编码 隐匿在计算机软硬件背后的语言

永不褪色的计算机科学经典著作

编码隐匿在计算机软硬件背后的语言

Code:The Hidden Language of

Computer Hardware and Software

[美]Charles Petzold 著

左飞薛佟佟译

Broadview www.broadview.com.cn

Microsoft

電子工業出版社PUBLISHING HOUSE OF ELECTRONICS INDUSTRYhttp://www.phei.com.cn

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隐匿在计算机软硬件背后的语言

Code:The Hidden Language of Computer Hardware and Software

[美] Charles Petzold 著 左飞薛佟佟译

電子工業出版社

Publishing House of Electronics Industry 北京·BEIJING

内容简介

这是一本讲述计算机工作原理的书。不过，你千万不要因为“工作原理”之类的字眼就武断地认为，它是晦涩而难懂的。作者用丰富的想象和清晰的笔墨将看似繁杂的理论阐述得通俗易懂，你丝毫不会感到枯燥和生硬。更重要的是，你会因此而获得对计算机工作原理较深刻的理解。这种理解不是抽象层面上的，而是具有一定深度的，这种深度甚至不逊于“电气工程师”和“程序员”的理解。

不管你是计算机高手，还是对这个神奇的机器充满敬畏之心的菜鸟，都不妨翻阅一下本书，读一读大师的经典作品，必然会有收获。

Original English language Edition ©2000 by Charles Petzold. All rights reserved. Chinese edition published by arrangement with the original publisher, Microsoft Corporation, Redmond, Washington, U.S.A.

本书中文简体版专有出版权由Microsoft Corporation授予电子工业出版社，专有出版权受法律保护。

版权贸易合同登记号图字：01-2009-3031

图书在版编目（CIP）数据

编码：隐匿在计算机软硬件背后的语言/（美）佩措尔德（Petzold,C.）著；左飞，薛佟佟译.

北京：电子工业出版社，2012.10

书名原文：Code: The Hidden Language of Computer Hardware and Software

ISBN 978-7-121-18118-4

Ⅰ. ①编…Ⅱ. ①佩…②左…③薛…ⅢI. ①计算机科学—理论 Ⅳ. ①TP3-0

中国版本图书馆 CIP数据核字(2012)第204356号

策划编辑：刘皎

责任编辑：许艳

印 刷：三河市双峰印刷装订有限公司

装订：三河市双峰印刷装订有限公司

出版发行：电子工业出版社

北京市海淀区万寿路173信箱 邮编100036

开本：720×1000 1/16 印张：27.25字数：442千字

印次：2012年10月第1次印刷

定价：59.00元

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编码（biān mǎ）

1. a. 一种在信息传输过程中用来表述字母或数字的信号系统。b. 由被赋予了一定主观意义的符号、字母以及单词所组成的系统，该系统可用于传输需要保密的或简短的信息。

1. 一种由若干符号和规则组成的系统，用来向计算机表述指令。——摘自《美国传统英语词典》

code (kod) ..

1. a. A system of signals used to represent letters or numbers in transmitting messages.

b. A system of symbols, letters, or words given certain arbitrary meanings, used for transmitting messages requiring secrecy or brevity.

1. A system of symbols and rules used to represent instructions to a computer...

— The American Heritage Dictionary of the English Language

推荐序

《道德经》有云：大方无隅，大象无形，也就是老子所说“道”的至高境界。世界上最恢宏、壮丽的气派和境界，往往并不拘泥于一定的事物和格局，而是表现出“气象万千”的面貌和场景，科学知识的论述也是如此。科学不一定等同于晦涩和深奥，最复杂的理论也可用最简单的方式描述。这就是普遍存在于现实世界的辩证的、朴素的唯物主义精神。

我想 Charles Petzold 就是这样一位智者。作为 Windows 编程界开创者之一和世界顶级的技术专家，他在Windows编程方面著述丰富，在基础计算机理论书籍方面也取得了卓尔不凡的成就。他善用丰富的想象和清晰的笔墨将看似繁杂的理论描述得生动、简单，使读者不会感到枯燥和生硬。尤其这本畅销多年、经久不衰的《编码隐匿在计算机软硬件背后的语言》(Code：The Hidden Language of Computer Hardware and Software)更是化腐朽为神奇，改晦涩为通俗之杰作。即使读者不是计算机专业的人士，在Petzold笔墨的引导之下，也能够轻松阅读该书。书中使用像电线、电灯泡、触发器等这些非常常见的零件，拼拼接接，最后令人惊异地建造了一台电子计算机。读者在阅读过程中，循序渐进地学习有关计算机系统基础和构造的知识，作者的奇思妙想和妙趣横生的讲述方式不得不令人赞叹。

透过现象进而探索本质可以发现新事物；将复杂的事物简单化，可以发现解决问题的新方法。作者将那些看似复杂的理论转换成我们熟悉的诸多景象，使读者不由自主地跟随他的思路打造这台只有电线、电灯泡和触发器组构成的庞大的计算机系统。

IV

我阅读了本书的译稿，并非常欣喜地将其推荐给每一位读者，我相信读者都能获益良多。本书的译者做了一件非常有意义的事情，将一部优秀的作品介绍给读者。他们严谨的工作将本书诠释得非常出色，使之在不丧失原作风采的基础上更贴合中国读者的习惯。

最后，我还是想将《道德经》上的两句话来送给各位读者—“为学日益，为道日损，损之又损，以至于无为，无为而无不为”。衷心希望各位读者有朝一日都能够在学问上到达无为而治的境界。

Cth.

2009.8.

丁秋林教授，博士生导师，南京航空航天大学信息科学与技术学院和机电工程学院资深教授。英国皇家航空学会高级会员、英国剑桥世界名人录传记人物（IBC Cambridge the28thEdition）、美国世界名人录传记人物（Who's Who in the World the 16th Edition）、国际高级制造技术杂志编辑部成员（Springer）。

VA

译者序

在想到要给《编码—隐匿在计算机软硬件背后的语言》(Code: The Hidden LanguageofComputer Hardware and Software)写一篇序言的时候，内心就不由得激动起来。能够翻译这部经典之作实属吾辈之荣幸。早在一年多之前，电子工业出版社的编辑跟我提到这本书的翻译之事时，我便有颇大的兴趣。一是由于该书作者CharlesPetzold的鼎鼎大名，二是由于该部作品本身内容之不凡。

作为 Windows 编程界的一位传奇人物，Charles Petzold早在1994 年就作为仅有的七人之一（并且是唯一的作家）被《视窗杂志》和Microsoft 公司授予Windows Pioneer奖。而作为一名世界顶级的技术作家，他的大作 Programming Windows 则是尽人皆知的 Win32API编程经典，是学习 Windows 编程的必读之作。令我们欣喜的是，除了Windows程序设计方面的著作，Petzold还撰写了这部讲述计算机工作原理的书籍，而且同样堪称经典。

本书的翻译过程漫长而又愉快，书中的精彩内容不断给我们以惊喜。Petzold采用的叙述方式奇特却又如此自然，他首先从历史的角度审视了计算机技术的发展脉络，继而自底向上地将计算机体系结构方面的知识娓娓道来。在Petzold的笔触下，导线、灯泡以及触发器等简单部件，通过精妙的组装，竟然构建出了一台电子计算机，令我们在翻译的过程中不禁有动手一试的冲动，但总是又被他精彩的笔触所吸引而欲罢不能。Petzold在这本技术书籍里旁征博引，从美国当红的影评人到百年之前的布莱叶盲文，从史密斯·索尼亚的滑尺到冯·诺依曼的构想，从石破天惊的论文《思维之际》到图形化革命，看似信手拈来，然则处处别出心裁。

VI

这些被有机结合起来的零星知识，仿佛又把我带回了大学的课堂。所涉及的问题包括计算机体系结构、汇编语言及数字电子技术等等。那些已经久远而又模糊的知识骤然间变得异常清晰而且格外生动。这些知识原本只会出现在高校的计算机专业课堂里，令人惊奇的是，尽管遍布于世界各地的本书读者往往有着各不相同的专业背景，而这却丝毫不影响本书内容所带给他们的震撼！

所谓经典，就是历尽岁月的洗涤，依然毫不褪色，然其光彩却历久弥新。我想本书被奉为经典之作当之无愧。

为了能够将该书的精彩原原本本地呈现给广大中国读者，并在保证质量的前提下力争让该书早日与广大读者见面，本书的译者始终秉持着谨慎严肃的态度，对许多词句都推敲再三，力求精益求精。在此期间，我们得到了许多师长和友人的支持与帮助，感激之情溢于言表。特别是南京航空航天大学丁秋林教授，他对我们的翻译工作给予了极大的支持，并欣然为本书提笔作序，在此我们对丁教授表示诚挚的谢意。

参与本书翻译工作的人员还有初甲林、刘悦、高新、高阳、邓明强和赵德志。此外赵学健、欧阳键两位博士也参与了部分章节的审校工作，在此也向他们一并表示感谢。

在本书即将付梓之际，除了激动喜悦之外，译者又多了一份惶恐，尽管我们几经校对，并在翻译过程中始终以谨慎求实的态度对一些技术细节和翻译方式反复讨论，力求表意准确。然而限于时间仓促，纰漏和欠缺之处在所难免，言语之中有失偏颇之处，还望读者不吝赐教和批评。联系信箱：beckham@vip.163.com。

薛佟佟

2009年秋于南京

VII

作者序

在真正开始撰写这本书之前，纷繁的思绪在我的脑海中已经萦绕了近十年之久。但从着手写作，一直到出版，我不断反复地问着自己一个问题：这本书是讲什么的？

关于这个问题我总是找不到合适的答案。我想说：“这本书将带领大家通过一段信息技术革命的旅程重新感触现代计算机技术。”语毕，我内心纠结，这个回答真的将这本书的内容完整诠释出来了吗？

最后我不得不承认：“这本书其实是讲述计算机如何工作的。”

我之所以有些底气不足，那是因为我已经猜到了某些读者的反应：“嗨，这种书我早就读过了。”但我会立刻告诉他：“不，这种书你并没有读过。”对于这点，我坚信不疑。因为这本书并不是讲“计算机如何—工作”。书中并没有用一张又一张描述磁盘的插图，用各种箭头解释数据是如何被输送到计算机的，书里面也没有装载着一节又一节“0，1数据”的“火车”图片。明喻与暗喻是文学描述中精妙的辅助手段，但它们常常掩盖了科学技术的真正光芒。

我还听过另一个说法：“人们不愿意了解计算机如何工作。”对于这句话我毫无保留地赞同，因为就我个人来说，也是在不经意之间才体会到理解事物如何运作这一过程是多么有趣。但是这并不意味着我对世上一切事物的运作机制都感兴趣，都有所了解，因此我绝对不会在任何场合向大家解释我房间里冰箱的工作原理。

然而与此同时，经常有人向我问起一些涉及计算机内部运行机理的问题。一个常见

VIII

的例子就是：“存储器（storage)’与‘内存（memory）’有何区别？”

对于计算机用户而言，这个问题要是搞不清楚，的确“寸步难行”，可以看到，市场上考察个人计算机的存储性能，最主要的就是这两个概念。即便对于最初级的计算机用户来说，他们也一定需要了解到底多少“兆字节”或多少“吉字节”的存储器才能应对运行在其上的程序。如果进一步去思考，这些初级用户或许更加想了解计算机中的“文件”是什么概念，甚至连带这些文件如何从存储器加载进内存，又如何从内存存储到存储器，他们也非常期望学习这些知识。

像这类“存储器-内存”问题的解答大都使用类比法：“内存就好比你的办公桌，而存储器就好比你的文件柜。”就问题本身而言，它的确给出了满意的回答。但我对此答案并不满意，主要原因在于这个答案将计算机的体系结构与办公室的结构等同起来，但是内存与存储器的区别其实是在逻辑层面上的，它体现着计算机体系结构的实际需求与存储器客观性能之间的矛盾，简单地说就是我们找不到一种同时具备这两种存储器所有优点的存储媒介，这些优点就包括存储速度块、存储容量大、非易失性等等。今天的计算机都采用“冯·诺依曼体系结构”五十年来它一直是计算机体系结构的主导，而内存与存储器的区分也正是由于这种体系结构的不足所导致的。

还有一些计算机用户问我这样一个问题：“为什么Macintosh环境下的程序不能在Windows下运行？”我想立刻回答这个问题，但在我刚刚张开嘴的时候就立刻意识到，这个问题涉及太多的技术细节，要想彻底搞清楚，那提问的这位朋友也一定非准备和我来一次“茶话会”不可。

我希望这本书能够成为大家理解这些问题的“助手”，这种理解我希望不是抽象层面上的，而是具有一定深度的，这种深度甚至不逊于“电气工程师”和“程序员”的理解。我同时也非常希望大家能够理解：计算机是二十世纪技术领域的“登峰造极之作”，它是一种值得欣赏、具有“美”学文化底蕴的人类伟大成果，这种“美”不需要明喻与暗喻的额外修饰。

计算机拥有与生俱来的层次化体系结构，这种结构的底层是晶体管，其顶层则是计算机显示器上所呈现的信息。自底向上分析该结构的每一层这也是本书的编写结构其实这一切并没有人们想象中那么难。当然，现代计算机的内部结构不断推陈出新，但其本质上仍然是一些常见且简捷的操作集合。

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