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页数:338

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出版时间:2004-2

价格:31.00元

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isbn号码:9787113057084

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图书标签:

• 计算机基础
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《数字时代的导航：信息处理与系统构建的基石》 引言：步入信息洪流的入场券 在这个万物互联、数据爆炸的时代，理解信息是如何被捕获、存储、处理和传输的，已不再是专业人士的专属技能，而是每个现代公民必备的素养。本书《数字时代的导航：信息处理与系统构建的基石》，旨在为读者构建一个全面而扎实的知识框架，使其能够深入理解驱动当今世界的底层逻辑。我们摒弃了对特定软件或硬件的琐碎操作指导，转而聚焦于那些跨越技术迭代的、永恒不变的基础概念和原理。 本书的定位是：一个严谨的、面向概念理解的导论，它将引导读者从最基本的“信息”的定义出发，逐步攀登至复杂“系统”的架构层面。 --- 第一部分：信息的本质与数字化表达 本部分是理解后续所有技术内容的基石。我们首先要回答一个根本性的问题：信息到底是什么？ 第一章：信息的拓扑结构与度量 信息不仅仅是文字和图像，它是一种熵的减少。本章将深入探讨信息的数学定义，从香农（Shannon）的信息论出发，详细解析比特（Bit）作为信息基本单元的意义。我们将剖析数据的量化过程： 1. 模拟与数字的鸿沟： 深入对比模拟信号（连续性）与数字信号（离散性）的特性，理解采样率、量化精度如何决定数字信息的保真度。 2. 编码的艺术： 探讨不同进制系统（二进制、八进制、十六进制）在计算机内部的逻辑转换机制。重点分析定点表示法与浮点表示法，后者如何平衡大范围数值的精度与范围，这是理解数值计算误差的先决条件。 3. 字符的统一标准： 介绍ASCII、Unicode（UTF-8）等字符编码体系的演进历史和核心机制，解释为何一个简单的文本文件背后涉及到复杂的国际化映射。 第二章：数据的存储与组织原理 信息被数字化后，如何有效地安置它们，是系统效率的关键。本章不涉及文件系统的具体操作，而是侧重于存储介质的物理原理与逻辑抽象。 1. 存储层次结构： 从寄存器（Registers）到缓存（Cache L1/L2/L3），再到主存（RAM），以及固态硬盘（SSD）和机械硬盘（HDD）的差异。我们将分析不同存储介质的存取延迟（Latency）与带宽（Bandwidth）的物理根源。 2. 内存管理初探： 介绍地址空间的概念，以及内存如何被抽象地划分为代码区、数据区、堆（Heap）和栈（Stack）。理解这些区域的生命周期管理，是理解程序运行状态的基础。 3. 数据结构的概念映射： 抽象地介绍核心数据结构——线性结构（数组、链表）与非线性结构（树、图）——它们在内存中如何布局，以及选择不同结构对算法性能的根本性影响（例如，时间复杂度和空间复杂度的权衡）。 --- 第二部分：处理的引擎——计算模型与逻辑 信息的价值在于处理。本部分将穿越操作系统的表象，直达中央处理器的核心逻辑。 第三章：布尔代数与逻辑运算的基石 所有复杂的计算，无论多么炫目，最终都归结为简单的逻辑门操作。 1. 逻辑世界的规则： 详细阐述布尔代数的三大基本运算（与、或、非）及其组合（异或、同或）。探讨德摩根定律在简化逻辑表达式中的强大作用。 2. 组合逻辑与时序逻辑： 理解如何使用逻辑门搭建加法器、译码器等组合电路。进而引入反馈机制，构建锁存器（Latches）和触发器（Flip-Flops），这是实现“记忆”功能的起点。 3. 图灵机的抽象意义： 介绍图灵机模型作为计算理论的普适性定义。理解其核心思想——有限状态自动机与读写头——如何定义了“可计算性”的边界。 第四章：中央处理器的指令集与流水线 本章旨在揭示CPU“思考”的过程，而非其制造商的品牌。 1. 指令的生命周期： 拆解一条机器指令的执行过程（取指、译码、执行、写回）。分析指令集架构（ISA）如何定义了处理器与软件之间的契约。 2. 性能的瓶颈与优化： 深入分析冯·诺依曼架构带来的存储器墙问题。介绍流水线技术（Pipelining）如何通过并行化指令执行步骤来提升吞吐量，以及分支预测（Branch Prediction）在其中扮演的关键角色。 3. 并发与并行： 区分真正的并行（多核）与并发（时间分片）。探讨并发模型中需要面对的同步与互斥问题，为理解操作系统中的资源竞争打下理论基础。 --- 第三部分：系统的集成与通信的桥梁 单个强大的处理器需要一个高效的系统环境才能发挥威力，并且需要网络才能与世界连接。 第五章：操作系统的核心抽象层 操作系统（OS）是硬件与应用程序之间的“翻译官”与“仲裁者”。本书关注其管理哲学。 1. 进程与线程的管理： 深入理解进程（Process）作为资源分配的基本单位，与线程（Thread）作为CPU调度基本单位的区别。分析上下文切换（Context Switching）的开销。 2. 资源调度算法： 探讨几种经典调度策略（如先来先服务、时间片轮转、优先级调度）的优劣，理解它们如何平衡系统的吞吐量与响应时间。 3. 虚拟内存的魔术： 阐述虚拟地址到物理地址的映射过程。重点解析分页（Paging）机制如何实现内存保护，并有效地管理稀疏的内存需求。 第六章：网络协议栈与数据传输模型 在分布式世界中，信息流动遵循严格的规则。本章聚焦于这些“规则”本身。 1. 分层模型的构建： 详细剖析TCP/IP协议栈（或OSI模型）的每一层（物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层）的功能和责任划分。理解这种分层的目的在于解耦。 2. 寻址与路由的原理： 区分MAC地址（物理寻址）与IP地址（逻辑寻址）。探讨路由器的核心任务——如何根据地址信息，在复杂的网络拓扑中找到最优路径。 3. 可靠传输的保证： 重点分析传输层中UDP的无连接特性与TCP的三次握手、四次挥手机制。深入理解TCP如何通过序列号、确认应答（ACK）和滑动窗口协议来实现可靠、有序的数据流传输。 --- 结论：从技术栈到系统思维 《数字时代的导航》并非教授读者如何“使用”工具，而是教会读者如何“理解”工具背后的设计哲学。通过对信息论、逻辑电路、计算模型和网络通信等核心支柱的系统性阐述，读者将获得一种抽象思维能力，使他们能够在新旧技术更迭面前，迅速抓住本质，构建起对任何新兴信息技术系统的深刻洞察力。这种基础知识，是通往高级系统架构、算法优化乃至信息安全理解的坚实阶梯。

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