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第1篇 数据结构 2

第1章 绪论 2

1.1 基本概念和术语 2

1.1.1 基本概念 2

1.1.2 数据结构“三要素” 2

1.2 算法和算法评价 3

1.2.1 算法 3

1.2.2 算法评价 4

例题精析 4

习题精选 5

参考答案 5

第2章 线性表 7

2.1 线性表的定义和基本操作 7

2.1.1 线性表的定义 7

2.1.2 线性表的基本操作 7

2.2 线性表的顺序存储结构及实现 8

2.2.1 线性表的顺序存储 8

2.2.2 顺序表上基本操作的实现 9

2.3 线性表的链式存储结构及实现 11

2.3.1 单链表 11

2.3.2 双链表 15

2.3.3 循环链表 16

2.3.4 静态链表 17

2.4 顺序存储和链式存储的对比 18

例题精析 19

习题精选 20

参考答案 22

第3章 栈、队列和数组 30

3.1 栈和队列的基本概念 30

3.1.1 栈的基本定义和运算 30

3.1.2 队列的基本定义和运算 31

3.2 栈的存储结构及其基本运算的实现 31

3.2.1 栈的顺序存储结构 31

3.2.2 栈的链式存储结构 32

3.3 队列的存储结构及其基本运算的实现 33

3.3.1 队列的顺序存储结构 33

3.3.2 队列的链式存储结构 35

3.3.3 双端队列 35

3.4 栈和队列的应用 36

3.4.1 栈在括号匹配中的应用 36

3.4.2 栈在表达式计算中的应用 36

3.4.3 栈在递归中的应用 37

3.4.4 队列在层次遍历中的应用 37

3.4.5 队列在计算机系统中的应用 38

3.5 特殊矩阵的压缩存储 38

3.5.1 对称矩阵的压缩存储 38

3.5.2 三角矩阵的压缩存储 39

3.5.3 三对角矩阵的压缩存储 40

例题精析 40

习题精选 41

参考答案 43

第4章 树与二叉树 48

4.1 树的基本概念和性质 48

4.2 二叉树 49

4.2.1 二叉树的定义及其主要特征 49

4.2.2 二叉树的顺序存储结构和链式存储结构 50

4.2.3 二叉树的遍历 51

4.2.4 线索二叉树的基本概念和构造 53

4.3 树、森林 55

4.3.1 树的存储结构 55

4.3.2 树、森林和二叉树的转换 56

4.3.3 树和森林的遍历 57

4.4 树与二叉树的应用 57

4.4.1 二叉排序树 57

4.4.2 平衡二叉树 60

4.4.3 赫夫曼（Huffman）树和赫夫曼编码 62

例题精析 63

习题精选 67

参考答案 70

第5章 图 78

5.1 图的基本概念 78

5.2 图的存储结构 79

5.2.1 邻接矩阵 79

5.2.2 邻接表 80

5.2.3 十字链表 82

5.2.4 邻接多重表 83

5.3 图的遍历 84

5.3.1 深度优先搜索 84

5.3.2 广度优先搜索 85

5.4 图的基本应用 87

5.4.1 最小生成树 87

5.4.2 最短路径 89

5.4.3 拓扑排序 91

5.4.4 关键路径 93

例题精析 94

习题精选 96

参考答案 99

第6章 查找 103

6.1 基本概念 103

6.2 顺序查找 104

6.2.1 一般线性表的顺序查找 104

6.2.2 有序表的顺序查找 105

6.3 折半查找 105

6.4 B-树和B＋树 106

6.4.1 B-树的概念 106

6.4.2 B-树的查找 107

6.4.3 B-树的插入 108

6.4.4 B-树的删除 108

6.4.5 B＋树的基本概念 109

6.5 散列（Hash）表 110

6.5.1 散列表的基本概念 110

6.5.2 散列函数 110

6.5.3 处理冲突的方法 111

6.5.4 散列法性能分析 112

例题精析 112

习题精选 114

参考答案 115

第7章 排序 119

7.1 排序的基本概念 119

7.2 插入排序 120

7.2.1 直接插入排序 120

7.2.2 折半插入排序 120

7.2.3 希尔排序 121

7.3 交换排序 122

7.3.1 冒泡排序 122

7.3.2 快速排序 122

7.4 选择排序 124

7.4.1 简单选择排序 124

7.4.2 堆排序 124

7.5 二路归并排序 126

7.6 基数排序 127

7.7 不同排序算法的比较 128

7.8 外部排序 129

7.8.1 外部排序的方法 130

7.8.2 多路平衡归并与败者树 131

7.8.3 置换-选择排序（生成初始归并段） 132

7.8.4 最佳归并树 133

例题精析 134

习题精选 135

参考答案 138

第2篇 计算机组成原理 144

第1章 计算机系统概论 144

1.1 计算机发展历程 144

1.1.1 计算机的发展 144

1.1.2 计算机的分类 145

1.2 计算机系统层次结构 145

1.2.1 计算机硬件的基本组成 145

1.2.2 计算机系统的层次结构 146

1.2.3 计算机软件的分类 147

1.2.4 计算机的工作过程 148

1.3 计算机性能指标 149

1.3.1 计算机的主要性能指标 149

1.3.2 几个专业术语的概念 150

例题精析 150

习题精选 150

参考答案 152

第2章 数据的表示和运算 154

2.1 数制与编码 154

2.1.1 进位计数制及其相互转换 154

2.1.2 真值和机器数 155

2.1.3 BCD码 155

2.1.4 字符与字符串 156

2.1.5 校验码 157

2.2 定点数的表示和运算 159

2.2.1 数的机器码表示 159

2.2.2 定点数的表示 161

2.2.3 定点数的运算 162

2.2.4 强制类型转换 165

2.3 浮点数的表示和运算 166

2.3.1 浮点数的表示法 166

2.3.2 浮点数的加／减运算 168

2.4 算术逻辑单元（ALU） 169

2.4.1 串行加法器和并行加法器 170

2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构 172

例题精析 174

习题精选 175

参考答案 178

第3章 存储器系统的层次结构 182

3.1 存储器的分类 182

3.1.1 存储器的分类 182

3.1.2 存储器的性能指标 183

3.2 存储器的层次结构 183

3.3 半导体随机存取存储器 184

3.3.1 存储芯片的基本结构 184

3.3.2 SRAM存储器 184

3.3.3 DRAM存储器 184

3.3.4 存储器的读、写周期 185

3.3.5 SRAM和DRAM的比较 186

3.4 只读存储器 186

3.5 存储器与CPU的连接 187

3.5.1 连接原理 187

3.5.2 存储容量的扩展 187

3.5.3 存储芯片的地址分配和片选 189

3.5.4 存储器与CPU的连接 189

3.6 双口RAM和多模块存储器 190

3.6.1 双端口RAM 190

3.6.2 多模块存储器 190

3.7 高速缓冲存储器 192

3.7.1 程序访问的局部性原理 192

3.7.2 Cache的基本工作原理 192

3.7.3 Cache和主存的映射方式 193

3.7.4 Cache中主存块的替换算法 194

3.7.5 Cache写策略 194

3.8 虚拟存储器 195

3.8.1 基本概念 195

3.8.2 页式虚拟存储器 195

3.8.3 段式虚拟存储器 196

3.8.4 段页式虚拟存储器 196

3.8.5 TLB（快表） 197

3.8.6 虚拟存储器与Cache的比较 197

例题精析 197

习题精选 200

参考答案 204

第4章 指令系统 209

4.1 指令格式 209

4.1.1 指令的基本格式 209

4.1.2 定长操作码指令格式 210

4.1.3 扩展操作码指令格式 211

4.2 指令的寻址方式 211

4.2.1 有效地址的概念 211

4.2.2 数据寻址和指令寻址 211

4.3 CISC和RISC的基本概念 215

例题精析 216

习题精选 218

参考答案 221

第5章 中央处理器（CPU） 224

5.1 CPU的功能和基本结构 224

5.1.1 CPU的功能 224

5.1.2 CPU的基本结构 224

5.2 指令执行过程 225

5.2.1 指令的执行 225

5.2.2 指令周期 226

5.2.3 指令执行方案 227

5.3 数据通路的功能和基本结构 227

5.3.1 数据通路的功能 227

5.3.2 数据通路的基本结构 228

5.4 控制器的功能和工作原理 229

5.4.1 控制器的地位与结构 229

5.4.2 硬布线控制器 230

5.4.3 微程序控制器 232

5.5 指令流水线 237

5.5.1 指令流水线的基本概念 237

5.5.2 影响流水线的因素 238

5.5.3 流水线的分类 239

5.5.4 流水线的性能指标 240

例题精析 241

习题精选 243

参考答案 247

第6章 总线 252

6.1 总线概述 252

6.1.1 总线的基本概念 252

6.1.2 总线的分类 253

6.1.3 总线的结构与性能指标 253

6.2 总线仲裁 254

6.2.1 集中仲裁方式 254

6.2.2 分布仲裁方式 256

6.3 总线操作和定时 256

6.3.1 数据的传输 256

6.3.2 同步定时方式 256

6.3.3 异步定时方式 256

6.4 总线标准 257

例题精析 258

习题精选 258

参考答案 260

第7章 输入／输出（I／O）系统 263

7.1 I／O系统基本概念 263

7.2 外部设备 264

7.2.1 输入设备 264

7.2.2 输出设备 264

7.2.3 外存储器 265

7.3 I／O接口（I／O控制器） 267

7.3.1 I／O接口的功能 267

7.3.2 I／O接口的基本结构 267

7.3.3 I／O接口的类型 268

7.3.4 I／O端口及其编址 268

7.4 I／O方式 268

7.4.1 程序查询方式 269

7.4.2 程序中断方式 269

7.4.3 DMA方式 272

例题精析 274

习题精选 276

参考答案 278

第3篇 操作系统 283

第1章 操作系统概述 283

1.1 操作系统的概念、特征、功能和提供的服务 283

1.1.1 操作系统的基本概念 283

1.1.2 操作系统的特征 283

1.1.3 操作系统的功能 284

1.2 操作系统的发展与分类 285

1.3 操作系统的运行环境 286

1.4 操作系统的体系结构 288

例题精析 289

习题精选 289

参考答案 291

第2章 进程管理 293

2.1 进程与线程 293

2.1.1 进程概念 293

2.1.2 进程的状态与转换 294

2.1.3 进程控制 295

2.1.4 进程组织 296

2.1.5 进程与程序的区别 297

2.1.6 进程通信 297

2.1.7 线程概念与多线程模型 298

2.2 处理器调度 300

2.2.1 调度的基本概念 300

2.2.2 调度时机、切换与过程 301

2.2.3 进程的调度方式 302

2.2.4 调度的基本准则 302

2.2.5 典型调度算法 303

2.3 进程同步 305

2.3.1 进程同步的基本概念 305

2.3.2 实现临界区互斥的基本方法 306

2.3.3 信号量 309

2.3.4 管程 311

2.3.5 经典同步问题 311

2.4 死锁 316

2.4.1 死锁的概念 316

2.4.2 死锁处理策略 317

2.4.3 死锁预防 318

2.4.4 死锁避免 318

2.4.5 死锁检测和解除 320

例题精析 321

习题精选 325

参考答案 329

第3章 内存管理 336

3.1 内存管理基础 336

3.1.1 内存管理的概念 336

3.1.2 覆盖与交换 339

3.1.3 连续分配管理方式 339

3.1.4 非连续分配管理方式 341

3.2 虚拟内存管理 348

3.2.1 虚拟内存的基本概念 348

3.2.2 请求分页管理方式 350

3.2.3 页面置换算法 351

3.2.4 页面分配策略 353

3.2.5 抖动和工作集 354

例题精析 355

习题精选 358

参考答案 361

第4章 文件管理 367

4.1 文件系统基础 367

4.1.1 文件概念 367

4.1.2 文件的逻辑结构 368

4.1.3 目录结构 368

4.1.4 文件共享 371

4.1.5 文件保护 372

4.2 文件系统实现 373

4.2.1 文件系统层次结构 373

4.2.2 目录实现 373

4.2.3 文件实现 374

4.3 磁盘组织与管理 377

4.3.1 磁盘的结构 377

4.3.2 磁盘调度算法 378

4.3.3 磁盘的管理 381

例题精析 382

习题精选 383

参考答案 387

第5章 输入／输出（I／O）管理 391

5.1 I／O管理概述 391

5.1.1 I／O设备 391

5.1.2 I／O控制方式 392

5.2 I／O核心子系统 395

5.2.1 I／O层次结构 395

5.2.2 高速缓存与缓冲区 395

5.2.3 设备分配与回收 397

5.2.4 SPOOLing技术（假脱机技术） 399

5.2.5 出错处理 399

例题精析 400

习题精选 401

参考答案 402

第4篇 计算机网络 406

第1章 计算机网络体系结构 406

1.1 计算机网络概述 406

1.1.1 计算机网络的概念、组成与功能 406

1.1.2 计算机网络的分类 407

1.1.3 计算机网络的标准化及相关组织 407

1.1.4 计算机网络的性能指标 407

1.2 计算机网络体系结构与参考模型 408

1.2.1 计算机网络的分层结构 408

1.2.2 计算机网络协议、接口、服务等概念 408

1.2.3 ISO／OSI参考模型和TCP／IP模型 409

例题精析 411

习题精选 411

参考答案 412

第2章 物理层 415

2.1 通信基础 415

2.1.1 物理层相关的基本概念 415

2.1.2 奈奎斯特定理与香农定理 416

2.1.3 编码与调制 417

2.1.4 电路交换、报文交换与分组交换 418

2.1.5 数据报与虚电路 420

2.2 传输介质 421

2.2.1 传输介质简介 421

2.2.2 物理层接口的特性 422

2.3 物理层设备 422

2.3.1 中继器 422

2.3.2 集线器（Hub） 422

例题精析 423

习题精选 424

参考答案 426

第3章 数据链路层 429

3.1 数据链路层的功能 429

3.2 组帧 430

3.3 差错控制 430

3.3.1 检错编码 430

3.3.2 纠错编码 431

3.4 流量控制与可靠传输机制 431

3.4.1 流量控制、可靠传输与滑动窗口机制 431

3.4.2 单帧滑动窗口与停止—等待协议 432

3.4.3 多帧滑动窗口与后退N帧协议 433

3.4.4 多帧滑动窗口与选择重传协议 433

3.5 介质访问控制 433

3.5.1 信道划分介质访问控制 433

3.5.2 随机访问介质访问控制 435

3.5.3 轮询访问介质访问控制 436

3.6 局域网 436

3.6.1 局域网的基本概念与体系结构 436

3.6.2 以太网与IEEE 802.3 437

3.6.3 IEEE 802.11 440

3.6.4 令牌环网的基本原理 441

3.7 广域网 441

3.7.1 广域网的基本概念 441

3.7.2 PPP协议 442

3.7.3 HDLC协议 443

3.8 数据链路层设备 444

3.8.1 网桥的概念和基本原理 444

3.8.2 局域网交换机及其工作原理 445

例题精析 446

习题精选 448

参考答案 452

第4章 网络层 458

4.1 网络层的功能 458

4.1.1 异构网络互连 458

4.1.2 路由选择与转发 459

4.1.3 拥塞控制 459

4.2 路由算法 459

4.2.1 静态路由与动态路由 459

4.2.2 距离向量路由算法 460

4.2.3 链路状态路由算法 460

4.2.4 层次路由 460

4.3 IPv4 461

4.3.1 IPv4分组 461

4.3.2 IPv4地址与网络地址转换NAT 462

4.3.3 子网划分与子网掩码、CIDR 464

4.3.4 ARP协议、DHCP协议与ICMP协议 466

4.4 IPv6 468

4.4.1 IPv6的主要特点 468

4.4.2 IPv6地址 469

4.5 路由协议 470

4.5.1 自治系统 470

4.5.2 域内路由与域间路由 470

4.5.3 内部网关协议：RIP协议 470

4.5.4 内部网关协议：OSPF协议 471

4.5.5 外部网关协议：BGP协议 473

4.6 IP组播 474

4.6.1 IP组播的概念 474

4.6.2 IP组播地址 475

4.7 网络层设备 476

4.7.1 路由器的组成和功能 476

4.7.2 路由表与路由转发 477

例题精析 478

习题精选 481

参考答案 485

第5章 传输层 490

5.1 传输层提供的服务 490

5.1.1 传输层的功能 490

5.1.2 传输层的寻址与端口 491

5.1.3 无连接服务与面向连接服务 492

5.2 用户数据报协议UDP 492

5.2.1 UDP数据报 493

5.2.2 UDP校验 493

5.3 传输控制协议TCP 494

5.3.1 TCP报文段 494

5.3.2 TCP连接管理 496

5.3.3 TCP可靠传输 498

5.3.4 TCP流量控制与拥塞控制 499

例题精析 502

习题精选 503

参考答案 505

第6章 应用层 508

6.1 网络应用模型 508

6.1.1 客户／服务器模型 508

6.1.2 P2P模型 508

6.2 DNS系统 509

6.2.1 层次域名空间 509

6.2.2 域名服务器 509

6.2.3 域名解析过程 510

6.3 文件传输协议FTP 511

6.3.1 FTP协议的工作原理 511

6.3.2 控制连接与数据连接 511

6.4 电子邮件 512

6.4.1 电子邮件系统的组成结构 512

6.4.2 电子邮件的格式与MIME 513

6.4.3 SMTP协议与POP3协议 514

6.5 万维网WWW 514

6.5.1 WWW的概念与组成结构 514

6.5.2 超文本传输协议HTTP 515

例题精析 517

习题精选 518

参考答案 520

参考文献 522