穿越計算機的迷霧（第2版）

計算機的書籍我讀過很多本，因爲我本身就是計算機專業的。雖然學習計算機這麼多年，但是慚愧地說其實計算機的運行原理我並不那麼清楚。我知道馮諾依曼體系、編程語法、操作系統、數據結構這些。但有時候我面對電腦，我總是會想電腦是怎麼運行的呢？它是怎麼識別我輸入的語句的呢？軟件又是怎麼控制硬件的呢？（實際上不存在軟件控制硬件，對於計算機來說，只有硬件，沒有軟件。）軟件和硬件是怎麼結合的呢？這麼複雜的電子產品是怎麼設計出來的呢？如果你也有和我一樣的疑問的話，那麼這本書就非常適合你。 可以說，這本書是我看過最基礎、最通俗易懂、原理解釋得最透徹的一本書。作者從電的原理開始講，講到邏輯學，講到二進制，講到觸發器、存儲器、加法器等等，最終實現了一個全自動加法器。其實到這裏，就已經是一個計算機了。因爲計算機做的事情就是計算，不管我們是編程，還是聽音樂、看電影、打視頻，歸根結底都是一個計算的過程。正如書名《穿越計算機的迷霧》說的一樣，看完這本書，你就能看透計算機的迷霧。知道計算機的怎麼一回事了。 總之，強烈推薦一讀！

從介紹電開始，到邏輯電路，繼電器，加法機，慢慢延伸到一臺計算機，最後到現在的個人計算機，在輕鬆幽默中瞭解計算機的基本原理，穿越計算機的迷霧。

真好作者把讀者當人看，不整虛的不把人繞暈，他是真想我懂！！ 很多言簡意賅的描述：封裝無非就是在原有的內容上添加額外的數據，包括本機的IP地址和目標計算機的IP地址，等。一旦封裝完成，數據片段就成爲（被稱爲）IP分組，，，，等等等

計算機就是一大堆感應“開關”，通過開關的變化體現現實世界的計算邏輯，僅此而已！ 猶記得，那個陽光燦爛的午後和女友在青龍湖溼地公園，一邊散步一邊看此書。一陣陣領悟計算機底層原理帶來的喜悅深深地刺激着大腦，彷彿自己正聲臨其境地漫步於計算機微觀世界！那種感覺如同腦海中一道磨砂玻璃被一錘擊碎，世界變得無比清晰！！一股莫名的興奮感噴湧而出，計算機世界的真理，近在咫尺！！！🌈🌈感謝作者，助我打破這層玻璃，繼續快樂地探索！

第10章之後看起來有點費勁，筆記也不好記了，只記了前9章的筆記 第1章 瞭解計算機，要從電開始 1、物質根據是否導電可以分爲導體和絕緣體。（電阻係數大小） 2、物質由分子和原子構成，分子是由原子構成。原子由原子核（質子和中子）和電子構成的。 3、導體導電是因爲導體中存在大量可自由移動的自由電子。 4、電壓的存在是導致電流產生的原因。 5、電路用電路圖表示，電路圖是指用電路元件符號表示電路連接的圖。 第2章 用電來表示數 1、用電壓表示數字的侷限性，引申出二進制數（bit）。 2、用開關（通電-1、關電-0）表示二進制數。 第3章 怎樣才能讓機器做加法 1、二進制做加法更具有優勢。 2、設計電路做加法-加法器（全加器、半加器），延伸閱讀《數字電路與邏輯設計》。 第4章 電子計算機發明的前夜 1、奧斯特-->電生磁。原理：通電導體周圍存在磁場。電生磁的應用：摩爾斯電碼和電報，繼電器起了關鍵作用。 2、法拉第-->磁生電。原理：閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時，在導體上就會產生電流，即感應電流。 3、貝爾-->電話，話筒是利用磁生電的原理，聽筒是利用電生磁的原理。 聲波-->震動-->磁-->電-->磁-->震動-->聲波。 4、愛迪生-->電燈[直流電]，特斯拉-->變壓器[交流電]。 5、麥克斯韋-->電磁波理論，赫茲-->電磁波實驗；電磁波三大屬性，振幅（強度、光強）、頻率（波長）和波形（頻譜分佈）。 第5章 從邏輯學到邏輯電路 1、思維包括形象思維和抽象思維。抽象思維三種形式：概念，命題和推理。抽象思維-->邏輯學-->哲學-->古典邏輯（形式邏輯）-->三段論、聯言推理、選言推理等。 2、布爾（布爾變量ture/false）-->邏輯（布爾）代數-->數理邏輯（邏輯學+數學），邏輯計算從此可以用代數計算。 3、香農-->布爾代數+開關電路-->邏輯電路。門電路的實現（與門、或門、非們、與非門）。 第6章 加法機的誕生 1、一位全加器的實現：A和B是加數和被加數；Ci是來自前一列的進位；S是前面三項加起來的和；Co是當前這一列向下一列的進位。公式推導：把結果爲真的表達則挑出來，推導結果爲S=A⊕B⊕Ci Co=Ci（A⊕B）+ AB 2、全加器連接在一起組裝成加法機。 第7章 會變魔術的觸發器 1、反饋：非門的輸出取出一部分來作爲非門的輸入， 變成了一個收尾相連的非門，這樣就形成了一個反饋。舉例：電鈴。 2、振盪器：一個非門，再加上反饋之後，就能產生一連串交替變化的輸出，在電子技術領域裏叫做振盪器。 3、弗萊明-->二極管，具有單向導電性。用在整流電路中起到整流作用。福雷斯特-->三極管（陰極，陽極，柵極），具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。根據不同的工作區域，既可以用作開關又可以用作信號放大。 4、觸發器：上下對稱，分別都是一個或門連着一個非門，它們各自的輸出又分別是對方的輸入。觸發器有兩個穩定狀態，可用來表示0和1。 5、R-S觸發器：在觸發器正常工作的前提下，Q的輸出和S的輸入總是一致的，S = 0則Q = 0; S = 1則Q = 1。但是，當R = 1的話，Q又變回0，即“復位”，S->Set，R->Reset。 第8章 學生時代的走馬燈 1、D觸發器：Data觸發器，能保存一個比特的觸發器。只在CP脈衝的邊沿觸發的觸發器叫做邊沿觸發器，根據上升沿和下降沿分爲上升沿D觸發器和下降沿D觸發器。 2、移位寄存器：時鐘的信號CP + 上升沿D觸發器。在脈衝的作用下，使當前寄存器的數據轉存到下一個寄存器，根據移方向不同可以分爲左移移位寄存器、右移移位寄存器和雙向移位寄存器。 3、T觸發器：在時鐘脈衝操作下，根據輸入信號T取值的不同，凡是具有保持和翻轉功能的電路，即當T=0（可以認爲不加電時）時能保持狀態不變，T=1（可以認爲加電時）時一定翻轉的電路，都稱之爲T型時鐘觸發器，簡稱T觸發器。 第9章 計算機時代的開路先鋒 1、硅和鍺-->半導體-->晶體管。和電子管一樣，晶體管也是製作邏輯門，乃至各種觸發器的好材料。而且，使用晶體管，可以更省電、體積更小，且輕巧耐用。 2、二級制計數器：脈衝信號+T觸發器，脈衝信號作爲觸發器的CP端輸入。

很不錯，適合想入門的人看。[微笑]     這本書開篇是從電的原理開始的。當時的第一感覺是咋不從開天闢地講呢？看到後面發現的確很有必要，作者很自然地從電講到電流在講到電路。而本書的重點就是講計算機指令如何在電路中運行的。然後作者通過在一個3位數的全加器進行二進制運算讓讀者首次體驗邏輯電路的魅力。 第四章回顧了電與磁的歷史，並進而引申出了繼電器的在電路中的運用產生。 第五章則講述了邏輯學和電路的關係，由於布爾，香農等科學家的貢獻，理論開始成爲現實，出現了以繼電器爲基本單元的第一代邏輯電路，它的出現使得人們向製造電子計算機的方向邁出了關鍵一步。 第六章，作者教讀者運用更多全加器組成加法機，這種運算機器已經實現了計算機的最基本功能－四則運算。 第七章 則講述了振盪器 電子管和觸發器的原理和它們之間的聯繫:即現有機械振盪器然後有電子管和以電子三極管爲基礎的電子振盪器，電子振盪器的發明使得無線電通信成爲現實。而幾年後前者又導致了具有記憶功能的觸發器的出現。 第八章作者以走馬燈爲引子，引出了邊沿觸發器，這種能保存一個比特的機器是計算機寄存器的雛形。在後面將大放異彩。 第九章簡單介紹了晶體管的問世歷程。 第十章回到加法器上，作者將多個邊沿觸發器連起來進行連續加法運算，後面通過一步步改進向讀者揭示了計算機之所以能自動運算的原理。這一章有些複雜，但若理解後會很有意思。 第十一章 相當於一個大匯總，將振盪器 寄存器和加法器組合在一起，這一章是本書的精華，但想須先理解前面的知識點才能讀懂？到此爲止已經不用像之前那樣頻繁按開關了，基本實現了自動化運行，這也是本書的主要目的。 後面幾章內容我認爲相當於擴展性知識。講了計算機指令，計算機的發展歷程以及其他關於硬件組成的知識。這些不須細讀，瀏覽即可。

本書的內容正如書名，作者帶來從計算機發明前期的準備到逐步產生運算器，加法器等重要核心部件，爲讀者開展了撥開迷霧之旅。 它講了爲什麼計算機裏所有程序控制都可以由1和0組成，其核心在於數理邏輯的產生，香農將數學上的邏輯設計在計算機裏，利用與門、或門非門還有繼電器等等設計出振盪器，存儲器控制器等計算機核心部件。 （1）電磁鐵 電生磁，電流周圍是有磁場的，在一個鐵器上繞電線，就可以使磁場疊加，產生更大易觀察的磁效應。注意繞的電線與電線之間必須隔緣 （2）繼電器（就是在電磁鐵的基礎上，與銜鐵臂組合而成，通過銜鐵臂的一吸一合，可以繼續放大你的信號，重複你的信號。） （3）電報，通過銜鐵臂的一吸一開就發明了電報。 （4）磁生電，法拉利發明的，磁通過切割磁感線能產生電流。 （5）電話 首先將聲音轉化爲電流。通過話筒裏的紙片的振動，當說話時，紙片會振動，然後帶動線圈在兩個磁體之間運動，繼而產生時斷時長的電流。 而電流轉化爲聲音，同樣線圈以同樣的規律運動，帶動紙片，紙片振動就傳到我們的耳朵裏。耳膜根據每種聲音獨特的波形，人腦自然而然就明白是什麼聲音了。 （7）變壓器 然而，電線越長，電阻越大，有可能還沒到達電話的另一端，聲音就消失了。而只有高電壓才能保持傳播的遠距離。 但是在接聽電話的兩端是不適合用高電壓的，容易電擊到人。 但是特斯拉發明了【變壓器】解決了這個問題，變壓器是一個圓環磁體，左邊繞匝電線，右邊也繞匝電線，只不過兩邊數量不一致，左邊數量少，電壓低，右邊數量多，電壓高，就可以把低電壓轉化爲高電壓。這樣既不會傷到人類，也可以在傳送過程中保持高電壓，儘可能長的傳輸電流。 （8）自感 當電磁鐵斷電的一瞬間，繞在它上面的線圈產生非常高的電壓。 自感能夠產生瞬時高壓，它可以發生在線圈斷電的一瞬間，也可以發生在線圈通電的一瞬間 （9）電磁波（無線電） 作者在這裏利用自感的原理人爲製造了“閃電”⚡️，而閃電會產生電磁波。用另外一個裝置來接受電磁波，接受到了，就有呲呲的反應。 當電流變化得非常厲害的時候，就會產生電磁波 （10）頻率 導體在磁場中做運動，一個圓環爲一個週期，1s中做1次，則爲1hz。1s中做100次爲100hz 要遠距離傳播電磁波，除了要加大能量之外，還要提高頻率。 我們用收音機收聽到的無線電廣播，它的頻率在500kHz以上 （11）振盪器：輸入既是輸出，輸出既是輸入的非門。通電以後觸發了某些反應，但是繼電器又使它斷開，斷開以後另外一邊又接通電流，繼續觸發，然後又斷開又觸發。循環往復。 振盪器因爲不停的開關，可以產生電磁波。人們都急於藉此設備早就電磁波通信。比如電話、電報。 答案是不好。原因很簡單，發射電磁波需要很高的振盪頻率，而繼電器顯然不能勝任。 繼電器是機械裝置，每秒鐘蹦躂幾下、十幾下可能還行，要是讓它每秒鐘蹦躂幾百萬下，太難爲它了，實在是不行。 （12）二極管：電子從陰極流向陽極。 （13）福雷斯特發明了電子三極管，就是在陰極和陽極之間加一個柵極。 通過改變柵極上電壓的大小和極性，可以改變陽極上電流的強弱，甚至切斷它，這叫做截止。 這意味着，因爲比電子二極管多長了一條腿，電子三極管具有放大作用。 如果沒有這個開端，恐怕我們現在還聽不上音響，看不成電視 首先，貝爾和愛迪生他們肯定非常喜歡，因爲他們正爲電話的信號太弱而發愁，有了電子三極管，無論多微弱的聲音信號，都可以變得十分洪亮。 除了有線的東西需要電子管，無線的東西也搭上了順風車。利用它的放大作用，再加上適當的反饋，就可以形成一個振盪器，能夠產生固定頻率的振盪電流。如果它的振盪頻率足夠高，就能向很遠的地方發射無線電波，而且它的優勢是可以獲得極高的振盪頻率，因爲電子管的開關速度很快。 事實上，也就是從這個時候開始，利用電磁波進行語音和電報通信的時代開始了。 （14）D觸發器 普通觸發器（R-S觸發器），按下開關燈泡亮彈開開關燈泡熄滅。但是不是我們想要的效果，所以要改進爲D觸發器。改進的觸發器才具有記憶功能。 D觸發器，安排一個經理陪同（實際是與門），經理陪同，按下開關有輸入燈泡亮。然後經理走了，這個時候開關彈開，燈泡是不會接受到信號熄滅的，除非經理又來了。 就這樣，D觸發器成功保存比特信息了... （15）“邊沿觸發” 之前是cp=1（經理來的）或者cp=0觸發，現在要變成從0到1或者從1到0時候觸發。 邊沿觸發器的組成:兩個D觸發器首尾相連，當輸入爲0，第一個D觸發器因爲非門值爲1，接收信息。第二個此時爲0不動。當跳變爲1時，第一個觸發器輸入因爲非門爲0，不動。第二個爲1，接收第一個觸發器傳出來的信息。就這樣從0到1接收信息。 （16）很多個上升沿D觸發器連接在一起可以組成循環移位寄存器（走馬燈，一個接一個保存比特）。它是另一種移位寄存器的特例。 移位寄存器，可同時保存多個比特，並將比特順序左移或者右移。 （17）並行，串行。 首先，移位寄存器的每一個觸發器分別接受並行數據的對應比特，然後開始循環移位，將每一個比特按順序送出，變爲串行的方式 （18）“乒乓觸發器” 輸出又接入輸入的上升沿D觸發器。 （19）純電子化時代。 可以利用電子三極管的柵極來控制陰極和陽極之間的通斷，這就相當於一個邏輯上的非門。用它來替代繼電器（機械化）。 由於電子管當時又貴，體積大還容易燒壞，當晶體管出現的時候自然而然就被替代了。 （20）循環移位寄存器做寄存器 （21）手動扳動開關繁瑣且不易實現。能不能把所有的數提前存起來，然後再讓一臺機器自己一個一個地取出來相加呢？ 一個能保存很多二進制數的東西叫做存儲器。 （22）第10章、11章講了一個簡陋版的控制器，地址計數器。循環移位寄存器在其中電路設計有很大運用，但是...我不能理解原理，智商跟不上啊~ （23）圖像顯像原理 （24）計算機未來的發展趨勢:巨型機、超級機、微型機等。 收穫很多啦～值得反覆多看幾次

在我的認知中，計算機技術可以分如下幾級別： 1.電路設計，寄存器原理，控制器原理 2.彙編語言與彙編架構和電路設計的關係 3.操作系統設計與實現 4.程序語言，編譯器，彙編器實現 5.高級語言java,c/c++,php,go等等語言應用 6.高級語言的更好層次的應用 這本書寫的是第一個層級，並且寫的比較易懂。

計算機的實則是電器，沒通電的計算機就是臺廢鐵。是電器會有電路，換個專業的名詞叫邏輯電路，也就是與或非門。作者從電的起源——電子說起，到磁能生電，電能生磁規律的發現，一步一步，循序漸進手把手教你用邏輯電路搭建出一臺加法機。爲什麼這個加法機這種重要？因爲計算機最重要的能力就是運算能力，而這個加法機意味着利用邏輯電路可以組裝出一個最簡單的運算器，這其中機器之所以能做運算就是運用了偉大的二進制。 這本書同樣是計算機的發展史，從萊布尼茨的二進制、歐斯特和法拉第的電磁轉換現象的發展、香農的邏輯電路符號化的論文、到電子管和晶體管的發明等等，經過一次又一次的理論的完善、關鍵發明的創造，技術的突破，在稱爲“計算機之父”的馮諾依曼對製造計算機體系結構理論的提出，終於完善了理論階段，最終計算機迎來他的誕生。其中，這些規律和理論的發現發明者的故事也相當精(gou)彩(xue)，值得我們去八卦一下。 有意思的是，應用在製造計算機的一些理論和發明，並不是一開始就是爲了製造計算機本身才被髮明創造出來，電子管和晶體管被廣泛運用在計算機主板的邏輯電路上，它一開始被髮明出來應用在解決無線通信中電磁波頻率不高的問題。這樣的事實跟這樣一個說法不謀而合：偉大的想法並不是一開始就產生的。要想看見美妙的風景，得學會站在巨人的肩膀上，踩過一級級由眼前問題組成的的臺階，翻過一座座由難題堆成大山，纔會有這樣美好希望——最終結果會如你所願。

刷完這部書了，很有趣！從遠古一步步講到今天的計算機，可以發現各學科交融產生了不可思議的力量！從研究物質知道原子，發現電，磁生電，電磁波，又有數學邏輯，再到二極管三極管，晶體管，集成電路，聲音振動，三原色，一步步發展和融合。太震撼了！ 加強了我學計算機的信心，如果我今年能考上計算機，一定來還願！