穿越计算机的迷雾(第2版)

   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。

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。

   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》。

   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

1.2电的老家是原子

1.3为什么有些东西可以导电

1.4电流是怎样形成的

1.5电路和电路图

第2章用电来表示数

2.1怎样用电来代表一个数字

2.2古怪的二进制计数法

2.3二进制数就是比特串

2.4用开关来表示二进制数字

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

3.2用二进制做加法其实更简单

3.3使用全加器来构造加法机

第4章电子计算机发明的前夜

4.1电能生磁

4.2继电器和莫尔斯电码

4.3磁也能生电

4.4电话的发明

4.5爱迪生大战交流电

4.6无线电通信的开端

第5章从逻辑学到逻辑电路

5.1逻辑学

5.2数理逻辑

5.3数字逻辑和逻辑电路

第6章加法机的诞生

6.1全加器的构造

6.2加法机的组成

第7章会变魔术的触发器

7.1不寻常的开关和灯

7.2反馈和振荡器

7.3电子管时代

7.4记忆力非凡的触发器

7.5触发器的符号

第8章学生时代的走马灯

8.1能保存一个比特的触发器

8.2边沿触发

8.3揭开走马灯之谜

8.4这个触发器很古怪

第9章计算机时代的开路先锋

9.1纯电子化的计算时代

9.2晶体管时代

9.3新材料带动技术进步

第10章用机器做一连串的加法

10.1把一大堆数加起来

10.2轮流使用总线

10.3简化操作过程

10.4这就是传说中的控制器

第11章全自动加法计算机

11.1咸鸭蛋坛子和存储器

11.2磁芯存储器

11.3先存储，后计算

11.4半自动操作

11.5全自动计算

第12章现代的通用计算机

12.1更多的计算机指令

12.2当计算机面临选择时

12.3现代计算机的大体特征

12.4为什么计算机如此有用

第13章集成电路时代

13.1电子管和晶体管时代

13.2集成电路时代

13.3流水线和高速缓存技术

13.4掌上游戏机和手机就是计算机

第14章核心与外部设备

14.1110接口

14.2键盘

14.3显示设备

14.4辅助存储设备

第15章数字化生存

15.1数字化浪潮

15.2互联网时代

15.3大数据和人工智能

   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。习近平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