0.3　學習大綱

本書遵循自底向上的計算機科學研究方法，先從讀者有親身體驗的主題開始（如計算機硬件），繼而引出比較抽象的主題（如算法復雜性和可計算性）。結果是，我們的學習遵循這樣的模式：隨著我們對主題理解的深入，我們構建的抽象工具會越來越大。

我們先學習與設計和構造執行算法的機器有關的主題。在第1章（數據存儲）中，我們學習信息是如何編碼和存儲在現代計算機中的。在第2章（數據操控）中，我們研究簡單計算機的內部基本操作。雖然部分學習內容涉及技術，但總體上是獨立于具體技術的。也就是說，像數字電路設計、數據編碼與壓縮系統，以及計算機體系結構這樣的主題，與很多技術都相關，并且不管未來技術的發展方向如何，它們的相關性都不會變。

在第3章（操作系統）中，我們學習控制一臺計算機總體操作的軟件，這種軟件稱為操作系統。操作系統控制機器與其外部世界之間的接口：保護機器及其內部存儲數據不被非授權用戶訪問；允許計算機用戶請求執行各種程序；協調內部活動，以滿足用戶請求。

在第4章（組網及因特網）中，我們將學習計算機是如何連接成計算機網絡的，網絡又是如何連接成互聯網的。這些知識涉及很多主題，如網絡協議、因特網結構與內部操作、萬維網以及眾多安全問題。

在第5章（算法）中，我們將比較正式地學習算法研究。我們將研究如何發現算法，確定幾種基本的算法結構，開發幾項用于表示算法的基本技術，并介紹算法效率和正確性的主題。

在第6章（程序設計語言）中，我們討論的主題是算法表示和程序開發過程。在這一章中，我們會發現，人們在不斷改善程序設計技術的過程中，創造出了各種各樣的程序設計方法學或范型，每一種都有它自己的一套程序設計語言。我們除了研究這些范型和語言，還會考慮語法和語言翻譯的問題。

第7章（軟件工程）將介紹計算機科學的一個分支——軟件工程。軟件工程處理的是開發大型軟件系統時遇到的問題。底層主題是，大型軟件系統的設計是一項復雜的任務，會遇到傳統工程未涉及的許多問題。因此，軟件工程這一學科已經成為計算機科學中一個重要的研究領域，它借鑒了諸如工程、項目管理、人事管理、程序設計語言設計，甚至是建筑學等眾多領域的研究經驗。

在接下來的兩章中，我們將學習在計算機系統中組織數據的方法。在第8章（數據抽象）中，我們介紹傳統上用于在計算機的主存儲器中組織數據的技術，然后探索數據抽象的演變發展，從原語的概念一直到如今的面向對象技術。在第9章（數據庫系統）中，我們介紹傳統上用于在計算機海量存儲器中組織數據的方法，并研究如何實現極其龐大的復雜數據庫系統。

在第10章（計算機圖形學）中，我們將探索圖形學和動畫的主題，一個涉及創建并圖像化虛擬世界的領域。在計算機科學傳統領域（如機器體系結構、算法設計、數據結構和軟件工程）發展的基礎上，圖形學和動畫學科取得了重大進展，業已發展成為激動人心、充滿活力的學科。此外，這個領域體現了計算機科學的各個組成部分是如何與物理、藝術和攝影等學科相結合產生顯著成果的。

在第11章（人工智能）中，我們將了解到，為了開發更有用的機器，計算機科學已一馬當先轉向研究人類智能。研究人員希望通過對自己的思維推理和認知的了解，設計出模擬這些過程的算法，從而將類似的能力轉移到機器上。結果，計算機科學就有了人工智能這個領域，它非常依賴于心理學、生物學和語言學等領域的研究。

我們的學習到第12章（計算理論）結束，這一章將研究計算機科學的理論基礎，這個主題會讓我們了解算法（和機器）的局限性。這里我們不但明確了幾個算法上無法解決的問題（因而超出了機器的能力），而且認識到許多其他問題的解決方案需要大量的時間或空間，以至于從實踐的角度來看它們也是不可解的。因此，通過本章的學習，我們將能夠掌握算法系統的范圍和局限性。

我們的目標是，每一章主題的探討都足夠深入，使讀者真正理解。我們希望所闡述的計算機科學知識對大家的工作能有所幫助——使讀者了解自己身處的技術化社會，打好跟隨科技進步自我學習的基礎。