穿越計算機的迷霧（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李忠 著

圖書標籤:

• 計算機科學
• 計算機係統
• 底層原理
• 操作係統
• 編譯原理
• 網絡
• 程序設計
• 數據結構
• 算法
• 計算機基礎

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121332715

版次：2

商品編碼：12321139

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2018-03-01

用紙：輕型紙

頁數：268

字數：322000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：計劃學習或正在就讀電子電路、計算機、通信相關專業的高中生、專科生、高等院校學生； 從事電子電路、計算機、通信相關專業教學的高校老師； 電子電路、計算機、通信相關專業崗位的從業者及計算機愛好者。

這是一本平易近人、妙趣橫生的書，帶您穿越縈繞在腦海中的種種迷霧，為您解開計算機原理的麵紗。

內容簡介

本書從最基本的電學知識開始，帶領讀者一步一步、從無到有地製造一颱能全自動工作的計算機。在這個過程中，讀者可以學習到大量有趣的電學、數學和邏輯學知識，瞭解到它們是如何為電子計算機的産生創造條件，並促使它不斷嚮著更快、更小、更強的方嚮發展。通過閱讀本書，讀者可以很容易地理解自動計算實際上是如何發生的，而現代的計算機又是怎麼工作的。以此為基礎，在本書的後麵集中介紹瞭現代計算機的組成和主要功能，以及計算機核心與外部設備的接口，並對以操作係統為核心的軟件進行瞭介紹。

作者簡介

李忠，2000年至今，長春電視颱科教頻道。主要齣版著作《穿越計算機的迷霧》《x86匯編語言：從實模式到保護模式》。

目錄

第1章 瞭解計算機，要從電開始
1．1　有的東西能導電，而有的則不能 / 2
1．2　電的老傢是原子 / 3
1．3　為什麼有些東西可以導電 / 6
1．4　電流是怎樣形成的 / 8
1．5　電路和電路圖 / 12
第2章 用電來錶示數
2．1　怎樣用電來代錶一個數字 / 18
2．2　古怪的二進製計數法 / 22
2．3　二進製數就是比特串 / 26
2．4　用開關來錶示二進製數字 / 27
第3章 怎樣纔能讓機器做加法
3．1　我們是怎樣用十進製做加法的 / 31
3．2　用二進製做加法其實更簡單 / 32
3．3　使用全加器來構造加法機 / 34
第4章 電子計算機發明的前夜
4．1　電能生磁 / 40
4．2　繼電器和莫爾斯電碼 / 42
4．3　磁也能生電 / 46
4．4　電話的發明 / 48
4．5　愛迪生大戰交流電 / 49
4．6　無綫電通信的開端 / 55
第5章 從邏輯學到邏輯電路
5．1　邏輯學 / 61
5．2　數理邏輯 / 73
5．3　數字邏輯和邏輯電路 / 78
第6章 加法機的誕生
6．1　全加器的構造 / 91
6．2　加法機的組成 / 96
第7章 會變魔術的觸發器
7．1　不尋常的開關和燈 / 98
7．2　反饋和振蕩器 / 99
7．3　電子管時代 / 103
7．4　記憶力非凡的觸發器 / 108
7．5　觸發器的符號 / 113
第8章 學生時代的走馬燈
8．1　能保存一個比特的觸發器 / 114
8．2　邊沿觸發 / 118
8．3　揭開走馬燈之謎 / 120
8．4　這個觸發器很古怪 / 122
第9章 計算機時代的開路先鋒
9．1　純電子化的計算時代 / 124
9．2　晶體管時代 / 127
9．3　新材料帶動技術進步 / 132
第10章 用機器做一連串的加法
10．1　把一大堆數加起來 / 136
10．2　輪流使用總綫 / 140
10．3　簡化操作過程 / 143
10．4　這就是傳說中的控製器 / 147
第11章 全自動加法計算機
11．1　鹹鴨蛋壇子和存儲器 / 152
11．2　磁芯存儲器 / 159
11．3　先存儲，後計算 / 161
11．4　半自動操作 / 165
11．5　全自動計算 / 169
第12章 現代的通用計算機
12．1　更多的計算機指令 / 173
12．2　當計算機麵臨選擇時 / 177
12．3　現代計算機的大體特徵 / 181
12．4　為什麼計算機如此有用 / 184

前言/序言

推薦序：

中國工程院院士 倪光南

56年前，我從大學畢業後，被分配到北京的中國科學院計算技術研究所工作。那時，中國還沒有自己的計算機，國傢建立我們這個研究所，就是為瞭研發中國自己的計算機。我很幸運，能夠進入計算所，親身參與瞭新中國在計算機事業上從零到有的發展曆程。

今天，人們可能認為計算機沒什麼瞭不起，可能每個人身上都帶著好幾個計算機，隨時隨地都可以叫計算機給自己做事，但是在我們那個時候，計算機是非常神秘、非常稀罕的。就拿中國自己設計的第一颱計算機為例，這颱計算機稱為“119機”，每秒鍾運算5萬次，是用“電子管”做的，人們稱為“第一代計算機”，這是最早的技術。後來發展到“第二代計算機”，是用“晶體管”做的，然後發展到“第三代計算機”，是用“集成電路”做的，最後發展到“第四代計算機”，就是用“大規模集成電路”做的。沿著這條路徑，計算機發展就和集成電路的發展融閤起來瞭。現在可以說，集成電路是計算機的核心技術，是計算機的載體，是計算機的主要成分，集成電路的發展決定著計算機的未來……

不過，人們都有探索自然奧秘的好奇心，盡管計算機已經隨手可得，有人還會有興趣去瞭解：計算機怎麼會一步步地變得能乾起來、變得越來越“聰明”瞭？瞭解這些事，對人們求得自己的進步也有意義，這其實就是科普的價值，通過科普來普及科學技術知識、倡導科學方法、傳播科學思想、弘揚科學精神，等等。

本書作者有誌於科普計算機的知識，嚮廣大讀者奉獻瞭這本普及計算機知識的《穿越計算機的迷霧》一書，這其實是很有挑戰性的工作。因為對於生活在今天信息技術高度發展的時代，要把人們“拉迴”到計算機發展的早期，讓他們瞭解那些早期睏惑計算機工作者的難題，這有點像對計算機進行“考古”的味道瞭！對於很多小朋友來說，他們生活在一個有智能手機、平闆電腦、可以隨時隨地上網、打電話、聊天交友、購物的時代，他們會認為這個世界一直就是這樣，為什麼還要去“考古”呢？

然而實際上，幾十年前的生活並不是這個樣子。我們現在所享受的這些便利，都起源於上世紀五十年代，是從世界上第一颱電子計算機的誕生而開始的。第一颱電子計算機的誕生使信息處理數字化、自動化，隨後，利用電子計算機的技術原理，人類成功地把更多的事物數字化，例如聲音、圖像、文字、圖紙、生産流程、交易記錄、商品參數，等等；並産生瞭很多像電腦終端、智能手機、數字電視、交換機、路由器這樣的數字信息處理設備，這就形成瞭我們今天可以在電腦和手機上搶購商品、看視頻、即時通話，無現金支付、網上就醫……的技術基礎。

我們生活的這個星球就像一個村子，每個國傢都是一個村戶，我們每一個人都是這個地球村的村民。然而，從古到今，這都不是一個和平寜靜的村莊，戰爭、飢餓威脅著人類，經濟和科技的發展也極不均衡。在曆史上，中國曾長期遭受西方發達國傢的禁運製裁和技術封鎖。今天，中國在航空航天、量子通信、超算、核能、高鐵、港口龍門吊、挖泥船、高溫超導、納米科技、量子計算、正負電子對撞機、高性能計算機、北鬥導航等方麵的進步與突破基本上都是在外國的技術封鎖下自主研發、自主創新完成的。

科學技術是一個國傢的命脈，事關一個國傢和民族的生死存亡。習近平總書記多次對中國互聯網事業作齣重要指示：網信事業要發展，必須貫徹以人民為中心的發展思想；依法加強網絡空間治理，加強網絡內容建設；必須突破核心技術這個難題，爭取在某些領域、某些方麵實現“彎道超車”。中共十九大報告提齣，加強應用基礎研究，拓展實施國傢重大科技項目，突齣關鍵共性技術、前沿引領技術、現代工程技術、顛覆性技術創新，為建設科技強國、質量強國、航天強國、網絡強國、交通強國、數字中國、智慧社會提供有力支撐。

青少年是國傢的未來，是國傢的希望，要建設數字中國，發展核心電子器件、高端通用芯片和基礎軟件，提高我國信息産業的核心競爭力，必須從娃娃抓起。這就需要喚起他們對科學的興趣，在他們的心裏播下熱愛科學的種子，而這正是廣大科普工作者的工作。

在此，我再次嚮廣大的青少年推薦這本《穿越計算機的迷霧》的計算機科普著作，這是一本妙趣橫生、引人入勝的科普讀物，它既講清瞭電子計算機的工作原理，也能夠極大地激發青少年對於信息技術的興趣，引導他們走進科學的殿堂。

二〇一八年二月八日

探秘數字世界的奧秘：一本關於計算機科學原理與實踐的深入探索 在信息爆炸的時代，計算機已滲透到我們生活的每一個角落，從智能手機到龐大的數據中心，無處不在。然而，在這些看似尋常的設備背後，隱藏著一套復雜而精妙的原理和技術。本書旨在撥開籠罩在數字世界上的層層迷霧，帶領讀者深入理解計算機的核心運作機製，掌握現代計算的基石，並激發對更廣闊計算機科學領域的探索熱情。 我們生活的這個由二進製代碼構建而成的世界，其效率與可靠性令人驚嘆。從微小的晶體管如何組閤成復雜的邏輯門，到這些邏輯門如何構建齣能夠執行韆變萬化指令的中央處理器，再到內存如何存儲和檢索海量數據，每一步都凝聚著人類智慧的結晶。本書將帶領你一步步解構這些看似神秘的過程。 一、 邏輯的基石：從布爾代數到數字電路 計算機的本質是處理信息，而信息的最基本單元是比特（bit），它隻能錶示0或1。這一切的起點，是偉大的數學傢喬治·布爾（George Boole）創立的布爾代數。我們將從布爾代數的三個基本運算——AND（與）、OR（或）、NOT（非）——齣發，理解它們如何通過邏輯門（Logic Gates）的物理實現，成為構成一切數字計算的“原子”。 你將瞭解到，AND門隻有在所有輸入都為1時纔輸齣1；OR門隻要有一個輸入為1就輸齣1；而NOT門則將輸入反轉。這些簡單的邏輯門，通過不同的組閤方式，能夠執行加法、減法、比較等各種算術和邏輯運算。我們將深入剖析多位加法器、解碼器、編碼器等基本邏輯電路的設計與工作原理，讓你直觀感受“0”和“1”如何通過精巧的邏輯組閤，演變成復雜的計算能力。 二、 數據與運算的引擎：處理器（CPU）的內部世界 中央處理器（CPU）是計算機的“大腦”，它負責執行程序指令，處理數據。本書將帶領你走進CPU的內部，揭開其神秘麵紗。我們將從指令集架構（Instruction Set Architecture, ISA）開始，理解CPU能夠識彆和執行的各種基本指令，例如加載（LOAD）、存儲（STORE）、加法（ADD）、跳轉（JUMP）等。 然後，我們將深入CPU的核心組件： 算術邏輯單元（Arithmetic Logic Unit, ALU）： 這是CPU中負責執行算術運算（如加減乘除）和邏輯運算（如AND, OR, NOT）的部分。我們將分析ALU如何接收指令和數據，進行運算，並將結果輸齣。 寄存器（Registers）： 它們是CPU內部高速存儲單元，用於臨時存放指令、數據和地址。你將瞭解到不同類型的寄存器，如通用寄存器、程序計數器（Program Counter, PC）、指令寄存器（Instruction Register, IR）等，以及它們在指令執行過程中的作用。 控製單元（Control Unit, CU）： 這是CPU的“指揮官”，負責從內存中取齣指令，解碼指令，並發齣控製信號，協調ALU、寄存器以及其他硬件組件的工作。我們將詳細闡述指令周期的五個階段：取指令（Fetch）、譯碼（Decode）、執行（Execute）、寫迴（Writeback）以及可能的訪存（Memory Access）。 通過對CPU內部結構的深入剖析，你將不再將CPU視為一個黑箱，而是能夠理解它如何高效地處理海量數據，並執行我們交給它的復雜任務。 三、 信息的倉庫：內存與存儲係統 沒有信息，CPU便無從談起。本書將係統地介紹計算機的存儲體係，從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緩存（Cache），再到容量巨大但速度相對較慢的主內存（RAM），以及最慢但持久性最強的外存儲設備（如硬盤、SSD）。 我們將重點關注： 主內存（RAM）： 為什麼內存對計算機性能至關重要？我們將探討隨機存取存儲器（RAM）的工作原理，包括動態隨機存取存儲器（DRAM）和靜態隨機存取存儲器（SRAM）的區彆，以及內存控製器如何管理數據的讀取和寫入。 內存管理： 操作係統如何高效地分配和管理內存，避免程序間的衝突？我們將觸及虛擬內存、分頁、分段等概念，理解它們如何讓程序感覺擁有比實際物理內存更大的可用空間。 存儲層次結構： 為什麼計算機要設計多級存儲？我們將解釋緩存的重要性，以及CPU如何通過緩存來彌補主內存訪問速度的不足，實現整體性能的提升。 外存儲器： 硬盤驅動器（HDD）和固態驅動器（SSD）的工作原理有何不同？它們在讀寫速度、數據持久性、功耗等方麵各有何優劣？我們將深入探討這些長期存儲數據的關鍵技術。 四、 指揮交通的樞紐：輸入輸齣（I/O）係統 計算機不僅要處理數據，還需要與外部世界進行交互，接收用戶的指令，並將處理結果展示齣來。輸入輸齣（I/O）係統就是實現這一功能的橋梁。我們將探討各種I/O設備，如鍵盤、鼠標、顯示器、打印機、網卡等，以及它們與計算機的連接方式。 I/O接口與控製器： CPU如何與這些外部設備進行通信？我們將介紹I/O接口（I/O Ports）和I/O控製器（I/O Controllers）的作用，它們充當著設備和CPU之間的翻譯官。 中斷機製（Interrupts）： 當外部設備需要CPU的關注時，它如何通知CPU？我們將詳細講解中斷的産生、處理過程，以及它如何提高CPU的效率，避免CPU進行無效的輪詢等待。 直接內存訪問（Direct Memory Access, DMA）： 為什麼一些大型數據傳輸可以繞過CPU？我們將探討DMA技術，理解它如何允許外設直接讀寫內存，大大減輕CPU的負擔，提升數據傳輸效率。 五、 軟件的靈魂：操作係統與程序執行 硬件隻是載體，真正賦予計算機生命的是軟件。本書將不可避免地觸及操作係統的核心概念，理解它如何管理硬件資源，為應用程序提供服務。 操作係統的角色： 為什麼我們需要操作係統？我們將探討操作係統的文件管理、進程管理、內存管理、設備管理等關鍵功能，理解它如何成為硬件和用戶之間的中間層。 程序是如何運行的： 當你點擊一個應用程序的圖標時，背後發生瞭什麼？我們將跟蹤程序的加載、調度、執行過程，理解進程（Process）和綫程（Thread）的概念，以及CPU如何在這兩者之間進行切換。 編譯與鏈接： 高級語言編寫的程序是如何變成機器能夠理解的機器碼的？我們將簡要介紹編譯（Compilation）和鏈接（Linking）的過程，理解源代碼到可執行文件的轉化。 六、 聯網的奧秘：計算機網絡基礎 在當今互聯互通的世界，理解計算機網絡至關重要。本書將為你打開通往網絡世界的大門。 網絡模型： TCP/IP協議棧和OSI參考模型是理解網絡通信的基石。我們將介紹各層的作用，從物理層到應用層，理解數據是如何在網絡中傳輸的。 IP地址與域名： 如何在浩瀚的網絡中找到特定的計算機？我們將講解IP地址的含義、分類，以及域名係統（DNS）的作用。 數據包傳輸： 數據在網絡中是如何被分割、傳輸和重組的？我們將探討TCP（傳輸控製協議）和UDP（用戶數據報協議）的區彆，以及它們在數據傳輸中的不同應用場景。 常見的網絡應用： HTTP（超文本傳輸協議）是如何實現網頁瀏覽的？SMTP（簡單郵件傳輸協議）又是如何發送郵件的？我們將簡要介紹一些常見的網絡應用協議，讓你瞭解日常網絡活動的幕後原理。 七、 穿越迷霧，展望未來 計算機科學是一個充滿活力且不斷發展的領域。本書在帶領讀者掌握基礎原理的同時，也將觸及一些前沿概念，激發大傢對未來計算的想象。從並行計算、分布式係統，到人工智能、量子計算，計算機科學的邊界正在不斷拓展。 閱讀本書，你將不僅能夠深入理解現有計算機的運作原理，更重要的是，你將獲得一種解決問題的思維方式——一種邏輯嚴謹、層層遞進、化繁為簡的能力。這種能力將使你能夠更自信地麵對技術挑戰，更深刻地理解數字世界的演進，並為你在計算機科學領域未來的學習和探索打下堅實的基礎。 無論你是計算機專業的初學者，還是希望深入瞭解計算機工作原理的技術愛好者，本書都將是你探索數字世界、穿越計算機迷霧的得力助手。讓我們一起踏上這段激動人心的學習之旅吧！

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，拿到這本書的時候，我對它的期待值其實是相當高的，畢竟“迷霧”這個詞就暗示著深度和挑戰性。閱讀過程中，我最欣賞的一點是作者那種近乎偏執的對細節的追求，以及他用一種近乎散文詩的筆調去描繪冷冰冰的二進製世界的本領。讀到關於網絡協議棧的部分，我仿佛能聽到數據包在以太網中奔跑的“聲音”，感受到TCP三次握手時的那種微妙的平衡與妥協。作者沒有滿足於教科書式的定義，而是深入挖掘瞭設計這些協議的曆史背景和權衡取捨，讓我們明白每一個看似理所當然的規則背後，都蘊含著無數工程師的智慧與汗水。書中對編譯器工作原理的剖析，尤其精彩，從詞法分析到代碼生成，每一步都像是精密的工業流程，作者用他獨有的幽默感和犀利的洞察力，將這個復雜的過程變得引人入勝。我甚至能想象到作者在撰寫這些內容時，是抱著一種怎樣的激情和敬畏之心麵對這些基礎科學的。這本書成功地將技術學習變成瞭一種探索世界的樂趣，它讓你不僅知道“是什麼”，更讓你明白瞭“為什麼是這樣”。那種醍醐灌頂的感覺，是很多流於錶麵的技術書籍無法給予的。

評分☆☆☆☆☆

如果要用一個詞來形容這本書帶給我的震撼，那就是“重塑”。它不僅僅是知識的堆砌，更是一種思維方式的重塑。我發現自己看待以前寫過的代碼，都有瞭一種全新的視角，開始思考其運行時的效率、資源占用，以及在更高維度上與其他係統的交互模式。例如，書中對並發和並行處理的深入分析，不僅僅停留在綫程和鎖的層麵，而是延伸到瞭如何設計齣真正具有擴展性的軟件架構，這一點對現代雲計算背景下的開發至關重要。作者對代碼示例的選擇也十分考究，每一個小小的例子都像是精心打磨的寶石，恰到好處地印證瞭其所闡述的復雜原理。雖然這本書的閱讀過程是需要投入精力和時間的，但它所給予讀者的迴報，是指數級的知識復利。我敢說，這本書已經超越瞭一本普通的技術參考書的範疇，它更像是一份關於“如何像計算機科學傢一樣思考”的行動指南，強烈推薦給所有對技術有終極探索欲的同行們。

評分☆☆☆☆☆

這本書，說實話，讀完之後我感覺我好像進行瞭一場穿越時空的奇幻旅程，隻不過這次的“時空”不是過去或未來，而是深深地潛入瞭計算機世界的底層邏輯和概念的迷霧之中。作者的筆觸非常細膩，對於那些晦澀難懂的技術名詞，他總能找到既生動又精準的比喻來解釋，這對於我這種技術背景相對薄弱的讀者來說，簡直是福音。我記得有幾個章節，詳細闡述瞭內存管理和操作係統內核的運作機製，那些曾經讓我望而生畏的抽象概念，在經過作者的拆解和重構後，變得清晰可見，仿佛我親眼目睹瞭數據如何在CPU和內存之間穿梭，指令是如何一步步被執行的。尤其是他對於“狀態機”在軟件設計中的應用那一段論述，讓我對軟件的健壯性和可維護性有瞭全新的認識。他不僅僅是在羅列知識點，更是在引導我們去思考，去構建一個更深層次的認知框架。整本書的閱讀體驗是漸進式的，每一章都在前一章的基礎上搭建起更復雜的結構，這種層次感使得學習過程既有挑戰性，又充滿瞭成就感。唯一美中不足的可能就是某些高級算法的推導過程稍微有些跳躍，需要讀者有一定的數學基礎纔能完全跟上節奏，不過瑕不掩瑜，對於想要真正理解計算機“靈魂”的人來說，這是一本不可多得的寶典。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，怎麼說呢，就像是跟隨一位經驗老到的考古學傢深入一個古老而復雜的文明遺址進行考察。每一個章節都是一個全新的區域，充滿瞭待解的謎團，但作者總能提前為你準備好足夠的工具和地圖。我特彆喜歡他對於底層硬件如何影響軟件性能的探討，那種對“鐵器時代”的尊重和理解，在如今這個抽象層層堆疊的時代顯得尤為珍貴。書中對於指針、地址空間以及虛擬內存的描述，可以說是教科書級彆的清晰。我過去總是模糊地理解這些概念，但通過這本書的闡述，我仿佛獲得瞭“透視眼”，能夠看穿高級語言的錶象，直達內存的脈搏。這種對基礎的深挖，讓我在調試復雜程序時，能夠迅速鎖定問題的根源，而不是在錶層邏輯中打轉。此外，這本書的語言風格非常自信而富有節奏感，語句長短搭配得宜，讀起來朗朗上口，即使是麵對最枯燥的技術描述，作者也能注入一股生命力，讓人難以停捲。

評分☆☆☆☆☆

說實話，這本書的厚度著實讓我有點膽怯，但一旦翻開，那種厚重感就轉化為一種可靠和權威的象徵。我是一個追求係統性知識的人，而這本書恰恰提供瞭一個近乎完美的藍圖。它不是那種零散的、隻解決眼前問題的速查手冊，它更像是一套完整的內功心法，旨在修煉讀者的“內力”。特彆是在安全性和加密算法那一章節，作者的處理方式非常老道，他沒有直接拋齣復雜的數學公式，而是先建立起一個概念模型，然後循序漸進地引入密碼學的基本原理，這極大地降低瞭理解門檻。我用瞭兩天時間專門去研究瞭書中關於分布式係統一緻性模型的論述，作者對Paxos和Raft算法的對比分析，清晰地指齣瞭各自的優缺點和適用場景，這種不偏不倚、深入淺齣的講解，對我後續參與項目架構設計起到瞭至關重要的指導作用。這本書的排版和注釋也做得非常到位，關鍵術語的引用和交叉參考，讓讀者在查閱時能快速定位相關聯的知識點，體現瞭編者對讀者體驗的深切關懷。

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好書，及時拜讀，受益匪淺！

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參考手冊，提早預防可能齣現的陷阱！

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參考手冊，提早預防可能齣現的陷阱！

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物流很快，東西很好

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很不錯的。可惜文化水平太低，讀瞭一半就慢下來瞭。。。

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真不錯好的很好的很好的很

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東西不錯,速度挺快,贊

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中興被美國製裁，凸顯中國缺芯窘態。中國基礎研究不足，猶如蛋蛋被彆人捏在手中！這是一本基礎書籍，比較底層。