计算机系统解密:从理解计算机到编写高效代码

译者序
前言
致谢
作者简介
审校者简介
引言1
第1章　计算机的内部语言12
1.1　什么是语言12
1.2　书面语言13
1.3　比特13
1.4　逻辑运算14
1.4.1　布尔代数14
1.4.2　德摩根定律15
1.5　用比特表示整数16
1.5.1　表示正数16
1.5.2　二进制加法18
1.5.3　表示负数20
1.6　表示实数23
1.6.1　定点表示法24
1.6.2　浮点表示法25
1.6.3　IEEE浮点标准26
1.7　二进制编码的十进制系统27
1.8　处理二进制数的简单方法27
1.8.1　八进制表示法27
1.8.2　十六进制表示法28
1.8.3　表示语境28
1.9　命名位组29
1.10　表示文本30
1.10.1　ASCII30
1.10.2　其他标准的演变32
1.10.3　UTF-832
1.11　用字符表示数字34
1.11.1　可打印字符引用编码34
1.11.2　Base64编码34
1.11.3　URL编码35
1.12　表示颜色35
1.12.1　增加透明度37
1.12.2　编码颜色38
1.13　本章小结39
第2章　组合逻辑40
2.1　数字计算机的案例40
2.1.1　模拟和数字之间的区别42
2.1.2　为什么尺寸对硬件很重要43
2.1.3　数字使设备更加稳定44
2.1.4　模拟世界中的数字44
2.1.5　为什么使用位而不是数字46
2.2　电学的简单入门47
2.2.1　用管道理解电47
2.2.2　电源开关50
2.3　为位构建硬件52
2.3.1　继电器52
2.3.2　真空管54
2.3.3　晶体管55
2.3.4　集成电路56
2.4　逻辑门57
2.4.1　利用迟滞现象提高抗噪声能力58
2.4.2　差分信号59
2.4.3　传播延迟60
2.4.4　输出的变化61
2.5　构建更复杂的电路63
2.5.1　制作加法器63
2.5.2　制作解码器65
2.5.3　制作多路输出选择器66
2.5.4　制作选择器66
2.6　本章小结68
第3章　时序逻辑69
3.1　表示时间69
3.1.1　振荡器70
3.1.2　时钟70
3.1.3　锁存器71
3.1.4　锁存器组成的门电路72
3.1.5　触发器73
3.1.6　计数器75
3.1.7　寄存器77
3.2　内存组织和寻址78
3.2.1　随机存取存储器80
3.2.2　只读存储器81
3.3　块设备83
3.4　闪存和固态磁盘驱动器85
3.5　检错和纠错86
3.6　硬件和软件87
3.7　本章小结88
第4章　计算机剖析89
4.1　内存89
4.2　输入输出91
4.3　中央处理器92
4.3.1　算术逻辑单元93
4.3.2　移位寄存器94
4.3.3　执行单元96
4.4　指令集97
4.4.1　指令97
4.4.2　寻址方式99
4.4.3　条件码指令99
4.4.4　分支100
4.4.5　*终指令集100
4.5　*终设计103
4.5.1　指令寄存器103
4.5.2　数据通路和控制信号103
4.5.3　流量控制104
4.6　RISC和CISC指令集107
4.7　图形处理单元108
4.8　本章小结108
第5章　计算机架构109
5.1　基本架构元素109
5.1.1　处理器核心110
5.1.2　微处理器和微型计算机110
5.2　过程、子程序和函数111
5.3　堆栈113
5.4　中断116
5.5　相对寻址118
5.6　内存管理单元119
5.7　虚拟内存121
5.8　系统和用户空间121
5.9　存储器层次和性能122
5.10　协处理器123
5.11　在内存中排列数据124
5.12　运行程序125
5.13　内存功耗126
5.14　本章小结126
第6章　通信故障127
6.1　低电平I/O127
6.1.1　I/O端口128
6.1.2　按下按钮129
6.1.3　让灯光亮起131
6.1.4　灯光，动作132
6.1.5　奇思妙想133
6.1.6　2n种灰色134
6.1.7　正交134
6.1.8　并行通信135
6.1.9　串行通信136
6.1.10　捕捉一个波138
6.1.11　通用串行总线139
6.2　网络140
6.2.1　现代局域网141
6.2.2　因特网141
6.3　数字世界中的模拟143
6.3.1　数模转换143
6.3.2　模数转换145
6.3.3　数字音频148
6.3.4　数字图像154
6.3.5　视频156
6.4　人机界面设备157
6.4.1　终端157
6.4.2　图形终端158
6.4.3　矢量图159
6.4.4　光栅图160
6.4.5　键盘和鼠标161
6.5　本章小结161
第7章　组织数据162
7.1　原始数据类型162
7.2　数组164
7.3　位图165
7.4　字符串166
7.5　复合数据类型167
7.6　单链表168
7.7　动态内存分配173
7.8　更有效的内存分配174
7.9　垃圾收集175
7.10　双链表175
7.11　层次数据结构176
7.12　块存储179
7.13　数据库181
7.14　索引182
7.15　移动数据183
7.16　矢量I/O186
7.17　面向对象存在的问题187
7.18　排序188
7.19　哈希算法189
7.20　效率与性能191
7.21　本章小结192
第8章　语言处理193
8.1　汇编语言193
8.2　高级语言194
8.3　结构化程序设计195
8.4　词法分析196
8.4.1　状态机198
8.4.2　正则表达式199
8.5　从单词到句子201
8.6　每日语言俱乐部203
8.7　语法树203
8.8　解释器205
8.9　编译器207
8.10　优化209
8.11　小心硬件210
8.12　本章小结211
第9章　Web浏览器212
9.1　标记语言213
9.2　统一资源定位符214
9.3　HTML文档214
9.4　文档对象模型216
9.4.1　树结构解析216
9.4.2　文档对象模型解释217
9.5　串联样式表218
9.6　XML和它的朋友们221
9.7　JavaScript224
9.8　jQuery226
9.9　SVG228
9.10　HTML5228
9.11　JSON228
9.12　本章小结230
第10章　应用程序和系统程序设计231
10.1　猜动物程序版本1：HTML和JavaScript233
10.1.1　应用程序级框架234
10.1.2　Web页面主体235
10.1.3　JavaScript程序236
10.1.4　CSS238
10.2　猜动物程序版本2：C语言239
10.2.1　终端和命令行239
10.2.2　构建程序240
10.2.3　终端和设备驱动程序240
10.2.4　上下文切换240
10.2.5　标准I/O242
10.2.6　循环缓冲区243
10.2.7　通过合适的抽象实现更好的代码244
10.2.8　一些技术细节244
10.2.9　缓冲区溢出245
10.2.10　C语言程序246
10.2.11　训练251
10.3　本章小结252
第11章　捷径和近似法253
11.1　表格查找253
11.1.1　转换253
11.1.2　纹理映射254
11.1.3　字符分类256
11.2　整数方法258
11.2.1　直线261
11.2.2　曲线266
11.2.3　多项式268
11.3　递归细分269
11.3.1　螺旋线269
11.3.2　构造几何学272
11.3.3　移位和屏蔽278
11.4　更多地回避数学运算279
11.4.1　幂级数近似279
11.4.2　CORDIC算法280
11.5　随机事物284
11.5.1　空间填充曲线284
11.5.2　L系统286
11.5.3　随机287
11.5.4　量化288
11.6　本章小结297
第12章　死锁和竞态条件298
12.1　竞态条件是什么298
12.2　共享资源299
12.3　进程和线程299
12.4　锁301
12.4.1　事务和粒度302
12.4.2　等待锁302
12.4.3　死锁303
12.4.4　短期锁的实现303
12.4.5　长期锁的实现304
12.5　浏览器JavaScript304
12.6　异步函数和承诺307
12.7　本章小结311
第13章　安全性312
13.1　安全和隐私概述313
13.1.1　威胁模型313
13.1.2　信任314
13.1.3　物理安全315
13.1.4　通信安全316
13.1.5　现代社会317
13.1.6　元数据和监控318
13.1.7　社会背景319
13.1.8　身份验证与授权320
13.2　密码学321
13.2.1　隐写术321
13.2.2　替代密码322
13.2.3　换位密码324
13.2.4　更复杂的密码325
13.2.5　一次一密325
13.2.6　密钥交换问题326
13.2.7　公钥密码326
13.2.8　前向加密327
13.2.9　加密哈希函数327
13.2.10　数字签名328
13.2.11　公钥基础设施328
13.2.12　区块链328
13.2.13　密码管理329
13.3　软件卫生330
13.3.1　保护好正确的东西330
13.3.2　仔细检查你的逻辑330
13.3.3　检查错误331
13.3.4　*小化攻击面331
13.3.5　待在界内331
13.3.6　生成合适的随机数是有难度的332
13.3.7　了解代码333
13.3.8　极端聪明是你的敌人335
13.3.9　明白什么是可见的335
13.3.10　不要过度收集335
13.3.11　不要一直存储335
13.3.12　动态内存分配不是你的朋友336
13.3.13　内存垃圾回收也不是你的朋友337
13.3.14　数据作为代码338
13.4　本章小结340
第14章　机器智能341
14.1　概述342
14.2　机器学习343
14.2.1　贝叶斯344
14.2.2　高斯345
14.2.3　索贝尔348
14.2.4　Canny351
14.2.5　特征提取352
14.2.6　神经网络354
14.2.7　使用机器学习数据358
14.3　人工智能359
14.4　大数据361
14.5　本章小结363
第15章　现实世界的考虑364
15.1　价值主张364
15.2　来龙去脉366
15.2.1　短暂的历史366
15.2.2　开源软件368
15.2.3　创意共享370
15.2.4　可移植性的兴起370
15.2.5　软件包管理371
15.2.6　容器371
15.2.7　Java371
15.2.8　Node.js373
15.2.9　云计算373
15.2.10　虚拟机373
15.2.11　便携式设备374
15.3　编程环境374
15.3.1　你有工作经验吗374
15.3.2　学会估计374
15.3.3　调度项目375
15.3.4　决策376
15.3.5　与不同个性的人一起工作376
15.3.6　了解职场文化377
15.3.7　做出明智的选择378
15.4　开发方法378
15.5　项目设计379
15.5.1　把想法写下来379
15.5.2　快速原型发展法380
15.5.3　接口设计380
15.5.4　重用代码或编写自己的代码383
15.6　项目开发383
15.6.1　谈话384
15.6.2　成年人与计算机的关系384
15.6.