概覽
書籍簡介
這是一本講述計算機工作原理的書。不過，你千萬不要因為“工作原理”之類的字眼就武斷地認為，它是晦澀而難懂的。作者用豐富的想象和清晰的筆墨将看似繁雜的理論闡述得通俗易懂，你絲毫不會感到枯燥和生硬。更重要的是，你會是以而獲得對計算機工作原理較深刻的了解。這種了解不是抽象層面上的，而是具有一定深度的，這種深度甚至不遜于“電氣工程師”和“程式員”的了解。
作者介紹
介紹一
介紹二
部分精彩點評
節選内容
用手電筒隔着大街聊天
你今年10歲，你最好的朋友就住在街對過。事實上，你們各自卧室的窗戶正好彼此相對。
直接方案：手電筒能用來交談嗎？這當然值得一試。我們在一年級的時候學習怎樣在紙上寫字母和單詞，是以，把同樣的方法運用到手電筒上似乎也是有道理的。隻需要站在窗戶邊，用光來畫出字母。對于字母“O”，打開手電筒，在空氣中劃一個圈，然後關掉手電筒。對于字母“I”，豎着劃一下。
演進方案：“A”是閃一次，“B”是閃兩次，“C”是閃三次，依此類推，“Z”就是閃26次。單詞BAD可以用閃2次，閃1次，閃4次這樣的一個組合來表示，而且在字元之間設定的小停頓使這個單詞不至于被誤認為是閃7次的字母“G”。另外，單詞之間停頓可以稍長些。
Morse碼：則有兩種閃爍——短閃和長閃
詳解Morse碼
莫爾斯碼（Morse Code）是由塞缪爾·莫爾斯發明的（1791-1872）
比起發送莫爾斯碼，接收編碼并進行解碼要費時費力得多，因為譯碼者不得不根據一串由“點”、“劃”組成的晦澀的編碼序列來反查字母。例如，如果你接收到一串形如“劃-點-劃-劃”的編碼，那麼你就必須從表的第一個字母開始逐個搜尋，直到找到與這串編碼相符的字母“Y”為止。問題就出在這裡，因為我們現在隻有一張提供“字母→莫爾斯碼”的編碼表，而缺少一張可以實作反向查詢的“莫爾斯碼→字母”譯碼表。在開始學習莫爾斯碼的初級階段，如果有這樣的一個表無疑将是很友善的。但是要建立這樣一張表，談何容易。似乎這些字母對應的“點-劃”序列并沒有什麼規律。
忘掉字母序列。根據編碼中所包含點、劃的多少來對其進行分組，是一個更好的組織這些編碼的方法
一組含有2個點或劃的編碼組合，可以給我們呈現出4個字母——I，A，N和M。
一組含有3個點或劃的莫爾斯碼可以為我們表示更多的字母。
最後（如果我們不想考慮存在數字和标點符号的莫爾斯碼的情況），一串由4個點或劃組成的莫爾斯碼就可以表示16個字元
每個表格所包含的碼字數目都是前一張的兩倍。這其實很好了解：每個表格所含有的碼字，可以看成是在前一張表格所包含的全部碼字上再加一個“點”，或者再加一個“劃”而組成的新碼字。
每張表的碼字數都是前一張表碼字數量的兩倍
當對一串碼字進行解碼時，我們需要沿着箭頭從左向右進行搜尋。以“點-劃-點”的碼字為例來說，當你需要找出這串碼字所代表的字母時，應首先從圖的左邊開始，選擇“點”的分支；然後繼續沿着箭頭向右選擇“劃”，接着又是一個“點”。找到最後一個“點”時結果就會緊随其後出現了，沒錯就是字母“R”
上面所做的關于二進制編碼的分析工作，其實是數學的一個分支，稱作“組合學”或“組合分析”，而我們所作的分析則隻能說是一個簡單的練習。傳統意義上來說，因為組合分析涉及類似像扔硬币、擲骰子這樣的需要對其組合數目進行推算的問題，是以它經常被應用到機率和統計學中。但是它對于我們了解碼字的組合與分解也是十分有幫助的。
解析布萊葉盲文
在布萊葉盲文中，每個在書寫文字中用到的符号——具體來說就是字母、數字和标點符号——都被編碼成為2×3的點碼單元中的一個或者多個凸起的點。這個點碼單元包含的點通常使用1到6的數字來編号。
小寫字母表
可以總結出一個規律。第一排（字母a到j）隻用到了點碼單元中最上面的四個點——第1、2、4和5點。第二排在複用了第一排的編碼的基礎上，把第3點改為凸點。第三排也沿用了同樣的規律，隻是将第3和6點改為凸點。
目前在英文出版物中最常用的盲文系統被稱為二級布萊葉盲文（Grade 2 Braille）。二級布萊葉盲文使用了很多縮寫，以便于儲存樹型結構和提高閱讀速度。例如，如果字母的碼字單獨出現，它們就表示一個普通的單詞。以下三排圖樣（包含“完整的”第三排）為我們展示了這些單詞的碼字。
看一個電路圖演進
普通雙向電報系統
優質節省25%的導線
極緻電報系統
電報機-繼電器
電磁鐵
傳統電報機
其實隻是一個被設計成有“最大開閉速度”的開關而已。如果需要長時間使用電鍵，最舒适的方法是，用拇指，食指和中指握住搖桿，輕擊它使其上下移動。保持電鍵的按下狀态一小段時間，就會産生一個“點”的莫爾斯碼。按下狀态保持的時間更長一些就會産生一個“劃”的莫爾斯碼
線路的另一端是一個接收器，它主要是由一塊電磁鐵拉動一根金屬杆構成的。最初，電磁鐵控制的是一隻鋼筆。有一個裝置通過使用一個壓緊的彈簧來拉動一卷紙經過裝置，與電磁鐵連接配接着的鋼筆就會彈起或落下，在紙上畫出點和劃。能讀懂莫爾斯電碼的人員就可以把這些“點”和“劃”譯成字母和單詞了。當然，我們人類是個懶惰的物種，電報操作員們很快發現，他們可以很容易地通過聽鋼筆彈起和落下的聲音來翻譯電碼。在傳統電報機中的“發聲器”的幫助下，鋼筆最終被廢棄，整個裝置看起來如下圖所示。
繼電器
開始時，你喜歡接收完一條完整的資訊後再把它轉發。首先，根據發聲器發出的滴答聲，将字母記下來；當資訊接收完畢時，再開始用你的電鍵來發送。最後，你終于掌握了訣竅，在聽到滴答聲的同時就可以發送資訊，不需要再把資訊記錄下來了。這節約了不少時間。
有一天，當你正在轉發資訊時，瞄了瞄發聲器上那根上蹿下跳的橫杠，又看了看在電鍵上上下翻飛的手指。然後你就這樣來來回回地瞅來瞅去，恍然發現發聲器上下跳躍的節奏與電鍵是一緻的。是以你就去外面找了根小木棍，然後用木棍和一些細繩把發聲器和電鍵連接配接到了一起，如下圖所示。
繼電器與發聲器很像，傳進來的電流驅動電磁鐵拉動金屬杠，金屬杠同時又作為一個開關的組成部分，而這個開關連接配接着電池和輸出線路。通過這種方法，輸入的比較弱的電流就被“放大”成了較強的輸出電流。
當輸入的電流觸發了電磁鐵，電磁鐵把一個彈性金屬條吸附下來，就像閉合了開關一樣，使電流可以從接口輸出
是以，把一個電報機電鍵、一個繼電器，還有一個發聲器連接配接好，差不多就是下圖的這個樣子。
十進制
數字最初起源于對事物的計數
如果有一個人有四隻鴨子
進一步表示為
假設有27隻鴨子
早期的數字系統中，隻有羅馬數字沿用到了今天
沿用到今天的羅馬數字元号有 I V X L C D M
這裡，字母I表示1，可以看做是一個劃線或者一根伸出的手指。字母V像一隻手，表示5。兩個V是一個X，代表數字10。L是50。C來自單詞centum，表示100。D是500。最後一個，M來自于拉丁文mille，意為1000。
羅馬數字易于加減而難于乘除。加法：五個I是一個V，兩個V是一個X，五個X是一個L，以此類推
我們所用的數字系統通常被稱為阿拉伯數字，也可以稱為印度-阿拉伯數字系統。它起源于印度
- 阿拉伯數字系統是和位置相關的。100和1,000,000這兩個數中都隻有一個1，而我們知道，1,000,000要遠遠大于100
- 早期的數字系統中也有一點是阿拉伯數字系統所沒有的，那就是用來表示數字10的專門的符号
- 阿拉伯數字也有一點是幾乎所有早期數字系統所沒有的，而這恰恰是一個比代表數字10的符号還重要得多的符号，那就是0。零無疑是數字和數學史上最重要的發明之一。它支援位置計數法，是以可以将25、205和250區分開來。
假設我們使用的不是十進制
書寫十進制和八進制數時，我們可以利用下标标注來差別不同數字系統，避免混淆。下标TEN表示十進制，EIGHT表示八進制。
白雪公主遇到的小矮人數量是7TEN或7EIGHT；
卡通人物的手指數是8TEN或10EIGHT；
貝多芬所寫的交響曲的數目是9TEN或11EIGHT；
人類手指的數量是10TEN或12EIGHT；
一年中的月份數是12TEN或14EIGHT；
兩個星期的天數是14TEN或16EIGHT；
“情人”的生日慶祝會是16TEN或20EIGHT；
一天中的小時數是24TEN或30EIGHT；
拉丁字母表中的字母數是26TEN或32EIGHT；
...
在結構上，八進制數字系統與十進制數字系統并沒有什麼不同。它們隻是在細節上存在一些差異。例如，八進制數中的每個位所代表的值是該位數字乘以8的整數次幂的結果。
二進制
二進制數的時候通常将它們寫成帶有前導零的形式（即第一個1的左邊有零）。例如0011，而不是寫做11。這樣寫不會改變數字的大小，僅僅是為了美觀。例如，以下是前16個二進制數以及與它們等價的十進制數。
電線可以表示二進制數字。如果有電流流過這根電線就代表二進制數字1，如果沒有，則代表二進制數字0。開關可以表示二進制數字。如果開關接通（或閉合）就代表二進制數字1，如果開關關斷（或斷開），則代表二進制數字0。燈泡可以表示二進制數字。如果燈泡點亮，就代表二進制數字1，如果沒點亮，則代表二進制數字0。電報繼電器可以表示二進制數字。如果繼電器閉合，就代表二進制數字1，如果斷開，則代表二進制數字0。
二進制數與計算機之間有着緊密的聯系
大約在1948年，美國數學家約翰·威爾德·特克（John Wilder Turkey，生于1915年）就意識到随着計算機的普及，二進制數很可能會在未來發揮更重要的作用。他決定創造一個新的、更短的詞語來代替使用起來很不友善的五音節詞——binary digit。他曾經考慮使用bigit和binit，但是最終他還是選用了這個短小、簡單、精巧而且非常可愛的詞——bit
二進制數邏輯與開關
二進制對實體世界的表達：0和1的組合
二進制的運算：邏輯與開關。
與
或
門
繼電器像開關一樣，可以串聯或并聯在電路中執行簡單的邏輯任務。這種繼電器的組合叫做邏輯門（logic gates）
前面提到過，繼電器對于電報系統的工作而言是至關重要的。在長距離情況下，連接配接電報站的電線具有很高的電阻。這就需要采取一些措施來接收微弱信号并把它增強後再發射出去。繼電器就是通過電磁鐵控制開關來實作這一目的的。實際上，繼電器是通過放大微弱信号來生成強信号的
可以這麼用
也可以這麼用
繼電器串聯-與
兩個繼電器的串聯被稱為一個“與門”。為了避免複雜的圖示，電氣工程師用如下專門的符号表示一個與門
其實就是
衍生去看
繼電器并聯-或
這裡的關鍵詞是“或”，是以這樣的門被稱為“或門”。電氣工程師用如下符号表示或門。
或門的兩個輸入中，隻要有一個加上電壓，輸出就是高電平。如果将低電平看做0，高電平看做1，那麼或門也有四種可能的組合狀态
繼電器反着玩-反向器-非
開關閉合，燈泡就會熄滅。以這種方式連接配接的繼電器叫做反向器（inverter）。反向器不是邏輯門（一個邏輯門通常有兩個或多個輸入），盡管如此，它的用處還是很廣。反向器可以用如下的專門符号來表示。
或非門
與非門
回報與觸發器
電路
結果
周期的倒數就是振蕩器的頻率（frequency）。在這個例子中振蕩器的周期是0.05s，那麼其頻率就是1÷0.05s，即振蕩器每秒鐘産生20次循環，而相應的輸出每秒鐘也變化20次
為了紀念發送和接收無線電波的第一人——亨利希·魯道夫·赫茲（1857-1894），後人使用“赫茲”這個詞來表示這一概念
特殊的或非門
或非門：或非門的特點是隻有在兩個輸入端都沒有電壓時，輸出端才産生電壓
左邊或非門的輸出是右邊或非門的輸入，而右邊或非門的輸出是左邊或非門的輸入。這種連接配接方式我們稱之為回報（feedback）
在初始狀态下，電路中隻有左邊的或非門輸出電流，這是因為其兩個輸入均為0。讓我們閉合上面的開關，左邊或非門将立刻輸出0，右邊或非門的輸出也會随之變為1，這時燈泡将被點亮。
奇妙的是，這時一旦你關閉上邊的開關，燈炮依然閃閃發光。這是因為由于左邊或非門的輸入中有一個為1，其輸出依然是0，因而左邊或非門的輸出不變，是以燈泡仍然亮着
閉合下面的開關。我們會發現右邊或非門的輸入中有一個立刻變為1，其輸出就相應地變為0，燈泡随之熄滅。左邊或非門的輸出此刻變為1
再去斷開下面的開關就會發現，燈泡一直處在熄滅狀态
同樣是在兩個開關都斷開的狀态下，燈泡有時亮着，有時卻不亮。當兩個開關都斷開時，電路有兩個穩定态，這類電路統稱為觸發器（Flip-Flop）
觸發器電路可以保持資訊，它可以“記住”某些資訊
觸發器種類繁多，先前所講述的是最簡單的一種R-S（Reset-Set，複位/置位）觸發器。我們通常把兩個非或門繪制成另一種形式，加上辨別符就得到了下面這幅圖