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出版者:

作者:Waite, Terry R.

出品人:

页数:82

译者:

出版时间:2007-5

价格:$ 22.54

装帧:

isbn号码:9781424183753

丛书系列:

图书标签:

• 科技
• 数字生活
• 社交媒体
• 网络文化
• 青少年
• 亲子关系
• 教育
• 心理学
• 成长
• 媒体素养

揭秘数字时代的底层逻辑：《电流的脉搏》 一部深度剖析现代信息社会基础设施、技术演进与社会影响的百科全书式著作 在当今这个万物互联的时代，我们习以为常的便利——从指尖轻触即可获取的知识，到跨越大陆的实时通讯——其背后隐藏着一个复杂、精妙且不断进化的庞大系统。《电流的脉搏》（The Pulse of Current）并非聚焦于某个特定应用或消费电子产品，而是将目光投向了支撑这一切的物理基础、工程奇迹与规范标准。本书旨在为读者构筑一个坚实的理解框架，阐明我们如何从最初的电报系统一步步迈向当前的全球信息网络，并审视这些基础设施对人类文明产生的深远影响。 第一部分：电力的黎明与信号的诞生 本书的开篇追溯了电能被驯服并应用于信息传递的历史进程。我们不会讨论智能手机的操作系统，而是深入探究电磁学理论的突破，以及如何将这些理论转化为实际的传输媒介。 第一章：从法拉第到麦克斯韦：物理学的基石 本章详细阐述了电与磁相互作用的发现，重点分析了法拉第的感应定律和麦克斯韦方程组在统一电磁现象中的关键作用。内容涵盖了早期电报系统的设计原理，包括如何通过简单的开关和继电器来编码和解码信息，以及传输速率的早期限制因素——主要是电阻、电容和电感（R, L, C）在长距离导线上传播信号时造成的衰减和失真。我们将探讨早期的信号处理技术，例如如何通过调频（Frequency Modulation, FM）的早期雏形来提高信噪比。 第二章：导线的革命：铜、光纤与信号完整性 本章将详细对比不同物理传输介质的演变。我们不会介绍网络拓扑结构，而是专注于介质本身的物理特性。对于铜缆，我们将分析惠斯通电桥的原理及其在平衡线路中的应用，以及双绞线技术如何通过相位相消来抑制外部干扰（串扰）。随后，视角转向光纤通信的原理，深入讲解全内反射、色散（Chromatic Dispersion）和模间色散（Modal Dispersion）的物理机制，以及如何通过掺铒光纤放大器（EDFA）实现跨洋通信的距离突破。理解这些物理限制和工程解决方案，是理解现代通信速率瓶颈的关键。 第二部分：数字化的核心——编码与传输效率 信息社会依赖于将连续的模拟信号转化为离散的数字流。本部分将彻底解构数字化的底层数学和工程实践，完全避开对具体软件协议的讨论。 第三章：香农的边界：信息论的数学桎梏 本章的核心是对克劳德·香农信息论的深入解析。我们将详细推导信道容量公式 $C = B log_2 (1 + S/N)$，并解释带宽（B）和信噪比（S/N）如何共同决定了一个物理信道的最大信息传输速率。内容将侧重于理解“比特”作为信息量的基本单位的物理意义，以及在噪声环境中实现无差错传输所需要的冗余编码的理论基础。我们将探讨源编码（如霍夫曼编码的早期思想）与信道编码（如汉明码的结构）之间的平衡关系，这些是所有现代数据压缩和纠错的基础。 第四章：调制、解调与频谱效率 本章聚焦于如何将数字比特有效地映射到模拟载波上进行高效传输。我们将深入分析振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）和相位键控（PSK）的星座图（Constellation Diagrams），并探讨正交幅度调制（QAM）如何通过同时改变幅度和相位来提高频谱效率。重点将放在如何设计合适的滤波器（如滚降滤波器）以最小化符号间干扰（ISI），以及在有限的物理带宽内如何最大化每赫兹传输的数据量，这是无线电频谱管理的核心难题。 第三部分：基础设施的构建与维护 现代通信网络依赖于复杂的硬件设备和精密的路由机制。本部分将侧重于这些物理和逻辑层面的构建模块。 第五章：交换的艺术：电路与分组的哲学辩论 本章将对比电路交换（Circuit Switching）和分组交换（Packet Switching）的工程优劣。对于电路交换，我们将分析时分复用（TDM）和频分复用（FDM）的硬件实现，以及它们在传统电话网络中如何保证服务质量（QoS）的固定性。对于分组交换，我们将剖析路由器的核心功能——如何利用硬件查找表（如转发表）以极快的速度决定数据包的下一跳，以及如何处理网络拥塞和流量控制的物理机制，例如缓冲区的溢出管理。 第六章：物理层的可靠性与冗余架构 网络的稳定运行依赖于对故障的预见和快速恢复能力。本章将探讨环形拓扑、网状拓扑（Mesh Topology）的物理布线优势，以及在海底光缆和主干网络中如何部署冗余路径。我们将详细分析保护机制（Protection Schemes），例如1+1保护和1:N保护的硬件实现成本与恢复时间差异，这些是确保关键数据流不中断的幕后英雄。此外，本章还将涉及对光传输设备的能耗管理和散热设计的工程挑战。 第四部分：超越传输：电源、安全与未来挑战 一个可靠的系统不仅要能传输数据，还要能自给自足、抵御外部干扰。 第七章：电力为王：不间断电源与接地工程 本章将讨论支撑数据中心和通信基站的电力系统。我们将详细分析UPS（不间断电源）的架构（在线、离线、混合），以及铅酸电池和锂电池在电信级应用中的性能差异。更重要的是，我们将深入探讨接地系统（Earthing Systems）的必要性——如何通过低阻抗接地来保护敏感设备免受瞬态过电压（如雷击）的损害，这是确保信号纯净和设备安全的基础工程学。 第八章：频谱的竞争与物理安全边界 本章将讨论频谱资源的物理限制与管理。我们将分析干扰源的物理特性，如互调失真（Intermodulation Distortion）和杂散辐射（Spurious Emissions），这些都会限制现有频谱的使用效率。在物理安全方面，我们将探讨电磁屏蔽（Shielding）的材料科学基础——法拉第笼的有效性，以及如何设计物理防御措施来防止关键基础设施受到电磁脉冲（EMP）的威胁，从而确保信息流在物理层面的韧性。 《电流的脉搏》是一部面向工程师、物理学家、历史学家以及所有渴望理解现代技术“管道”如何运作的读者的深度著作。它剥离了应用层的复杂性，直击支撑我们数字世界的电、光与信息的底层科学和工程智慧。

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