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出版者:清华大学出版社

作者:徐士良

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2002-6-1

价格:21.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302050407

丛书系列:

图书标签:

• 111
• 计算机基础
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• 初学指南

《数字世界的基石：信息、逻辑与计算的原理》 书籍简介： 在信息爆炸的时代，我们每天都与无形的数字流、复杂的算法和强大的计算工具打交道。然而，支撑这一切的底层原理，那些构成我们现代生活骨架的知识，往往被日常的便利性所掩盖。《数字世界的基石：信息、逻辑与计算的原理》并非一本介绍特定软件操作或硬件组装的实用手册，它是一次深入的哲学与工程交叉领域的探索，旨在为所有希望真正理解“计算机”这一概念的人，构建起坚实而全面的理论基础。 本书的创作目标，是填补从“会用”到“能懂”之间的鸿沟。它将带领读者回到计算的源头，探寻信息是如何被量化、编码和传输的，逻辑推理是如何转化为机械或电子过程的，以及计算模型是如何从抽象的数学概念演变为现实世界的强大工具。 第一部分：信息的本质与度量 本部分将超越传统的“0和1”的表面认知，深入探讨信息的熵（Entropy）概念。我们将从香农的信息论出发，解析信息传递的物理限制与理论极限。读者将学习到： 信息与不确定性： 信息如何通过消除不确定性来体现价值。我们将探讨不同的概率分布如何影响信息的编码效率。 编码的艺术与科学： 不仅仅是ASCII或Unicode，而是深入理解固定长度编码、变长编码（如霍夫曼编码）背后的数学原理。我们会分析不同编码方案在冗余度与压缩率上的权衡，以及纠错码（Error-Correcting Codes）如何赋予数据以“韧性”，使其在噪声环境中保持可靠性。 信号与噪声： 物理世界中的模拟信号如何被离散化（采样与量化），以及这些过程引入的误差（如量化误差）如何影响最终数字表示的精度。我们不会讨论具体的声卡或显卡驱动，而是关注采样定理在理论层面的约束。 第二部分：逻辑的基石与布尔代数 本卷是理解所有数字电路和软件逻辑的根基。我们将完全侧重于形式逻辑和代数结构，而非电路图的绘制或门电路的符号识别。 布尔代数（Boolean Algebra）的公理体系： 深入研究分配律、德摩根定律等，将其视为一套完整的数学系统。我们将通过真值表和逻辑表达式，推导复杂的逻辑关系。 逻辑函数的最小化： 介绍卡诺图（Karnaugh Maps）的原理，以及更具系统性的Quine-McCluskey算法的逻辑基础。这部分关注的是如何用最少的逻辑门实现特定的功能，体现了资源优化的核心思想。 命题逻辑与谓词逻辑： 将数学推理提升到更抽象的层面，探讨逻辑蕴含、有效性和一致性。理解这些逻辑框架，是理解程序语言中条件判断和循环结构正确性的关键。 第三部分：计算模型的抽象与演化 这是本书最具思辨性的部分，它探讨了“计算”这一行为本身的定义和边界。我们将严格遵循计算理论的经典路径： 图灵机（Turing Machine）： 我们将详细剖析图灵机的构成要素——磁带、读写头、状态寄存器——并将其视为一个最简洁、最普适的计算模型。重点在于理解为什么这样一个简单的机械模型可以执行任何可计算的任务。 可计算性与不可计算性： 介绍停机问题（Halting Problem）的不可解性证明的逻辑步骤。理解哪些问题在理论上是无法通过算法解决的，这对于界定计算机能力的范围至关重要。 自动机理论（Automata Theory）： 从有限自动机（Finite Automata）到下推自动机（Pushdown Automata），我们将研究不同计算模型所能识别的语言类别（如正则语言、上下文无关语言）。这直接对应于我们对编程语言语法解析的理解深度。 第四部分：计算的物理实现与架构思想 在建立了强大的理论模型后，本部分将探讨如何将这些抽象的逻辑实体，映射到物理器件上，但着眼点依然是架构思想而非具体型号的参数。 冯·诺依曼架构的思想核心： 探讨存储程序概念的革命性意义。分析指令周期（取指、译码、执行）的抽象流程，以及它如何统一数据和指令的表示。 数制系统与进位制转换的底层逻辑： 深入讲解二进制、八进制、十六进制之间的数学转换关系，以及为什么二进制在电子工程中占据主导地位，强调其稳定性和易于实现的物理特性。 运算器的基本逻辑单元： 介绍半加器、全加器等如何组合成更复杂的算术逻辑单元（ALU）。这部分是对布尔代数在物理世界中具体应用的展示，侧重于进位传播的机制。 本书的价值： 《数字世界的基石》旨在为工程师、理论研究者、以及任何对技术背后的“为什么”感到好奇的人，提供一套完整的思维框架。它不教授如何配置路由器，不指导如何编写特定语言的函数，而是致力于揭示信息存储的物理极限、逻辑推理的代数结构，以及计算过程的理论边界。通过对这些基础原理的掌握，读者将能以更深刻的洞察力去理解和创新任何基于计算的系统。这本书是通往高级计算机科学和信息理论殿堂的坚实阶梯。

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这本书的出现，对我来说，就像是在迷雾中点亮了一盏指路明灯。我一直对信息技术的发展速度感到惊叹，同时也对隐藏在这些飞速发展背后的基本原理感到好奇。我渴望能够理解“算法”这个概念，它究竟是如何让计算机解决各种复杂问题的？一个好的算法与一个效率低下的算法之间，在实际应用中会有怎样的区别？我希望书中能够给出一些生动形象的例子，帮助我理解算法的逻辑和设计思想。同时，我也非常关注“数据结构”，这听起来像是计算机组织和管理信息的方式，我希望能了解到常见的几种数据结构，比如数组、链表、栈和队列，以及它们各自的优缺点和适用场景。我希望能够理解，为什么在不同的情况下需要选择不同的数据结构，这背后又蕴含着怎样的权衡和取舍。对于“软件开发生命周期”这个概念，我希望能有一个清晰的认识，了解从需求分析、设计、编码、测试到部署和维护，整个过程是怎样运作的。我希望书中能够解释不同阶段的任务和目标，以及它们是如何相互衔接，共同完成一个软件产品的。另外，我一直对“数据库”这个领域感到神秘，它就像是信息世界的“图书馆”，存储着海量的数据，我希望能了解数据库是如何设计的，数据的存储和检索是如何实现的，以及SQL语言在其中扮演着怎样的角色。我希望能够理解关系型数据库和非关系型数据库之间的区别，以及它们各自的适用范围。此外，我对“计算机安全”也有着浓厚的兴趣，我希望了解常见的网络攻击方式，比如病毒、木马、钓鱼等，以及相应的防护措施，比如防火墙、杀毒软件、密码学等。我希望这本书能够为我建立起一个初步的安全意识，让我能够更好地保护自己的数字信息。

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对于我这样一个希望深入了解计算机原理的读者来说，《计算机基础知识》这本书无疑是一个宝贵的资源。我渴望从书中学习到关于“算法设计”的思维方式，了解如何将一个实际问题转化为计算机可以解决的步骤，以及如何评估算法的效率，比如时间复杂度和空间复杂度。我希望书中能够通过一些经典的算法例子，比如排序算法（冒泡排序、快速排序）、查找算法（二分查找）等，来阐释算法的设计思想和优化方法。同时，我也对“数据结构”的应用场景有着浓厚的兴趣，我希望了解链表、栈、队列、树、图等数据结构在解决不同问题时的优势和适用性。我希望能够理解，为什么在某些情况下选择链表比数组更合适，或者为什么树结构非常适合处理层次化数据。此外，我对“编程语言”的基础知识也抱有极大的兴趣，我希望了解不同编程语言（如C、Java、Python）的基本语法、特点和应用领域，以及它们是如何与计算机硬件进行交互的。我希望能够对编译型语言和解释型语言的区别有一个清晰的认识。我更希望能够理解，为什么需要学习多种编程语言，以及它们之间是如何相互补充的。

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我一直在寻找一本能够系统性地解答我关于计算机运作本质疑问的书籍。这本书的题目《计算机基础知识》恰好击中了我的需求。我非常想深入了解“二进制”和“逻辑门”这两个基本概念，它们是构成一切数字世界的基础，我希望能够理解0和1是如何通过与、或、非等逻辑门组合，最终实现复杂的计算功能的。我希望书中能够提供一些直观的图示和简单的例子，帮助我理解这些抽象的概念。同时，我也对“数据表示”非常感兴趣，比如数字、字符、图像、声音等信息是如何在计算机内部被编码和存储的。我希望了解ASCII码、Unicode编码的原理，以及JPEG、MP3等文件格式是如何实现数据压缩和高效存储的。我希望能够理解，为什么在传输和存储时需要进行编码和压缩。此外，我对“计算机体系结构”也充满好奇，它就像是计算机的“蓝图”，我希望了解不同类型的计算机体系结构，比如冯·诺依曼体系结构，以及指令周期、数据通路等核心概念。我希望能够理解，计算机是如何一步步执行指令，完成计算任务的。我也非常关注“操作系统”的功能，比如它的启动过程，以及它如何管理内存、进程和文件。我希望能够理解，操作系统是如何为用户提供一个稳定、高效的运行环境的。

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作为一个对计算机世界充满好奇的新手，我怀着忐忑又期待的心情翻开了这本《计算机基础知识》。我始终相信，万事万物都有其最根本的原理，而对于现代社会几乎无处不在的计算机，了解它的“基础”就如同拿到了一把解锁数字世界的钥匙。我曾几何时，面对着屏幕上闪烁的光标，对着那些陌生的术语感到无从下手，甚至会因为一个小小的操作失误而产生挫败感。我希望这本书能够像一位循循善诱的老师，为我一一拆解那些曾经让我望而却步的概念。我期待的不仅仅是知识的堆砌，更重要的是理解这些知识是如何相互关联，如何构成一个完整的计算机体系的。例如，我一直对“二进制”这个词感到神秘，它究竟是如何运作的？它与我们日常使用的十进制有什么本质区别？更重要的是，计算机内部的“一切”——从文字、图片到视频——是如何被转换成这种只有0和1的语言的？我对硬盘的容量、内存的频率以及中央处理器的性能这些参数的理解还停留在模糊的层面，希望这本书能够让我明白它们各自扮演的角色，以及它们之间的协同作用是如何决定一台电脑运行效率的。操作系统，听起来就像是计算机的“大脑”，管理着所有的硬件和软件，我非常渴望了解它的工作原理，比如文件是如何被组织和存储的，应用程序是如何被启动和运行的，以及用户界面是如何将复杂的计算机操作变得相对直观的。网络，更是现代生活中不可或缺的一部分，我希望了解互联网是如何形成的，数据又是如何通过光纤和无线信号在世界各地传递的，以及“IP地址”和“域名”这些概念的实际含义。此外，我还有很多关于软件开发和编程语言的好奇，虽然知道这本书的重点不是深入的编程教学，但我希望能获得一个初步的认知，了解编程是如何将人类的指令转化为计算机可以执行的任务，以及不同类型的编程语言之间有什么样的差异和应用场景。我希望这本书能够引导我逐步建立起一个关于计算机的宏观认识，让我不再是一个被动的技术使用者，而是能够更主动、更深入地去理解和运用这项强大的工具。

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这本书的出现，对我来说，就像是一次系统性的“计算机知识充电”。我一直对“数据库管理系统（DBMS）”的工作原理感到好奇，它不仅仅是存储数据，更是一个复杂的系统，负责数据的组织、存储、检索、安全和一致性。我希望了解关系型数据库的模型，比如表、行、列、主键、外键等概念，以及SQL语言是如何用于对数据进行操作的。我希望能够理解，什么是事务，以及ACID特性（原子性、一致性、隔离性、持久性）是如何保证数据完整性的。同时，我也对“网络基础”有着浓厚的兴趣，我希望了解TCP/IP协议族是如何工作的，以及HTTP、FTP、SMTP等应用层协议是如何实现不同网络服务的。我希望能够理解，数据包是如何在互联网上进行传输的，以及DNS的作用是什么。我希望书中能够提供一些关于网络拓扑、IP地址、端口号等概念的清晰解释。此外，我对“信息安全”也有着一定的关注，我希望了解一些基本的安全概念，比如加密、解密、数字签名、防火墙等，以及它们是如何保护数据免受未经授权的访问和修改的。我希望这本书能够为我建立一个初步的安全意识。

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作为一名长期以来对计算机领域充满好奇的探索者，我一直希望能够系统性地梳理我对计算机知识的理解。这本书的出现，恰好满足了我这个愿望。我非常期待能够从书中找到关于“网络协议”的详细解释，比如TCP/IP协议族是如何确保数据在互联网上可靠传输的，HTTP协议又是如何支撑网页浏览的，DNS又是如何将我们熟悉的域名解析为IP地址的。我希望能够理解这些协议的层级结构和工作流程，这对于理解我们日常上网的背后机制至关重要。同时，我对“云计算”的概念也有着浓厚的兴趣，它不仅仅是把数据存储在“云端”，更是一种全新的计算模式，我希望了解云计算的优势，比如弹性伸缩、按需付费，以及它在不同领域的应用，比如大数据分析、人工智能训练等等。我希望书中能够解释虚拟化技术在云计算中的作用，以及云服务提供商是如何构建和维护庞大的数据中心的。此外，我也非常关注“操作系统”的底层原理，比如进程管理、内存管理、文件系统管理等等，我希望能理解操作系统是如何为应用程序提供服务的，以及它是如何平衡和分配系统资源的。我希望能够通过这本书，对操作系统的内核工作有一个初步的认识。我也对“数据库系统”的理论基础有所了解，比如关系模型、ACID特性，以及事务的隔离级别，这些概念对于理解数据的一致性和可靠性至关重要。我希望书中能够给出一些实际的例子，说明这些理论是如何在实际应用中发挥作用的。

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作为一名对科技前沿领域充满探索欲的读者，我一直认为，理解计算机的基本运行机制，是通往更深层次技术理解的必经之路。这本书的《计算机基础知识》正好满足了我这一需求。我非常期待能够从书中学习到关于“数据结构”的精髓，了解数组、链表、栈、队列、树、图等基本数据结构是如何组织和存储数据的，以及它们各自的优缺点和适用场景。我希望能够理解，为什么不同的问题需要选择不同的数据结构，这背后又蕴含着怎样的效率考量。同时，我也对“算法”的思维方式抱有极大的兴趣，我希望能够学习到如何设计有效的算法来解决计算问题，并了解时间复杂度和空间复杂度等评价算法性能的指标。我希望书中能够通过一些经典的算法实例，比如查找、排序、图遍历等，来帮助我掌握算法的设计和分析方法。此外，我对“编程语言”的底层原理也有一定的了解渴望，我希望能够理解编译型语言和解释型语言的区别，以及它们是如何将人类可读的代码转化为机器可执行的指令的。我希望能够对变量、数据类型、控制结构等编程语言的基本元素有一个清晰的认识，这对于我未来学习具体的编程语言打下坚实的基础。

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我一直认为，要想真正掌握一项技术，就必须从它的基本原理入手，而《计算机基础知识》这本书正是为我提供了这样一个机会。我迫切希望能够从书中学习到关于“操作系统”的核心概念，比如它的引导过程，它是如何管理进程和线程的，又是如何进行内存分配和调度的。我希望能够理解，为什么多任务操作系统能够同时运行多个程序，以及它们之间是如何切换的。我希望书中能够通过一些形象的比喻，帮助我理解这些相对抽象的操作系统原理。同时，我也对“文件系统”的工作原理非常感兴趣，它就像是计算机的“文件柜”，我希望了解文件是如何被组织、存储和检索的，以及文件权限、文件链接等概念的含义。我希望能够理解，为什么文件系统对数据的管理至关重要。此外，我对“用户界面（UI）”和“用户体验（UX）”的设计原则也有一定的了解需求，虽然这本书不是专门讲UI/UX的，但我希望能够从计算机基础知识的角度，理解为什么良好的用户界面能够极大地提升用户的使用效率和满意度。我希望能够理解，什么样的设计能够让计算机操作更加直观和便捷。

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这本书的吸引力在于它承诺了“基础知识”，这正是我目前急需的。我一直觉得，理解计算机的运作，就如同理解一个精密复杂的机器，每一个零件都发挥着不可或缺的作用。我非常渴望从这本书中学习到关于“指令集”的知识，它就像是CPU能够理解的“语言”，我希望能了解不同指令集的特点，以及它们是如何影响CPU的性能和功耗的。我希望能够明白，为什么有些CPU能够执行更复杂的指令，而有些则更注重效率。同时，我也对“缓存（Cache）”的作用感到好奇，它就像是CPU的“近旁记忆”，能够极大地加速数据的访问速度，我希望了解不同级别的缓存是如何工作的，以及它们是如何与主内存进行协同的。我希望能够理解，为什么增加缓存容量能够提升CPU的性能。对于“总线（Bus）”的概念，我希望能有一个清晰的认识，它就像是计算机内部各个组件之间传输数据的“通道”，我希望了解不同类型的总线，比如数据总线、地址总线、控制总线，以及它们是如何协同工作的。我也非常期待了解“输入/输出（I/O）”系统的工作原理，它负责计算机与外部世界的交互，我希望了解I/O设备是如何连接到系统总线，以及I/O操作是如何被管理的。这对于理解计算机的整体架构非常重要。我希望这本书能够为我构建一个关于计算机硬件运作原理的系统性认知，让我不再仅仅是知道有哪些硬件，而是能够理解它们是如何协同工作的。

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这本书的封面上，“基础知识”这四个字吸引了我，因为我深知任何高楼大厦都离不开坚实的地基。我一直在思考，为什么一台电脑能够处理如此海量的信息，而这一切的起点又在哪里？我希望这本书能够深入浅出地讲解“中央处理器（CPU）”的核心功能，它不仅仅是一个芯片，更是计算机的“大脑”，负责执行指令，我希望了解它的工作原理，比如指令集、流水线、缓存等等，以及这些技术是如何不断提升CPU的运算能力的。同时，我也对“内存（RAM）”和“硬盘（Storage）”的角色有了更深的理解，它们就像是计算机的“工作台”和“仓库”，我希望了解它们的工作方式，以及它们之间的协同作用是如何影响程序运行速度的。我希望能够明白，为什么安装更多的内存能够提升电脑的整体性能，而硬盘的速度又对程序的加载时间有着怎样的影响。对于“输入设备”和“输出设备”，我希望能理解它们是如何将外部世界的信息输入到计算机，以及计算机如何将处理后的信息反馈给用户，比如键盘、鼠标、显示器、打印机等等，这些看似简单的设备，背后却有着精密的工程设计。我尤其对“显卡（GPU）”的功能感到好奇，它不仅仅是处理图像，在如今的许多计算任务中也扮演着越来越重要的角色，我希望了解它的工作原理，以及它在图形处理、科学计算等方面的重要性。我也希望能够对“操作系统”有一个更全面的认识，了解它如何管理硬件资源，如何调度进程和线程，以及用户是如何与操作系统进行交互的。我希望这本书能够为我构建一个清晰的计算机硬件的认知框架，让我不再仅仅是盯着那些冷冰冰的参数，而是能够真正理解它们背后的运作逻辑。

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