硅基生物進化論 : 從0 和1 開始

張閩 著

北京：科學(xué)出版社，2026.1

ISBN 978-7-03-084254-1

當(dāng)下最火的話題是什么？ ChatGPT 、 AI 編程、自動駕駛、機器人等，我們每天都在用電腦、手機和各種智能設(shè)備，卻很少有人真正搞明白計算機底層是如何運作的。從 0 和 1 開始，親手搓一臺 CPU 和小型計算機，其實遠比你想象的簡單，任何一個普通人（只要你會加減乘除計算就行），就能理解底層計算機的運行原理。開篇我先提幾個問題，且這些問題都可以在書中找到答案：

① 一臺計算機，到底是怎么動起來的？

② 屏幕背后那一串串 0 和 1 信號究竟在做什么？

③ CPU 、寄存器、指令集，和我這種普通人有什么關(guān)系？

④ 為什么我們需要編譯器？

⑤ 操作系統(tǒng)在計算機中的角色是什么？

⑥ 物理世界如何和計算機交互對話的？

很多人一提“計算機原理”，腦子里立刻浮現(xiàn)出：晦澀公式、密密麻麻的電路圖、半懂不懂的名詞堆疊……。于是，本該點燃好奇心的第一堂課，常常成了“勸退大會”。 而這本書，想做 的正是相反的一件事：把“ CPU 和計算機是怎么工作的”這件事，講成任何人都能看懂、還能照著做一遍的實戰(zhàn)旅程。這就是《硅基生物進化論：從 0 和 1 開始》。

? 本書不講公式，它有兩個關(guān)鍵特點

1.從物理世界走進計算機世界

這本書一開始，不會上來就甩給你“馮·諾依曼結(jié)構(gòu)”“存儲程序”這些大詞，而是從你熟悉的現(xiàn)實物理世界出發(fā)：

① 輕松了解人類為什么需要計算機，以及卡通圖示計算的組成部分？

② 計算機歷史如何從機械演變到電子？

③ “電平高 / 低”和“ 0/1 ”以及比特之間，到底是什么關(guān)系？

④ 什么是邏輯門，它如何構(gòu)成 CPU 以及整個計算機的？

以上這些問題，在書中都有生活類比例子幫助你輕松理解。

2.計算機世界是抽象的，本書把抽象概念，拆成看得見、摸得著的小積木

本書不要求你有任何高級的數(shù)學(xué)或者電子基礎(chǔ)：

① 不用推公式！

② 不用記復(fù)雜電路 !

③ 只要會加減乘除、愿意動動手，就能跟上節(jié)奏 !

全書用了大量插圖、類比、故事，把“比特 、邏輯門、寄存器、總線、 ALU 、指令集”這些聽起來像論文的東西，變成一個個小故事、小模塊，讓你慢慢建立起計算機抽象世界的直覺感。

? 本書不是“講 CPU ”，而是帶你“造 CPU ”

這不是一本紙上談兵，且“讀完就完”的書，而是一部持續(xù)推動你動手的“實戰(zhàn)教程”。在第二部分“手搓一臺計算機中”，你將經(jīng)歷一段完整而刺激的旅程：

① 用 Multisim 、 LogicCircuit 等仿真軟件，從最基礎(chǔ)的與門、或門、非門開始；

② 一步步搭出譯碼器、寄存器、 RAM 、 ALU （算術(shù)邏輯單元）；

③ 再往上，把時鐘、步進器、指令寄存器、程序計數(shù)器等組裝起來稱為一顆小 CPU ；

④ 加上鍵盤和顯示器構(gòu)成一臺可運行指令的小計算機。

⑤ 最終，執(zhí)行你自己設(shè)計的指令集。

也就是說，你不是在看別人講 CPU ，而是在仿真軟件里，親手孵化出一顆 CPU ，再拼出一 個能跑程序的小型計算機。

? 這不僅僅是一本書，還有高效學(xué)習(xí)伴侶

1. 書中所有電路、指令集與編譯器源碼，都會同步到 GitHub ：

① 仿真文件

② 編譯器源代碼

③ 配套示例

你可以照著構(gòu)建，也可以自由修改，甚至能寫小游戲、分享 Demo 、發(fā)布 B 站視頻展示你的“小 CPU 成果”。

2.B站輔助視頻：

從 0 和 1 開始之書籍資源分享

從 0 和 1 開始之控制模塊分析

從 0 和 1 開始之 ALU 功能簡介

從 0 和 1 開始之如何使用 LogicCircuit 的 RAM 組件

從 0 和 1 開始之 CPU 實際內(nèi)部門電路門

? 全書分為四大部分，打通完整知識鏈路：

1.第一部分 ：

計算機基本結(jié)構(gòu)、比特與進制、二進制的世界觀。

2.第二部分 ：

邏輯門、電路仿真、寄存器、 ALU 、 CPU 控制模塊，一路手搓出一臺能跑指令的小計算機。

3.第三部分 ：

編譯器、啟動程序、操作系統(tǒng)， 帶你理解從寫代碼到程序能跑的全流程。介紹物理世界與計算機抽象世界的橋梁，即數(shù)字與模擬轉(zhuǎn)換等。

4.第四部分 ：

精選了一些關(guān)于計算機 CPU 的面試題， 幫你看看——大廠面試到底在考什么。

從晶體管層的“ 0 和 1 ”，到抽象程序世界，再到與現(xiàn)實物理世界交互，你會把零散的知識點串成一條完整、清晰的認知主線。

? 讀完這本書，會收獲什么？

? 不再害怕計算機原理這五個字，以及 CPU ，計算機是如何工作的。

你會真正搞懂計算機為什么是用 0 和 1 工作的？ CPU 在干活時，到底在做什么？

? 看代碼不再是“黑魔法”

你會明白一行行代碼是如何一步步被翻譯成指令、被 CPU 執(zhí)行的。

? 面對 AI ，不再只是“用工具的人”

知道什么能讓 AI 做、什么必須自己判斷、如何驗證結(jié)果。

? 為后續(xù)自學(xué)打下硬底子

無論你之后想學(xué)：

① C 語言 / 匯編

② 嵌入式 / 單片機

③ FPGA / RISC-V

④ 操作系統(tǒng) / Linux 內(nèi)核

這本書都是你強大且穩(wěn)固的地基。

? 誰適合讀這本書？

? 零基礎(chǔ)、但對電腦和 AI 很好奇的學(xué)生

初高中、大學(xué)非 CS 專業(yè)、理工科 / 文科都可以；

? 在 IT / 互聯(lián)網(wǎng) / 智能硬件領(lǐng)域工作的職場人

想補上“底層原理課”，把碎片化知識系統(tǒng)化；

? 準(zhǔn)備轉(zhuǎn)行到計算機、 AI 相關(guān)崗位的學(xué)習(xí)者

想看清“這行到底在做什么”，再決定要不要繼續(xù)卷下去；

? 給孩子 / 學(xué)生找一套“真正有趣的計算機啟蒙”讀物的家長和老師

這本書不需要你一上來就會寫代碼、焊電路、看論文；你只需要有一點點好奇心，愿意跟著書中的任務(wù)一步步走下去，就足夠了。

? 它不是一本孤立的書，而是一整套“硅基生物進化論”

《從 0 和 1 開始》只是“硅基生物進化論”系列的第一冊。后續(xù)還將陸續(xù)推出（以書名下待 定）：

簡單說：這一整套書的終極目標(biāo)只有一個讓你具備勝任市場上 90% 計算機與 IT 崗位的底層能力。它會帶你從看不懂計算機，一路走到能親手做出一臺屬于自己的硅基小生命。為你未來進軍任何計算機或 AI 行業(yè)打下堅實、必不可少的基礎(chǔ)——不論你想成為程序員、工程師，還是走向技術(shù)管理崗位，它都能成為你的底層寶典。更重要的是，每一本書都配備作者親自設(shè)計的硬件與實操任務(wù)，理論 + 電路 + 動手三位一體學(xué)習(xí)。配合 B 站視頻，照著做，不久你就能勝任作者曾經(jīng)做過的任何工作。

? 最后，聊聊作者

作者張閩，既不是名校光環(huán)，也不是“論文大?！?，初 三數(shù)學(xué) 25 分，英文 28 分，他只是一個一路從普通本科、一路摸爬滾打到亞馬遜，又跑回來認真寫書、拍視頻的工程師。他在前言里寫得很實在：

我在給你們寫書的同時，也是在偷偷復(fù)習(xí)。

希望等我們一起啃完這些比特、二進制、邏輯門之后，大家都能意識到：基礎(chǔ)真的很重要。

如果你也覺得光會用 AI 還不夠，想真正搞明白“計算機這玩意兒到底是怎么一回事”，那不妨從這本 《硅基生物進化論：從 0 和 1 開始》 開始，和一群同樣好奇的“硅基生物候選人”一起， 從0 和1 發(fā)車。

（本文編輯：劉四旦）

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