我们结合实际应用，介绍并研究了两个基本问题的经典算法。我们要传达的信息是，高效算法（本例中为二进制搜索和合并排序）是解决计算问题的关键要素，其可扩展的解决方案可以处理庞大的实例，而科学方法对于评估此类解决方案的有效性至关重要。

在数据结构的介绍中，我们将仔细研究基本的堆栈和队列抽象，包括性能规范。然后，我们将介绍链接结构的概念，并重点介绍链接结构在开发简单、安全、清晰和高效的栈和队列实现中的作用。

符号表抽象是程序员最重要、最有用的工具之一，我们将在本讲座中用几个例子加以说明。我们将扩展前两讲的科学方法，介绍并研究二叉搜索树，这是一种支持高效实现这一抽象的经典数据结构。

计算理论有助于我们解决有关计算本质的基本问题，同时帮助我们更好地理解与计算机交互的方式。在本讲座中，我们将介绍形式语言和抽象机器，重点是在实际应用中广泛有用的简单模型。

1936 年，艾伦-图灵发表了一篇论文，被广泛誉为 20 世纪最重要的科学论文之一。本讲座将专门讨论该论文中影响深远的两个核心观点：所有计算设备都具有等同的计算能力，而这种能力是有限的。

随着计算机应用的扩展，计算机科学家和数学家意识到，需要对图灵的思想进行完善。在现实世界不可避免的资源限制下，我们可以解决哪些计算问题？正如本讲座所述，从根本上说，这个问题仍然没有答案。

每个程序员都需要了解所用计算机处理器的基本特性。幸运的是，自 20 世纪 60 年代以来，计算机处理器的基本设计几乎没有变化。在本讲座中，我们将介绍一种假想的计算机，它既类似于 20 世纪 60 年代的微型计算机，也类似于当今笔记本电脑和移动设备中的微处理器芯片，从而让您深入了解 Java 代码究竟是如何完成工作的。

在继续介绍处理器设计和底层编程的同时，我们提供了上世纪 50 年代的背景资料，并讨论了冯-诺依曼机器的未来影响，即程序和数据保存在同一个内存中。我们详细研究了通过在旧计算机上模拟来设计新计算机的想法，图灵理论保证了这一点永远有效。

本讲座将从几个简单的抽象概念（可携带开/关值的导线和可控制导线所携带值的开关）开始，讨论实现计算机处理器的电路设计。我们将考虑实现简单逻辑功能的门电路和实现高级功能（如加法）的元件。最后，我们将介绍一个算术/逻辑单元的完整电路。

在本讲座中，我们将通过开发一个完整的计算机处理器电路来回答 "计算机是如何工作的？"这个问题的最后一部分，在这个电路中，每个开关和导线都是可见的。虽然在规模上有很大的不同，但从设计的角度来看，这个电路与你的电脑和手机中的电路有许多相同的特点。