Как на самом деле работают компьютеры. Практическое руководство по внутреннему устройству машины

Об авторе О технических рецензентах Благодарности Введение 1 Принципы компьютерных вычислений Определение компьютера Аналоговый и цифровой Аналоговый подход Переход на цифровые технологии Системы счисления Десятичные числа Двоичные числа Биты и байты Префиксы Шестнадцатеричная система Выводы 2 Двоичный код в действии Представление данных в цифровом виде Цифровой текст ASCII Цвета и изображения в цифровом формате Подходы к представлению цветов и изображений Интерпретация двоичных данных Двоичная логика Выводы 3 Электрические цепи Определение электрических терминов Электрический заряд Электрический ток Напряжение Сопротивление Аналогия с водой Закон Ома Схемы электрических цепей Закон напряжения Кирхгофа Электрические цепи в реальном мире Светоизлучающие диоды Выводы ПРОЕКТ No 1: Построение электрической цепи и измерения в ней ПРОЕКТ No 2: Построение простой схемы со светодиодом 4 Цифровые схемы Что такое цифровая схема? Логика с помощью механических выключателей Удивительный транзистор Логические вентили Проектирование с помощью логических вентилей Интегральные схемы Выводы ПРОЕКТ No 3: Построение логических операторов (И, ИЛИ) с помощью транзисторов ПРОЕКТ No 4: Построение схемы с логическими вентилями 5 Математика в цифровых схемах Двоичное сложение Полусумматоры Полные сумматоры Четырехразрядный сумматор Знаковые числа Беззнаковые числа Выводы ПРОЕКТ No 5: Построение полусумматора 6 Память и синхросигналы Последовательные логические схемы и память SR-защелка Использование SR-защелки в схеме Синхросигналы JK-триггеры Т-триггеры Использование синхросигнала в трехбитном счетчике Выводы ПРОЕКТ No 6: Построение SR-защелки с использованием вентилей НЕ-ИЛИ ПРОЕКТ No 7: Построение базовой схемы торгового автомата ПРОЕКТ No 8: Добавление отложенного сброса в схему торгового автомата ПРОЕКТ No 9: Использование защелки в качестве ручного синхросигнала ПРОЕКТ No 10: Тестирование JK-триггера ПРОЕКТ No 11: Построение трехбитного счетчика 7 Аппаратное обеспечение компьютера Обзор аппаратного обеспечения компьютера Оперативная память Центральный процессор (CPU) Архитектура набора команд Внутреннее устройство процессора Синхросигнал, ядра и кеш За пределами памяти и процессора Вторичное хранилище Устройства ввода/вывода Связь по шине 8 Машинный код и язык ассемблера Определение программных терминов Пример машинной инструкции Вычисление факториала в машинном коде Выводы ПРОЕКТ No 12: Факториал на ассемблере ПРОЕКТ No 13: Исследование машинного кода 9 Программирование высокого уровня Обзор программирования высокого уровня Введение в C и Python Комментарии Переменные Переменные в C Переменные в Python Стек и куча Стек Куча Математика Логика Побитовые операторы Булевы операторы Порядок выполнения программы Операторы if Циклы Функции Определение функций Вызов функций Использование библиотек Объектно ориентированное программирование Компилируемый или интерпретируемый Вычисление факториала в C Выводы ПРОЕКТ No 14: Изучение переменных ПРОЕКТ No 15: Изменение типа значения, на которое ссылается переменная в PYTHON ПРОЕКТ No 16: Стек или куча ПРОЕКТ No 17: Напишите игру-угадайку ПРОЕКТ No 18: Использование класса банковского счета в PYTHON ПРОЕКТ No 19: Факториал на С 10 Операционные системы Программирование без операционной системы Обзор операционных систем Семейства операционных систем Режим ядра и режим пользователя Процессы Потоки Виртуальная память Интерфейс прикладного программирования (API) Пользовательский режим и системные вызовы API и системные вызовы Программные библиотеки операционной системы Двоичный интерфейс приложений Драйверы устройств Файловые системы Службы и демоны Безопасность Выводы ПРОЕКТ No 20: Исследование запущенных процессов ПРОЕКТ No 21: Создание потока выполнения и наблюдение за ним ПРОЕКТ No 22: Исследование виртуальной памяти ПРОЕКТ No 23: Исследование API операционной системы ПРОЕКТ No 24: Наблюдение за системными вызовами ПРОЕКТ No 25: Использование GLIBC ПРОЕКТ No 26: Просмотр загруженных модулей ядра ПРОЕКТ No 27: Исследование устройств хранения данных и файловых систем ПРОЕКТ No 28: Просмотр служб 11 Интернет Определение сетевых терминов Набор интернет-протоколов Канальный уровень Межсетевой уровень Транспортный уровень Прикладной уровень Путешествие по интернету Основополагающие возможности интернета Протокол динамической настройки узла (DHCP) Частные IP-адреса и преобразование сетевых адресов Система доменных имен Сеть – это вычисления Выводы ПРОЕКТ No 29: Изучение канального уровня ПРОЕКТ No 30: Изучение межсетевого уровня ПРОЕКТ No 31: Изучение использования портов ПРОЕКТ No 32: Прослеживание маршрута до хоста в интернете ПРОЕКТ No 33: Узнайте свой арендованный IP-адрес ПРОЕКТ No 34: Является ли IP вашего устройства публичным или частным? ПРОЕКТ No 35: Поиск информации в DNS 12 Всемирная паутина Обзор Всемирной паутины Распределенная паутина Адресуемая паутина Связанная паутина Веб-протоколы Поиск в паутине Языки Всемирной паутины Структурирование веб с помощью HTML Стилизация веб-страниц с помощью CSS Создание скриптов с помощью JavaScript Структурирование данных в веб с помощью JSON и XML Веб-браузеры Визуализация страницы Строка агента пользователя (User Agent String ) Веб-серверы Выводы ПРОЕКТ No 36: Исследование трафика HTTP ПРОЕКТ No 37: Запуск собственного веб-сервера ПРОЕКТ No 38: Возврат HTML с вашего веб-сервера ПРОЕКТ No 39: добавление CSS на ваш сайт ПРОЕКТ No 40: Добавьте JavaScript на свой сайт 13 Современные вычислительные технологии Приложения Нативные приложения Веб-приложения Виртуализация и эмуляция Виртуализация Эмуляция Облачные вычисления История удаленных вычислений Категории облачных вычислений Невидимый веб и темный веб Биткоин Основы биткоина Биткоин-кошельки Биткоин-транзакции Майнинг биткоинов Виртуальная и дополненная реальность Интернет вещей Выводы ПРОЕКТ No 41: Использование PYTHON для управления схемой торгового автомата Приложение А Ответы на упражнения 1-2: Двоичное в десятичное 1-3: Десятичное в двоичное 1-4: Из двоичной системы в шестнадцатеричную 1-5: Из шестнадцатеричной в двоичную 2-1: Создайте собственную систему представления текста 2-2: Кодировка и декодировка ASCII 2-3: Создание собственной системы представления градации серого 2-4: Создание собственного подхода к представлению простых изображений 2-5: Составление таблицы истинности для логической функции 3-1: Применение закона Ома 3-2: Определите падение напряжения 4-1: Реализация логического ИЛИ (OR) с транзисторами 4-2: Проектирование схемы с логическими вентилями 5-1: Практика двоичного сложения 5-2: Найдите дополнительный код 5-3: Сложите два двоичных числа и их интерпретируйте их как знаковые и беззнаковые 7-1: Вычислите необходимое количество битов 8-1: Используйте свой мозг в качестве процессора 9-1: Побитовые операторы 9-2: Выполните программу на С в уме 11-1: Какие IP находятся в одной подсети? 11-2: Исследование распространенных портов 12-1: Определение частей URL-адреса Приложение В Технические средства Покупка электронных компонентов для проектов Названия микросхем серии 7400 Покупка Питание цифровых схем Зарядное устройство USB Питание для макетной платы Питание от Raspberry Pi Батарейки AA Поиск и устранение неисправностей в электронных схемах Raspberry Pi Почему Raspberry Pi? Необходимые детали Настройка Raspberry Pi Использование Raspberry Pi OS Работа с файлами и папками An approachable, hands-on guide to understanding how computers work, from low-level circuits to high-level code.How Computers Really Work is a hands-on guide to the computing ecosystem: everything from circuits to memory and clock signals, machine code, programming languages, operating systems, and the internet.But you won't just read about these concepts, you'll test your knowledge with exercises, and practice what you learn with 41 optional hands-on projects. Build digital circuits, craft a guessing game, convert decimal numbers to binary, examine virtual memory usage, run your own web server, and more.Explore concepts like how to:Think like a software engineer as you use data to describe a real world conceptUse Ohm's and Kirchhoff's laws to analyze an electrical circuitThink like a computer as you practice binary addition and execute a program in your mind, step-by-stepThe book's projects will have you translate your learning into action, as you:Learn how to use a multimeter to measure resistance, current, and voltageBuild a half adder to see how logical operations in hardware can be combined to perform useful functionsWrite a program in assembly language, then examine the resulting machine codeLearn to use a debugger, disassemble code, and hack a program to change its behavior without changing the source codeUse a port scanner to see which internet ports your computer has openRun your own server and get a solid crash course on how the web worksAnd since a picture is worth a thousand bytes, chapters are filled with detailed diagrams and illustrations to help clarify technical complexities.Requirements: The projects require a variety of hardware - electronics projects need a breadboard, power supply, and various circuit components; software projects are performed on a Raspberry Pi. Appendix B contains a complete list. Even if you skip the projects, the book's major concepts are clearly presented in the main text. An approachable, hands-on guide to understanding how computers work, from low-level circuits to high-level code. How Computers Really Work is a hands-on guide to the computing everything from circuits to memory and clock signals, machine code, programming languages, operating systems, and the internet. But you won't just read about these concepts, you'll test your knowledge with exercises, and practice what you learn with 41 optional hands-on projects. Build digital circuits, craft a guessing game, convert decimal numbers to binary, examine virtual memory usage, run your own web server, and more. Explore concepts like how The book's projects will have you translate your learning into action, as And since a picture is worth a thousand bytes, chapters are filled with detailed diagrams and illustrations to help clarify technical complexities. The projects require a variety of hardware - electronics projects need a breadboard, power supply, and various circuit components; software projects are performed on a Raspberry Pi. Appendix B contains a complete list. Even if you skip the projects, the book's major concepts are clearly presented in the main text. "A book that introduces readers to the fundamentals of hardware and software. It covers foundational aspects of computing, from binary and circuit design to the internet and modern computing, and includes a mix of exercises and hands-on activities"-- Provided by publisher