本书是为高等学校理工科非计算机专业学生学习计算机实用技术做基本知识准备而编写的教材。全书分为计算机概论、数字逻辑和离散数学三个部分。计算机概论部分对计算机及软、硬件各部分做概要性描述,使学生对计算机有一个框架性的认识;数字逻辑部分为学生学习计算机硬件技术的知识基础;离散数学是学习计算机软件技术的知识基础。
本书内容难点分散、通俗易懂、概念清晰,适合作为高等学校理工科非计算机专业计算机基础课程教材,可以用做计算机专业“计算机概论”教材,以及高职高专计算机专业的基础课程的教材,也可以作为计算机技术自学者入门知识的学习材料。
第1篇 计算机概论
第1章 计算机基础知识
1.1 计算机的发展历史
1.1.1 计算机产生的历史背景
1.1.2 计算机的诞生
1.1.3 冯·诺依曼与阿兰·图灵
1.1.4 计算机发展历程
1.1.5 各种计算机技术简介
1.1.6 计算机与信息化社会
1.2 冯·诺依曼型计算机系统
1.2.1 冯·诺依曼型计算机的基本组成
1.2.2 采用二进制
1.2.3 程序存储
1.3 二进制数制
1.3.1 进位制数的相互转换
1.3.2 二进制数的小数点处理
1.3.3 二进制数的正、负号表示
1.4 二进制运算
1.4.1 二进制的四则运算
1.4.2 定点加、减法运算及溢出判断
1.5 二进制编码
1.5.1 BCD码
1.5.2 ASCII码与EBCDIC码
1.5.3 校验编码
1.5.4 汉字编码
本章小结
习题
第2章 计算机硬件系统
2.1 中央处理器(CPU)
2.1.1 运算器及其工作原理
2.1.2 控制器的组成及功能
2.1.3 指令系统
2.1.4 CPU核心的设计
2.2 存储系统
2.2.1 存储系统的层次结构
2.2.2 主存储器
2.2.3 外部存储器
2.3 输入/输出系统
2.3.1 接口
2.3.2 常用的输入设备
2.3.3 常用的输出设备
本章小结
习题
第3章 计算机软件系统
3.1 概述
3.1.1 计算机软件
3.1.2 计算机软件的特点
3.1.3 软件功能在实现上的变化
3.2 计算机常用系统软件简述
3.2.1 操作系统
3.2.2 数据库系统
3.2.3 计算机网络软件
3.3 程序设计语言
3.3.1 计算机的指令系统
3.3.2 计算机程序设计语言
3.3.3 结构化程序设计
3.3.4 面向对象技术
3.4 计算机软件执行过程
3.4.1 高级语言源程序
3.4.2 汇编语言源程序
3.4.3 机器语言程序
3.4.4 程序的执行过程
本章小结
习题3
第2篇 逻辑设计基础
第4章 数字逻辑基础
4.1 逻辑运算
4.1.1 概述
4.1.2 逻辑代数中的三种基本运算
4.1.3 复合逻辑运算
4.2 逻辑函数及其表示方法
4.2.1 逻辑函数
4.2.2 逻辑函数的表示方法
4.2.3 各种表示方法之间的相互转换
4.3 逻辑代数的基本公式和常用公式
4.3.1 基本公式
4.3.2 常用公式
4.4 逻辑代数的基本定理
4.4.1 代入定理
4.4.2 反演定理
4.4.3 对偶定理
4.5 逻辑函数的公式化简法
4.5.1 逻辑函数的最简形式
4.5.2 逻辑函数的公式化简法
4.6 逻辑函数的卡诺图化简法
4.6.1 逻辑函数的最小项及最小项表达式
4.6.2 逻辑函数的卡诺图表示法
4.6.3 逻辑函数的卡诺图化简法
4.7 具有无关项的逻辑函数及其化简方法
4.7.1 无关项
4.7.2 具有无关项的逻辑函数的化简方法
本章小结
习题4
第5章 组合逻辑电路
5.1 数字集成电路简介
5.1.1 TTL和CMOS两大类结构的集成电路及使用特点
5.1.2 几种有特殊用途的集成门电路
5.2 用SSI构成的组合电路的分析和设计
5.2.1 组合逻辑电路的特点
5.2.2 用SSI构成的组合电路的分析方法
5.2.3 用SSI构成的组合电路的设计方法
5.3 编码器
5.3.1 二进制编码器
5.3.2 十进制编码器
5.4 译码器
5.4.1 二进制译码器
5.4.2 十进制译码器
5.4.3 用最小项译码器实现组合逻辑函数
5.4.4 七段译码器
5.5 数据选择器
5.5.1 数据选择器的结构和工作原理
5.5.2 利用数据选择器实现组合逻辑函数
5.6 数值比较器
5.6.1 多位数值比较器的设计思想
5.6.2 四位数值比较器CC14585
5.7 加法器
5.7.1 多位串行加法器
5.7.2 多位并行加法器
5.8 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象
5.8.1 在逻辑电路中信号的传输延迟时间
5.8.2 竞争-冒险的现象及产生的原因
5.8.3 消除竞争-冒险的方法
本章小结
习题5
第6章 时序逻辑电路
6.1 触发器
6.1.1 触发器的结构特点
6.1.2 触发器的逻辑功能及其表示方法
6.1.3 触发器的直接置位和复位端
6.2 时序逻辑电路的特点及其表示方法
6.2.1 时序逻辑电路的结构和工作特点
6.2.2 时序逻辑电路的三个方程组
6.3 用SSI构成的时序逻辑电路的分析方法
6.3.1 同步时序逻辑电路的分析方法
6.3.2 异步时序逻辑电路的分析方法
6.4 用SSI设计时序逻辑电路的方法
6.4.1 用SSI构成的同步计数器的设计
6.4.2 一般同步时序逻辑电路的设计
6.5 并行寄存器和移位寄存器
6.5.1 并行寄存器
6.5.2 移位寄存器
6.5.3 移位寄存器的应用
6.6 计数器
6.6.1 同步计数器
6.6.2 异步计数器
6.6.3 MSI计数器的使用方法
本章小结
习题6
第7章 可编程逻辑器件
7.1 概述
7.2 PLD的几种基本结构
7.2.1 可编程只读存储器PROM和可擦除可编程只读存储器EPROM
7.2.2 可编程逻辑阵列PLA
7.2.3 可编程阵列逻辑PAL
7.2.4 通用阵列逻辑GAL
7.2.5 可擦除的可编程逻辑器件EPLD
7.2.6 现场可编程门阵列FPGA
7.3 PLD的编程
7.3.1 现代数字系统的设计方法
7.3.2 PLD的开发过程
7.4 在系统编程技术
7.4.1 在系统可编程逻辑器件ISP-PLD
7.4.2 ISP器件的设计流程
7.4.3 在系统编程技术对数字系统的贡献
本章小结
习题7
第3篇 离散数学基础
第8章 命题逻辑
8.1 命题符号化
8.1.1 命题的概念
8.1.2 联结词
8.2 命题公式及其分类
8.3 命题演算的关系式
8.3.1 等价关系式
8.3.2 等价关系的性质
8.4 命题演算的推理
8.4.1 推理理论
8.4.2 推理证明方法
本章小结
习题8
第9章 谓词逻辑
9.1 词逻辑的基本概念
9.1.1 个体和谓词
9.1.2 量词
9.2 谓词合式公式及其分类
9.3 谓词演算的关系式
9.4 谓词演算的推理
9.4.1 推理理论
9.4.2 推理问题的证明
本章小结
习题9
第10章 集合和函数
10.1 集合
10.1.1 集合的概念及其表示
10.1.2 集合间的关系
10.1.3 集合的运算
10.2 集合的计算机表示
10.3 笛卡儿积
10.3.1 序偶和有序n元组
10.3.2 笛卡儿积
10.4 函数(映射)
10.4.1 函数的定义
10.4.2 特殊函数
10.5 复合函数(复合映射)
10.6 反函数(逆映射)
本章小结
习题10
第11章 关系
11.1 关系的概念
11.2 关系的表示法
11.2.1 用集合表示关系
11.2.2 用关系图表示关系
11.2.3 用矩阵表示关系
11.3 关系的运算
11.3.1 关系的复合运算
11.3.2 逆关系
11.4 关系的性质
11.5 关系的闭包
11.6 等价关系和等价类
11.6.1 等价关系
11.6.2 等价类
11.7 偏序关系
本章小结
习题11
第12章 图论
12.1 图的基本概念
12.1.1 无向图和有向图
12.1.2 度的概念
12.1.3 图的分类
12.1.4 子图与补图
12.1.5 图的同构
12.2 通路与回路、连通的概念
12.2.1 通路与回路
12.2.2 连通的概念
12.3 图的矩阵表示
12.3.1 邻接矩阵
12.3.2 关联矩阵
12.4 欧拉图与哈密顿图
12.4.1 欧拉图
12.4.2 哈密顿图
12.4.3 旅行商问题
12.5 平面图与二分图
12.5.1 平面图
12.5.2 连通平面图的欧拉公式
12.5.3 对偶图与着色
12.5.4 二分图
12.6 树
12.6.1 无向树和生成树
12.6.2 有向树和有序树
本章小结
习题12
附录A 常用逻辑符号对照表
随着计算机技术应用的日益广泛,越来越多的非计算机专业的人员不仅能够熟练使用计算机的相关软件(如Windows系列操作系统,各种办公软件等),还希望开发本专业领域的专用计算机系统。对于在校的理工科大学生和广大工程技术人员,应该具备什么基础知识,才能尽快掌握为其本专业服务的计算机技术?为此,我们根据多年从事计算机教学的经验,根据非计算机专业学生和工程技术人员的学习特点,构造本教材的体系和叙述方式。
本书为读者进一步学习计算机软、硬件等各方面技术及理论提供必要的计算机基础知识。全书分为三篇:
第1篇为计算机概论,主要讲述计算机的基本知识,计算机的硬件系统以及计算机的软件系统。使读者通过这部分内容的学习,对计算机系统有一个全面的初步了解。对于计算机的基本知识和计算机的硬件系统,按照冯·诺依曼体系结构进行讲述,并适当介绍计算机的最新发展技术。为了对计算机软件有一个比较直观的了解,书中通过实例讲述计算机软件的执行过程。这些实例包括C++高级语言,汇编语言所编写的程序,也包括这些程序最后生成的机器代码以及执行过程。
第2篇为逻辑设计基础,主要讲述逻辑代数基础,基本组合逻辑电路,基本时序逻辑电路,可编程逻辑器件基础等内容,是学习计算机硬件的知识准备。这部分是“计算机基础与应用”系列课程中“计算机组成原理”、“计算机接口技术”、“单片机应用系统设计技术”等硬件课程的基础。
第3篇为离散数学基础,主要讲述命题逻辑,谓词逻辑,集合和函数,关系及图论等内容,是学习计算机软件的知识准备,是“计算机基础与应用”系列课程中“数据库技术基础及应用”、“网络技术应用基础”,以及其他计算机后续课程,如“操作系统”、“数据结构”、“编译原理”等课程的数学基础。
如何将上述三部分的内容进行有机的整合,我们将通过教材编写和教学实践进行有益的尝试。希望这本《计算机技术导论》的出版能够抛砖引玉,敬请同行专家及广大读者提出宝贵意见。
本书第1篇计算机概论由刘桂喜编写,第2篇逻辑设计基础由余志新编写,第3篇离散数学基础由陈琼编写。高等学校计算机基础及应用教材编委会主编周霭如和黄钦胜对本教材进行了认真的审阅,从教材的体系结构到具体的内容均提出许多宝贵而具体的修改意见。
本书在编写的过程中,参考了大量计算机方面的书籍、资料(包括互联网上的资料),在此对有关作者、译者表示感谢。
本书是为“计算机基础与应用”系列课程提供的先修课程教材,可以用做计算机专业“计算机概论”教材,以及高职高专计算机专业的基础课程的教材,也可以作为计算机技术自学者入门知识的学习材料。
由于编者水平所限,成书仓促,本书错漏之处在所难免,请各位读者不吝赐教。
编著者
2004年7月