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出版者:海洋出版社

作者:江钧，林建铭编著

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-10

价格:68.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502751142

丛书系列:

图书标签:

• BIOS
• 主板
• 电脑硬件
• 设置
• 原理
• 启动
• 固件
• UEFI
• 硬件教程
• 电脑维护

《数字灵魂的构建：硬件与软件的交响》 在这纷繁复杂的数字世界里，我们所见的每一个应用程序、每一次交互，甚至每一次系统的启动，都源于一层层看不见的基石。而这层基石，正是由冷冰冰的硬件与精密的代码所共同编织的奇妙领域。本书《数字灵魂的构建：硬件与软件的交响》旨在深入浅出地揭示这一底层世界的奥秘，带领读者从宏观视角切入，逐步剖析那些驱动我们数字设备运转的核心机制，以及它们之间如何协同工作，奏响一曲和谐的交响。 第一章：电子脉搏的起源——微观世界的基石 我们将从构成一切数字设备最微小的单位——半导体材料讲起。不再是抽象的化学式，而是深入理解硅、锗等材料如何因掺杂而产生“空穴”与“电子”，这两种载流子又如何构成了最基本的电子元件——二极管和三极管。我们将详细探讨这些基本门电路（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的逻辑原理，它们是如何通过电信号的“开”与“关”来模拟二进制的“1”与“0”的。进而，我们将看到这些基本门电路如何被巧妙地组合，构建出更复杂的逻辑单元，例如加法器、寄存器，以及最终的微处理器核心。这一章将带领读者走进一个由无数微小开关组成的逻辑迷宫，理解数字信号是如何在此诞生并传递的。 第二章：指令的语言——计算机的思考模式 当硬件的基石搭建完毕，便需要一个能够指挥它们工作的“灵魂”——指令集。本章将详细阐述指令集架构（ISA）的重要性，它定义了处理器能够理解和执行的最基本操作。我们将深入分析各种常见的指令类型，包括数据传输指令（如MOV, LOAD, STORE）、算术逻辑指令（如ADD, SUB, AND, OR）、控制流指令（如JMP, CALL, RET）以及特殊的系统指令。读者将了解指令是如何被编码成机器码，以及处理器如何通过取指、译码、执行、写回这四个基本阶段来逐条解析并执行这些指令。此外，我们还会探讨不同指令集架构（如x86, ARM）的设计哲学和差异，以及它们在不同应用场景下的优势。 第三章：记忆的殿堂——数据的组织与存取 数据的存储与访问是计算机工作的核心环节。本章将详细介绍计算机的存储体系结构，从速度最快但容量最小的CPU缓存（L1, L2, L3 Cache）到容量巨大但速度相对较慢的内存（RAM），再到持久性存储（SSD, HDD）。我们将深入理解缓存的工作原理，例如缓存行、相联度、写策略等，以及它们如何通过局部性原理来减少CPU访问主内存的次数，从而提升整体性能。同时，我们还将探讨内存的组织方式，包括地址空间、内存分段与分页，以及虚拟内存的概念，它如何让程序拥有比物理内存更大的地址空间，并提高内存利用率。 第四章：输入的脉冲，输出的信号——外部设备的交互 计算机并非孤立存在，它需要与外部世界进行信息交换。本章将重点关注输入/输出（I/O）子系统，以及CPU如何与各种外设进行通信。我们将深入理解各种I/O接口的标准，例如USB、PCIe、SATA等，以及它们在数据传输速率、拓扑结构和协议上的差异。我们还会探讨中断机制，CPU如何通过中断来响应外部设备的请求，以及DMA（Direct Memory Access）技术如何允许外设直接访问内存，从而减轻CPU的负担。此外，我们将简要介绍图形处理器（GPU）、网络接口卡（NIC）等专用I/O设备的工作原理，以及它们如何加速特定任务的处理。 第五章：操作系统的交响——管理与协调 如果说指令集是计算机的“思考模式”，那么操作系统就是它的“管家”和“协调者”。本章将深入剖析操作系统的核心功能，包括进程管理、内存管理、文件系统管理以及设备管理。我们将详细解释进程的概念，以及操作系统如何创建、调度和终止进程。我们将再次回顾内存管理，了解操作系统如何为每个进程分配独立的地址空间，防止内存冲突，以及如何实现多任务并发执行。文件系统的作用在于将零散的数据组织成有逻辑结构的文件和目录，我们将探讨常见的​​文件系统类型（如NTFS, ext4, APFS）的组织结构和工作原理。最后，我们将了解操作系统如何通过驱动程序来管理和控制各种硬件设备，为应用程序提供统一的访问接口。 第六章：应用程序的诞生——从代码到可执行文件 一旦有了硬件基础和操作系统平台，开发者就可以编写应用程序来满足各种需求。本章将聚焦应用程序的生命周期，从源代码的编写到最终的可执行文件的产生。我们将简要介绍编译器的作用，它如何将人类可读的高级编程语言（如C++, Python, Java）翻译成机器能够理解的低级指令。我们将深入理解链接器的功能，它如何将编译后的目标文件和库文件组合起来，形成一个完整的可执行程序。此外，我们还将讨论可执行文件的格式（如ELF, PE），以及操作系统在加载和运行可执行文件时所执行的关键步骤。 第七章：网络空间的桥梁——数据传输的奥秘 在现代数字生活中，网络通信扮演着至关重要的角色。本章将从更宏观的视角审视计算机之间的通信机制。我们将介绍网络协议栈的概念，例如TCP/IP协议族，并详细阐述各层协议（物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层）的功能和协同工作方式。读者将了解IP地址和MAC地址的区别，以及数据包如何在互联网上传输。我们还会探讨常见的网络应用协议，如HTTP, FTP, DNS等，以及它们如何支持我们日常的网络活动。 第八章：安全之盾，信任之基——数字世界的守护者 随着数字世界的日益复杂，安全问题也变得尤为重要。本章将探讨保障数字系统安全的关键技术和原则。我们将深入理解加密技术的基本原理，包括对称加密和非对称加密，以及它们在数据传输和存储中的应用。我们将探讨数字签名和证书的概念，它们如何验证数据的完整性和身份。此外，我们还将讨论操作系统的安全机制，例如访问控制列表（ACL）、用户权限管理等，以及它们如何防止未经授权的访问。最后，我们将简要介绍网络安全的一些基本概念，如防火墙、入侵检测系统等。 第九章：未来的脉动——新兴技术与发展趋势 技术的发展永无止境，本章将展望数字世界的未来。我们将探讨当前备受关注的新兴技术，例如量子计算的原理和潜在影响，以及它可能为计算领域带来的革命性变革。我们还将关注人工智能（AI）与机器学习（ML）是如何深入渗透到硬件和软件的各个层面，从更智能的处理器设计到更高效的软件算法。此外，我们将讨论云计算和边缘计算的最新发展，以及它们如何重塑我们获取和使用计算资源的方式。最后，我们将对未来数字系统的发展趋势进行一些合理的预测。 《数字灵魂的构建：硬件与软件的交响》不仅仅是一本技术手册，它更是一次探索之旅，带领读者穿越层层抽象，理解数字世界最核心的运作逻辑。通过对硬件基础、指令集、内存组织、I/O交互、操作系统原理、应用程序构建、网络通信以及安全机制的深入剖析，本书旨在帮助读者建立起对计算机系统更全面、更深刻的认知。无论您是刚刚踏入计算机科学领域的学生，还是希望深化自身技术理解的从业者，亦或是对数字世界充满好奇的爱好者，本书都将为您提供一份宝贵的知识财富，让您更好地理解和驾驭这个由代码和硬件交织而成的奇妙世界。

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对于希望深入了解计算机启动机制的爱好者或者专业人士而言，这本书提供了一个无与伦比的参考平台。它不仅仅是教你如何“进入”BIOS设置界面，而是教你如何“思考”启动过程中的每一个微小决策。我特别喜欢其中关于安全启动（Secure Boot）和UEFI环境下的变量存储机制的讲解。作者用非常生动的语言描述了从按下电源键到操作系统加载器被激活这一段时间内，主板上微处理器所经历的一系列复杂逻辑判断。这种自顶向下的分析方法，将一个通常被视为“黑箱”的过程完全摊开在读者面前。它成功地架起了一座桥梁，连接了上层的操作系统理论与底层的固件实现细节，使得读者能够真正理解为什么某些硬件或软件组合会产生看似随机的冲突，并给出专业的解决思路。

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这本书的实用价值，很大程度上体现在它对于不同硬件平台兼容性问题的处理上。市面上很多同类书籍往往只关注最新的标准，而忽略了大量仍在使用中的遗留系统。然而，这本书却非常周到地涵盖了从早期的ISA/PCI架构到现代的PCIe/NVMe接口的演变过程。在描述BIOS固件升级的风险和步骤时，作者展现出了一种近乎偏执的谨慎态度，详细列举了不同品牌主板在刷写过程中可能遇到的特有陷阱。我记得有一章专门讲了如何利用特殊的编程器绕过被锁定的固件区域进行底层修复，这部分内容绝对不是普通用户会接触到的，但对于系统工程师来说，简直是救命稻草。读完这一章，我对“软”修复和“硬”修复的界限有了更深刻的认识，这本书的知识深度已经超出了我对一本“设定指南”的最初预期。

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这本书的封面设计得非常有技术感，简洁的黑白配色，搭配上那个经典的BIOS标志，一下子就能抓住目标读者的眼球。我原本是抱着学习基础知识的心态开始翻阅的，但很快发现，它远不止于停留在表面。作者在讲解CMOS设置项时，那种深入骨髓的条理性和严谨性令人印象深刻。比如，在阐述启动顺序和硬件检测流程时，他没有使用那种枯燥的列表式描述，而是构建了一个非常清晰的逻辑树，让你能顺藤摸瓜地理解每一个选项背后的物理意义。特别是对于内存时序和超频部分的论述，简直可以说是教科书级别的细致。他不仅告诉你“应该”怎么设置，还详细解释了“为什么”要这样设置，每一步调整可能带来的性能增益和潜在的系统不稳定性。对于那些想把自己的电脑性能榨干到最后一滴潜力的进阶用户来说，这本书简直就是一本武功秘籍，里面关于错误代码的排查与解决的章节，更是充满了实战经验，读起来让人仿佛置身于机房之中，亲自面对那些令人头疼的蓝屏故障。

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这本书的语言风格可以说是一种非常独特的混合体，它既有学术著作的严谨性，又不失技术手册的实用性。我尤其欣赏作者在介绍复杂概念时所采用的类比手法。比如，他把CPU与主板之间的总线通信比作一个繁忙的港口调度系统，将数据传输的瓶颈形象地描绘出来。这种叙事方式极大地降低了初学者接触底层硬件概念的门槛。我之前对硬件的理解总是停留在“插上去就能用”的层面，但阅读此书后，我对主板上的每一个芯片、每一条线路的功能有了更宏观的认识。它不回避复杂性，但却能用最巧妙的方式将其“包装”起来，让读者在不知不觉中完成了知识的吸收。书中的插图和电路图的绘制质量也相当高，线条清晰，标注准确，完全是专业级的标准，这对于理解硬件拓扑结构至关重要。

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阅读体验上，这本书的装帧设计非常出色，纸张的质感摸起来厚实且光滑，即便是频繁翻阅查找资料，也不会有容易损坏的担忧。排版布局也极其考究，大量的代码片段和寄存器地址表被清晰地隔离在信息框内，使得主体阅读流程不会被打断。我发现自己经常会因为被某个细节吸引，而忘记了原本要查找的具体设置。比如，关于ACPI（高级配置和电源接口）的章节，作者不仅解释了它如何管理操作系统的电源状态转换，还深入探讨了S3（睡眠）状态的唤醒延迟是如何受限于固件实现质量的，这让我对笔记本电脑的休眠功能有了全新的认识。这本书的结构安排仿佛是按照一个标准的系统启动流程倒推回来的，逻辑清晰到让人几乎不需要跳页就能理解整个自检和初始化的过程。

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