现代计算机系统的软硬件架构十分复杂，是所有IT相关技术的根源。本书尝试从原始的零认知状态开始，逐 步从最基础的数字电路一直介绍到计算机操作系统以及人工智能。本书用通俗的语言、恰到好处的疑问、符合原生 态认知思维的切入点，来帮助读者洞悉整个计算机底层世界。本书在写作上遵循“先介绍原因，后思考，然后介绍 解决方案，最终提炼抽象成概念”的原则。全书脉络清晰，带领读者重走作者的认知之路。本书集科普、专业为一 体，用通俗详尽的语言、图表、模型来描述专业知识。 本书内容涵盖以下学科领域：计算机体系结构、计算机组成原理、计算机操作系统原理、计算机图形学、高性 能计算机集群、计算加速、计算机存储系统、计算机网络、机器学习等。 本书共分为12章。第1章介绍数字计算机的设计思路，制作一个按键计算器，在这个过程中逐步理解数字计 算机底层原理。第2章在第1章的基础上，改造按键计算器，实现能够按照编好的程序自动计算，并介绍对应的处 理器内部架构概念。第3章介绍电子计算机的发展史，包括芯片制造等内容。第4章介绍流水线相关知识，包括流 水线、分支预测、乱序执行、超标量等内容。第5章介绍计算机程序架构，理解单个、多个程序如何在处理器上编 译、链接并最终运行的过程。第6章介绍缓存以及多处理器并行执行系统的体系结构，包括互联架构、缓存一致性 架构的原理和实现。第7章介绍计算机I/O基本原理，包括PCIE、USB、SAS三大I/O体系。第8章介绍计算机 是如何处理声音和图像的，包括3D渲染和图形加速原理架构和实现。第9章介绍大规模并行计算、超级计算机原 理和架构，以及可编程逻辑器件（如FPGA等）的原理和架构。第10章介绍现代计算机操作系统基本原理和架构， 包括内存管理、任务调度、中断管理、时间管理等架构原理。第11章介绍现代计算机形态和生态体系，包括计算、 网络、存储方面的实际计算机产品和生态。第12章介绍机器学习和人工智能底层原理和架构实现。 本书适合所有IT行业从业者阅读，包括计算机（PC/服务器/手机/嵌入式）软硬件及云计算/大数据/人工 智能等领域的研发、架构师、项目经理、产品经理、销售、售前。本书也同样适合广大高中生科普之用，另外计算 机相关专业本科生、硕士生、博士生同样可以从本书中获取与课程教材截然不同的丰富营养。

冬瓜哥（张冬），现任某半导体公司系统架构师，喜钻研，著有《大话存储》系列图书。

前 言 各位读者朋友，欢迎阅读本书，开启计算机内部奇妙世界的旅程。本书完全从零开始介绍计算机是如何运 行的，从基本的电路一直介绍到操作系统内核再到机器学习与人工智能。但是本书并不会像大众科普读物那样 点到为止，而是要层层剥开计算机体系中的每一层，一直到看透为止，达到从入门到精通的效果。 本书特点如下。 1. 绝对从初学者角度出发，看了不迷茫、不撕书、不会骂作者（我也不想被人骂）。 2. 介绍事物绝对庖丁解牛，轻易不留“坑”，不得已留了则必填。 3. 带着思考来写作，促发读者思考；问题导向，带着解决问题过程来写。 4. 事物之间带有前因后果关联，而不是孤立地介绍，整本书从第一页到最后一页有一条清晰的因果脉络。 5. 全局框架和局部细节兼顾，大而全，深而细，就像一部精美的游戏，宏观场景震撼，局部细节惊艳！ 6. 覆盖面极广，涵盖多个领域关键知识：数字电路、模拟电路、计算机体系结构、计算机组成原理、操作 系统原理、计算机图形学、高性能计算机集群/超级计算机、信号与系统、存储系统、网络/通信系统、机器学 习与人工智能等。 7. 随便点选任何一页的任何一段，都是精彩和拥有丰富细节的内容。 8. 注重大框架的建立，让读者阅后成竹在胸。 9. 便于自学，看文字就像是在聆听作者当面讲授。 10. 图片细节丰富，带有事物运行的流程，其过程是动态的而不是静态的。 具有高中以上学历者就可以阅读本书。本书可作为家长赠予正值高中阶段孩子的礼物，或许能够让他们不 再在网游中虚度光阴。本书也可以作为高中、技校、大学、科研...