本書是一本內(nèi)容豐實(shí)、形式活潑，同時(shí)與計(jì)算機(jī)的*新發(fā)展密切結(jié)合的計(jì)算機(jī)入門教材。計(jì)算機(jī)包含了一切可以執(zhí)行程序的計(jì)算設(shè)備。本書用深入淺出的語言講解了計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)學(xué)什么、神奇的0與1、程序是如何執(zhí)行的、學(xué)習(xí)Python語言與數(shù)據(jù)庫知識(shí)、計(jì)算思維的核心——算法、操作系統(tǒng)、并行計(jì)算、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)解決問題，而且通過Python程序的巧妙演繹與動(dòng)手實(shí)踐，讓讀者切實(shí)體會(huì)到計(jì)算機(jī)科學(xué)的廣博與趣味，帶領(lǐng)讀者體會(huì)計(jì)算機(jī)科學(xué)之美。
本書可作為計(jì)算機(jī)科學(xué)入門課程的教科書，也可作為廣大讀者理解計(jì)算機(jī)科學(xué)基本知識(shí)的科普讀物及學(xué)習(xí)Python語言的參考書。
本書作者在中美兩國多年從事計(jì)算機(jī)學(xué)科的教育和研究，成就斐然。本書將計(jì)算機(jī)學(xué)科的各類知識(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)的精髓，廣泛覆蓋計(jì)算機(jī)學(xué)科的各類基本知識(shí)，使用方便易學(xué)的Python為工具，使得教學(xué)和學(xué)習(xí)都極為簡單、有效。
本書以活潑的形式對(duì)復(fù)雜的概念進(jìn)行有條理的分析與講解，再輔以人文方面的關(guān)聯(lián)解釋，能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣和思考。
本書適合作為Python程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論等相關(guān)課程的教材，更適用于普通讀者自學(xué)Python語言和計(jì)算機(jī)入門知識(shí)等。
沙行勉 (Edwin Sha)，博士生導(dǎo)師，2000年起任美國終身職正教授 (Full Professor)。中國國家千人計(jì)劃（A類）特聘專家，長江學(xué)者講座教授，海外杰出青年學(xué)者。于1986年獲得國立臺(tái)灣大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系學(xué)士學(xué)位，在海軍陸戰(zhàn)隊(duì)服役兩年后赴美國普林斯頓大學(xué)（Princeton University）就讀。于1991年和1992年分別獲美國普林斯頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系碩士學(xué)位和博士學(xué)位。1992年起任教于美國圣母大學(xué)(University of Notre Dame)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，并于1995年起擔(dān)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(xué)達(dá)拉斯分校（UTD）計(jì)算機(jī)科學(xué)系。2001年曾擔(dān)任該校計(jì)算機(jī)科學(xué)部主任。任上海交通大學(xué)、山東大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、湖南大學(xué)、華東師范大學(xué)等客座、兼任教授或博導(dǎo)。2008年被評(píng)為海外杰出青年學(xué)者，2010年起任教育部長江學(xué)者講座教授。2011年起任中國千人計(jì)劃特聘專家，現(xiàn)全職任重慶大學(xué)國家特聘教授和計(jì)算機(jī)學(xué)院院長。
至2016年，已在相關(guān)國際學(xué)術(shù)會(huì)議及國際核心期刊上發(fā)表英文學(xué)術(shù)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(jí)教學(xué)、科研獎(jiǎng)項(xiàng)35項(xiàng)以上，其中包括美國Oak Ridge 大學(xué)聯(lián)盟頒發(fā)的杰出青年教授獎(jiǎng), 美國國家科學(xué)基金頒發(fā)的杰出學(xué)術(shù)發(fā)展獎(jiǎng), 美國圣母大學(xué)頒發(fā)的杰出教學(xué)獎(jiǎng), 以及世界*級(jí)期刊ACM Transactions (ACM TODAES)頒發(fā)的2011年*佳論文獎(jiǎng)（一年只選一篇*佳期刊論文）等。以大會(huì)主席身份主持多次國際重要學(xué)術(shù)會(huì)議。沙教授在教學(xué)方面深受中美學(xué)生們的喜愛，在美國從教期間，他在每學(xué)期由學(xué)生給老師打分的教學(xué)評(píng)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(xué)，以人才培養(yǎng)、教學(xué)育人為其終身的興趣及志向。
第1章計(jì)算機(jī)學(xué)什么
1.1探索黑匣子——從一個(gè)程序談起
1.1.1探索黑匣子之計(jì)算機(jī)硬件
1.1.2探索黑匣子之計(jì)算機(jī)軟件
1.1.3探索黑匣子之操作系統(tǒng)
1.1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次
1.2計(jì)算機(jī)編程的基本概念
1.2.1初窺高級(jí)語言
1.2.2乘Python之舟進(jìn)入計(jì)算機(jī)語言的世界
1.2.3活學(xué)活用——運(yùn)用Python的基本功能解決數(shù)學(xué)問題
小結(jié)
1.3計(jì)算機(jī)核心知識(shí)——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(jié)
1.4什么是計(jì)算機(jī)
1.4.1歷史上的計(jì)算機(jī)
1.4.2嵌入式系統(tǒng)
1.4.3未來的計(jì)算機(jī)
小結(jié)
1.5計(jì)算機(jī)前沿知識(shí)——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(yīng)用
小結(jié)
1.5.4對(duì)數(shù)據(jù)和邏輯的正確態(tài)度——沙老師的話
1.6計(jì)算機(jī)科學(xué)之美
1.6.1無處不在的計(jì)算機(jī)
1.6.2計(jì)算機(jī)學(xué)科本身包含的知識(shí)面之廣
本章總結(jié)
習(xí)題1
第2章神奇的0與1
2.1進(jìn)位制的概念
小結(jié)
2.2不同進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換
2.2.1二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)
2.2.2十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)
2.2.3二、八、十六進(jìn)制的巧妙轉(zhuǎn)換
小結(jié)
2.3計(jì)算中的二進(jìn)制四則運(yùn)算
2.3.1無符號(hào)整數(shù)與加法
2.3.2乘法與除法
2.3.3帶符號(hào)整數(shù)的減法
2.3.4小數(shù)—浮點(diǎn)數(shù)
小結(jié)
2.4一切都是邏輯
2.4.1什么是邏輯運(yùn)算
2.4.2電路實(shí)現(xiàn)邏輯(課時(shí)不足時(shí)，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(jié)
2.5計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)
2.5.1數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式
2.5.2存儲(chǔ)設(shè)備
小結(jié)
2.6談0與1的美
2.6.1簡單開關(guān)的無限大用
2.6.2二進(jìn)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(xí)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(jié)
3.3控制結(jié)構(gòu)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(jié)
3.4關(guān)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(jié)
3.5函數(shù)調(diào)用過程的分析
3.5.1返回地址的存儲(chǔ)
3.5.2函數(shù)調(diào)用時(shí)棧的管理
小結(jié)
3.6幾種通用的編程語言
小結(jié)
3.7對(duì)計(jì)算機(jī)程序的領(lǐng)悟
3.7.1清晰的語義
3.7.2嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿?br />
3.7.3巧妙的結(jié)構(gòu)
3.7.4智能是程序計(jì)算出來的
小結(jié)
習(xí)題3
第4章學(xué)習(xí)Python語言
4.1簡潔的Python
4.2Python內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
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(jié)構(gòu)
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(kuò)展序列賦值
4.3.4多目標(biāo)賦值
4.3.5增強(qiáng)賦值語句
4.4Python控制結(jié)構(gòu)
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(jié)構(gòu)
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(duì)象
4.7基于Python面向?qū)ο缶幊虒?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫功能
4.7.1Python面向?qū)ο蠓绞綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的學(xué)生類
4.7.2Python面向?qū)ο蠓绞綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的課程類
4.7.3Python創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的學(xué)生與課程類組
4.7.4Python實(shí)例功能模擬
4.8有趣的小烏龜——Python之繪圖
4.8.1初識(shí)小烏龜
4.8.2小烏龜繪制基礎(chǔ)圖形
4.8.3小烏龜繪制迷宮
習(xí)題4
第5章計(jì)算思維的核心——算法
5.1計(jì)算思維是什么
小結(jié)
5.2遞歸的基本概念
小結(jié)
5.3分治法
小結(jié)
5.4貪心算法
小結(jié)
5.5動(dòng)態(tài)規(guī)劃
小結(jié)
5.6以老鼠走迷宮為例
小結(jié)
5.7談?dòng)?jì)算思維的美
5.7.1遞歸思想的美
5.7.2計(jì)算思維求解問題的基本方式的美
5.7.3問題復(fù)雜度的研究之美
習(xí)題5
第6章操作系統(tǒng)簡介
6.1計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)
6.1.1啟動(dòng)自檢階段
6.1.2初始化啟動(dòng)階段
6.1.3啟動(dòng)加載階段
6.1.4內(nèi)核裝載階段
6.1.5登錄階段
6.2認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)
6.3操作系統(tǒng)對(duì)硬件資源管理——硬件中斷與異常
6.3.1操作系統(tǒng)對(duì)I/O設(shè)備管理——硬件中斷
6.3.2操作系統(tǒng)對(duì)CPU的管理——硬件中斷
6.3.3操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的管理——“異常”中斷
6.4操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序提供較安全可靠的服務(wù)——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(shí)例： read系統(tǒng)調(diào)用
6.5操作系統(tǒng)對(duì)多運(yùn)行環(huán)境的管理
6.5.1進(jìn)程
6.5.2進(jìn)程狀態(tài)
6.5.3進(jìn)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(jié)構(gòu)
6.6.3Python中的文件操作
6.6.4學(xué)生實(shí)例的擴(kuò)展
習(xí)題6
第7章并行計(jì)算
7.1并行計(jì)算簡介
7.1.1并行計(jì)算能加速程序執(zhí)行
7.1.2并行計(jì)算的基本概念
7.1.3并行計(jì)算的難點(diǎn)——進(jìn)程間通信
7.1.4并行計(jì)算能模擬現(xiàn)實(shí)中的復(fù)雜情況
7.2多進(jìn)程編程
7.2.1多進(jìn)程編程在Python中的實(shí)現(xiàn)
7.2.2牛刀小試——使用多進(jìn)程加快求解問題的速度
7.3進(jìn)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(shí)現(xiàn)
7.4多進(jìn)程編程實(shí)例
7.4.1方差計(jì)算的多進(jìn)程實(shí)現(xiàn)
7.4.2N階矩陣與N維向量相乘的多進(jìn)程實(shí)現(xiàn)
7.4.3基于價(jià)格波動(dòng)的生產(chǎn)者決策模擬
7.4.4電梯運(yùn)行與調(diào)度模擬
7.5利用多核進(jìn)行并行計(jì)算的思考
7.5.1沒有智慧的計(jì)算就是浪費(fèi)
7.5.2能自己做就自己做，不要總是請(qǐng)示協(xié)調(diào)
7.5.3讓大家共享多核，有福同享就是云計(jì)算
7.5.4分布式計(jì)算也是多核計(jì)算
習(xí)題7
第8章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)
8.1無遠(yuǎn)弗屆的網(wǎng)絡(luò)
小結(jié)
8.1.1物理層(Physical Layer)
小結(jié)
8.1.2數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)
小結(jié)
8.1.3網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)
小結(jié)
8.1.4傳輸層(Transport Layer)
小結(jié)
8.1.5應(yīng)用層(Application Layer)
小結(jié)
8.2Web=?
8.2.1一個(gè)簡單的網(wǎng)頁代碼
小結(jié)
8.2.2網(wǎng)頁訪問流程
小結(jié)
8.2.3網(wǎng)頁的動(dòng)靜之分
8.2.4網(wǎng)站用什么說話
小結(jié)
8.2.5關(guān)于本地計(jì)算機(jī)上的一個(gè)小網(wǎng)頁
8.3對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)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(guān)技術(shù)
小結(jié)
習(xí)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(luò)的威脅
9.2.2惡意軟件
小結(jié)
9.2.3拒絕服務(wù)
9.3措施和技術(shù)
9.3.1密碼學(xué)
小結(jié)
9.3.2防火墻
9.3.3入侵檢測(cè)
9.3.4網(wǎng)絡(luò)安全
9.3.5系統(tǒng)安全
9.3.6殺毒軟件
9.4手機(jī)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(xí)題9
參考文獻(xiàn)
新書資訊