计算机科学与工程导论

本书以培养学生对计算机科学与工程专业的兴趣为宗旨，以培养问题解决能力为目标，从具体到抽象，将计算机科学的基本原理和动手实践有机结合，通过图形化的编程语言、机器人实验、手机应用和Web开发等工具及案例，使学生了解基本的程序设计、计算机原理、软件工程等计算机知识，并把整门课组织成了一个完整的工程项目。

陈文智，浙江大学教授，博士生导师。主要研究方向为计算机系统级软件、计算机网络和安全、嵌入式系统及应用、计算机体系结构。承担国家自然基金、国家“863”重大项目、核高基重点项目、科技支撑计划项目、科技重大专项等重量科研项目10余项，在高水平学术期刊或会议发表论文50余篇，获国家发明专利授权20余项。主讲“嵌入式系统”“操作系统”“计算机体系结构”“不错计算机体系结构”“软件工程”“计算机系统综合”等课程。是重量精品资源共享课程负责人，出版重量规划教材和其他教材近10部。曾获浙江省科技进步一等奖、浙江省教学成果一等奖。2013年获全国宝钢很好教师奖。
陈以农，亚利桑那州立大学计算机系不错讲师。机器人程序主任、软件实验室科学家。编写过多本教材。

推荐序
前言
教学建议
第1章职业发展机会和团队建设1
1.1计算机科学和工程的课程体系及职业发展1
1.1.1计算机科学和工程的课程体系1
1.1.2计算机就业形势分析2
1.1.3计算机不同领域的职业机会5
1.2团队建设6
1.2.1合作模式6
1.2.2团队组建6
第2章机器人开发环境和VIPLE入门7
2.1工作流和可视化编程7
2.2VIPLEIoT/机器人开发环境12
2.2.1VIPLE的工程设计过程12
2.2.2VIPLE的活动和服务13
2.3VIPLE的使用18
2.3.1创建程序显示“HelloWorld”19
2.3.2最喜欢的电影20
2.3.3使用或并和If活动创建条件循环21
2.3.4使用While循环24
2.3.5使用全局变量创建一个活动25
2.3.6创建Counter活动27
2.3.7建立一个2-1多路选择器28
第3章逻辑设计与计算机组成31
3.1仿真——设计过程中的关键步骤31
3.2计算机系统32
3.2.1计算机系统的类型32
3.2.2计算机系统的组成33
3.3在VIPLE中创建计算机系统部件39
3.3.1创建逻辑与门39
3.3.2创建一个1位全加器41
3.3.3创建一个2-1多路选择器42
3.3.4创建一个4-1多路选择器42
3.3.5创建一个1位ALU43
3.3.6自动测试44
第4章事件驱动编程和有限状态机46
4.1引言46
4.2事件驱动编程46
4.3有限状态机48
4.4用ASUVIPLE来解决事件驱动问题51
4.4.1创建一个事件驱动计数器52
4.4.2实现一个自动售货机52
4.4.3用事件来实现自动售货机52
4.4.4车库门控制器53
4.4.5奇偶校验54
4.4.6并行计算55
4.4.7线控的模拟55
第5章模拟环境下的机器人以及迷宫导航58
5.1VIPLE机器服务58
5.2VIPLE支持的机器人平台60
5.3穿越迷宫的算法62
5.4使用有限状态机的迷宫导航算法63
5.5在VIPLE模拟器中实现自治迷宫导航算法66
5.5.1理解迷宫算法66
5.5.2学习沿墙算法67
5.5.3编程Web机器人使之绕右墙走67
5.5.4使用两距离局部很优算法遍历迷宫68
5.5.5理解Unity模拟器和VIPLE程序68
5.5.6实现VIPLE框图69
5.5.7实现两距离局部很优算法的活动69
5.5.8两距离局部很优算法的Main框图70
5.5.9Web2D模拟器71
5.5.10配置VIPLE以使用Web模拟器72
5.5.11在Web模拟器中实现沿墙算法的Main框图73
5.5.12在Web模拟器中实现沿墙算法所涉及的活动73
5.5.13在Web模拟器中实现两距离局部很优算法的Main框图75
5.5.14在Web2D模拟器中实现两距离局部很优算法所涉及的活动76
5.5.15Web3D模拟器76
第6章机器人硬件组成77
6.1VIPLE计算与通信模型77
6.2机器人硬件总体结构79
6.3主控板79
6.3.1IntelGalileo开发板80
6.3.2IntelEdison模块81
6.3.3Arduino/Genuino10182
6.3.4TICC3200LaunchPad83
6.3.5专用机器人主控模块84
6.4传感器模块84
6.4.1超声波传感器85
6.4.2红外传感器85
6.4.3光传感器/颜色传感器86
6.5舵机87
6.6组装伽利略机器人90
6.7爱迪生机器人硬件和软件的安装97
6.7.1爱迪生机器人的硬件安装97
6.7.2爱迪生机器人的软件安装101
第7章Intel机器人编程109
7.1采用沿墙算法的迷宫导航109
7.1.1沿墙迷宫导航（Main框图的第一部分）109
7.1.2沿墙迷宫导航（Main框图的第二部分）110
7.1.3Init活动110
7.1.4Left1和Right1活动110
7.1.5Right90和Left90活动111
7.1.6Backward和Forward活动111
7.1.7ResetState活动112
7.2采用局部很优算法的迷宫导航112
7.2.1用两距离算法解决迷宫问题112
7.2.2在VIPLE里控制Intel机器人114
7.2.3在VIPLE程序里实现活动114
7.2.4使用一个简化的有限状态机115
7.3使用事件驱动编程的迷宫导航115
7.3.1使用事件驱动编程的Left90活动116
7.3.2使用事件驱动编程的Left1和Backward活动116
7.3.3基于事件驱动活动的Main框图116
7.4使用光传感器实现基本相扑算法117
第8章乐高EV3机器人编程118
8.1准备知识118
8.1.1从EV3Brick得到传感器读数118
8.1.2蓝牙连接118
8.1.3通过程序得到传感器读数119
8.1.4通过蓝牙或者Wi-Fi将机器人连接到VIPLE119
8.2远程控制EV3机器人121
8.2.1在VIPLE中通过连线驱动机器人121
8.2.2改进驱动体验122
8.3使用VIPLE的循迹和相扑机器人程序122
8.3.1安装一个颜色传感器122
8.3.2循迹122
8.3.3使用光传感器实现基本相扑算法123
8.3.4使用光传感器和接触传感器的相扑算法124
8.4使用VIPLE的EV3沿墙程序124
8.4.1沿墙迷宫导航（Main框图）124
8.4.2编写Init活动125
8.4.3编写Left1活动126
8.4.4编写Right90活动126
8.4.5编写Backward活动126
8.4.6编写ResetState活动126
8.4.7编写Forward活动127
8.4.8在沿墙算法里配置传感器127
8.5使用事件驱动编程的沿墙算法127
8.5.1使用事件驱动编程的Left90活动128
8.5.2基于事件驱动活动的Main框图128
8.6采用局部很优试探算法的迷宫导航129
8.6.1实现局部很优算法的Main框图129
8.6.2实现SensorRight90130
第9章机器人现场测试和机器人比赛准备131
9.1准备工作131
9.2实验作业131
9.2.1讨论和会议纪要131
9.2.2寻宝比赛131
9.2.3迷宫导航比赛的实践132
9.2.4相扑机器人比赛的实践132
9.2.5完成会议纪要132
第10章机器人比赛133
10.1寻宝133
10.2自治迷宫遍历133
10.3相扑机器人134
第11章服务计算与Web应用的开发135
11.1并行处理技术135
11.2文本语言编程的基本概念136
11.3面向服务的架构的基本概念140
11.4VisualStudio编程环境144
11.5实验内容145
11.5.1VIPLE中的并行和面向服务计算145
11.5.2开始使用VisualStudio开发环境和C#进行编程146
11.5.3创建你自己的Web浏览器150
11.5.4创建一个Web应用程序151
11.5.5创建一个在线自动售货机154
11.5.6使用加密/解密服务建立一个安全的应用程序157
第12章Android手机App的开发161
12.1预备知识161
12.2Android手机编程162
12.2.1HelloWorld163
12.2.2Magic8Ball164
12.2.3PaintPic165
12.2.4摩尔泥游戏165
12.2.5股票报价165
12.2.6股票走势165
12.2.7射盘子游戏167
12.2.8射击多个盘子170
12.2.9打砖块游戏172
12.2.10使用AppInventor编程NXTRobot177
12.2.11猜数游戏181
12.2.12简单的侧滑板游戏183
12.2.13记忆游戏186
第13章演讲文稿设计197
13.1演讲前的准备197
13.1.1组织演讲稿的技术内容197
13.1.2演示幻灯片设计198
13.1.3用Excel求解模型和创建图表199
13.1.4演示幻灯片的评价和评分标准200
13.2演讲实践前的测验200
13.3演讲内容设计与实践201
13.3.1截屏和图片的编辑201
13.3.2插入视频201
13.3.3使用Excel求解模型和创建图表202
13.3.4复制和特殊粘贴203
13.3.5正式会议中的会议纪要和幻灯片设计203
13.3.6创建PPT幻灯片204
13.3.7幻灯片制作的分工204
第14章演讲和演讲评分205
附录机器人课程设计项目和比赛规则206