計算機科學之美

第1章 概述
1.1 計算機：無機生物
1.1.1 計算機的發(fā)展歷程
1.1.2 初識計算機中的生物智慧
1.2 馮·諾依曼架構
1.2.1 硬件
1.2.2 硬件電路的圖紙
1.2.3 軟件
1.3 衡量計算機的指標
1.3.1 可靠是一切的前提
1.3.2 辦事能力
1.3.3 能力范圍
1.4 思考
1.4.1 關于計算機的十點疑問
1.4.2 從計算機科學中可以獲得的啟示
1.5 結語
第2章 百年激蕩
2.1 引言
2.2 從硅谷談起
2.2.1 星火燎原——斯坦福
2.2.2 一鯨落，萬物生——仙童
2.2.3 現(xiàn)代計算機的“出生證”
2.2.4 將星璀璨
2.3 中美科技競爭
2.3.1 劍宗與氣宗
2.3.2 芯片設計與制造
2.3.3 系統(tǒng)軟件
2.3.4 應用軟件和算法
2.4 結語
2.4.1 書中涉及的術語解釋
2.4.2 后續(xù)章節(jié)框架
第3章 馴獸師的語言：指令
3.1 引言
3.2 指令的工具箱
3.2.1 RISC-V指令集
3.2.2 高級編程語言與指令的關系
3.3 算術運算指令
3.3.1 對計算機下達的第一條指令：加法指令
3.3.2 寄存器
3.4 數(shù)據傳輸指令
3.5 神奇的0和1
3.5.1 進位計數(shù)制
3.5.2 計算機數(shù)字的真實表示：補碼
3.6 條件分支指令
3.6.1 循環(huán)
3.6.2 函數(shù)
3.6.3 棧
3.7 其他指令
3.8 結語
第4章 計算機的“腦回路”
4.1 引言
4.2 初識腦回路
4.2.1 有機生物的腦回路
4.2.2 計算機“腦回路”的基本原理
4.3 指令的0/1表示
4.3.1 常見類型介紹：R型
4.3.2 常見類型介紹：I型
4.3.3 指令格式匯總
1.4 集成電路基本元器件
4.5 構建數(shù)據通路
4.5.1 數(shù)據通路：處理當前指令
4.5.2 數(shù)據通路：取下一條指令
4.5.3 分支指令的數(shù)據通路
4.5.4 完整的電路圖
4.5.5 控制系統(tǒng)
4.5.6 數(shù)據通路與控制器的協(xié)作示例
4.6 計算機抽
4.6.1 時鐘周期
4.6.2 性能分析
4.6.3 給心跳加速
4.7 流水線
4.7.1 流水線的電路實現(xiàn)
4.7.2 流水線的代價
4.7.3 解決冒險問題的流水線電路設計
4.7.4 大腦的應激反應：中斷
4.8 人工智能芯片
4.8.1 ASIC
4.8.2 GPU和FPGA
4.9 結語
4.9.1 信息、物質、能量
4.9.2 房間里的真相
第5章 計算機的“記憶”
5.1 引言：人類的記憶和回憶
5.2 計算機的記憶模塊
5.2.1 長期記憶：DRAM
5.2.2 短期快速記憶：SRAM
5.2.3 存儲器之間的地址映射
5.2.4 緩存寫操作
5.3 永恒記憶的秘密：閃存
5.4 多級存儲結構：既“大”且“快”
5.5 存儲新勢力
5.5.1 閃存的混合存儲結構
5.5.2 新型存儲器
5.5.3 存算一體
5.6 結語
5.6.1 外存與內存的區(qū)別
5.6.2 3C模型
第6章 人機交互
6.1 引言
6.2 計算機的經脈
6.2.1 基于總線的“經脈”排布
6.2.2 “看得見”且“摸得著”
6.3 計算機的“五官”
6.3.1 手機拍照的I/O流程
6.3.2 I/O設備
6.3.3 下一代I/O：谷歌的自我革命
6.4 無機生物之間的交流
6.4.1 從一條微信語音談起
6.4.2 網絡協(xié)議分層結構
6.4.3 海底光纜與星鏈計劃
6.5 人機交互的終極目標：缸中之腦
6.6 結語
6.6.1 熵增
6.6.2 信息就像食物和水，不可或缺
第7章 計算機的“靈魂”
7.1 引言
7.1.1 軟件的物質形態(tài)
7.1.2 軟件什么時候開始有“意識”
7.2 現(xiàn)代計算機的“翻譯官”：編譯器
7.3 一個特殊的程序：操作系統(tǒng)
7.3.1 再談指令地址
7.3.2 進程虛擬地址空間
7.3.3 頁表
7.3.4 左手畫圓，右手畫方
7.3.5 操作系統(tǒng)的誕生過程
7.3.6 操作系統(tǒng)市場現(xiàn)狀
7.4 靈魂是一股有序的能量
7.4.1 計算機是怎么“活”過來的
7.4.2 人類生命循環(huán)的起點
7.4.3 靈魂的消逝
7.4.4 重啟生命
7.4.5 靈魂隱藏在微觀世界
7.4.6 關于意識的討論
7.5 安全：計算機的主權爭奪
7.5.1 躲在黑暗里的人
7.5.2 人類是怎樣一步步喪失控制權的
7.6 結語
第8章 量子計算機——凝視宇宙的終極法則
8.1 引言
8.1.1 量子計算機與經典計算機的關系
8.1.2 量子計算機的研究現(xiàn)狀
8.2 量子力學基本理論
8.2.1 不確定性原理
8.2.2 量子疊加
8.2.3 量子糾纏
8.3 量子計算機原理
8.3.1 量子比特
8.3.2 量子門
8.3.3 量子電路
8.4 生存還是毀滅（To be or not to be）
8.5 探索宇宙的終極理論
第9章 總結
9.1 本書的知識圖譜
9.2 計算機科學中的思想啟示
9.2.1 模塊化思想
9.2.2 捉住事物的主要矛盾