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第1章 绪论1

1.1计算的概念1

1.1.1计算与计算模型1

1.1.2计算的复杂性4

1.1.3计算的要素6

1.2计算学科8

1.2.1计算作为一门学科8

1.2.2计算学科的知识领域10

1.2.3计算学科的二维定义矩阵15

1.3计算学科与计算机学科17

1.3.1计算学科与计算机学科的关系17

1.3.2我国计算机学科专业设置18

1.4本章小结19

思考题19

第2章 手工计算21

2.1记数与计算的需求21

2.1.1实物记数21

2.1.2结绳记数22

2.1.3刻痕记数23

2.1.4算筹记数24

2.2算盘26

2.2.1算盘的发展26

2.2.2中国算盘指法28

2.2.3中国算盘口诀28

2.2.4会计算盘指法28

2.2.5算盘小结29

2.3数与计算式29

2.3.1中国数字与数码29

2.3.2阿拉伯数码30

2.3.3数制的发展31

2.3.4十进制与二进制35

2.3.5计算式37

2.4本章小结41

思考题41

第3章 计算的机械化42

3.1手动齿轮计算装置43

3.1.1帕斯卡的加法器43

3.1.2莱布尼茨的乘法器44

3.1.3机械计算器的商业化45

3.2程序控制计算机45

3.2.1杰卡德提花机45

3.2.2巴贝奇的差分机和分析机47

3.3模拟计算机50

3.4机电计算机51

3.4.1机电计算机的诞生环境51

3.4.2霍尔瑞斯的电动制表机52

3.4.3祖斯的Z系列计算机54

3.4.4艾肯的自动顺序控制计算机56

3.5数据的存储与输入输出58

3.6计算的复杂性思考58

3.7本章小结60

思考题60

第4章 计算的自动化——计算机硬件61

4.1可计算性与图灵机61

4.1.1可计算性理论的研究61

4.1.2图灵等的贡献62

4.1.3λ演算65

4.2ENIAC——第一台数字电子计算机65

4.2.1电子管的发明65

4.2.2ABC计算机66

4.2.3ENIAC的诞生67

4.3冯·诺依曼与计算机体系结构69

4.3.1冯·诺依曼介入ENIAC的改进前后69

4.3.2冯·诺依曼体系结构要点70

4.3.3冯·诺依曼体系结构的意义73

4.3.4冯·诺依曼体系结构的不足73

4.4计算机硬件体系结构的发展74

4.4.1电子管与第一代计算机74

4.4.2晶体管与第二代计算机76

4.4.3集成电路与第三代计算机79

4.4.4VLSI和第四代计算机82

4.4.5人工智能与第五代计算机86

4.4.6其他计算机87

4.5计算机系统及其相关学科88

4.5.1数字逻辑与数字电路88

4.5.2集成电路与光电技术89

4.5.3量子计算与分子计算91

4.5.4信息网络与网络计算94

4.6本章小结95

思考题95

第5章 计算的自动化——计算机软件96

5.1计算的抽象与表示96

5.1.1计算的抽象96

5.1.2算法及其表示98

5.1.3数据的表示101

5.2计算机程序109

5.2.1程序设计语言109

5.2.2程序的解释与编译114

5.2.3调试与运行115

5.3计算机软件115

5.3.1软件生存周期116

5.3.2软件开发方法118

5.3.3软件结构模式119

5.3.4软件工具122

5.4关于软件的思考125

5.4.1软件危机126

5.4.2软件工程127

5.4.3知识产权和软件专利132

5.5本章小结134

思考题134

第6章 计算的智能化136

6.1机器智能136

6.1.1人工智能的提出136

6.1.2人工智能的发展历史137

6.1.3智能测试139

6.2智能计算的原理141

6.2.1思维的计算机模拟141

6.2.2推理系统的结构143

6.2.3产生式系统145

6.2.4专家系统148

6.3第五代计算机153

6.3.1研究目标与计划153

6.3.2系统结构156

6.3.3软件结构158

6.3.4关于第五代计算机的思考160

6.4本章小结161

思考题162

第7章 生物计算模型163

7.1人工神经网络163

7.1.1神经网络与人工神经网络163

7.1.2神经网络计算机的特点167

7.1.3神经网络计算机的实现方式168

7.1.4重要的神经网络模型172

7.2DNA计算174

7.2.1DNA计算基础174

7.2.2DNA计算模型178

7.2.3DNA计算的实现182

7.3膜计算187

7.3.1膜结构187

7.3.2膜计算模型188

7.3.3膜计算的发展194

7.4本章小结195

思考题195

附录 冯·诺依曼其人197

参考文献199