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第1章 计算机学什么1

1.1 探索黑匣子——从一个程序谈起2

1.1.1 探索黑匣子之计算机硬件2

1.1.2 探索黑匣子之计算机软件3

1.1.3 探索黑匣子之操作系统4

1.1.4 计算机系统的层次4

1.2 计算机编程的基本概念7

1.2.1 初窥高级语言7

1.2.2 乘Python之舟进入计算机语言的世界9

小结14

1.3 计算机核心知识——算法15

1.3.1 算法的重要性15

1.3.2 解平方根算法一16

1.3.3 解平方根算法二18

1.3.4 解平方根算法三19

小结21

1.4 什么是计算机22

1.4.1 历史上的计算机22

1.4.2 嵌入式系统23

1.4.3 未来的计算机25

小结27

1.5 计算机前沿知识——大数据27

1.5.1 数据27

1.5.2 大数据28

1.5.3 大数据的应用28

小结31

1.5.4 对数据和逻辑的正确态度——沙老师的话31

1.6 计算机科学之美34

1.6.1 无处不在的计算机34

1.6.2 计算机学科本身包含的知识面之广36

本章总结38

习题139

第2章 神奇的0与140

2.1 进位制的概念40

小结42

2.2 不同进制间的转换43

2.2.1 二进制数转换为十进制数43

2.2.2 十进制数转换为二进制数45

2.2.3 二、八、十六进制的巧妙转换49

小结49

2.3 计算中的二进制四则运算50

2.3.1 无符号整数与加法51

2.3.2 乘法与除法52

2.3.3 带符号整数的减法52

2.3.4 小数—浮点数55

小结56

2.4 一切都是逻辑57

2.4.1 什么是逻辑运算58

2.4.2 电路实现逻辑（课时不足时，可不讲本节）59

2.4.3 用逻辑做加法61

2.4.4 加法与控制语句65

小结66

2.5 计算机中的存储67

2.5.1 数据的存储形式67

2.5.2 存储设备71

小结73

2.6 谈0与1的美74

2.6.1 简单开关的无限大用74

2.6.2 二进制逻辑的神奇妙用74

2.6.3 “亢龙有悔”和“否极泰来”75

2.6.4 “若见诸相非相，即见如来”76

习题277

第3章 程序是如何执行的80

3.1 引例80

3.2 a=a+1的执行过程81

3.2.1 分解a=a+1的执行步骤81

3.2.2 CPU中的核心部件81

3.2.3 汇编指令的概念82

3.2.4 a=a+1的完整执行过程84

小结86

3.3 控制结构的执行86

3.3.1 if-else选择语句87

3.3.2 分支跳转指令87

3.3.3 if-else选择语句的执行88

3.3.4 while循环语句的执行90

3.3.5 for循环语句的执行91

小结92

3.4 关于Python的函数调用92

3.4.1 函数的基本概念93

3.4.2 Python函数入门94

3.4.3 局部变量与全局变量95

小结99

3.5 函数调用过程的分析99

3.5.1 返回地址的存储100

3.5.2 函数调用时栈的管理102

小结108

3.6 几种通用的编程语言108

小结113

3.7 对计算机程序的领悟113

3.7.1 清晰的语义114

3.7.2 严谨的逻辑114

3.7.3 巧妙的结构115

3.7.4 智能是程序计算出来的115

小结118

习题3118

第4章 学习Python语言122

4.1 简洁的Python122

4.2 Python内置数据结构123

4.2.1 Python基本数据类型123

4.2.2 列表126

4.2.3 再谈字符串131

4.2.4 字典——类似数据库的结构133

4.3 Python赋值语句138

4.3.1 基本赋值语句138

4.3.2 序列赋值138

4.3.3 扩展序列赋值139

4.3.4 多目标赋值139

4.3.5 增强赋值语句140

4.4 Python控制结构141

4.4.1 if语句141

4.4.2 while循环语句143

4.4.3 for循环语句146

4.5 Python函数调用148

4.6 Python自定义数据结构156

4.6.1 面向过程与面向对象156

4.6.2 面向对象基本概念——类与对象157

4.7 基于Python面向对象编程实现数据库功能158

4.7.1 Python面向对象方式实现数据库的学生类159

4.7.2 Python面向对象方式实现数据库的课程类160

4.7.3 Python创建数据库的学生与课程类组160

4.7.4 Python实例功能模拟161

4.8 有趣的小乌龟——Python之绘图162

4.8.1 初识小乌龟162

4.8.2 小乌龟绘制基础图形163

4.8.3 小乌龟绘制迷宫166

习题4168

第5章 计算思维的核心——算法171

5.1 计算思维是什么172

小结176

5.2 递归的基本概念176

小结183

5.3 分治法183

小结189

5.4 贪心算法189

小结192

5.5 动态规划192

小结201

5.6 以老鼠走迷宫为例201

小结205

5.7 谈计算思维的美205

5.7.1 递归思想的美206

5.7.2 计算思维求解问题的基本方式的美207

5.7.3 问题复杂度的研究之美208

习题5211

第6章 操作系统简介214

6.1 计算机的启动215

6.1.1 启动自检阶段215

6.1.2 初始化启动阶段216

6.1.3 启动加载阶段216

6.1.4 内核装载阶段216

6.1.5 登录阶段217

6.2 认识操作系统220

6.3 操作系统对硬件资源管理——硬件中断与异常221

6.3.1 操作系统对I/O设备管理——硬件中断222

6.3.2 操作系统对CPU的管理——硬件中断223

6.3.3 操作系统对内存的管理——“异常”中断225

6.4 操作系统对应用程序提供较安全可靠的服务——软件中断226

6.4.1 内核态与用户态226

6.4.2 系统调用——软件中断229

6.4.3 常用系统调用230

6.4.4 系统调用实例：read系统调用230

6.5 操作系统对多运行环境的管理231

6.5.1 进程232

6.5.2 进程状态232

6.5.3 进程调度233

6.6 文件系统235

6.6.1 文件基本概念235

6.6.2 目录树结构236

6.6.3 Python中的文件操作237

6.6.4 学生实例的扩展239

习题6242

第7章 计算机网络与物联网244

7.1 无远弗届的网络244

小结248

7.1.1 物理层（Physical Layer）248

小结250

7.1.2 数据链路层（Data Link Layer）251

小结252

7.1.3 网络层（Network Layer）253

小结257

7.1.4 传输层（Transport Layer）258

小结261

7.1.5 应用层（Application Layer）262

小结263

7.2 Web=？263

7.2.1 一个简单的网页代码263

小结264

7.2.2 网页访问流程264

小结266

7.2.3 网页的动静之分266

7.2.4 网站用什么说话267

小结269

7.2.5 关于本地计算机上的一个小网页270

7.3 对计算机网络的领悟271

7.4 初窥物联网273

7.4.1 未来生活中的物联网274

7.4.2 智能家居274

7.4.3 智能交通274

7.4.4 医疗物联网277

7.4.5 物联网相关技术278

小结280

习题7280

第8章 信息安全282

8.1 引言282

8.2 常见威胁284

8.2.1 网络的威胁284

8.2.2 恶意软件287

小结294

8.2.3 拒绝服务295

8.3 措施和技术297

8.3.1 密码学297

小结305

8.3.2 防火墙306

8.3.3 入侵检测307

8.3.4 网络安全309

8.3.5 系统安全310

8.3.6 杀毒软件311

8.4 手机病毒312

8.5 硬件安全：木马电路与旁道攻击313

8.5.1 硬件木马314

8.5.2 旁道攻击315

8.6 谈信息安全之美316

习题8317

参考文献320