《編碼：電腦硬體與軟體的隱藏語言》主要論點闡述

查爾斯·佩茨爾德（Charles Petzold）的著作《編碼：電腦硬體與軟體的隱藏語言》（Code: The Hidden Language of Computer Hardware and Software）的核心論點在於，徹底理解電腦運作的基礎，並非難以企及的深奧知識，而是可以透過追溯其歷史演變，從最簡單的元件和概念開始，逐步建構起來的。作者透過從十九世紀的技術（如摩斯電碼、電報、電磁繼電器）出發，層層疊加，解釋了構成現代電腦的複雜系統，是如何從最基本的二進位（binary）原理和邏輯操作中誕生的。全書旨在揭示電腦硬體和軟體之間隱藏的語言，證明無論其表面多麼複雜，其底層都是基於簡單、通用且一致的規則。

書中首先確立了「編碼」作為資訊傳遞系統的基本概念，並透過摩斯電碼和盲人點字（Braille）這兩種非電腦領域的例子，展示了如何利用有限的、通常是二元的符號（點與劃，或凸點與平點），透過不同的組合來表示字母、數字乃至更複雜的資訊。這引入了二進位概念，即資訊可以用只有兩種狀態的元素來表示。

接著，作者將這種二元概念與電學的基本原理聯繫起來。簡單的電路，如手電筒的開關，天然地就是二元的：開關只有開和關兩種狀態，對應著電流的通過或不通過。這種電氣上的二元性，為處理二進位資訊提供了物質基礎。電報機的電磁繼電器（relay）被引入作為一個關鍵的過渡技術，它不僅能通過電信號控制開關狀態，還能作為信號放大器，克服長距離電線的電阻損耗，實現遠距離通信。更重要的是，繼電器本身就是一个可以用電信號控制的開關，這為构建更複雜的電氣邏輯電路奠定了基礎。

在二元狀態和電氣開關的基礎上，書中進一步引入了喬治·布爾（George Boole）的布林代數（Boolean algebra）概念。布林代數處理的是真/假或開/關這樣的邏輯值，並定義了基本的邏輯運算符，如 AND（且）、OR（或）和 NOT（非）。令人驚嘆的是，作者證明了簡單的電氣開關串聯即可實現 AND 邏輯（只有兩個開關都閉合時，電路才導通），並聯即可實現 OR 邏輯（只要其中一個開關閉合，電路就導通）。透過繼電器，這些邏輯門（logic gate）可以由其他電信號控制，從而實現自動化的邏輯運算。

邏輯門是電腦執行運算的核心。書中詳細解釋了如何利用邏輯門來建構二進位加法器（adder）。從最基本的半加法器（Half Adder，處理兩個二進位數位元並產生一個和位元和一個進位位元），到全加法器（Full Adder，處理兩個二進位數位元和一個來自低位元的進位位元），再到能夠處理多個位元（如八個位元）的漣波進位加法器（ripple carry adder），展示了複雜的算術運算如何分解為一系列簡單的邏輯操作。減法也被解釋為利用二補數（two’s complement）技巧，将其轉化為加法來實現，這說明了即使是看似不同的運算，在電腦底層也可以用統一的方式處理。

除了運算單元，電腦還需要記憶體（memory）來儲存指令和資料。書中介紹了觸發器（flip-flop）或閂鎖（latch）這種能夠記住一個二元狀態（1 或 0）的電路。觸發器由逻辑門組成，它們具有反饋回路，使其能够在電源供應下保持其狀態。這些基本的記憶體單元可以组合起來形成更大的記憶體陣列（RAM array），如隨機存取記憶體（RAM）。RAM 的關鍵特性是可以通過位址訊號（address signal）隨機存取（讀取或寫入）其中任何一個儲存單元。記憶體的大小通常是二的冪次方，並引入了位元組（byte，通常為 8 位元）、千位元組（kilobyte，1024 位元組）、百萬位元組（megabyte）等單位，這反映了二進位在電腦中的普及。記憶體與處理器之間通過匯流排（bus）連接，匯流排傳遞位址、資料和控制信號。書中還區分了揮發性記憶體（如 RAM）和非揮發性儲存（如磁盘），前者断电后資料丢失，後者则持久保存。

電腦之所以強大，在於其可編程性。書中描述了一個簡化的處理器（processor），它包含算術邏輯單元（ALU）、暫存器（register，處理器內部的快速儲存單元）、程式計數器（program counter，指向下一條要執行的指令的記憶體位址）和堆疊指標（stack pointer，用於管理堆疊，方便子程序呼叫）。處理器按照程式計數器的指示，從記憶體中讀取一條條機器碼（machine code）指令並執行。機器碼是最低階的語言，由位元組组成，直接對應於處理器能理解的操作（operation，稱為 opcode）。作者展示了如何將簡單的 LOAD（載入）、ADD（相加）、STORE（儲存）等操作定義為指令。更關鍵的是，引入了跳躍（Jump）指令，特别是條件跳躍（conditional jump）指令（例如「如果結果為零則跳躍」）。條件跳躍使得程式能够根據運算結果改變執行流程，這是一個通用計算機（universal computer）的關鍵特性，使其能夠執行循環和更複雜的控制結構，從而實現乘法、除法等非直接由硬體實現的運算，甚至能模擬其他任何計算機（圖靈機的概念）。

機器碼雖然能直接控制處理器，但编写和閱讀都極為困難。書中介紹了组合語言（assembly language）作為機器碼的符號表示。组合語言使用助記符（mnemonic）來表示機器碼操作碼，並使用標籤（label）來代表記憶體位址，這大大提高了程式碼的可讀性和可寫性。編譯器（assembler）程式能將组合語言源代碼（source code）翻譯成機器碼可執行檔案（executable file）。從组合語言到高階語言（high-level language）是程式設計的另一個抽象層次。高階語言（如 ALGOL, FORTRAN, COBOL, C 等）使用更接近人類自然語言和數學符號的語句，讓程式設計師無需關心處理器的具體细节。編譯器（compiler）則負責將高階語言程式翻譯成目標處理器能理解的機器碼。這雖然可能導致程式效率略低於手寫的组合語言，但極大地提高了開發效率和程式碼的可移植性。

除了數字和指令，書中還探討了其他類型資訊的编码。例如，文本字符使用 ASCII 或 EBCDIC（後者是 IBM 的標準）這樣的字元編碼系統表示，後來發展到支援更多語言的 Unicode。圖片被表示為點陣圖（bitmap），由像素（pixel）組成，每個像素的位元數決定顏色深度。聲音被數位化為波形檔案，通过脉冲编码调制（PCM）記錄振幅样本。這些不同類型資訊的數位化，使得電腦能夠處理文字、圖像、聲音等多媒體內容，並需要相應的硬體（如顯示卡、音效卡）和軟體支援。

最終，所有這些硬體組件和不同層次的程式碼，都由作業系統（operating system，如 CP/M, MS-DOS, UNIX, Windows）來管理。作業系統負責協調硬體資源、管理文件系統（files system）以組織儲存上的資料，並提供應用程式介面（API），讓應用程式（application program）能夠以一種與具體硬體無關的方式與電腦硬體互動。

總之，本書的核心論點是，電腦從根本上來說是基於二元原理和邏輯運算的機器。其複雜性在於簡單元件和操作的巨大數量和層次疊加。通過理解從二元編碼、電氣開關、邏輯門、算術運算、記憶體、處理器、指令集、組合語言到高階語言和作業系統的演變和構成原理，任何看似神秘的電腦功能都可以被理解和解釋。這是一趟從點劃到像素、從開關到軟體的旅程，揭示了現代數位世界之下隱藏的簡潔而優雅的語言。