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页数:370

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出版时间:2010-2

价格:38.00元

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isbn号码:9787121095467

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《电子世界漫游记》 欢迎踏上这场穿越电子世界的神奇旅程！本书将带领你走进一个由微小粒子、奇妙电路和无穷信息构筑的缤纷宇宙。在这里，你将有机会成为一名勇敢的探险家，揭开那些驱动我们日常生活的科技装置的神秘面纱。 想象一下，你乘坐着一艘迷你飞船，穿越由无数电子元件组成的广阔大陆。你会看到一座座由电阻构成的巍峨山脉，它们以精确的比例阻碍着电流的奔腾，仿佛是大自然的守护者。你会穿梭于导线交织的河流之中，感受电流如水般涌动，时而激荡，时而平静。你还会发现由电容组成的神秘湖泊，它们能够储存能量，如同蓄满生命之水的源泉，在需要时释放出磅礴的力量。 在这场旅行中，你将亲眼见证半导体材料的神奇魔力。你会了解到，那些看似普通的硅晶片，如何通过精巧的设计，演化成能够进行复杂运算的“大脑”。你将近距离观察晶体管，这些微小的开关，它们以迅电不及掩耳之势地控制着信号的流动，是现代电子学的基石。你甚至会潜入集成电路的内部，探索那些微缩的城市，里面挤满了无数相互连接的逻辑门，它们协同工作，执行着我们发出的每一个指令。 本书将带你深入了解那些构成我们数字生活的“骨架”——逻辑电路。你将学习如何运用布尔代数这门特殊的语言，来描述和设计这些电路。你将亲手搭建简单的组合逻辑电路，比如那些能够进行加减运算的加法器，它们是计算的起点。你还会探索时序逻辑电路的奥秘，比如那些能够记忆信息的触发器和寄存器，它们是构建更复杂系统的关键。你会惊叹于这些看似简单的逻辑组合，如何能够实现从数据存储到控制流程的各种功能。 除了静态的电路结构，你还将体验电子信号的动态变化。你将学习如何使用示波器这件神奇的工具，来“看见”电信号的波形，了解它们的频率、振幅和周期，就像在观察一段段无声的音乐。你还会接触到脉冲信号，它们是数字世界中的信使，传递着信息，驱动着机器的运转。 更进一步，你将探索那些让信息得以传输和处理的“脉络”——总线。你会了解到，不同的总线如同高速公路，连接着计算机的各个部分，让数据得以快速、有序地流动。你会理解数据总线、地址总线和控制总线各自扮演的角色，它们如何协同工作，共同完成信息的传递和指令的执行。 我们还将一同探索存储的艺术。你会了解到，内存就像是电脑的短期记忆，它能够快速地读写数据，支持程序的运行。你会接触到不同类型的存储器，比如易失性的DRAM和非易失性的Flash，理解它们各自的特点和应用场景。你还会了解外围设备，比如硬盘、固态硬盘，它们是电脑的长期记忆，能够安全地保存海量的信息。 在电子世界的深处，你还会偶遇那些处理和运算的“心脏”——中央处理器（CPU）。虽然我们不会深入其内部复杂的指令集和流水线，但你会了解它的基本工作流程，它如何从内存中获取指令，进行解码、执行，并将结果写回。你将明白，它才是驱动整个电子系统运转的核心动力。 这本书将以生动有趣的语言，配合精心绘制的图示和形象的比喻，让你在轻松愉快的氛围中，逐渐领略电子世界的魅力。我们不会过多涉及深奥的数学公式和复杂的硬件细节，而是侧重于让你建立起对电子元器件、基本电路和信息处理过程的直观理解。 无论你是对科技充满好奇的初学者，还是希望对日常电子产品有更深层认识的爱好者，《电子世界漫游记》都将是你探索电子世界、理解数字生活的一本不可多得的指南。准备好，让我们一起出发，开启这场充满惊喜的电子之旅吧！

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我必须强调，这本书在对数据表示和运算的底层逻辑进行了细致的刻画。它不仅仅是告诉你“数字”是什么，而是深入探讨了计算机内部是如何表示各种类型的数据，包括整数（原码、反码、补码）、浮点数（IEEE 754标准）以及字符编码（ASCII、Unicode）等。我尤其对补码表示法如何解决负数运算的便捷性感到惊叹，以及浮点数表示中的精度、范围和特殊值（NaN, Infinity）的处理。书中还详细解释了算术逻辑单元（ALU）是如何实现各种算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（AND, OR, XOR, NOT）的，并通过逻辑门电路的组合来构建这些运算单元。它让我明白，我们日常使用的“加法”、“减法”等操作，在计算机内部是如何通过一系列精密的二进制逻辑运算来实现的。理解了这些底层原理，我才真正体会到计算机数字处理的强大和基础性，以及这些基础原理如何支撑起更复杂的软件应用。

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我不得不提的是，这本书对计算机性能评估和优化方面的分析，简直是点睛之笔。它不仅仅是介绍硬件的组成，更重要的是教会我们如何去理解和衡量计算机的性能。书中详细介绍了各种性能指标，如时钟频率、IPC（每时钟周期指令数）、CPI（每指令时钟周期数）、带宽、延迟等等，以及它们是如何相互关联、共同影响计算机整体性能的。我特别喜欢它关于“性能瓶颈”分析的部分，通过Amdahl定律等理论，教会我们如何识别系统中制约整体性能的关键环节，并进行有针对性的优化。它还触及了超标量、乱序执行、分支预测等现代CPU的优化技术，这些技术如何使得CPU能够更高效地执行指令，减少流水线停时。读完这部分，我才真正明白，为什么看似配置相近的电脑，在实际使用中会有如此大的性能差异。这本书让我从一个“使用者”变成了一个能够“理解性能”的“洞察者”，让我知道如何去选择和配置更适合自己需求的计算机系统。

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我必须说，这本书在解释存储器系统时，简直是教科书级别的！它没有简单地告诉你“内存”是什么，而是详细剖析了不同层级的存储器，从速度极快的寄存器，到相对慢但容量更大的缓存（L1, L2, L3），再到主内存（RAM），以及最后的辅助存储（硬盘、SSD）等等。我特别喜欢它关于缓存的工作原理的描述，以及“局部性原理”是如何被利用来加速数据访问的。书中通过类比，比如将CPU寄存器比作我们手边的笔和纸，缓存比作写字台上的常用文件，而主内存则是书架上的书籍，硬盘则是图书馆的藏书，这种生动的比喻，让原本枯燥的存储层次概念变得易于理解。而且，它还深入探讨了不同存储介质的技术特性，比如DRAM的刷新机制，SRAM的结构，以及SSD的闪存技术。理解这些，让我明白为什么不同的存储设备在性能和成本上会有如此大的差异，也让我更清楚地认识到，计算机的整体性能不仅仅取决于CPU的速度，存储系统的效率同样至关重要。这本书让我对“内存瓶颈”有了更直观的认识，也让我理解了为什么开发者会如此关注程序的内存访问模式。它甚至触及了虚拟内存的概念，以及操作系统如何通过页表和TLB来管理主存和辅存之间的映射关系，这更是将我对计算机系统的理解提升到了一个新的高度。

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书中关于流水线技术和指令级并行的讲解，可以说是将CPU的执行效率提升到了一个全新的维度。我过去总是觉得CPU就是按顺序一条条执行指令，但这本书让我看到了“流水线”这个神奇的概念。它将一条指令的执行过程分解成多个阶段（如取指令、译码、执行、访回等），然后让多个指令在不同的阶段同时运行，就像流水线上的工人一样，大大提高了指令的吞吐量。书中详细描述了流水线的潜在冲突，如数据冒险、控制冒险、结构冒险，以及如何通过各种技术（如转发、穿透、分支预测、延迟槽等）来解决这些冲突，以维持流水线的流畅运行。理解了这些，我才真正体会到，现代CPU为何能够以如此高的效率执行程序。它让我明白，CPU的性能提升不仅仅是时钟频率的提高，更重要的是内部的并行性和效率的优化。

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这本书在介绍操作系统与硬件的交互关系时，展现出了非常重要的视角。它不仅仅孤立地讲解硬件，而是将操作系统作为连接软件和硬件的桥梁。书中详细阐述了操作系统如何管理CPU（进程调度、线程管理）、内存（内存分配、虚拟内存）、I/O设备（设备驱动程序）等硬件资源，以及如何通过中断、系统调用等机制与硬件进行交互。我特别欣赏它对中断处理机制的解释，让我明白当硬件发生事件时，CPU是如何被“打断”并响应的。同时，它也深入探讨了虚拟内存的实现，以及操作系统如何通过页表、TLB等硬件辅助机制来模拟更大的内存空间，并保护不同进程之间的内存不被互相干扰。理解这些，让我明白为什么我们需要操作系统，以及操作系统在计算机体系结构中扮演着何等关键的角色。它让我对“软件定义硬件”有了更深刻的理解。

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关于总线系统和互连技术的部分，这本书处理得相当到位。它不仅仅是简单地告诉你“总线”是什么，而是深入剖析了不同类型的总线，如系统总线、存储器总线、I/O总线，以及它们在计算机体系结构中的作用和连接方式。书中详细介绍了总线的带宽、时钟速度、宽度等关键参数，以及它们如何影响数据传输的效率。我尤其对CPU、内存、I/O设备之间通过总线进行数据交换的流程描述印象深刻，它清晰地展示了数据如何在这些组件之间流动。此外，它还探讨了现代计算机中更高级的互连技术，如PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）的串行连接方式，以及它如何提供比传统并行总线更高的带宽和更低的延迟。理解了这些，我才明白为什么现代高性能显卡和SSD都需要PCIe接口才能发挥其全部性能。这本书让我对计算机内部信息流动的“高速公路”有了全新的认识。

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这本书在描述输入输出（I/O）系统时，展现出了惊人的深度和广度。我过去总是将I/O设备视为一个整体，但这本书让我认识到，I/O系统远比我想象的要复杂得多。它详细阐述了各种I/O接口的标准，比如USB、SATA、PCIe等等，以及它们如何连接不同的设备，如键盘、鼠标、显示器、网卡、硬盘等。更重要的是，它深入讲解了I/O数据的传输方式，包括直接内存访问（DMA）技术，以及中断驱动I/O和轮询I/O的区别。DMA的出现，极大地解放了CPU，使其能够专注于计算任务，而不是被繁琐的I/O操作所困扰，这一点让我印象深刻。书中通过图示清晰地展示了DMA控制器如何直接将数据从外设传输到内存，而无需CPU的干预。此外，它还探讨了I/O设备控制器和适配器的作用，以及操作系统如何通过设备驱动程序来管理这些硬件。理解了这些，我才真正明白，为什么我们能够如此顺畅地连接和使用各种外部设备，而无需关心底层的复杂实现。这本书让我对计算机的“触角”有了全新的认识，它将计算机与外部世界紧密相连，让信息得以高效地流动。

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这本书在我看来，简直是一场对电子世界幕后运作机制的深度探索。从最基础的门电路开始，它循序渐进地揭示了计算机如何通过一系列精巧的逻辑运算来处理信息。我尤其欣赏书中对于二进制、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）以及它们如何组合成更复杂电路的讲解。作者并没有止步于理论，而是通过大量的图示和实例，将抽象的概念具象化。例如，在讲解加法器时，书中不仅展示了半加器和全加器的逻辑结构，还深入解释了它们如何被集成到算术逻辑单元（ALU）中，承担起计算机中最核心的计算任务。这种从微观到宏观的视角，让我对计算机的强大处理能力有了更深刻的理解。我过去总觉得计算机只是一个神秘的黑盒子，能够执行各种命令，但现在我明白，每一个指令的背后，都蕴含着数以百万计的晶体管在以极高的速度执行着逻辑运算。书中的讲解方式非常注重基础的建立，确保读者在理解后续内容之前，对前置知识有扎实的掌握。它没有假设读者已经是计算机科学的专家，而是以一种引导性的方式，逐步带领我们走进这个奇妙的世界。读完关于CPU内部结构的部分，我才真正体会到，为什么CPU被称为计算机的“大脑”，它内部的指令流水线、寄存器组、控制单元等等，每一个部分都发挥着至关重要的作用，协同工作，才能完成我们看到的各种复杂的计算和任务。这本书不仅仅是一本教材，更像是一次深入的“解剖”，让我们看到了计算机的灵魂所在。

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这本书对于多处理器系统和并行计算的探讨，可以说是非常前沿且深入的。我过去一直认为计算机都是单核工作的，但这本书让我见识到了多核CPU、多处理器系统以及GPU等并行计算架构的强大之处。它详细介绍了多核CPU内部如何共享缓存、如何解决缓存一致性问题（MESI协议等），以及如何通过多线程技术来充分利用多个核心。书中关于并发和并行性的区别，以及潜在的同步问题（如死锁、竞态条件）的讲解，让我深刻理解了在多核环境下进行编程所面临的挑战。它还提到了现代高性能计算中广泛使用的GPU架构，以及GPU如何通过大量的简单处理器实现大规模并行处理。理解这些，让我对现代高性能计算、大数据分析以及人工智能等领域的计算需求有了更深的认识。这本书不仅仅是关于一台计算机的组成，而是将我们带入了计算集群和分布式系统的世界，让我看到了计算机算力的爆炸式增长是如何实现的。

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我对书中关于指令集体系结构（ISA）的部分非常着迷。它不仅仅是列出了一堆指令，而是详细解释了不同类型的指令，如数据传输指令、算术逻辑指令、控制流指令（跳转、分支）等等，以及它们是如何被CPU执行的。我尤其对RISC（精简指令集计算）和CISC（复杂指令集计算）两种体系结构的对比分析感到受益匪浅。书中通过实例，清晰地展示了RISC指令的简洁性和统一性，以及CISC指令的复杂性和灵活性，并分析了它们各自的优缺点，以及在现代计算机设计中的发展趋势。理解ISA，就像是掌握了CPU能够理解的“语言”，让我明白了一段汇编代码是如何一步步转化为机器指令，最终被CPU执行的。它还触及了寻址模式，如立即数寻址、寄存器直接寻址、寄存器间接寻址、基址加偏移量寻址等等，这些不同的寻址方式，极大地影响了程序编写的效率和灵活性。这本书让我明白，看似简单的“加法”或“存储”指令，背后都有一套精密的编码和执行流程。

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