Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634938)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Как на самом деле работают компьютеры (4000,00 руб.)

0   0
Первый авторДжастис Мэттью
АвторыРевич Ю. В.
ИздательствоМ.: ДМК Пресс
Страниц429
ID810098
АннотацияВ этом руководстве в доступной форме излагаются основы вычислительной техники. Рассматриваются принципы электронных вычислений и использование двоичных чисел; в общих чертах показано, как функционирует аппаратное обеспечение компьютера, для чего нужна операционная система и как передаются данные по интернету. Читатель получит базовое представление о языках программирования, изучая примеры кода на С и Python. Каждая глава содержит упражнения и практические задания (проекты), позволяющие на практике применить полученные знания.
Кому рекомендованоКнига будет полезна всем, кто хочет разобраться, как работает компьютер.
ISBN978-5-97060-973-6
УДК004.382.7
ББК32.971.3
Джастис, М. . Как на самом деле работают компьютеры / ред. Ю. В. Ревич; М. . Джастис .— Москва : ДМК Пресс, 2022 .— 429 с. : ил. — ISBN 978-5-97060-973-6 .— URL: https://rucont.ru/efd/810098 (дата обращения: 01.05.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Как_на_самом_деле_работают_компьютеры.pdf
Стр.5
Стр.9
Стр.10
Стр.11
Стр.12
Стр.13
Стр.14
Стр.15
Стр.16
Как_на_самом_деле_работают_компьютеры.pdf
УДК 004.382.7 ББК 32.971.3 Д40 Мэттью Джастис Д40 Как на самом деле работают компьютеры / науч. ред. Ю. В. Ревич; пер. с англ. С. Л. Плехановой. – М.: ДМК Пресс, 2022. – 428 с.: ил. ISBN 978-5-97060-973-6 В этом руководстве в доступной форме излагаются основы вычислительной техники. Рассматриваются принципы электронных вычислений и использование двоичных чисел; в общих чертах показано, как функционирует аппаратное обеспечение компьютера, для чего нужна операционная система и как передаются данные по интернету. Читатель получит базовое представление о языках программирования, изучая примеры кода на С и Python. Каждая глава содержит упражнения и практические задания (проекты), позволяющие на практике применить полученные знания. Книга будет полезна всем, кто хочет разобраться, как работает компьютер. УДК 004.382.7 ББК 32.971.3 Title of English-language original: How Computers Really Work: A Hands-On Guide to the Inner Workings of the Machine, ISBN 9781718500662, published by No Starch Press Inc. 245 8th Street, San Francisco, California United States 94103. The Russian-Language 1st edition Copyright © 2022 by DMK Press Publishing under license by No Starch Press Inc. All rights reserved. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN 978-1-71850-066-2 (англ.) ISBN 978-5-97060-973-6 (рус.) © 2021 by Matthew Justice © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2022
Стр.5
СОДЕРЖАНИЕ Об авторе ...................................................................................................................... 6 О технических рецензентах....................................................................................... 6 Благодарности ............................................................................................................ 16 Введение ...................................................................................................................... 17 1 Принципы компьютерных вычислений ...............................23 Определение компьютера ........................................................................................ 24 Аналоговый и цифровой .......................................................................................... 24 Аналоговый подход ............................................................................................... 24 Переход на цифровые технологии .................................................................... 26 Системы счисления ................................................................................................... 27 Десятичные числа ................................................................................................. 28 Двоичные числа ..................................................................................................... 29 Биты и байты .............................................................................................................. 31 Префиксы ................................................................................................................... 32 Шестнадцатеричная система ................................................................................... 35 Выводы ........................................................................................................................ 39 2 Двоичный код в действии ......................................................40 Представление данных в цифровом виде .............................................................. 40 Цифровой текст .................................................................................................... 41 ASCII ........................................................................................................................ 42 Цвета и изображения в цифровом формате ..................................................... 44 Подходы к представлению цветов и изображений ......................................... 46 Интерпретация двоичных данных ..................................................................... 48 Двоичная логика ........................................................................................................ 49 Выводы ........................................................................................................................ 55 3 Электрические цепи ...............................................................56 Определение электрических терминов ................................................................. 57 Электрический заряд ............................................................................................ 57 Электрический ток ................................................................................................ 58 8 СОДЕРЖАНИЕ
Стр.9
Напряжение ........................................................................................................... 58 Сопротивление ...................................................................................................... 59 Аналогия с водой ................................................................................................... 59 Закон Ома.................................................................................................................... 60 Схемы электрических цепей ................................................................................... 61 Закон напряжения Кирхгофа .................................................................................. 64 Электрические цепи в реальном мире ................................................................... 66 Светоизлучающие диоды .......................................................................................... 69 Выводы ........................................................................................................................ 71 ПРОЕКТ № 1: Построение электрической цепи и измерения в ней .........72 ПРОЕКТ № 2: Построение простой схемы со светодиодом .......................78 4 Цифровые схемы ....................................................................81 Что такое цифровая схема? ...................................................................................... 81 Логика с помощью механических выключателей ................................................ 82 Удивительный транзистор ....................................................................................... 85 Логические вентили .................................................................................................. 88 Проектирование с помощью логических вентилей ................................................................................................ 91 Интегральные схемы ................................................................................................ 92 Выводы ........................................................................................................................ 95 ПРОЕКТ № 3: Построение логических операторов (И, ИЛИ) с помощью транзисторов ..............................................................96 ПРОЕКТ № 4: Построение схемы с логическими вентилями ....................98 5 Математика в цифровых схемах ...................................... 104 Двоичное сложение ................................................................................................. 105 Полусумматоры ........................................................................................................ 107 Полные сумматоры ..................................................................................................109 Четырехразрядный сумматор ................................................................................ 111 Знаковые числа ........................................................................................................ 112 Беззнаковые числа ................................................................................................... 117 Выводы ......................................................................................................................119 ПРОЕКТ № 5: Построение полусумматора ................................................120 6 Память и синхросигналы .................................................... 122 Последовательные логические схемы и память ................................................. 122 СОДЕРЖАНИЕ 9
Стр.10
SR-защелка ................................................................................................................. 123 Использование SR-защелки в схеме ...................................................................... 127 Синхросигналы ........................................................................................................ 130 JK-триггеры ............................................................................................................... 132 Т-триггеры ................................................................................................................ 133 Использование синхросигнала в трехбитном счетчике ................................... 134 Выводы ......................................................................................................................136 ПРОЕКТ № 6: Построение SR-защелки с использованием вентилей НЕ-ИЛИ .........................................................137 ПРОЕКТ № 7: Построение базовой схемы торгового автомата ..............139 ПРОЕКТ № 8: Добавление отложенного сброса в схему торгового автомата ..........................................................................140 ПРОЕКТ № 9: Использование защелки в качестве ручного синхросигнала ..............................................................143 ПРОЕКТ № 10: Тестирование JK-триггера .................................................146 ПРОЕКТ № 11: Построение трехбитного счетчика ..................................148 7 Аппаратное обеспечение компьютера ............................ 151 Обзор аппаратного обеспечения компьютера ................................................... 151 Оперативная память ............................................................................................... 153 Центральный процессор (CPU) ............................................................................ 157 Архитектура набора команд .............................................................................. 158 Внутреннее устройство процессора .................................................................161 Синхросигнал, ядра и кеш .................................................................................162 За пределами памяти и процессора ......................................................................166 Вторичное хранилище .......................................................................................166 Устройства ввода/вывода ..................................................................................168 Связь по шине .......................................................................................................... 171 Выводы ...................................................................................................................... 172 8 Машинный код и язык ассемблера .................................. 173 Определение программных терминов ................................................................. 173 Пример машинной инструкции ............................................................................ 175 Вычисление факториала в машинном коде......................................................... 177 Выводы ...................................................................................................................... 180 ПРОЕКТ № 12: Факториал на ассемблере ..................................................181 ПРОЕКТ № 13: Исследование машинного кода ........................................194 10 СОДЕРЖАНИЕ
Стр.11
9 Программирование высокого уровня .............................. 199 Обзор программирования высокого уровня .......................................................199 Введение в C и Python ............................................................................................. 201 Комментарии ............................................................................................................ 202 Переменные ............................................................................................................. 202 Переменные в C ................................................................................................... 203 Переменные в Python ......................................................................................... 204 Стек и куча ................................................................................................................ 205 Стек ........................................................................................................................ 205 Куча ........................................................................................................................ 207 Математика ............................................................................................................... 208 Логика ........................................................................................................................ 211 Побитовые операторы ....................................................................................... 212 Булевы операторы ............................................................................................... 213 Порядок выполнения программы......................................................................... 214 Операторы if ........................................................................................................ 215 Циклы ....................................................................................................................216 Функции .................................................................................................................... 217 Определение функций ....................................................................................... 218 Вызов функций .................................................................................................... 220 Использование библиотек ................................................................................. 221 Объектно-ориентированное программирование .............................................. 222 Компилируемый или интерпретируемый ........................................................... 223 Вычисление факториала в C .................................................................................. 225 Выводы ...................................................................................................................... 228 ПРОЕКТ № 14: Изучение переменных .......................................................229 ПРОЕКТ № 15: Изменение типа значения, на которое ссылается переменная в PYTHON ...........................................232 ПРОЕКТ № 16: Стек или куча ......................................................................233 ПРОЕКТ № 17: Напишите игру-угадайку ...................................................236 ПРОЕКТ № 18: Использование класса банковского счета в PYTHON .... 237 ПРОЕКТ № 19: Факториал на С ...................................................................239 10 Операционные системы ..................................................... 242 Программирование без операционной системы ............................................... 242 Обзор операционных систем ................................................................................ 244 Семейства операционных систем .........................................................................246 Режим ядра и режим пользователя .......................................................................249 СОДЕРЖАНИЕ 11
Стр.12
Процессы .................................................................................................................. 251 Потоки ....................................................................................................................... 253 Виртуальная память .................................................................................................256 Интерфейс прикладного программирования (API) ..........................................259 Пользовательский режим и системные вызовы .................................................262 API и системные вызовы ........................................................................................264 Программные библиотеки операционной системы ..........................................265 Двоичный интерфейс приложений .....................................................................268 Драйверы устройств ................................................................................................268 Файловые системы ..................................................................................................269 Службы и демоны ..................................................................................................... 270 Безопасность ............................................................................................................ 271 Выводы ...................................................................................................................... 272 ПРОЕКТ № 20: Исследование запущенных процессов .................................................................................272 ПРОЕКТ № 21: Создание потока выполнения и наблюдение за ним ......275 ПРОЕКТ № 22: Исследование виртуальной памяти .................................277 ПРОЕКТ № 23: Исследование API операционной системы .....................280 ПРОЕКТ № 24: Наблюдение за системными вызовами ............................283 ПРОЕКТ № 25: Использование GLIBC .......................................................284 ПРОЕКТ № 26: Просмотр загруженных модулей ядра .............................287 ПРОЕКТ № 27: Исследование устройств хранения данных и файловых систем .......................................................................................288 ПРОЕКТ № 28: Просмотр служб .................................................................289 11 Интернет .............................................................................. 290 Определение сетевых терминов ...........................................................................290 Набор интернет-протоколов .................................................................................292 Канальный уровень .............................................................................................295 Межсетевой уровень ...........................................................................................297 Транспортный уровень ....................................................................................... 301 Прикладной уровень ........................................................................................... 303 Путешествие по интернету .................................................................................... 304 Основополагающие возможности интернета.....................................................306 Протокол динамической настройки узла (DHCP) ......................................... 306 Частные IP-адреса и преобразование сетевых адресов ................................ 307 Система доменных имен .................................................................................... 308 Сеть – это вычисления ............................................................................................ 312 Выводы ...................................................................................................................... 312 12 СОДЕРЖАНИЕ
Стр.13
ПРОЕКТ № 29: Изучение канального уровня ............................................313 ПРОЕКТ № 30: Изучение межсетевого уровня .........................................315 ПРОЕКТ № 31: Изучение использования портов .....................................316 ПРОЕКТ № 32: Прослеживание маршрута до хоста в интернете ............318 ПРОЕКТ № 33: Узнайте свой арендованный IP-адрес ...............................319 ПРОЕКТ № 34: Является ли IP вашего устройства публичным или частным? .................................................................................................320 ПРОЕКТ № 35: Поиск информации в DNS .................................................321 12 Всемирная паутина ............................................................. 323 Обзор Всемирной паутины .................................................................................... 323 Распределенная паутина .................................................................................... 324 Адресуемая паутина ............................................................................................. 324 Связанная паутина ............................................................................................... 327 Веб-протоколы .................................................................................................... 327 Поиск в паутине ................................................................................................... 330 Языки Всемирной паутины .................................................................................... 331 Структурирование веб с помощью HTML ....................................................... 331 Стилизация веб-страниц с помощью CSS ........................................................ 334 Создание скриптов с помощью JavaScript ....................................................... 337 Структурирование данных в веб с помощью JSON и XML ........................... 339 Веб-браузеры ............................................................................................................. 342 Визуализация страницы ..................................................................................... 342 Строка агента пользователя (User Agent String ) ........................................... 344 Веб-серверы .............................................................................................................. 345 Выводы ...................................................................................................................... 348 ПРОЕКТ № 36: Исследование трафика HTTP ...........................................349 ПРОЕКТ № 37: Запуск собственного веб-сервера .....................................351 ПРОЕКТ № 38: Возврат HTML с вашего веб-сервера ...............................353 ПРОЕКТ № 39: добавление CSS на ваш сайт ..............................................355 ПРОЕКТ № 40: Добавьте JavaScript на свой сайт .......................................356 13 Современные вычислительные технологии ..................... 358 Приложения ............................................................................................................. 358 Нативные приложения.......................................................................................360 Веб-приложения ..................................................................................................362 Виртуализация и эмуляция ..................................................................................... 363 Виртуализация ..................................................................................................... 363 Эмуляция ...............................................................................................................365 СОДЕРЖАНИЕ 13
Стр.14
Облачные вычисления ............................................................................................366 История удаленных вычислений ......................................................................366 Категории облачных вычислений ....................................................................367 Невидимый веб и темный веб ............................................................................... 370 Биткоин ..................................................................................................................... 371 Основы биткоина ................................................................................................ 372 Биткоин-кошельки .............................................................................................. 372 Биткоин-транзакции ........................................................................................... 373 Майнинг биткоинов ............................................................................................ 374 Виртуальная и дополненная реальность ..............................................................376 Интернет вещей ....................................................................................................... 378 Выводы ...................................................................................................................... 380 ПРОЕКТ № 41: Использование PYTHON для управления схемой торгового автомата ..........................................................................381 Приложение А Ответы на упражнения ....................................................... 391 1-2: Двоичное в десятичное ...............................................................................391 1-3: Десятичное в двоичное ...............................................................................391 1-4: Из двоичной системы в шестнадцатеричную .......................................... 392 1-5: Из шестнадцатеричной в двоичную ..........................................................392 2-1: Создайте собственную систему представления текста ........................... 392 2-2: Кодировка и декодировка ASCII ................................................................ 393 2-3: Создание собственной системы представления градации серого ....... 393 2-4: Создание собственного подхода к представлению простых изображений ........................................................................................................394 2-5: Составление таблицы истинности для логической функции ...............396 3-1: Применение закона Ома .............................................................................396 3-2: Определите падение напряжения .............................................................397 4-1: Реализация логического ИЛИ (OR) с транзисторами ........................... 397 4-2: Проектирование схемы с логическими вентилями ................................ 398 5-1: Практика двоичного сложения ..................................................................398 5-2: Найдите дополнительный код ...................................................................399 5-3: Сложите два двоичных числа и их интерпретируйте их как знаковые и беззнаковые .........................................................................399 7-1: Вычислите необходимое количество битов ............................................399 8-1: Используйте свой мозг в качестве процессора ........................................ 400 9-1: Побитовые операторы ................................................................................ 402 9-2: Выполните программу на С в уме ............................................................... 403 11-1: Какие IP находятся в одной подсети? ..................................................... 404 11-2: Исследование распространенных портов.............................................. 404 12-1: Определение частей URL-адреса ............................................................. 405 14 СОДЕРЖАНИЕ
Стр.15
Приложение В Технические средства ......................................................... 406 Покупка электронных компонентов для проектов ............................................406 Названия микросхем серии 7400 ...................................................................... 407 Покупка .................................................................................................................409 Питание цифровых схем ........................................................................................ 410 Зарядное устройство USB .................................................................................. 410 Питание для макетной платы ............................................................................ 411 Питание от Raspberry Pi ..................................................................................... 412 Батарейки AA ....................................................................................................... 413 Поиск и устранение неисправностей в электронных схемах .......................... 414 Raspberry Pi ...............................................................................................................416 Почему Raspberry Pi? ...........................................................................................416 Необходимые детали .......................................................................................... 417 Настройка Raspberry Pi ...................................................................................... 418 Использование Raspberry Pi OS ........................................................................419 Работа с файлами и папками ............................................................................. 421
Стр.16

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
Антиплагиат система на базе ИИ