Мэттью Джастис - Как на самом деле работают компьютеры

Мэттью Джастис

КАК НА САМОМ
ДЕЛЕ РАБОТАЮТ
КОМПЬЮТЕРЫ

HOW COMPUTERS
REALLY WORK
by Matthew Justice

San Francisco

КАК НА САМОМ
ДЕЛЕ РАБОТАЮТ
КОМПЬЮТЕРЫ
Мэттью Джастис

Москва, 2022

УДК 004.382.7
ББК 32.971.3
Д40

Д40

Мэттью Джастис
Как на самом деле работают компьютеры. Практическое руководство по
внутреннему устройству машины / 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 © [year] 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.) © 2021 by Matthew Justice
ISBN 978-5-97060-973-6 (рус.) © Оформление, издание, перевод,
ДМК Пресс, 2022

Посвящается моей семье, которая верила в меня,
когда я пробовал что-то новое

Об авторе
Мэттью Джастис – инженер-программист. Он проработал 17 лет в компании Microsoft, где выполнял различные работы, включая отладку ядра
Windows, автоматизацию исправления ошибок и руководство группой
специалистов, ответственных за создание диагностических инструментов и сервисов. Он работал над низкоуровневым программным обеспечением (операционная система) и над программным обеспечением
высокого уровня, удаленным от основного оборудования (например,
веб-приложения). Мэттью имеет научную степень в области электротехники. Когда он не занят написанием кода или сбором схем, Мэттью
любит проводить время с семьей, ходить в горы, читать, создавать музыкальные аранжировки и играть в старые видеоигры.

О технических рецензентах
Доктор Билл Янг – доцент кафедры вычислительной техники Техасского университета в Остине. До поступления в Техасский университет
в 2001 году он имел 20-летний опыт работы в данной отрасли. Он специализируется на формальных методах программирования и на компьютерной безопасности, но среди прочих курсов также часто преподает
и компьютерную архитектуру.
Брайан Вильгельм – инженер-программист. Он имеет научные степени по математике и информатике и работает в Microsoft уже 20 лет,
выполнив за это время самые разные работы – от отладки ядра Windows
до разработки бизнес-приложений. Он любит читать, смотреть научнофантастические фильмы и слушать классическую музыку.
Джон Хьюз начал собирать электрические цепи уже в раннем возрасте, а будучи подростком, перешел к проектам по электронике. Позже
он получил научную степень по физике и продолжил развивать свой
интерес к электронике, помогая школьникам с их проектами, пока работал ассистентом по науке. Джон преподавал электронику и физику
вплоть до профессионального уровня в Великобритании и руководил
школьным клубом электроники для детей в возрасте от 11 до 18 лет,
создав сайт http://www.electronicsclub.info/ для поддержки клуба. Он считает, что каждый может получить удовольствие от создания проектов
по электронике независимо от возраста и способностей.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Благодарности............................................................................................................. 13
Введение....................................................................................................................... 31
1. Принципы компьютерных вычислений............................................................. 13
2. Двоичный код в действии..................................................................................... 31
3. Электрические цепи............................................................................................... 46
4. Цифровые схемы.................................................................................................... 68
5. Математика в цифровых схемах.......................................................................... 92
6. Память и --">