高等學(xué)校教材·計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù):計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)前沿選講
定 價(jià):39 元
- 作者:張凱 著
- 出版時(shí)間:2010/2/1
- ISBN:9787302213079
- 出 版 社:清華大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TP3
- 頁(yè)碼:410
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
《計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)前沿選講》從計(jì)算機(jī)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)與安全、生物與智能、計(jì)算機(jī)應(yīng)用五個(gè)方面介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展前沿,內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)發(fā)展、現(xiàn)代存儲(chǔ)技術(shù)、集成電路與芯片、超級(jí)計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、納米器件、機(jī)器人、現(xiàn)代軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、軟件產(chǎn)品線、網(wǎng)構(gòu)軟件、可信計(jì)算、演化計(jì)算、軟件編程、軟件進(jìn)化、4GL、軟件酶、知件與智幻體、光通信、衛(wèi)星通信、超高速網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)生態(tài)、網(wǎng)格計(jì)算、人工免疫、分子機(jī)器、生物芯片、生物信息學(xué)、生物計(jì)算機(jī)、人工生命、人機(jī)一體化、“合成人”、計(jì)算可視化、核磁共振成像、普適計(jì)算、虛擬儀器、數(shù)字制造、數(shù)字地球與數(shù)字城市、智能交通等,共40個(gè)專題。
《計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)前沿選講》可作為高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書,也可以作為軟件、電子、通信、自動(dòng)化等專業(yè)的教材或教學(xué)參考書,還可以作為相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的參考資料,也可供信息學(xué)科的愛好者閱讀。
清華大學(xué)出版社一直希望出版一本面向“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)本科生的教材——《計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)前沿選講》,這種想法與作者不謀而合。由于目前市面上這類教材的欠缺,作為一名高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師,與同行一樣,深感該課程教學(xué)的不便。
作者認(rèn)為“計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)前沿選講”這門課涉及的知識(shí)和相關(guān)信息,計(jì)算機(jī)專業(yè)的在校本科生應(yīng)該了解和掌握。這一點(diǎn)與絕大多數(shù)該專業(yè)高校教師的想法一致。然而,由于計(jì)算機(jī)及相關(guān)信息學(xué)科發(fā)展很快,類似的教材非常少,也不好寫。其結(jié)果是在師資力量較強(qiáng)的高校,學(xué)術(shù)水平較高的老師輪番上陣,而師資力量較弱的高校,只好勉強(qiáng)應(yīng)付或干脆放棄這門課的教學(xué)。顯然,這與規(guī)范化的教學(xué)工作是相違背的。
在與清華大學(xué)出版社的溝通中,作者介紹了本書在構(gòu)思方面的三大特色,一是著眼于計(jì)算機(jī)專業(yè)本身,以該領(lǐng)域的知識(shí)為重點(diǎn)展開教學(xué); 二是放眼“大”信息學(xué)科,將計(jì)算機(jī)學(xué)科拓展到更廣泛的信息學(xué)科領(lǐng)域; 三是立足一般高等院校(非985高校之類的著名大學(xué))計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科生。這種構(gòu)思源于目前全國(guó)不同高!坝(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)前沿選講”課程的教學(xué)現(xiàn)狀。據(jù)了解,目前該課程的教學(xué)現(xiàn)狀大致分為三類: 一是國(guó)內(nèi)著名大學(xué),比如清華和北大等,師資力量雄厚,可以輕松解決問(wèn)題; 二是“985高校”,其高水平的師資力量也可以解決好這一問(wèn)題; 三是一般高校的教材和師資都相對(duì)比較困難。作者希望本書規(guī)范化的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)前沿選講“模塊”對(duì)其他院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生和教師有一點(diǎn)點(diǎn)幫助。編者的想法得到清華大學(xué)出版社的認(rèn)同。
這本書的內(nèi)容共分五個(gè)部分,第一部分計(jì)算機(jī)硬件,第二部分計(jì)算機(jī)軟件,第三部分網(wǎng)絡(luò)與安全,第四部分生物與智能,第五部分計(jì)算機(jī)應(yīng)用,共40講。
第一部分包括電子計(jì)算機(jī)發(fā)明準(zhǔn)備、電子計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)、巨磁電阻效應(yīng)與硬盤、有機(jī)光存儲(chǔ)材料與光盤、集成電路與芯片、芯片設(shè)計(jì)與制造、超級(jí)計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、納米器件、機(jī)器人的發(fā)展,共11講。
第二部分包括CMM與敏捷軟件設(shè)計(jì)、軟件產(chǎn)品線與網(wǎng)構(gòu)軟件、可信計(jì)算、演化計(jì)算與軟件基因編程、軟件進(jìn)化論、4GL與軟件開發(fā)工具酶、知件與智幻體,共7講。
第三部分包括光通信與其他應(yīng)用、全球衛(wèi)星通信、超高速網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)生態(tài)與青少年上網(wǎng)、網(wǎng)格計(jì)算、人工免疫與計(jì)算機(jī)病毒、信息對(duì)抗,共7講。
第四部分包括分子機(jī)器、生物芯片、生物信息學(xué)、生物計(jì)算機(jī)、人工生命、人工智能、人機(jī)接口與一體化、“合成人”計(jì)劃,共8講。
第五部分包括計(jì)算可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)、核磁共振成像與CT、電子成像技術(shù)、普適計(jì)算、虛擬儀器與數(shù)字制造、數(shù)字地球與數(shù)字城市、智能交通,共7講。
本書由中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)計(jì)算機(jī)系的張凱教授編寫,劉愛芳同志進(jìn)行了全書的文字核對(duì)工作。該書的講稿在本校3屆本科生中進(jìn)行過(guò)試講,效果較好,學(xué)生學(xué)習(xí)和試讀后提出了一些寶貴意見。在此,對(duì)所有關(guān)心本書的學(xué)者、同仁、學(xué)生表示感謝。
本書在編寫過(guò)程中,參考和引用了大量國(guó)內(nèi)外的著作、論文和研究報(bào)告。由于篇幅有限,本書各章節(jié)僅僅列舉了主要文獻(xiàn)。作者向所有被參考和引用論著的作者表示由衷的感謝,他們的辛勤勞動(dòng)成果為本書提供了豐富的資料。如果有的資料沒有查到出處或因疏忽而未列出,請(qǐng)?jiān)髡咴,并?qǐng)告知我們,以便于在再版時(shí)補(bǔ)上。最后,再一次感謝很多學(xué)者前期的研究成果為本書提供的支撐材料。
由于這本書是對(duì)“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)本科生教材的一種新探索,望讀者對(duì)本書的不足之處提出寶貴意見。
本教材的課件已經(jīng)完成。全書100多道思考題將印在本書的最后,它可以作為學(xué)生課后的練習(xí),也可供任課老師選作期末考試題。如果需要課件和思考題的電子版,請(qǐng)到清華大學(xué)出版社下載,或直接與作者聯(lián)系,我們將盡量滿足您的要求。謝謝!
編者張凱
2009年11月20日
第一部分 計(jì)算機(jī)硬件
第1講 電子計(jì)算機(jī)發(fā)明準(zhǔn)備
1.1 機(jī)械計(jì)算機(jī)
1.2 電子計(jì)算機(jī)發(fā)明的理論準(zhǔn)備
背景材料
參考文獻(xiàn)
第2講 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史
2.1 國(guó)外電子計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史
2.2 中國(guó)電子計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史
背景材料
參考文獻(xiàn)
第3講 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
3.1 計(jì)算機(jī)小型化
3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化
3.3 計(jì)算機(jī)多樣化
背景材料
參考文獻(xiàn)
第4講 “巨磁電阻”效應(yīng)與硬盤
4.1 “巨磁電阻”效應(yīng)概述
4.2 2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
4.3 硬盤介質(zhì)存儲(chǔ)原理
4.4 大硬盤中的應(yīng)用
4.5 研究歷史與熱點(diǎn)
4.6 量子化磁盤
背景材料
參考文獻(xiàn)
第5講 光盤與有機(jī)光存儲(chǔ)材料
5.1 光盤與有機(jī)光存儲(chǔ)材料簡(jiǎn)介
5.2 光盤的種類
5.3 光盤讀寫機(jī)理
5.4 光存儲(chǔ)的發(fā)展歷史
5.5 光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
5.6 我國(guó)光存儲(chǔ)的發(fā)展
背景材料
參考文獻(xiàn)
第6講 集成電路、芯片及其發(fā)展歷史
6.1 集成電路與芯片
6.2 CPU的結(jié)構(gòu)
6.3 集成電路發(fā)展歷史
6.4 我國(guó)集成電路發(fā)展史
背景材料
參考文獻(xiàn)
第7講 芯片設(shè)計(jì)與制造
7.1 SoC
7.2 CMOS
7.3 芯片的封裝技術(shù)
7.4 國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)制造的研究現(xiàn)狀
背景材料
參考文獻(xiàn)
第8講 超級(jí)計(jì)算機(jī)
8.1 超級(jí)計(jì)算機(jī)概述
8.2 超級(jí)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)
8.3 頂級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)
8.4 國(guó)外大/巨型機(jī)的發(fā)展
8.5 國(guó)內(nèi)大/巨型機(jī)的發(fā)展
背景材料
參考文獻(xiàn)
第9講 量子計(jì)算機(jī)
9.1 量子計(jì)算機(jī)概述
9.2 量子計(jì)算機(jī)原理
9.3 量子計(jì)算機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
9.4 量子技術(shù)的應(yīng)用
9.5 國(guó)內(nèi)量子計(jì)算機(jī)發(fā)展
背景材料
參考文獻(xiàn)
第10講 納米器件
10.1 納米器件概述
10.2 納米器件的技術(shù)原理
10.3 納米器件的現(xiàn)狀與發(fā)展
10.4 納米器件的典型應(yīng)用
10.5 納米器件的展望
10.6 國(guó)內(nèi)納米器件的研究
背景材料
參考文獻(xiàn)
第11講 機(jī)器人
11.1 機(jī)器人簡(jiǎn)介
11.2 機(jī)器人的發(fā)展階段
11.3 機(jī)器人分類
11.4 各國(guó)的機(jī)器人發(fā)展
11.5 中國(guó)的機(jī)器人發(fā)展
11.6 現(xiàn)代機(jī)器人發(fā)展
背景材料
參考文獻(xiàn)
第二部分 計(jì)算機(jī)軟件
第12講 CMM與敏捷軟件設(shè)計(jì)
12.1 軟件危機(jī)與軟件工程方法學(xué)
12.2 軟件過(guò)程管理與CMM
12.3 敏捷軟件設(shè)計(jì)
12.4 我國(guó)的敏捷開發(fā)
背景材料
參考文獻(xiàn)
第13講 軟件產(chǎn)品線與網(wǎng)構(gòu)軟件
13.1 軟件產(chǎn)品線的歷史
13.2 軟件產(chǎn)品線的結(jié)構(gòu)與框架
13.3 國(guó)內(nèi)網(wǎng)構(gòu)軟件研究
背景材料
參考文獻(xiàn)
第14講 可信計(jì)算
14.1 可信計(jì)算的事故
14.2 可信計(jì)算的重要概念
14.3 可信計(jì)算的發(fā)展歷程
14.4 國(guó)外可信計(jì)算的研究進(jìn)展
14.5 我國(guó)的可信計(jì)算
背景材料
參考文獻(xiàn)
第15講 演化計(jì)算與軟件基因編程
15.1 演化計(jì)算
15.2 遺傳算法
15.3 遺傳程序設(shè)計(jì)
15.4 基因表達(dá)式程序設(shè)計(jì)
15.5 軟件基因編程方式
背景材料
參考文獻(xiàn)
第16講 軟件進(jìn)化論
16.1 軟件進(jìn)化論研究
16.2 軟件的大小進(jìn)化
16.3 軟件生態(tài)系統(tǒng)
16.4 軟件分子與細(xì)胞
16.5 軟件器官與軟件腦
背景材料
參考文獻(xiàn)
第17講 4GL與軟件開發(fā)工具酶
17.1 4GL
17.2 生物酶與開發(fā)工具
背景材料
……
第18講 知見與智換體
第三部分 網(wǎng)絡(luò)與安全
第19講 光通信與其他應(yīng)用
第20講 全球衛(wèi)星通信
第21講 超高速網(wǎng)絡(luò)
第22講 網(wǎng)絡(luò)生態(tài)與青少年上網(wǎng)
第23講 網(wǎng)格計(jì)算
第24講 人工免疫與計(jì)算機(jī)病毒
第25講 信息對(duì)抗
第四部分 生物與智能
第26講 分子機(jī)器
第27講 生物芯片
第28講 生物信息學(xué)
第29講 生物計(jì)算機(jī)
第30講 人工生命
第31講 人工智能
第32講 人機(jī)接口與一體化
第33講 “合成人”計(jì)劃
第五部分 計(jì)算機(jī)應(yīng)用
第34講 計(jì)算可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)
第35講 核磁共振成像與CT
第36講 電子成像技術(shù)
第37講 普適計(jì)算
第38講 虛擬儀器與數(shù)字制造
第39講 數(shù)字地球與數(shù)字城市
第40講 智能交通
全書思考題
3.差分機(jī)和分析機(jī)英國(guó)人查爾斯·巴貝奇研制出差分機(jī)和分析機(jī),為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上,差分機(jī)和分析機(jī)占有重要的地位。查爾斯·巴貝奇(見圖1-5)出生于1771年12月26日,19歲時(shí)考入劍橋大學(xué)三一學(xué)院攻讀數(shù)學(xué)與化學(xué)。
18世紀(jì)下半葉,法國(guó)政府決定在數(shù)學(xué)上采用十進(jìn)制,因而大量數(shù)表,特別是三角函數(shù)表及有關(guān)的對(duì)數(shù)表,都要重新計(jì)算,這是一項(xiàng)浩繁的計(jì)算工程。法國(guó)政府的這一改革雖然沒有得到全面實(shí)施,但卻引起了英國(guó)人巴貝奇的興趣。他認(rèn)為可以用機(jī)器按照一定的程序去做一系列簡(jiǎn)單的計(jì)算,代替人去完成一些復(fù)雜、煩瑣的計(jì)算工作。于是巴貝奇萌發(fā)出了采用機(jī)器來(lái)編制數(shù)表的想法。巴貝奇從用差分表計(jì)算數(shù)表的做法中得到啟發(fā),經(jīng)過(guò)10年的努力,設(shè)計(jì)出一種能進(jìn)行加減計(jì)算并完成數(shù)表編制的自動(dòng)計(jì)算裝置,他把它稱為“差分機(jī)”。1822年,他試制出了一臺(tái)樣機(jī)。
這臺(tái)差分機(jī)可以保存3個(gè)5位的十進(jìn)制數(shù),并進(jìn)行加法運(yùn)算,還能打印結(jié)果。它是一種供制表人員使用的專用機(jī)。但是它的杰出之處是,能按照設(shè)計(jì)者的控制自動(dòng)完成一連串的運(yùn)算,體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)最早的程序設(shè)計(jì)。這種程序設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)見,為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展開辟了道路。
1834年,巴貝奇又完成了一項(xiàng)新計(jì)算裝置的構(gòu)想。他考慮到,計(jì)算裝置應(yīng)該具有通用性,能解決數(shù)學(xué)上的各種問(wèn)題。它不僅可以進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算,而且還能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。巴貝奇把這種裝置命名為“分析機(jī)”。它是現(xiàn)代通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的前身。按巴貝奇的方案,分析機(jī)以蒸汽為動(dòng)力,通過(guò)大量齒輪來(lái)傳動(dòng),它的內(nèi)存儲(chǔ)器的容量設(shè)計(jì)得比后來(lái)20世紀(jì)40年代出現(xiàn)的電子計(jì)算機(jī)ENIAC還要大一些,因?yàn)樗嫶罅,所以它沒有被制造出來(lái),直到1991年,才仿制出第一臺(tái)分析機(jī)。
巴貝奇的分析機(jī)由三部分構(gòu)成。第一部分是保存數(shù)據(jù)的齒輪式寄存器,巴貝奇把它稱為“堆!,它與差分機(jī)中的相類似,但運(yùn)算不在寄存器內(nèi)進(jìn)行,而是由新的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二部分是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算的裝置,巴貝奇把它命名為“工場(chǎng)”。第三部分是對(duì)操作順序進(jìn)行控制,并對(duì)所要處理的數(shù)據(jù)及輸出結(jié)果加以選擇的裝置,它相當(dāng)于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的控制器。圖1-6是巴貝奇于19世紀(jì)20年代制造的差分機(jī)模型。
為了加快運(yùn)算的速度,巴貝奇設(shè)計(jì)了先進(jìn)的進(jìn)位裝置。他估計(jì),使用分析機(jī)完成一次50位數(shù)的加減只要1秒鐘,相乘則要1分鐘。計(jì)算時(shí)間約為第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的100倍。
巴貝奇在分析機(jī)的計(jì)算設(shè)備上采用穿孔卡,這是人類計(jì)算技術(shù)史上的一次重大飛躍。巴貝奇曾在巴黎博覽會(huì)上見過(guò)雅卡爾穿孔卡編織機(jī)。雅卡爾穿孔卡編織機(jī)要在織物上編織出各種圖案,預(yù)先把經(jīng)紗提升的程序在紙卡上穿孔記錄下來(lái),利用不同的穿孔卡程序織出許多復(fù)雜花紋的圖案。