1.4 电流是怎样形成的

电压的存在是导致电流产生的原因

通常，衡量一个电源的重要指标是它的电压，也就是它产生电的能力。不同的电源，所提供的电压也不相同。

2.3 二进制数就是比特串

对于单个的二进制数位，它们都只有一个称呼“比特”，每个比特具有两个可能的值：0 或者 1。

3.3 使用全加器来构造加法机

为了表明这个电路的用途，我们在图的中间加了一个符号“∑”。在数学中，这个符号用来表示“加”，它的读音是“西格马”。

4.5 爱迪生大战交流电

与直流电不同，交流电的方向和大小都是不断变化的。要想了解直流电和交流电之间有哪些不同，使用图形可能是最直观的方法，也是工程上常用的方法。

7.2 反馈和振荡器

把一个非门的输出取出一部分来，同时又作为它的输入，这样就形成了一个反馈。

一个非门，再加上反馈之后，就能产生一连串交替变化的输出，使得与之相连的灯泡一亮一灭，很像一把振动的直尺或一个来回游荡的秋千，在两个端点之间来回运动。作为一种类比，像这种东西，在电子技术领域里叫做振荡器。

如果每秒出现 5 个脉冲，那么频率就是 5Hz，周期为 0.2 秒。

7.3 电子管时代

发明振荡器，最早的目的是为了向天空中扬撒电磁波。在 20 世纪之前人们就知道，要想产生电磁波，必须使电流以极高的速度不断变化，而要产生高速变化的电流，振荡器可以做到这一点。

电子三极管的放大效果不是无端地凭空产生的，这个放大后的能量来自于电源，它只是一个转换器。

7.4 记忆力非凡的触发器

我做了一件事，写了一些东西，加上了读者的反馈之后，触发了一连串的事情，产生了完全不同的结果。也正是因为这样，我们刚刚讲的这个电路，称为触发器。

8.1 能保存一个比特的触发器

普通的电路，以及常规的逻辑门都有一个共性，那就是输出直接依赖于输入，当输入消失的时候，输出也跟着不存在了。触发器不同，当它触发的时候，输出会发生变化。但是，当输入撤销之后，输出依然能够维持。

8.3 揭开走马灯之谜

不把振荡器和灯泡算在内，一个走马灯电路通常称为循环移位寄存器。所谓“寄存”的意思是临时存放，就像火车站旁边的物品寄存处。俗话说“铁打的营盘流水的兵”，触发器随时会根据需要而保存新的比特（如果你希望得到一个不变的 0 和 1，干吗还要使用触发器），仿佛这些比特都是临时寄存在触发器里。当若干个触发器组合在一起，可以同时保存许多比特时，就称为寄存器。

9.2 晶体管时代

因为硅和锗是晶体，所以这个具有单向导电性的装置就叫晶体二极管。

在发明晶体二极管没多久，人们就发现如果在半导体中掺入砷、镓等原子，制作出来的晶体二极管就会发光，称为发光二极管（LED）

也就是说，这个新的半导体材料像电子三极管一样，具有放大作用。相应的，它被称为晶体三极管。

10.1 把一大堆数加起来

在逻辑电路里，大家共用的公共线路称为总线。

11.1 咸鸭蛋坛子和存储器

我们这个存储器，你可以随机地、任意地决定访问哪个存储单元，不管访问哪个存储单元，所花的时间都一样，和地址没有关系。正是因为这样，我们通常称之为“随机访问存储器”，或者“自由存取存储器”，用英文来说就是 Random Access Memory，简称 RAM。由于组成它的细胞是触发器，而这种东西就怕断电，不管它记下的是什么，只要一断电就全完蛋了，因此属于易失性存储器。

11.5 全自动计算

计算机要想可靠地工作，指令的正确性至关重要。在存储器里，指令和普通的二进制数没有区别，但它们却有着独特的含义和用途。指令的数量是有限的，所以并非任意一个二进制比特串都代表一条指令。比如，1000100100 可能是某台计算机的一条指令，但 1000011110 则可能不是。如果计算机执行了并非指令的“指令”，指令译码器将不能输出正确的信号给控制器，整个计算机也就瘫痪了。

12.1 更多的计算机指令

从程序员的角度来看，这台机器的内部构造是次要的。在他们眼里，这台机器只有三样东西有价值。第一样，是存储器，因为他们需要在这里编程；第二样，是加法器，因为它是数学计算实际进行的地方，是扑克牌里的皇后。最后一样对程序员来说尤其重要，它就是寄存器 RA。原因很简单，他们可以不知道指令是怎么执行的，但绝对要知道机器把执行的结果放到哪里了。

12.3 现代计算机的大体特征

字长表示一台计算机在一次操作中可以处理的二进制比特数。换句话说，就是每个寄存器可以保存的二进制数是几个比特，或者加法器每次计算的二进制数是几个比特。原则上，对计算机的字长没有任何规定和限制，4 比特、6 比特、20 比特，等等，都是可以的。

任意两个寄存器之间，或者寄存器和存储单元之间，都可以互相装载数据。

现代计算机还会根据一条指令的执行情况产生各种标志，比如我们已经熟悉的进位标志。其他的标志还包括计算结果为 0、结果中 1 的个数为奇数/偶数，等等。这些标志可以用于跳转指令，或者其他想要参考这些标志的指令。

对于任何一种类型的计算机来说，它的指令在种类和数量上都是有限的，但是不管有多少，它所能执行的所有指令，称为这种计算机的指令集。

13.3 流水线和高速缓存技术

为了加以区分，和中央处理器最近的存储器通常称为主存储器，或者内存储器，简称内存。

除了流水线，另一个被用来平衡处理器和内存速度的手段是使用高速缓存技术，字面上的意思是速度很快的缓冲存储器。类似于蓄水池，这种技术基于计算机运行的一个特点——局部性。通俗地说，局部性的意思是，程序在被执行的过程中常常会访问最近刚刚访问过的数据，或者该位置附近的数据。

13.4 掌上游戏机和手机就是计算机

不管任何东西，只要稍微有一点智能的——从录音笔、微波炉调温装置、电冰箱，再到电子表、手机和游戏机，都需要用到微处理器和一小块内存储器，也需要一些编排精巧的指令。你能说，那些大家伙叫计算机，而这些东西就不叫计算机吗？

14.1 计算机同外部的接口

为了在外部设备和计算机核心之间传送数据，需要在这两者之间连线，并构造逻辑电路。在逻辑电路里，有一些寄存器，通常称之为 I/O 端口，或直接称为端口。当中央处理器有话要对外部设备说时，就把它放在端口上，由后者取走；当外部设备也有话要跟中央处理器说时，也照此办理。从形式上看，端口类似于企事业单位门口的传达室。

15.1 打开电源并启动计算机

除了加电自检指令，ROM 中还包含一些访问外部设备的指令，我们可以用这些指令来访问设备而不必亲自编写，因为我们可能不熟悉如何与这些设备打交道。传统上，这就是设备驱动程序。

同时，这些设备驱动程序仅仅提供最基本的功能，以保守的方式使用对应的外部设备。正因为如此，该 ROM 更多地被称为基本输入/输出系统 BIOS（Basic Input/Output System）。

15.4 操作系统的功能

多用户和多任务是依靠处理器和操作系统共同完成的，前者提供像中断这样的硬件支持；后者则在软件上予以配合和扩展。

16.3 图像、音乐和视频

经过 MPEG 压缩后，组成视频的帧不再是传统意义上的静止图像那么简单。事实上，这些帧分为三种。第一种是参考帧，它是独立的，理论上包含完整的画面信息；后面两种类型的帧是不完整的，不能独立存在，要依赖于前面的帧、后面的帧，或者参考帧。最后，MPEG 的压缩比可以达到 150:1。一般来说，能达到 90:1 已经算是不错。