现代计算机系统的软硬件架构十分复杂，是所有IT相关技术的根源。本书尝试从原始的零认知状态开始，逐
步从最基础的数字电路一直介绍到计算机操作系统以及人工智能。本书用通俗的语言、恰到好处的疑问、符合原生
态认知思维的切入点，来帮助读者洞悉整个计算机底层世界。本书在写作上遵循“先介绍原因，后思考，然后介绍
解决方案，最终提炼抽象成概念”的原则。全书脉络清晰，带领读者重走作者的认知之路。本书集科普、专业为一
体，用通俗详尽的语言、图表、模型来描述专业知识。

 本书内容涵盖以下学科领域：计算机体系结构、计算机组成原理、计算机操作系统原理、计算机图形学、高性
能计算机集群、计算加速、计算机存储系统、计算机网络、机器学习等。

 本书共分为12章。第1章介绍数字计算机的设计思路，制作一个按键计算器，在这个过程中逐步理解数字计
算机底层原理。第2章在第1章的基础上，改造按键计算器，实现能够按照编好的程序自动计算，并介绍对应的处
理器内部架构概念。第3章介绍电子计算机的发展史，包括芯片制造等内容。第4章介绍流水线相关知识，包括流
水线、分支预测、乱序执行、超标量等内容。第5章介绍计算机程序架构，理解单个、多个程序如何在处理器上编
译、链接并最终运行的过程。第6章介绍缓存以及多处理器并行执行系统的体系结构，包括互联架构、缓存一致性
架构的原理和实现。第7章介绍计算机I/O基本原理，包括PCIE、USB、SAS三大I/O体系。第8章介绍计算机
是如何处理声音和图像的，包括3D渲染和图形加速原理架构和实现。第9章介绍大规模并行计算、超级计算机原
理和架构，以及可编程逻辑器件（如FPGA等）的原理和架构。第10章介绍现代计算机操作系统基本原理和架构，
包括内存管理、任务调度、中断管理、时间管理等架构原理。第11章介绍现代计算机形态和生态体系，包括计算、
网络、存储方面的实际计算机产品和生态。第12章介绍机器学习和人工智能底层原理和架构实现。

 本书适合所有IT行业从业者阅读，包括计算机（PC/服务器/手机/嵌入式）软硬件及云计算/大数据/人工
智能等领域的研发、架构师、项目经理、产品经理、销售、售前。本书也同样适合广大高中生科普之用，另外计算
机相关专业本科生、硕士生、博士生同样可以从本书中获取与课程教材截然不同的丰富营养。

冬瓜哥（张冬），现任某半导体公司系统架构师，喜钻研，著有《大话存储》系列图书。

计算机，已经无处不在，你走到任何位置，都会有成千上万各种类型的“计算机”围绕着你，小到各种移动设备，大到飞机火车，都是由各种计算机控制并运转。你可曾想过这些计算机是怎么运作的？一个字节是怎么产生又是怎么消亡的？网络是如何连接一切的？人工智能到底是什么？……
冬瓜哥其人，喜钻研，擅用与科班教材截然不同的方式把计算机原理细细分解，娓娓道来。这本书如此通俗，以至于假设当代文明毁灭之后，下一个文明从地壳中找到这本书，按照书中所讲即可迅速建立起计算机体系，极大推动下一个文明的进程……

开篇 苦想计算机——以使用者的名义

第1章 电控开关——计算机世界的基石

1.1 十余年的迷惑    4
1.2 从1+1=2说起    4
1.2.1 用电路实现1+1=2    6
1.2.2 或门    6
1.2.3 与门    7
1.2.4 非门和与非门    7
1.2.5 异或门    7
1.2.6 1位加法器    8
1.2.7 全手动1位加法机    10
1.2.8 实现多位加法器    10
1.2.9 电路的时延    13
1.2.10 新世界的新规律    13
1.2.11 先行/并行进位    14
1.2.12 电路化简和变换    15
1.3 我们需要真正可用的计算器    16
1.3.1 产生记忆    17
1.3.2 解决按键问题    18
1.3.3 数学的懵懂    22
1.3.4 第一次理解数学    25
1.3.5 第一次理解语义    27
1.3.6 七段显示数码管    30
1.3.7 野路子乘法器    31
1.3.8 科班乘法器    35
1.3.9 数据交换器Crossbar    36
1.3.10 多媒体声光按键转码器    39
1.3.11 第一次驾驭时间    41
1.4 信息与信号    44
1.4.1 录制和回放    44
1.4.2 振动和信号    49
1.4.3 低通滤波    52
1.4.4 高通滤波    56
1.4.5 带通滤波    59
1.4.6 带阻滤波    59
1.4.7 傅里叶变换    59
1.4.8 波动与电磁波    60
1.4.9 载波、调制与频分复用    62
1.5 完整的计算器    68
1.5.1 用时序控制增强用户体验    69
1.5.2 用MUX来实现Crossbar    71
1.5.3 奇妙的FIFO队列    73
1.5.4 同步/异步FIFO     76
1.5.5 全局共享FIFO     77
1.5.6 多路仲裁     78
1.5.7 交换矩阵     79
1.5.8 时序问题的产生与触发器    84
1.5.9 擒纵机构与触发器    86
1.5.10 擒纵机构与晶振    87
1.5.11 Serdes与MUX/DEMUX    90
1.5.12 计算离不开数据传递    90
1.5.13 几个专业概念的由来    91
1.5.13.1?输入设备    91
1.5.13.2?输出设备    91
1.5.13.3?计算单元/运算器    91
1.5.13.4?控制单元和传递通路    91
1.5.13.5?反馈    91
1.5.13.6?运算/计算    94
1.5.13.7?数据通路和控制通路    94
1.5.13.8?组合逻辑和时序逻辑    94
1.5.13.9?寄存器/ Latch/触发器/锁存器    94
1.5.13.10?存储器    94
1.5.13.11?地址/指针    95
1.5.13.12?写使能信号    95
1.6 多功能计算器    95
算术逻辑单元    96

第2章解脱人手——程序控制计算机

2.1 从累积计算说起    98
2.2 自动执行    101
2.2.1 将操作方式的描述转化为指令    102
2.2.2 实现那只鱿鱼——控制通路及部件    104
2.2.3 动起来吧！——时序通路及部件    108
2.2.4 半自动执行！——你得推着它跑    112
2.2.5 全自动受控执行！——不用扬鞭自奋蹄！    113
2.2.6 NOOP指令    115
2.2.7 利用边沿型触发器搭建电路    116
2.2.8 分步图解指令的执行过程    121
2.2.9 判断和跳转    123
2.2.10 再见，章鱼先生！    126
2.3 更高效的执行程序    128
2.3.1 利用循环缩减程序尺寸    128
2.3.2 实现更多方便的指令    131
2.3.3 多时钟周期指令    133
2.3.4 微指令和微码    136
2.3.5 全局地址空间    138
2.3.6 多端口存储器    138
2.3.7 多级缓存与CPU    139
2.3.8 数据遍布各处    142
2.3.9 降低数据操作粒度    145
2.3.10 取指令/数据缓冲加速    147

…………