概览
书籍简介
这是一本讲述计算机工作原理的书。不过，你千万不要因为“工作原理”之类的字眼就武断地认为，它是晦涩而难懂的。作者用丰富的想象和清晰的笔墨将看似繁杂的理论阐述得通俗易懂，你丝毫不会感到枯燥和生硬。更重要的是，你会因此而获得对计算机工作原理较深刻的理解。这种理解不是抽象层面上的，而是具有一定深度的，这种深度甚至不逊于“电气工程师”和“程序员”的理解。
作者介绍
介绍一
介绍二
部分精彩点评
节选内容
用手电筒隔着大街聊天
你今年10岁，你最好的朋友就住在街对过。事实上，你们各自卧室的窗户正好彼此相对。
直接方案：手电筒能用来交谈吗？这当然值得一试。我们在一年级的时候学习怎样在纸上写字母和单词，因此，把同样的方法运用到手电筒上似乎也是有道理的。只需要站在窗户边，用光来画出字母。对于字母“O”，打开手电筒，在空气中划一个圈，然后关掉手电筒。对于字母“I”，竖着划一下。
演进方案：“A”是闪一次，“B”是闪两次，“C”是闪三次，依此类推，“Z”就是闪26次。单词BAD可以用闪2次，闪1次，闪4次这样的一个组合来表示，而且在字符之间设置的小停顿使这个单词不至于被误认为是闪7次的字母“G”。另外，单词之间停顿可以稍长些。
Morse码：则有两种闪烁——短闪和长闪
详解Morse码
莫尔斯码（Morse Code）是由塞缪尔·莫尔斯发明的（1791-1872）
比起发送莫尔斯码，接收编码并进行解码要费时费力得多，因为译码者不得不根据一串由“点”、“划”组成的晦涩的编码序列来反查字母。例如，如果你接收到一串形如“划-点-划-划”的编码，那么你就必须从表的第一个字母开始逐个搜寻，直到找到与这串编码相符的字母“Y”为止。问题就出在这里，因为我们现在只有一张提供“字母→莫尔斯码”的编码表，而缺少一张可以实现反向查询的“莫尔斯码→字母”译码表。在开始学习莫尔斯码的初级阶段，如果有这样的一个表无疑将是很方便的。但是要建立这样一张表，谈何容易。似乎这些字母对应的“点-划”序列并没有什么规律。
忘掉字母序列。根据编码中所包含点、划的多少来对其进行分组，是一个更好的组织这些编码的方法
一组含有2个点或划的编码组合，可以给我们呈现出4个字母——I，A，N和M。
一组含有3个点或划的莫尔斯码可以为我们表示更多的字母。
最后（如果我们不想考虑存在数字和标点符号的莫尔斯码的情况），一串由4个点或划组成的莫尔斯码就可以表示16个字符
每个表格所包含的码字数目都是前一张的两倍。这其实很好理解：每个表格所含有的码字，可以看成是在前一张表格所包含的全部码字上再加一个“点”，或者再加一个“划”而组成的新码字。
每张表的码字数都是前一张表码字数量的两倍
当对一串码字进行解码时，我们需要沿着箭头从左向右进行搜寻。以“点-划-点”的码字为例来说，当你需要找出这串码字所代表的字母时，应首先从图的左边开始，选择“点”的分支；然后继续沿着箭头向右选择“划”，接着又是一个“点”。找到最后一个“点”时结果就会紧随其后出现了，没错就是字母“R”
上面所做的关于二进制编码的分析工作，其实是数学的一个分支，称作“组合学”或“组合分析”，而我们所作的分析则只能说是一个简单的练习。传统意义上来说，因为组合分析涉及类似像扔硬币、掷骰子这样的需要对其组合数目进行推算的问题，所以它经常被应用到概率和统计学中。但是它对于我们理解码字的组合与分解也是十分有帮助的。
解析布莱叶盲文
在布莱叶盲文中，每个在书写文字中用到的符号——具体来说就是字母、数字和标点符号——都被编码成为2×3的点码单元中的一个或者多个凸起的点。这个点码单元包含的点通常使用1到6的数字来编号。
小写字母表
可以总结出一个规律。第一排（字母a到j）只用到了点码单元中最上面的四个点——第1、2、4和5点。第二排在复用了第一排的编码的基础上，把第3点改为凸点。第三排也沿用了同样的规律，只是将第3和6点改为凸点。
目前在英文出版物中最常用的盲文系统被称为二级布莱叶盲文（Grade 2 Braille）。二级布莱叶盲文使用了很多缩写，以便于保存树型结构和提高阅读速度。例如，如果字母的码字单独出现，它们就表示一个普通的单词。以下三排图样（包含“完整的”第三排）为我们展示了这些单词的码字。
看一个电路图演进
普通双向电报系统
优质节省25%的导线
极致电报系统
电报机-继电器
电磁铁
传统电报机
其实只是一个被设计成有“最大开闭速度”的开关而已。如果需要长时间使用电键，最舒适的方法是，用拇指，食指和中指握住手柄，轻击它使其上下移动。保持电键的按下状态一小段时间，就会产生一个“点”的莫尔斯码。按下状态保持的时间更长一些就会产生一个“划”的莫尔斯码
线路的另一端是一个接收器，它主要是由一块电磁铁拉动一根金属杆构成的。最初，电磁铁控制的是一只钢笔。有一个装置通过使用一个压紧的弹簧来拉动一卷纸经过设备，与电磁铁连接着的钢笔就会弹起或落下，在纸上画出点和划。能读懂莫尔斯电码的人员就可以把这些“点”和“划”译成字母和单词了。当然，我们人类是个懒惰的物种，电报操作员们很快发现，他们可以很容易地通过听钢笔弹起和落下的声音来翻译电码。在传统电报机中的“发声器”的帮助下，钢笔最终被废弃，整个装置看起来如下图所示。
继电器
开始时，你喜欢接收完一条完整的信息后再把它转发。首先，根据发声器发出的滴答声，将字母记下来；当信息接收完毕时，再开始用你的电键来发送。最后，你终于掌握了诀窍，在听到滴答声的同时就可以发送信息，不需要再把信息记录下来了。这节约了不少时间。
有一天，当你正在转发信息时，瞄了瞄发声器上那根上蹿下跳的横杠，又看了看在电键上上下翻飞的手指。然后你就这样来来回回地瞅来瞅去，恍然发现发声器上下跳跃的节奏与电键是一致的。因此你就去外面找了根小木棍，然后用木棍和一些细绳把发声器和电键连接到了一起，如下图所示。
继电器与发声器很像，传进来的电流驱动电磁铁拉动金属杠，金属杠同时又作为一个开关的组成部分，而这个开关连接着电池和输出线路。通过这种方法，输入的比较弱的电流就被“放大”成了较强的输出电流。
当输入的电流触发了电磁铁，电磁铁把一个弹性金属条吸附下来，就像闭合了开关一样，使电流可以从接口输出
因此，把一个电报机电键、一个继电器，还有一个发声器连接好，差不多就是下图的这个样子。
十进制
数字最初起源于对事物的计数
如果有一个人有四只鸭子
进一步表示为
假设有27只鸭子
早期的数字系统中，只有罗马数字沿用到了今天
沿用到今天的罗马数字符号有 I V X L C D M
这里，字母I表示1，可以看做是一个划线或者一根伸出的手指。字母V像一只手，表示5。两个V是一个X，代表数字10。L是50。C来自单词centum，表示100。D是500。最后一个，M来自于拉丁文mille，意为1000。
罗马数字易于加减而难于乘除。加法：五个I是一个V，两个V是一个X，五个X是一个L，以此类推
我们所用的数字系统通常被称为阿拉伯数字，也可以称为印度-阿拉伯数字系统。它起源于印度
- 阿拉伯数字系统是和位置相关的。100和1,000,000这两个数中都只有一个1，而我们知道，1,000,000要远远大于100
- 早期的数字系统中也有一点是阿拉伯数字系统所没有的，那就是用来表示数字10的专门的符号
- 阿拉伯数字也有一点是几乎所有早期数字系统所没有的，而这恰恰是一个比代表数字10的符号还重要得多的符号，那就是0。零无疑是数字和数学史上最重要的发明之一。它支持位置计数法，因此可以将25、205和250区分开来。
假设我们使用的不是十进制
书写十进制和八进制数时，我们可以利用下标标注来区别不同数字系统，避免混淆。下标TEN表示十进制，EIGHT表示八进制。
白雪公主遇到的小矮人数量是7TEN或7EIGHT；
卡通人物的手指数是8TEN或10EIGHT；
贝多芬所写的交响曲的数目是9TEN或11EIGHT；
人类手指的数量是10TEN或12EIGHT；
一年中的月份数是12TEN或14EIGHT；
两个星期的天数是14TEN或16EIGHT；
“情人”的生日庆祝会是16TEN或20EIGHT；
一天中的小时数是24TEN或30EIGHT；
拉丁字母表中的字母数是26TEN或32EIGHT；
...
在结构上，八进制数字系统与十进制数字系统并没有什么不同。它们只是在细节上存在一些差异。例如，八进制数中的每个位所代表的值是该位数字乘以8的整数次幂的结果。
二进制
二进制数的时候通常将它们写成带有前导零的形式（即第一个1的左边有零）。例如0011，而不是写做11。这样写不会改变数字的大小，仅仅是为了美观。例如，以下是前16个二进制数以及与它们等价的十进制数。
电线可以表示二进制数字。如果有电流流过这根电线就代表二进制数字1，如果没有，则代表二进制数字0。开关可以表示二进制数字。如果开关接通（或闭合）就代表二进制数字1，如果开关关断（或断开），则代表二进制数字0。灯泡可以表示二进制数字。如果灯泡点亮，就代表二进制数字1，如果没点亮，则代表二进制数字0。电报继电器可以表示二进制数字。如果继电器闭合，就代表二进制数字1，如果断开，则代表二进制数字0。
二进制数与计算机之间有着紧密的联系
大约在1948年，美国数学家约翰·威尔德·特克（John Wilder Turkey，生于1915年）就意识到随着计算机的普及，二进制数很可能会在未来发挥更重要的作用。他决定创造一个新的、更短的词语来代替使用起来很不方便的五音节词——binary digit。他曾经考虑使用bigit和binit，但是最终他还是选用了这个短小、简单、精巧而且非常可爱的词——bit
二进制数逻辑与开关
二进制对实体世界的表达：0和1的组合
二进制的运算：逻辑与开关。
与
或
门
继电器像开关一样，可以串联或并联在电路中执行简单的逻辑任务。这种继电器的组合叫做逻辑门（logic gates）
前面提到过，继电器对于电报系统的工作而言是至关重要的。在长距离情况下，连接电报站的电线具有很高的电阻。这就需要采取一些措施来接收微弱信号并把它增强后再发射出去。继电器就是通过电磁铁控制开关来实现这一目的的。实际上，继电器是通过放大微弱信号来生成强信号的
可以这么用
也可以这么用
继电器串联-与
两个继电器的串联被称为一个“与门”。为了避免复杂的图示，电气工程师用如下专门的符号表示一个与门
其实就是
衍生去看
继电器并联-或
这里的关键词是“或”，因此这样的门被称为“或门”。电气工程师用如下符号表示或门。
或门的两个输入中，只要有一个加上电压，输出就是高电平。如果将低电平看做0，高电平看做1，那么或门也有四种可能的组合状态
继电器反着玩-反向器-非
开关闭合，灯泡就会熄灭。以这种方式连接的继电器叫做反向器（inverter）。反向器不是逻辑门（一个逻辑门通常有两个或多个输入），尽管如此，它的用处还是很广。反向器可以用如下的专门符号来表示。
或非门
与非门
反馈与触发器
电路
结果
周期的倒数就是振荡器的频率（frequency）。在这个例子中振荡器的周期是0.05s，那么其频率就是1÷0.05s，即振荡器每秒钟产生20次循环，而相应的输出每秒钟也变化20次
为了纪念发送和接收无线电波的第一人——亨利希·鲁道夫·赫兹（1857-1894），后人使用“赫兹”这个词来表示这一概念
特殊的或非门
或非门：或非门的特点是只有在两个输入端都没有电压时，输出端才产生电压
左边或非门的输出是右边或非门的输入，而右边或非门的输出是左边或非门的输入。这种连接方式我们称之为反馈（feedback）
在初始状态下，电路中只有左边的或非门输出电流，这是因为其两个输入均为0。让我们闭合上面的开关，左边或非门将立刻输出0，右边或非门的输出也会随之变为1，这时灯泡将被点亮。
奇妙的是，这时一旦你关闭上边的开关，灯炮依然闪闪发光。这是因为由于左边或非门的输入中有一个为1，其输出依然是0，因而左边或非门的输出不变，所以灯泡仍然亮着
闭合下面的开关。我们会发现右边或非门的输入中有一个立刻变为1，其输出就相应地变为0，灯泡随之熄灭。左边或非门的输出此刻变为1
再去断开下面的开关就会发现，灯泡一直处在熄灭状态
同样是在两个开关都断开的状态下，灯泡有时亮着，有时却不亮。当两个开关都断开时，电路有两个稳定态，这类电路统称为触发器（Flip-Flop）
触发器电路可以保持信息，它可以“记住”某些信息
触发器种类繁多，先前所讲述的是最简单的一种R-S（Reset-Set，复位/置位）触发器。我们通常把两个非或门绘制成另一种形式，加上标识符就得到了下面这幅图