穿越计算机的迷雾（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李忠 著

图书标签:

• 计算机科学
• 计算机系统
• 底层原理
• 操作系统
• 编译原理
• 网络
• 程序设计
• 数据结构
• 算法
• 计算机基础

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121332715

版次：2

商品编码：12321139

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-03-01

用纸：轻型纸

页数：268

字数：322000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：计划学习或正在就读电子电路、计算机、通信相关专业的高中生、专科生、高等院校学生； 从事电子电路、计算机、通信相关专业教学的高校老师； 电子电路、计算机、通信相关专业岗位的从业者及计算机爱好者。

这是一本平易近人、妙趣横生的书，带您穿越萦绕在脑海中的种种迷雾，为您解开计算机原理的面纱。

内容简介

本书从最基本的电学知识开始，带领读者一步一步、从无到有地制造一台能全自动工作的计算机。在这个过程中，读者可以学习到大量有趣的电学、数学和逻辑学知识，了解到它们是如何为电子计算机的产生创造条件，并促使它不断向着更快、更小、更强的方向发展。通过阅读本书，读者可以很容易地理解自动计算实际上是如何发生的，而现代的计算机又是怎么工作的。以此为基础，在本书的后面集中介绍了现代计算机的组成和主要功能，以及计算机核心与外部设备的接口，并对以操作系统为核心的软件进行了介绍。

作者简介

李忠，2000年至今，长春电视台科教频道。主要出版著作《穿越计算机的迷雾》《x86汇编语言：从实模式到保护模式》。

目录

第1章 了解计算机，要从电开始
1．1　有的东西能导电，而有的则不能 / 2
1．2　电的老家是原子 / 3
1．3　为什么有些东西可以导电 / 6
1．4　电流是怎样形成的 / 8
1．5　电路和电路图 / 12
第2章 用电来表示数
2．1　怎样用电来代表一个数字 / 18
2．2　古怪的二进制计数法 / 22
2．3　二进制数就是比特串 / 26
2．4　用开关来表示二进制数字 / 27
第3章 怎样才能让机器做加法
3．1　我们是怎样用十进制做加法的 / 31
3．2　用二进制做加法其实更简单 / 32
3．3　使用全加器来构造加法机 / 34
第4章 电子计算机发明的前夜
4．1　电能生磁 / 40
4．2　继电器和莫尔斯电码 / 42
4．3　磁也能生电 / 46
4．4　电话的发明 / 48
4．5　爱迪生大战交流电 / 49
4．6　无线电通信的开端 / 55
第5章 从逻辑学到逻辑电路
5．1　逻辑学 / 61
5．2　数理逻辑 / 73
5．3　数字逻辑和逻辑电路 / 78
第6章 加法机的诞生
6．1　全加器的构造 / 91
6．2　加法机的组成 / 96
第7章 会变魔术的触发器
7．1　不寻常的开关和灯 / 98
7．2　反馈和振荡器 / 99
7．3　电子管时代 / 103
7．4　记忆力非凡的触发器 / 108
7．5　触发器的符号 / 113
第8章 学生时代的走马灯
8．1　能保存一个比特的触发器 / 114
8．2　边沿触发 / 118
8．3　揭开走马灯之谜 / 120
8．4　这个触发器很古怪 / 122
第9章 计算机时代的开路先锋
9．1　纯电子化的计算时代 / 124
9．2　晶体管时代 / 127
9．3　新材料带动技术进步 / 132
第10章 用机器做一连串的加法
10．1　把一大堆数加起来 / 136
10．2　轮流使用总线 / 140
10．3　简化操作过程 / 143
10．4　这就是传说中的控制器 / 147
第11章 全自动加法计算机
11．1　咸鸭蛋坛子和存储器 / 152
11．2　磁芯存储器 / 159
11．3　先存储，后计算 / 161
11．4　半自动操作 / 165
11．5　全自动计算 / 169
第12章 现代的通用计算机
12．1　更多的计算机指令 / 173
12．2　当计算机面临选择时 / 177
12．3　现代计算机的大体特征 / 181
12．4　为什么计算机如此有用 / 184

前言/序言

推荐序：

中国工程院院士 倪光南

56年前，我从大学毕业后，被分配到北京的中国科学院计算技术研究所工作。那时，中国还没有自己的计算机，国家建立我们这个研究所，就是为了研发中国自己的计算机。我很幸运，能够进入计算所，亲身参与了新中国在计算机事业上从零到有的发展历程。

今天，人们可能认为计算机没什么了不起，可能每个人身上都带着好几个计算机，随时随地都可以叫计算机给自己做事，但是在我们那个时候，计算机是非常神秘、非常稀罕的。就拿中国自己设计的第一台计算机为例，这台计算机称为“119机”，每秒钟运算5万次，是用“电子管”做的，人们称为“第一代计算机”，这是最早的技术。后来发展到“第二代计算机”，是用“晶体管”做的，然后发展到“第三代计算机”，是用“集成电路”做的，最后发展到“第四代计算机”，就是用“大规模集成电路”做的。沿着这条路径，计算机发展就和集成电路的发展融合起来了。现在可以说，集成电路是计算机的核心技术，是计算机的载体，是计算机的主要成分，集成电路的发展决定着计算机的未来……

不过，人们都有探索自然奥秘的好奇心，尽管计算机已经随手可得，有人还会有兴趣去了解：计算机怎么会一步步地变得能干起来、变得越来越“聪明”了？了解这些事，对人们求得自己的进步也有意义，这其实就是科普的价值，通过科普来普及科学技术知识、倡导科学方法、传播科学思想、弘扬科学精神，等等。

本书作者有志于科普计算机的知识，向广大读者奉献了这本普及计算机知识的《穿越计算机的迷雾》一书，这其实是很有挑战性的工作。因为对于生活在今天信息技术高度发展的时代，要把人们“拉回”到计算机发展的早期，让他们了解那些早期困惑计算机工作者的难题，这有点像对计算机进行“考古”的味道了！对于很多小朋友来说，他们生活在一个有智能手机、平板电脑、可以随时随地上网、打电话、聊天交友、购物的时代，他们会认为这个世界一直就是这样，为什么还要去“考古”呢？

然而实际上，几十年前的生活并不是这个样子。我们现在所享受的这些便利，都起源于上世纪五十年代，是从世界上第一台电子计算机的诞生而开始的。第一台电子计算机的诞生使信息处理数字化、自动化，随后，利用电子计算机的技术原理，人类成功地把更多的事物数字化，例如声音、图像、文字、图纸、生产流程、交易记录、商品参数，等等；并产生了很多像电脑终端、智能手机、数字电视、交换机、路由器这样的数字信息处理设备，这就形成了我们今天可以在电脑和手机上抢购商品、看视频、即时通话，无现金支付、网上就医……的技术基础。

我们生活的这个星球就像一个村子，每个国家都是一个村户，我们每一个人都是这个地球村的村民。然而，从古到今，这都不是一个和平宁静的村庄，战争、饥饿威胁着人类，经济和科技的发展也极不均衡。在历史上，中国曾长期遭受西方发达国家的禁运制裁和技术封锁。今天，中国在航空航天、量子通信、超算、核能、高铁、港口龙门吊、挖泥船、高温超导、纳米科技、量子计算、正负电子对撞机、高性能计算机、北斗导航等方面的进步与突破基本上都是在外国的技术封锁下自主研发、自主创新完成的。

科学技术是一个国家的命脉，事关一个国家和民族的生死存亡。领导人总书记多次对中国互联网事业作出重要指示：网信事业要发展，必须贯彻以人民为中心的发展思想；依法加强网络空间治理，加强网络内容建设；必须突破核心技术这个难题，争取在某些领域、某些方面实现“弯道超车”。中共十九大报告提出，加强应用基础研究，拓展实施国家重大科技项目，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。

青少年是国家的未来，是国家的希望，要建设数字中国，发展核心电子器件、高端通用芯片和基础软件，提高我国信息产业的核心竞争力，必须从娃娃抓起。这就需要唤起他们对科学的兴趣，在他们的心里播下热爱科学的种子，而这正是广大科普工作者的工作。

在此，我再次向广大的青少年推荐这本《穿越计算机的迷雾》的计算机科普著作，这是一本妙趣橫生、引人入胜的科普读物，它既讲清了电子计算机的工作原理，也能够极大地激发青少年对于信息技术的兴趣，引导他们走进科学的殿堂。

二〇一八年二月八日

探秘数字世界的奥秘：一本关于计算机科学原理与实践的深入探索 在信息爆炸的时代，计算机已渗透到我们生活的每一个角落，从智能手机到庞大的数据中心，无处不在。然而，在这些看似寻常的设备背后，隐藏着一套复杂而精妙的原理和技术。本书旨在拨开笼罩在数字世界上的层层迷雾，带领读者深入理解计算机的核心运作机制，掌握现代计算的基石，并激发对更广阔计算机科学领域的探索热情。 我们生活的这个由二进制代码构建而成的世界，其效率与可靠性令人惊叹。从微小的晶体管如何组合成复杂的逻辑门，到这些逻辑门如何构建出能够执行千变万化指令的中央处理器，再到内存如何存储和检索海量数据，每一步都凝聚着人类智慧的结晶。本书将带领你一步步解构这些看似神秘的过程。 一、 逻辑的基石：从布尔代数到数字电路 计算机的本质是处理信息，而信息的最基本单元是比特（bit），它只能表示0或1。这一切的起点，是伟大的数学家乔治·布尔（George Boole）创立的布尔代数。我们将从布尔代数的三个基本运算——AND（与）、OR（或）、NOT（非）——出发，理解它们如何通过逻辑门（Logic Gates）的物理实现，成为构成一切数字计算的“原子”。 你将了解到，AND门只有在所有输入都为1时才输出1；OR门只要有一个输入为1就输出1；而NOT门则将输入反转。这些简单的逻辑门，通过不同的组合方式，能够执行加法、减法、比较等各种算术和逻辑运算。我们将深入剖析多位加法器、解码器、编码器等基本逻辑电路的设计与工作原理，让你直观感受“0”和“1”如何通过精巧的逻辑组合，演变成复杂的计算能力。 二、 数据与运算的引擎：处理器（CPU）的内部世界 中央处理器（CPU）是计算机的“大脑”，它负责执行程序指令，处理数据。本书将带领你走进CPU的内部，揭开其神秘面纱。我们将从指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）开始，理解CPU能够识别和执行的各种基本指令，例如加载（LOAD）、存储（STORE）、加法（ADD）、跳转（JUMP）等。 然后，我们将深入CPU的核心组件： 算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit, ALU）： 这是CPU中负责执行算术运算（如加减乘除）和逻辑运算（如AND, OR, NOT）的部分。我们将分析ALU如何接收指令和数据，进行运算，并将结果输出。 寄存器（Registers）： 它们是CPU内部高速存储单元，用于临时存放指令、数据和地址。你将了解到不同类型的寄存器，如通用寄存器、程序计数器（Program Counter, PC）、指令寄存器（Instruction Register, IR）等，以及它们在指令执行过程中的作用。 控制单元（Control Unit, CU）： 这是CPU的“指挥官”，负责从内存中取出指令，解码指令，并发出控制信号，协调ALU、寄存器以及其他硬件组件的工作。我们将详细阐述指令周期的五个阶段：取指令（Fetch）、译码（Decode）、执行（Execute）、写回（Writeback）以及可能的访存（Memory Access）。 通过对CPU内部结构的深入剖析，你将不再将CPU视为一个黑箱，而是能够理解它如何高效地处理海量数据，并执行我们交给它的复杂任务。 三、 信息的仓库：内存与存储系统 没有信息，CPU便无从谈起。本书将系统地介绍计算机的存储体系，从速度最快但容量最小的寄存器，到速度稍慢但容量更大的高速缓存（Cache），再到容量巨大但速度相对较慢的主内存（RAM），以及最慢但持久性最强的外存储设备（如硬盘、SSD）。 我们将重点关注： 主内存（RAM）： 为什么内存对计算机性能至关重要？我们将探讨随机存取存储器（RAM）的工作原理，包括动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）的区别，以及内存控制器如何管理数据的读取和写入。 内存管理： 操作系统如何高效地分配和管理内存，避免程序间的冲突？我们将触及虚拟内存、分页、分段等概念，理解它们如何让程序感觉拥有比实际物理内存更大的可用空间。 存储层次结构： 为什么计算机要设计多级存储？我们将解释缓存的重要性，以及CPU如何通过缓存来弥补主内存访问速度的不足，实现整体性能的提升。 外存储器： 硬盘驱动器（HDD）和固态驱动器（SSD）的工作原理有何不同？它们在读写速度、数据持久性、功耗等方面各有何优劣？我们将深入探讨这些长期存储数据的关键技术。 四、 指挥交通的枢纽：输入输出（I/O）系统 计算机不仅要处理数据，还需要与外部世界进行交互，接收用户的指令，并将处理结果展示出来。输入输出（I/O）系统就是实现这一功能的桥梁。我们将探讨各种I/O设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机、网卡等，以及它们与计算机的连接方式。 I/O接口与控制器： CPU如何与这些外部设备进行通信？我们将介绍I/O接口（I/O Ports）和I/O控制器（I/O Controllers）的作用，它们充当着设备和CPU之间的翻译官。 中断机制（Interrupts）： 当外部设备需要CPU的关注时，它如何通知CPU？我们将详细讲解中断的产生、处理过程，以及它如何提高CPU的效率，避免CPU进行无效的轮询等待。 直接内存访问（Direct Memory Access, DMA）： 为什么一些大型数据传输可以绕过CPU？我们将探讨DMA技术，理解它如何允许外设直接读写内存，大大减轻CPU的负担，提升数据传输效率。 五、 软件的灵魂：操作系统与程序执行 硬件只是载体，真正赋予计算机生命的是软件。本书将不可避免地触及操作系统的核心概念，理解它如何管理硬件资源，为应用程序提供服务。 操作系统的角色： 为什么我们需要操作系统？我们将探讨操作系统的文件管理、进程管理、内存管理、设备管理等关键功能，理解它如何成为硬件和用户之间的中间层。 程序是如何运行的： 当你点击一个应用程序的图标时，背后发生了什么？我们将跟踪程序的加载、调度、执行过程，理解进程（Process）和线程（Thread）的概念，以及CPU如何在这两者之间进行切换。 编译与链接： 高级语言编写的程序是如何变成机器能够理解的机器码的？我们将简要介绍编译（Compilation）和链接（Linking）的过程，理解源代码到可执行文件的转化。 六、 联网的奥秘：计算机网络基础 在当今互联互通的世界，理解计算机网络至关重要。本书将为你打开通往网络世界的大门。 网络模型： TCP/IP协议栈和OSI参考模型是理解网络通信的基石。我们将介绍各层的作用，从物理层到应用层，理解数据是如何在网络中传输的。 IP地址与域名： 如何在浩瀚的网络中找到特定的计算机？我们将讲解IP地址的含义、分类，以及域名系统（DNS）的作用。 数据包传输： 数据在网络中是如何被分割、传输和重组的？我们将探讨TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）的区别，以及它们在数据传输中的不同应用场景。 常见的网络应用： HTTP（超文本传输协议）是如何实现网页浏览的？SMTP（简单邮件传输协议）又是如何发送邮件的？我们将简要介绍一些常见的网络应用协议，让你了解日常网络活动的幕后原理。 七、 穿越迷雾，展望未来 计算机科学是一个充满活力且不断发展的领域。本书在带领读者掌握基础原理的同时，也将触及一些前沿概念，激发大家对未来计算的想象。从并行计算、分布式系统，到人工智能、量子计算，计算机科学的边界正在不断拓展。 阅读本书，你将不仅能够深入理解现有计算机的运作原理，更重要的是，你将获得一种解决问题的思维方式——一种逻辑严谨、层层递进、化繁为简的能力。这种能力将使你能够更自信地面对技术挑战，更深刻地理解数字世界的演进，并为你在计算机科学领域未来的学习和探索打下坚实的基础。 无论你是计算机专业的初学者，还是希望深入了解计算机工作原理的技术爱好者，本书都将是你探索数字世界、穿越计算机迷雾的得力助手。让我们一起踏上这段激动人心的学习之旅吧！

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的厚度着实让我有点胆怯，但一旦翻开，那种厚重感就转化为一种可靠和权威的象征。我是一个追求系统性知识的人，而这本书恰恰提供了一个近乎完美的蓝图。它不是那种零散的、只解决眼前问题的速查手册，它更像是一套完整的内功心法，旨在修炼读者的“内力”。特别是在安全性和加密算法那一章节，作者的处理方式非常老道，他没有直接抛出复杂的数学公式，而是先建立起一个概念模型，然后循序渐进地引入密码学的基本原理，这极大地降低了理解门槛。我用了两天时间专门去研究了书中关于分布式系统一致性模型的论述，作者对Paxos和Raft算法的对比分析，清晰地指出了各自的优缺点和适用场景，这种不偏不倚、深入浅出的讲解，对我后续参与项目架构设计起到了至关重要的指导作用。这本书的排版和注释也做得非常到位，关键术语的引用和交叉参考，让读者在查阅时能快速定位相关联的知识点，体现了编者对读者体验的深切关怀。

评分☆☆☆☆☆

这本书，说实话，读完之后我感觉我好像进行了一场穿越时空的奇幻旅程，只不过这次的“时空”不是过去或未来，而是深深地潜入了计算机世界的底层逻辑和概念的迷雾之中。作者的笔触非常细腻，对于那些晦涩难懂的技术名词，他总能找到既生动又精准的比喻来解释，这对于我这种技术背景相对薄弱的读者来说，简直是福音。我记得有几个章节，详细阐述了内存管理和操作系统内核的运作机制，那些曾经让我望而生畏的抽象概念，在经过作者的拆解和重构后，变得清晰可见，仿佛我亲眼目睹了数据如何在CPU和内存之间穿梭，指令是如何一步步被执行的。尤其是他对于“状态机”在软件设计中的应用那一段论述，让我对软件的健壮性和可维护性有了全新的认识。他不仅仅是在罗列知识点，更是在引导我们去思考，去构建一个更深层次的认知框架。整本书的阅读体验是渐进式的，每一章都在前一章的基础上搭建起更复杂的结构，这种层次感使得学习过程既有挑战性，又充满了成就感。唯一美中不足的可能就是某些高级算法的推导过程稍微有些跳跃，需要读者有一定的数学基础才能完全跟上节奏，不过瑕不掩瑜，对于想要真正理解计算机“灵魂”的人来说，这是一本不可多得的宝典。

评分☆☆☆☆☆

如果要用一个词来形容这本书带给我的震撼，那就是“重塑”。它不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的重塑。我发现自己看待以前写过的代码，都有了一种全新的视角，开始思考其运行时的效率、资源占用，以及在更高维度上与其他系统的交互模式。例如，书中对并发和并行处理的深入分析，不仅仅停留在线程和锁的层面，而是延伸到了如何设计出真正具有扩展性的软件架构，这一点对现代云计算背景下的开发至关重要。作者对代码示例的选择也十分考究，每一个小小的例子都像是精心打磨的宝石，恰到好处地印证了其所阐述的复杂原理。虽然这本书的阅读过程是需要投入精力和时间的，但它所给予读者的回报，是指数级的知识复利。我敢说，这本书已经超越了一本普通的技术参考书的范畴，它更像是一份关于“如何像计算机科学家一样思考”的行动指南，强烈推荐给所有对技术有终极探索欲的同行们。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，拿到这本书的时候，我对它的期待值其实是相当高的，毕竟“迷雾”这个词就暗示着深度和挑战性。阅读过程中，我最欣赏的一点是作者那种近乎偏执的对细节的追求，以及他用一种近乎散文诗的笔调去描绘冷冰冰的二进制世界的本领。读到关于网络协议栈的部分，我仿佛能听到数据包在以太网中奔跑的“声音”，感受到TCP三次握手时的那种微妙的平衡与妥协。作者没有满足于教科书式的定义，而是深入挖掘了设计这些协议的历史背景和权衡取舍，让我们明白每一个看似理所当然的规则背后，都蕴含着无数工程师的智慧与汗水。书中对编译器工作原理的剖析，尤其精彩，从词法分析到代码生成，每一步都像是精密的工业流程，作者用他独有的幽默感和犀利的洞察力，将这个复杂的过程变得引人入胜。我甚至能想象到作者在撰写这些内容时，是抱着一种怎样的激情和敬畏之心面对这些基础科学的。这本书成功地将技术学习变成了一种探索世界的乐趣，它让你不仅知道“是什么”，更让你明白了“为什么是这样”。那种醍醐灌顶的感觉，是很多流于表面的技术书籍无法给予的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，怎么说呢，就像是跟随一位经验老到的考古学家深入一个古老而复杂的文明遗址进行考察。每一个章节都是一个全新的区域，充满了待解的谜团，但作者总能提前为你准备好足够的工具和地图。我特别喜欢他对于底层硬件如何影响软件性能的探讨，那种对“铁器时代”的尊重和理解，在如今这个抽象层层堆叠的时代显得尤为珍贵。书中对于指针、地址空间以及虚拟内存的描述，可以说是教科书级别的清晰。我过去总是模糊地理解这些概念，但通过这本书的阐述，我仿佛获得了“透视眼”，能够看穿高级语言的表象，直达内存的脉搏。这种对基础的深挖，让我在调试复杂程序时，能够迅速锁定问题的根源，而不是在表层逻辑中打转。此外，这本书的语言风格非常自信而富有节奏感，语句长短搭配得宜，读起来朗朗上口，即使是面对最枯燥的技术描述，作者也能注入一股生命力，让人难以停卷。

评分☆☆☆☆☆

中兴被美国制裁，凸显中国缺芯窘态。中国基础研究不足，犹如蛋蛋被别人捏在手中！这是一本基础书籍，比较底层。

评分☆☆☆☆☆

东西不错,速度挺快,赞

评分☆☆☆☆☆

真不错好的很好的很好的很

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非常好的书，京东活动拿下！

评分☆☆☆☆☆

很不错的。可惜文化水平太低，读了一半就慢下来了。。。

评分☆☆☆☆☆

好书，及时拜读，受益匪浅！

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很不错的。可惜文化水平太低，读了一半就慢下来了。。。

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物流很快，东西很好

评分☆☆☆☆☆

参考手册，提早预防可能出现的陷阱！