計算機(jī)科學(xué)之美

第1章 概述
1.1 計算機(jī)：無機(jī)生物
1.1.1 計算機(jī)的發(fā)展歷程
1.1.2 初識計算機(jī)中的生物智慧
1.2 馮·諾依曼架構(gòu)
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(jī)的指標(biāo)
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(guān)于計算機(jī)的十點疑問
1.4.2 從計算機(jī)科學(xué)中可以獲得的啟示
1.5 結(jié)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(jī)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(shè)計與制造
2.3.3 系統(tǒng)軟件
2.3.4 應(yīng)用軟件和算法
2.4 結(jié)語
2.4.1 書中涉及的術(shù)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(guān)系
3.3 算術(shù)運算指令
3.3.1 對計算機(jī)下達(dá)的第一條指令：加法指令
3.3.2 寄存器
3.4 數(shù)據(jù)傳輸指令
3.5 神奇的0和1
3.5.1 進(jìn)位計數(shù)制
3.5.2 計算機(jī)數(shù)字的真實表示：補(bǔ)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(jié)語
第4章 計算機(jī)的“腦回路”
4.1 引言
4.2 初識腦回路
4.2.1 有機(jī)生物的腦回路
4.2.2 計算機(jī)“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(gòu)建數(shù)據(jù)通路
4.5.1 數(shù)據(jù)通路：處理當(dāng)前指令
4.5.2 數(shù)據(jù)通路：取下一條指令
4.5.3 分支指令的數(shù)據(jù)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(jù)通路與控制器的協(xié)作示例
4.6 計算機(jī)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(shè)計
4.7.4 大腦的應(yīng)激反應(yīng)：中斷
4.8 人工智能芯片
4.8.1 ASIC
4.8.2 GPU和FPGA
4.9 結(jié)語
4.9.1 信息、物質(zhì)、能量
4.9.2 房間里的真相
第5章 計算機(jī)的“記憶”
5.1 引言：人類的記憶和回憶
5.2 計算機(jī)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(jié)構(gòu)：既“大”且“快”
5.5 存儲新勢力
5.5.1 閃存的混合存儲結(jié)構(gòu)
5.5.2 新型存儲器
5.5.3 存算一體
5.6 結(jié)語
5.6.1 外存與內(nèi)存的區(qū)別
5.6.2 3C模型
第6章 人機(jī)交互
6.1 引言
6.2 計算機(jī)的經(jīng)脈
6.2.1 基于總線的“經(jīng)脈”排布
6.2.2 “看得見”且“摸得著”
6.3 計算機(jī)的“五官”
6.3.1 手機(jī)拍照的I/O流程
6.3.2 I/O設(shè)備
6.3.3 下一代I/O：谷歌的自我革命
6.4 無機(jī)生物之間的交流
6.4.1 從一條微信語音談起
6.4.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分層結(jié)構(gòu)
6.4.3 海底光纜與星鏈計劃
6.5 人機(jī)交互的終極目標(biāo)：缸中之腦
6.6 結(jié)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(jī)的“靈魂”
7.1 引言
7.1.1 軟件的物質(zhì)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(jī)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(jìn)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(jī)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(guān)于意識的討論
7.5 安全：計算機(jī)的主權(quán)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(quán)的
7.6 結(jié)語
第8章 量子計算機(jī)——凝視宇宙的終極法則
8.1 引言
8.1.1 量子計算機(jī)與經(jīng)典計算機(jī)的關(guān)系
8.1.2 量子計算機(jī)的研究現(xiàn)狀
8.2 量子力學(xué)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(jī)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(jié)
9.1 本書的知識圖譜
9.2 計算機(jī)科學(xué)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