

  第八章:问题求解是如何归结成为该问题编写算法的。----简单的迭代和递归算法

   第九章:程序语言设计之旅

   第十章:软件工程概述-------如那件开发的工程方法

第四部分:数据组织与抽象

   第十一章:数据结构-----集合相同或不同类型的数据到一个类属中

   第十二章:抽象数据类型

  第十三章:不同文件结构是如何用于不同的目的

  第十四章:数据库

第五部分:高级论题

   第十五章:数据压缩

  第十六章:安全

第十七章:计算理论----那些事可以计算的,那些事不可以计算的

  第十八章:人工智能的一些观点



























第二章:数字系统

目标:

1:数字系统的概念

2: 分清非位置系统和位置花数字系统

3:描述十进制系统

4:描述二进制系统

5:十六进制系统

6:八进制系统

7:将二进制,八进制或十六进制数字转换为十进制系统

8:将十进制数字转换成为二进制,八进制或者十六进制系统

9:二进制和八进制相互转换

10:二进制和十六进制相互转换

11:查找在各种系统中代表特定数值所需的数码









第三章:数据存储

目标:

1:列出计算机中使用5中不同的数据类型

2:不同的数据如何以维尔莫斯存储在计算机内部

3:整数如何以无符号格式存储在计算机内部

4:整数如何以符号加绝对值格式存储

5:整数如何以二进制补码格式存储

6:实数如何以浮点格式存储在计算机中

7: 文本如何通过各种不同的编码系统存储在计算机中

8:音频如何通过采样,量化和编码存储在计算机中

9:图像如何通过光栅和矢量图模式存储在计算机中

10:视频如何以图像随时间变化的表示存储在计算机中







第四章:数据运算

数据的运算可以分为三大类:算术运算,移位运算,逻辑运算

目标:

1:列出在数据上进行的三类运算

2:在位模式上进行一元和二元逻辑运算

3:区分逻辑移位运算和算术移位运算

4:在位模式上进行逻辑以为运算

5:在以二进制补码形式存储的整数上进行算术移位运算

6:在以二进制补码形式存储的整数上进行假发或者减法运算

7:在以符号加绝对值形式存储的整数上进行加法和减法运算

8:在以浮点格式存储的实数上进行加法和减法运算

9:理解逻辑和算术运算的一些应用----如置位,复位和指定位的反转等







第五章: 计算机组成

目标:

1:列出计算机的三个子系统----中央处理单元+主存储器+输入/输出子系统

2:计算机中央处理单元CPU的作用

3:典型计算机中指令周期的取指令——译码——执行阶段

4:主存和它的地址空间

5:区分主存和缓存

6:定义输入/输出子系统

7:理解子系统间的相互连接,列出不同总线系统

8:描述输入/输出寻址的不同方法

9:区分设计计算机体系结构的两种趋势

10:理解计算机是如何使用管道改善吞吐量的

11:理解并行处理是如何能改善计算机吞吐量的







第六章: 计算机网络

目标:

1:描述网络标准、物理结构和网络分类

2:区分互联网internet与因特网Internet

3:描述作为因特网网络迷信的TCP/IP协议族

4:讨论因特网的客户/服务器体系结构

5:描述三种因特网早期应用:嗲你在邮件、文件传输、远程登录

6:理解作为因特网最常见应用的万维网及其组成

7:区分三种因特网文档类型:静态文档、动态文档、活动文档

8:列出其他应用网应用--如视频会议、分组讨论、聊天

————————————————————————————————————————————————————————————计算机软件



第七章:操作系统

1:理解操作系统再计算机中的作用

2:给出操作系统的定义

3:理解把操作系统调入内存的自举过程

4:列出操作系统的组成作用

5:讨论操作系统中内存管理器的作用

6:讨论操作系统中进程管理的作用

7:讨论操作系统中设备管理器的作用

8:讨论操作系统中文件管理器的作用

9:理解三种常见操作系统的主要特点:UNIX 、 LINUX  、 WINDOWS NT









第八章: 算法

算法----分步骤解决问题的过程。   显示如何用UML或伪代码编写算法解决问题

目标:

1:定义算法,并与问题求解关联

2:定义三种结构(顺序、选择、循环),并描述他们在算法中的作用

3: 描述UML图和当表示算法时,他们是如何使用的

4:描述伪代码和当表示算法时,他们是如何使用的

5:列出基本算法和他们的应用

6:描述排序的概念,理解三种原始排序算法背后的机制

7:描述搜索的概念,理解两种常见搜索算法背后的机制

8:定义子算法和他们与算法的关系

9:区分迭代和递归算法。







第九章:程序设计语言

能实现伪代码的编程语言或者是能实现解决方案的UML描述的编程语言

1:描述从机器语言到高级语言的编程语言演化

2:理解如何使用解释器或者编译器将高级语言中的程序翻译成机器语言

3:区分四种计算机语言模式

5:理解过程式模式和在模式中程序单元与数据项间的交互

6:理解面向对象模式何在这种模式中程序单元与对象间的交互

7:定义函数式模式,理解他的应用

8:定义说明式模式,理解他的应用

9:定义过程式和面向对象语言中的常见概念









第十章:软件工程

以软件生命周期为起点,接着说明用于开发过程的两个模型:瀑布模型和增量模型

然后简要讨论开发过程的四个阶段

1:理解软件工程中的软件生命周期的概念

2:描述两种主要的开发过程模型:瀑布模型和增量模型

3:理解分析阶段,描述在分析阶段 两种独立的方法:面向过程分析和面向对象分析

4:理解设计阶段,描述在设计阶段两种独立的方法:面向过程设计和面向对象设计

5:描述实现阶段,识别这阶段中的质量问题

6:描述测试阶段,区分白盒测试和黑盒测试

7:识别软件工程中文档的重要性,区分用户文档、系统文档、技术文档。









第十一章:数据结构

使用变量来存储单个实体

目标:

1:定义数据结构

2:把数组定义为一数据结构,并说明它是如何用于存储数据项列表的

3:区分数组的名字和数组中元素的名字

4:描述为数组定义的操作

5:把记录定义为一数据结构,并说明它是如何用于存储属于单个数据元素的属性

6:区分记录的名字和他的域的名字

7:把链表定义为一数据结构,并说明它是如何用指针来实现的

8:理解数组中节点的存储机制

9:描述为链表定义的操作

10:比较和区分数组、记录和链表

11:说明数组、记录和链表的应用









第十二章:抽象数据类型ADT

首先对抽象数据类型的背景介绍,

然后给出定义并提出模型,

接着讨论各种不同的抽象数据结构类型,例如:线性列表,栈,队列,树,二叉树,图

1:说明抽象数据类型ADT的概念

2:说明栈、栈上的基本操作、它们的应用和它们是如何实现的

3:说明队列、队列上的基本操作、它们的应用和它们是如何实现的

4:说明广义线性表、广义线性表上的基本操作、它们的应用以及它们是如何实现的

5:说明一般的树和它的应用

6:说明二叉搜索树BST和它的应用

7:说明图和它的应用







第十三章:文件结构

文件被存储在辅助存储设备中

讨论单个记录是如何被检索的

1:定义两类存取方法:顺序存储和随机存储

2:理解顺序文件的结构和他们是如何更新的

3:理解索引文件的结构和索引文件与数据文件间的关系

4:理解散列文件背后的概念,说出一些散列方法

5:描述地址冲突和他们是如何解决的

6:定义目录和他们是如何用来组织文件的

7:区分文本和二进制文件





第十四章:数据库

数据库和数据库管理系统DBMS

给出数据库管理系统的上层结构

重点讲解关系数据库模型并且举例说明其运算

接着介绍一种在关系数据库上使用的语言---结构化查询语言

最后简要介绍其他的数据库模型

1:说明数据库和数据库管理系统DBMS,并且描述DBMS的组成

2:描述基于ANSI/SPARC定义的DBMS的体系结构

3:说明三种传统的数据库模型:层次、网络、关系

4:描述关系模型和关系

5:理解关系数据库中的操作,这些操作在SQL中有相应的命令

6:描述数据库设计的步骤

7:说明ERM和ER图,解释这种模型中的实体和关系

8:说明正规化的层次和理解正则关系的基本原理

9:列出除关系模型外其他的数据库类型





第十五章:数据压缩:

压缩数据通过部分消除数据中内在的冗余来减少发送或者存储的数据量。

当我们产生数据的同时,冗余也就产生了。

通过数据压缩,提高了数据传输和存储的效率,同时保护了数据的完整性

1:区分无损压缩和有损压缩

2:描述游程长度编码和它是如何实现压缩的

3:描述赫夫曼编码和它是如何实现压缩的

4:描述Lempel Ziv编码以及字典在编码和译码中的作用

5:描述压缩禁止图像的JPEG标准背后的主要思想

6:描述压缩视频的MPEG标准背后的主要实现以及它与JPEG间的关系

7:描述压缩音频的MP3标准背后的主要思想







第十六章:安全

目标:

1:定义是那种安全目标(机密性,完整性,可用性)和威胁这些目标的攻击

2:定义预防攻击的五种安全服务:数据机密性,数据完整性,验证,不可否认性,访问控制

3:讨论两种提供安全服务的技术:密码术和隐写术

4:区分对称秘钥密码术和非对称秘钥密码术,显示如何用对称秘钥或者非对称秘钥密码提供机密性

5:说明如何使用密码散列函数来提供完整性

6:讨论数字签名的思想以及它如何能提供消息完整性、消息验证和不可否认性

7:简要讨论实体验证和证据的分类:说知道的、所拥有的、所固有的

8:讨论实体验证中的四种技术:基于口令、质询—响应、零知识和生物测定

9:讨论对称秘钥和非对称秘钥密码术中的秘钥管理







第十七章:计算理论

用计算理论回答一些问题

首先介绍简单语言,通过他可以看到计算机解决任何问题说需要最少语句是三条;

其次介绍一种工具——图灵机的计算模型(简单语言可以解决的问题也可以用图灵机解决)

第三:我们将证明没有任何程序可以知道另一个程序终止与否

      (这个证据本身表明有些计算机是无法解决的)

最后简要讨论算法的复杂性

目标:

1:描述我们称为简单语言的编程语言,并定义他的基本语句

2:在简单语言中,使用简单语言的复合写出宏

3:描述作为计算机模型的图灵机的构成

4:使用图灵机,实现简单语言中的简单语句是如何被模拟的

5:理解邱琪—图灵理论和他的含义

6:定义歌德尔数和他的应用

7:理解停机问题的概念和问题不可解是如何被证明的

8:区分可解和不可解问题

9:区分多项式和非多项式可解问题







第十八章:人工智能AI

第一节介绍人工智能的监视和定义

第二节讨论知识表示——人工智能中的一个广泛介绍且得到很好的发展领域

第三节:专家系统——当需要人类专家而专家不可用时,这些系统能代替人类专家工作

第四节: 讨论在图像处理和语言分析两个领域中人工智能是如何用来模仿人类行为的

第五节:说明使用不同的搜索方法,专家系统和平凡系统是如何解决问题的

第六节:讨论在智能体中神经网络是如何模仿学习过程的



目标:

1:定义并且叙述人工智能的简史

2:描述知识在智能体中如何表示的

3:说明单人类专家不可用时,专家系统是如何使用的

4:说明如何用人工智能来模仿人类完成任务

5:说明人工智能中两种不同的搜索方法

6:说明计算机是如何模仿人类的学习过程的

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