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第1章 概述1

1.1计算机科学面临的问题5

1.2计算机学科概述8

1.2.1计算机学科的特点8

1.2.2基本学科能力10

1.2.3计算机学科的发展和分支学科的划分10

1.2.4计算机科学与其他学科之间的关系13

1.3计算机科学发展的趋势13

1.4小结16

推荐阅读16

问题与讨论16

第一部分 计算机硬件和体系结构19

第2章 计算机硬件的发展19

2.1计算机发展的历史回顾21

2.1.1早期计算机：机械式计算工具、机电式计算机21

2.1.2电子管、晶体管和集成电路23

2.1.3电子计算机的诞生24

2.1.4现代计算机发展历程25

2.2我国计算机发展史26

2.2.1第一代电子管计算机研制（1958—1964）26

2.2.2第二代晶体管计算机研制（1965—1972）27

2.2.3第三代中小规模集成电路计算机研制（1973—20世纪80年代初）28

2.2.4第四代超大规模集成电路计算机研制（20世纪80年代中期至今）28

2.3新型计算机的发展30

2.3.1 DNA计算机30

2.3.2量子计算机31

2.3.3光计算机31

2.3.4纳米计算机32

2.4 CPU和GPU的发展33

2.4.1 CPU的发展33

2.4.2多核计算的发展趋势40

2.4.3 GPU的发展44

2.4.4 CPU和GPU的融合47

2.5小结50

推荐阅读50

问题与讨论50

第3章 高性能计算51

3.1高性能计算概述54

3.1.1什么是高性能计算54

3.1.2发达国家在高性能计算方面的发展55

3.1.3我国高性能计算的发展58

3.2世界各地超级计算中心的发展概况62

3.3高性能计算机的发展64

3.3.1从“走鹃”谈起64

3.3.2千万亿（1015）次系统研发67

3.3.3艾级超级计算机的机遇与挑战67

3.4高性能计算机关键技术与挑战69

3.4.1高性能计算机关键技术69

3.4.2超级计算机系统的挑战70

3.4.3超级计算机发展的技术路线74

3.5小结75

推荐阅读75

问题与讨论76

第二部分 计算机系统79

第4章 现代操作系统79

4.1操作系统的历史81

4.2现代操作系统的发展85

4.2.1操作系统的基本概念85

4.2.2现代操作系统的关键技术90

4.3 Windows操作系统96

4.4 UNIX类操作系统的发展100

4.4.1 UNIX系统简介100

4.4.2 UNIX家族的演化102

4.4.3类UNIX系统的发展105

4.4.4 UNIX系统的展望108

4.5小结110

推荐阅读111

问题与讨论111

第5章 计算机网络新技术113

5.1计算机网络的发展115

5.1.1最成功的计算机网络——互联网的诞生115

5.1.2计算机网络的历史117

5.1.3中国的网络发展史120

5.1.4互联网的发展和主要面临的技术挑战121

5.2下一代互联网123

5.2.1下一代互联网的特征124

5.2.2下一代互联网的国内外研究进展126

5.3对等计算的研究129

5.3.1对等计算概述129

5.3.2对等网络服务的底层架构131

5.3.3对等网络服务的应用情况132

5.3.4国内研究系统介绍134

5.3.5对等网络面临的问题134

5.4无线局域网前沿技术136

5.4.1无线局域网的基本概念136

5.4.2无线局域网的未来发展139

5.4.3 IEEE 802.11系列标准140

5.4.4无线局域网的安全141

5.5小结143

推荐阅读143

问题与讨论144

第6章 可信系统和可信软件145

6.1信任的概念及其在计算机学科中的发展147

6.1.1人类社会普遍的信任现象147

6.1.2计算机学科中的信任概念和需求148

6.1.3实体信任、可信计算和软件可信148

6.1.4内容信任的研究150

6.2可信计算的发展历程151

6.2.1可信计算的基本思想与主要技术152

6.2.2国内外可信计算的发展154

6.3软件可信性155

6.3.1软件可信的问题156

6.3.2软件可信性的基本概念160

6.3.3可信软件与软件质量的关系161

6.3.4可信软件工程163

6.4互联网的可信性165

6.4.1互联网带来的可信挑战165

6.4.2互联网信息的可信性167

6.5小结170

推荐阅读171

问题与讨论171

第三部分 数据库和数据管理175

第7章 数据库技术的发展175

7.1数据库技术的发展史177

7.1.1数据管理的诞生178

7.1.2关系数据库的由来180

7.1.3结构化查询语言181

7.1.4面向对象数据库182

7.1.5数据管理的变革：决策支持系统和数据仓库183

7.1.6数据挖掘和商务智能183

7.2数据管理新技术187

7.2.1未来全球和个人信息的管理189

7.2.2数据是未来计算的核心191

7.3万维网数据库技术192

7.3.1数据库和万维网信息检索的融合193

7.3.2 XML数据的管理194

7.4数据空间：数据管理新概念196

7.4.1数据空间系统及其特征197

7.4.2数据空间面临的挑战199

7.5小结200

推荐阅读201

问题与讨论201

第8章 数据挖掘及其应用203

8.1数据挖掘技术的由来206

8.1.1数据挖掘的基本概念206

8.1.2数据挖掘的发展历程209

8.1.3数据挖掘的演变过程210

8.2数据挖掘的定义210

8.2.1技术上的定义及含义210

8.2.2商业角度的定义211

8.2.3数据挖掘与其他分析方法的区别212

8.3数据挖掘的研究内容213

8.3.1知识的分类213

8.3.2数据挖掘的流程216

8.3.3数据挖掘的研究热点218

8.4数据挖掘的应用222

8.4.1数据挖掘的商业应用222

8.4.2竞技运动中的数据挖掘223

8.4.3数据挖掘技术在商业银行中的应用224

8.5小结225

推荐阅读225

问题与讨论225

第四部分 人工智能229

第9章 人工智能前沿229

9.1人工智能概述231

9.1.1人工智能的诞生232

9.1.2智能的含义233

9.1.3图灵与人工智能234

9.2人工智能的研究分支237

9.2.1机器数学237

9.2.2知识工程和专家系统238

9.2.3智能器官与模式识别240

9.2.4机器学习244

9.2.5自然语言处理244

9.2.6智能规划245

9.2.7智能体技术及应用245

9.2.8计算智能247

9.3人工智能前沿的探索248

9.3.1第五代计算机248

9.3.2大脑复制249

9.3.3走进人类的心灵250

9.3.4游戏智能251

9.4小结254

推荐阅读254

问题与讨论254

第10章 机器学习的研究255

10.1机器学习的发展257

10.1.1什么是机器学习257

10.1.2机器学习和数据挖掘的关系260

10.1.3机器学习的发展历史260

10.2机器学习的主要范式264

10.2.1监督学习和非监督学习264

10.2.2半监督学习265

10.2.3主动学习266

10.2.4集成学习266

10.2.5流形学习267

10.2.6强化学习268

10.2.7多示例学习268

10.2.8 Ranking学习268

10.2.9数据流学习269

10.2.10统计机器学习270

10.3机器学习的应用和未来发展270

10.3. 1机器学习的广泛应用270

10. 3.2机器学习的未来发展274

10.4小结277

推荐阅读278

问题与讨论278

第五部分 计算机应用281

第11章 搜索引擎技术281

11.1互联网搜索引擎283

11.1.1互联网搜索引擎的发展现状283

11.1.2互联网搜索引擎的体系结构286

11.2搜索引擎面临的挑战290

11.2.1 Web的发展290

11.2.2搜索需求的发展293

11.2.3网络的发展294

11.2.4来自非技术方面的挑战295

11.3搜索引擎应对策略296

11.3.1多元化296

11.3.2搜索质量提高297

11.3.3搜索能力加强298

11.3.4其他299

11.4搜索引擎相关研究组301

11.4.1国外搜索引擎研究组301

11.4.2国内搜索引擎研究组303

11.5小结303

推荐阅读303

问题与讨论303

第12章 集体智慧与Web 2.0305

12.1集体智慧导言307

12.1.1什么是集体智慧307

12.1.2集体智慧在生活中的应用308

12.1.3集体智慧与Web 2.0309

12.1.4集体智慧在Web领域的应用311

12.1.5集体智慧与机器学习312

12.2搜索排名313

12.2.1搜索引擎与信息检索313

12.2.2基于内容的度量方法314

12.2.3基于链接的度量方法315

12.3推荐系统316

12.3.1推荐系统的诞生和现状316

12.3.2推荐系统的经典案例——Netflix319

12.3.3设计推荐系统的基本方法319

12.4集体智慧中的常用算法322

12.4.1贝叶斯分类器323

12.4.2决策树分类器323

12.4.3神经网络325

12.4.4 k-最近邻326

12.4.5优化技术327

12.5小结329

推荐阅读329

问题与讨论330

第六部分 新兴技术333

第13章 云计算333

13.1认识云计算335

13.1.1云计算的定义337

13.1.2计算模式的演进过程339

13.1.3云计算的推动力343

13.1.4云计算与网格计算345

13.2云计算的特征和分类346

13.2.1云计算的公共特征346

13.2.2云计算的分类346

13.3云计算主要平台剖析349

13.3.1 Amazon的EC2349

13.3.2 Google的App Engine350

13.3.3 IBM的Blue Cloud353

13.3.4微软的Azure354

13.3.5我国云计算产业的发展354

13.4云计算技术和科研应用356

13.4.1云计算的重要技术及其进展356

13.4.2云计算的科研应用357

13.5小结360

推荐阅读360

问题与讨论360

第14章 物联网技术361

14.1物联网的基本概念363

14.1.1物联网概念的提出363

14.1.2物联网的定义365

14.1.3物联网的内涵368

14.1.4物联网的基本属性和类型369

14.1.5物联网的体系结构370

14.2物联网系统的构成372

14.2.1物联网硬件平台372

14.2.2物联网软件平台374

14.3物联网的关键技术375

14.3.1节点感知技术375

14.3.2节点组网及通信网络技术377

14.3.3数据融合与智能处理技术378

14.3.4云计算技术379

14.4物联网技术的应用和发展379

14.4.1物联网应用的主要领域379

14.4.2物联网技术的未来发展382

14.5小结384

推荐阅读384

问题与讨论384

第15章 服务科学与服务计算385

15.1服务科学的兴起387

15.1.1什么是服务387

15.1.2服务科学及其必然性389

15.1.3服务科学：今日经济的新领域391

15.1.4服务管理与工程393

15.2服务计算396

15.2.1服务计算的发展背景396

15.2.2服务计算的定义及其研究领域399

15.2.3服务计算的主要研究内容及热点401

15.3服务科学与服务计算的关系403

15.3.1服务科学与服务计算的典型应用领域404

15.3.2服务科学与服务计算给计算机科学带来的影响404

15.4小结406

推荐阅读406

问题与讨论406

第16章 智慧地球407

16.1智慧地球简介409

16.1.1智慧地球的基本概念409

16.1.2智慧地球的挑战410

16.1.3智慧举措：智慧地球的含义413

16.1.4让我们的地球变得更加智慧414

16.2智慧地球的应用实例415

16.2.1智慧的电力417

16.2.2智慧的医疗419

16.2.3智慧的城市420

16.2.4智慧的交通422

16.2.5智慧的供应链424

16.2.6智慧的银行426

16.3小结429

推荐阅读429

问题与讨论429

附录433

附录A全球顶尖的20所计算机专业大学433

附录B国内外著名高校计算机学科课程体系448

附录C中国计算机学会推荐国际学术会议和期刊458

附录D IBM重要会议列表467

参考文献471

后记475