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页数:281

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出版时间:2006-8

价格:26.00元

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isbn号码:9787561133477

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《数字世界的基石：探秘计算机的核心原理与应用》 本书旨在为读者构建一个坚实的计算机科学基础，从最根本的概念出发，层层递进，深入剖析计算机的运作机制，并广泛探讨其在现代社会中的多元化应用。我们不局限于某一门具体技术或编程语言，而是着眼于计算机科学的普遍性与演进性，力求让读者在理解“是什么”的同时，更能洞悉“为什么”，并进一步激发“如何做”的探索热情。 第一部分：计算机的灵魂——硬件与底层架构 在数字世界的基石部分，我们将带领读者走进计算机的“身体”——硬件。这部分内容并非简单罗列各种元器件的参数，而是深入浅出地阐释它们各自扮演的角色以及如何协同工作，构成一个有机的整体。 中央处理器 (CPU) 的奥秘： 我们将揭示CPU不仅仅是一个“大脑”，更是指令的执行者。从其核心的构成，如算术逻辑单元 (ALU)、控制单元 (CU) 和寄存器，到指令集架构 (ISA) 的基本概念，例如RISC与CISC的区别及其设计哲学，我们将探寻CPU如何解析并执行由软件赋予的指令。更进一步，我们会介绍CPU的流水线技术、超标量技术、乱序执行等核心概念，理解它们如何通过并行处理和优化执行路径来提升计算效率。此外，还会触及缓存 (Cache) 的多级结构及其工作原理，解释为何缓存的存在能够极大地缩短CPU访问内存的时间，从而影响整体性能。 内存 (RAM) 与存储体系： 内存作为CPU的“临时工作台”，其重要性不言而喻。我们将区分内存与硬盘等持久化存储的区别，讲解内存的种类（如DDR SDRAM）及其读写速度的衡量标准。在此基础上，我们会深入探讨虚拟内存的概念，理解操作系统如何通过内存管理单元 (MMU) 和页面置换算法来模拟比物理内存更大的地址空间，以及这如何影响程序的运行效率和稳定性。同时，也将简要介绍固态硬盘 (SSD) 和传统机械硬盘 (HDD) 的工作原理和性能差异，帮助读者理解数据存储的层级结构。 输入/输出 (I/O) 设备与接口： 计算机之所以能够与外界交互，离不开各种I/O设备。本部分将介绍常见的输入设备（键盘、鼠标、摄像头）和输出设备（显示器、打印机）的基本工作原理。更重要的是，我们将聚焦于I/O接口（如USB、HDMI、PCIe）的设计理念，理解它们如何规范数据传输的协议和速率，以及如何支持各种外围设备的连接。数据传输的总线（Bus）的概念也将被详细阐释，包括其类型（如数据总线、地址总线、控制总线）及其在CPU、内存和I/O设备之间扮演的桥梁角色。 第二部分：数字世界的语言——软件与算法 如果说硬件是计算机的身体，那么软件就是它的灵魂，是驱动一切的智慧。这一部分将带领读者探索软件的构成、运行机制以及实现复杂功能的基石——算法。 操作系统的核心职能： 操作系统是连接硬件和应用程序的桥梁，是计算机系统的管理者。我们将深入解析操作系统的四大核心功能：进程管理、内存管理、文件系统管理和设备管理。对于进程管理，我们将讲解进程与线程的区别，理解CPU调度算法（如FCFS、SJF、RR）的工作原理，以及它们如何决定各个任务的执行顺序。在内存管理方面，我们将复习虚拟内存和页面置换算法，并介绍内存分配与回收机制。文件系统的设计理念，如目录结构、文件命名规则、文件权限等，也将被详尽介绍，帮助读者理解数据是如何在磁盘上被组织和访问的。设备管理则会触及设备驱动程序的作用，理解操作系统如何通过驱动程序与硬件进行通信。 数据结构与算法的魅力： 算法是解决问题的步骤，而数据结构是组织数据的方式。这两者是计算机科学的核心，也是编写高效程序的关键。我们将从基础的数据结构开始，如数组、链表、栈、队列、树（二叉树、B树等）、图和哈希表，理解它们的特性、优缺点以及适用的场景。在此基础上，我们将介绍各种经典的算法，包括搜索算法（线性搜索、二分搜索）、排序算法（冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序）、图算法（广度优先搜索BFS、深度优先搜索DFS）、动态规划等。我们还会讨论算法的复杂度分析，即时间复杂度和空间复杂度，以及如何选择最优的算法来解决特定问题。 编程语言的演进与范式： 尽管本书不聚焦于特定语言，但理解编程语言的本质及其发展至关重要。我们将回顾编程语言从机器语言、汇编语言到高级语言的演进历程，理解高级语言如何通过编译或解释的方式被计算机理解。我们将介绍不同的编程范式，如面向过程、面向对象 (OOP) 和函数式编程，解释它们各自的编程思想、优缺点以及在实际开发中的应用。读者将能初步理解类、对象、继承、多态等面向对象的核心概念，以及函数作为一等公民在函数式编程中的作用。 第三部分：计算机的社会价值——网络、安全与未来 掌握了计算机的基础原理，我们更需要将其置于更广阔的社会背景下，理解其如何连接世界，又如何面临挑战，并展望其未来的发展趋势。 计算机网络的基石： 互联网已经成为现代社会不可或缺的一部分。本部分将从最基础的网络模型——OSI七层模型和TCP/IP四层模型出发，解释数据在网络中如何从发送方传输到接收方。我们将介绍IP地址、域名系统 (DNS) 的作用，以及HTTP、TCP、UDP等核心协议的功能和工作方式。从局域网 (LAN) 到广域网 (WAN)，我们将理解不同网络规模的连接方式，以及路由器、交换机等网络设备的关键作用。 信息安全的重要性： 随着信息化的深入，信息安全问题日益突出。我们将探讨常见的网络安全威胁，如病毒、蠕虫、木马、钓鱼攻击、DDoS攻击等。我们会介绍基本的安全防护措施，如防火墙、加密技术（对称加密、非对称加密）、数字签名等。理解用户密码的重要性，以及如何采取有效的密码策略。此外，还将简要介绍网络安全的基本原则，如机密性、完整性和可用性。 计算机科学的广泛应用与前沿探索： 计算机科学早已渗透到各行各业。本部分将列举计算机科学在人工智能 (AI)、大数据、云计算、物联网 (IoT)、区块链、虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 等领域的应用实例，展示其改变世界的巨大潜力。我们将简要介绍这些前沿技术的基本概念和工作原理，激发读者对这些领域的兴趣。例如，我们将探讨机器学习的基本思想，理解大数据分析如何从海量数据中提取有价值的信息，以及云计算如何提供弹性的计算资源。 本书并非一本枯燥的技术手册，而是一次引人入胜的探索之旅。我们力求用清晰的语言、生动的比喻和恰当的示例，将抽象的计算机概念具象化。我们相信，通过对这些核心原理的深入理解，读者将能够更好地驾驭现代数字工具，更深刻地认识信息时代的本质，并为未来在计算机科学领域的学习和发展打下坚实的基础。无论您是初学者，还是希望系统梳理计算机知识体系的进阶者，本书都将是您数字世界探索道路上的可靠伙伴。

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