计算机硬件技术基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:何桥 编

出品人:

页数:277

译者:

出版时间:2004-1

价格:23.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787505398870

丛书系列:

图书标签:

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计算机系统与软件工程前沿探索 书籍名称：计算机系统与软件工程前沿探索 内容简介： 本书旨在为读者构建一个全面、深入、与时俱进的计算机科学知识体系，重点聚焦于现代计算领域中至关重要的两大支柱——计算机系统底层架构的演进与优化，以及复杂软件系统的设计、开发与维护方法论。我们摒弃对基础硬件组件（如CPU内部结构、存储器层级、I/O总线等传统“计算机硬件技术基础”内容的冗余叙述），转而深入探讨这些底层技术如何支撑起当今高性能计算和大规模软件生态系统的运行。 本书的叙述逻辑遵循从宏观架构到微观实现，再到抽象层次的工程实践的递进路线。 --- 第一部分：现代计算系统架构的深层透视 (Advanced Computing System Architecture) 本部分将读者从传统的冯·诺依曼模型束缚中解放出来，深入探索异构计算、并行处理和新兴内存技术如何重塑现代计算机系统的性能边界。 第一章：超越摩尔定律的架构挑战与应对 本章首先概述了摩尔定律放缓的现状及其对传统CPU设计的影响。重点分析了指令级并行性（ILP）的瓶颈，并引入了多核与众核（Many-core）处理器的设计哲学。我们将详细剖析现代CPU中复杂的乱序执行单元、分支预测机制的最新进展，以及如何通过硬件事务内存（HTM）等技术来简化并发编程的复杂性。此外，本章还会对比分析x86、ARM及RISC-V架构在能效比和可扩展性上的差异化策略，为读者理解未来硬件选择提供决策框架。 第二章：异构计算与加速器生态 在通用计算能力增长趋缓的背景下，专用加速器已成为性能提升的关键。本章将深入探讨图形处理器（GPU）作为通用计算平台（GPGPU）的计算模型——SIMT（Single Instruction, Multiple Thread）。内容包括CUDA/OpenCL编程模型的核心概念、内存访问模式优化（如共享内存的有效利用），以及如何解决GPU编程中的数据搬运（Host-Device Transfer）瓶颈。同时，我们也将系统地介绍现场可编程门阵列（FPGA）在特定工作负载加速中的应用，及其与CPU的协同工作机制（Co-design）。 第三章：存储技术的革命性变革 本书不再纠缠于SRAM/DRAM的基本原理，而是聚焦于新型存储技术的产业化趋势。重点解析非易失性内存（NVM），尤其是3D XPoint（Optane）等技术的内部结构及其对操作系统和文件系统的影响。我们将探讨持久性内存（PMem）如何模糊了存储与内存的界限，以及如何利用PMEM-aware的数据结构和编程接口（如PMDK库）来实现近存（Near-Memory）的数据访问优化，从而提升数据库和大型缓存系统的性能。 第四章：高性能互联与分布式系统的基石 现代应用往往运行在大型集群之上。本章聚焦于支撑这些集群的通信技术。详述高速互连网络（如InfiniBand、RoCE）的无损特性和消息传递机制。特别关注远程直接内存访问（RDMA）技术，解释其如何绕过操作系统内核，实现低延迟、高带宽的数据传输，这对于构建高性能计算（HPC）和大规模分布式存储至关重要。 --- 第二部分：现代软件工程的抽象与实现 (Abstraction and Implementation in Modern Software Engineering) 本部分将视角从硬件提升至软件层面，探讨在多核、分布式、资源受限环境下，如何构建健壮、可维护和高性能的复杂软件系统。 第五章：操作系统内核的现代角色与接口设计 本章着眼于操作系统作为硬件与应用之间桥梁的演变。我们不再详细描述传统系统调用（Syscall）的实现细节，而是侧重于现代内核设计对性能的影响。深入研究微内核（Microkernel）与宏内核（Monolithic Kernel）的权衡，以及虚拟化技术（Hypervisors）如何通过硬件辅助（如Intel VT-x/AMD-V）实现高效的资源隔离与调度。讨论eBPF（扩展的伯克利数据包过滤器）等内核内动态追踪与编程技术，理解它们如何赋能更安全的系统监控和网络处理。 第六章：并发、并行与现代同步原语 在多核架构下，并发编程是软件性能的决定性因素。本章系统梳理无锁（Lock-free）与无等待（Wait-free）数据结构的设计范式，例如基于CAS（Compare-and-Swap）操作的实现。分析并发编程模型（如Actors模型、CSP模型）的适用场景，并探讨Go语言的Goroutines和Rust语言的所有权系统（Ownership System）在预防数据竞争方面的工程优势。 第七章：云原生架构与服务网格 本部分转向大规模应用部署。详细阐述微服务架构（Microservices Architecture）的设计原则、服务发现机制（如Consul, etcd）和去中心化治理的挑战。核心内容是服务网格（Service Mesh）技术（如Istio, Linkerd）的原理，解释Sidecar代理如何透明地处理流量管理、安全策略和服务间通信的可观察性，而无需修改应用代码。 第八章：可观测性与混沌工程 现代分布式系统无法完全避免故障。本章强调“一切皆是度量”的理念。系统介绍可观测性（Observability）的三大支柱：指标（Metrics）、日志（Logs）与追踪（Traces）的采集、聚合与分析技术栈（如Prometheus, Jaeger）。更进一步，引入混沌工程（Chaos Engineering）的哲学，探讨如何主动注入故障以验证系统的鲁棒性，确保系统在不可预知环境下的弹性表现。 --- 总结展望 《计算机系统与软件工程前沿探索》提供了一个高层次、面向工程实践和未来趋势的知识框架。它假设读者已掌握了计算科学的基本原理，并着力于解决当前业界最棘手的性能、规模和可靠性问题。本书是面向系统架构师、高级软件工程师和计算机科学研究人员的深度参考资料，旨在培养读者驾驭下一代计算挑战的能力。

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这本书的**前沿性探索**部分，让我这个“老玩家”也感到耳目一新，它远超出了传统“基础”教材的范畴。我原本以为“基础”意味着只讲冯·诺依曼架构的陈旧知识，但这本书却将大量的篇幅投入到了**异构计算的最新进展**上。例如，作者对**GPU并行计算模型**的介绍，不仅仅停留在CUDA的API层面，而是深入到了其**SM（流式多处理器）的设计哲学**和**内存访问模式**对效率的影响。此外，书中对**量子计算硬件的初步展望**也写得非常客观且富有洞察力，它清晰地区分了什么是当前可以量产的技术，什么是尚处于实验室阶段的革命性方向，避免了不切实际的炒作。对于我这种关注**未来技术路线图**的读者来说，这种前瞻性的内容非常宝贵。它提供了一个坚实的基础，让我们能够站在巨人（本书作者）的肩膀上，去理解那些正在发生的、甚至尚未完全成熟的技术变革，让人感觉自己紧跟时代脉搏。

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如果用一个词来形容阅读本书的感受，那就是**“结构化的震撼”**。我过去对计算机硬件的理解是碎片化的，知道一些零散的概念，比如CPU寄存器、主频、芯片组，但始终无法构建一个完整的体系。这本书最成功的地方就在于，它提供了一个**近乎完美的、由浅入深的知识骨架**。它没有一开始就抛出复杂的电路图，而是从最基础的**二进制运算逻辑**开始，循序渐进地搭建起复杂的**多核处理器微架构**。我尤其赞赏作者对**存储器兼容性与向下兼容性**的探讨，这部分内容在很多教材中是被简化或略过的，但这本书却深入分析了不同代际硬件之间协同工作的复杂性，这对于从事系统集成或老旧设备维护的工程师来说，价值是无可估量的。它不仅教会了你“是什么”，更教会了你“如何像一个系统架构师一样思考”，如何从**功耗、成本、性能**这三个维度去权衡设计取舍。这种宏观视野的构建，使得我对整个计算机系统的运行机制有了一种全新的、立体的认识，不再是孤立地看待每一个组件。

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这本书的阅读体验简直是**一次颠覆性的认知重塑**。我原以为它会是那种枯燥乏味、充斥着晦涩难懂术语的教科书，但事实证明我完全错了。从翻开第一页开始，作者就展现出了高超的叙事技巧，将复杂的底层逻辑，比如**CPU的流水线工作原理、内存层次结构的精妙设计**，用一种近乎于讲故事的方式娓娓道来。特别是关于**缓存一致性协议**那几章，我以前总是云里雾里，但作者通过生动的比喻和清晰的图示，让我瞬间茅塞顿开。书中对于**摩尔定律的现实挑战**的探讨也非常深刻，不仅仅停留在理论层面，还结合了当前半导体制造工艺的实际瓶颈进行了分析，让人不得不思考未来计算架构可能发生的范式转移。对于我这样一个对计算机科学抱有浓厚兴趣的业余爱好者来说，它提供的知识深度远超我的预期，它不是简单地罗列事实，而是引导你去**思考“为什么是这样”**，这种启发性，是市面上很多同类书籍所不具备的。我特别欣赏作者在介绍**总线仲裁机制**时所采用的那种严谨又不失趣味性的平衡感，让人在学习技术细节的同时，丝毫不会感到疲劳，反而有一种不断探索下去的渴望。

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这本书的**实战参考价值**简直是高得离谱，完全不是那种“只可远观不可亵玩”的理论堆砌。我特别需要了解的是**主板的PCB设计原则与信号完整性**相关的知识，因为这直接关系到超频稳定性和高频信号的可靠传输。这本书中关于**电磁兼容性（EMC）**和**走线阻抗匹配**的章节，虽然文字量较大，但其提供的**设计规范和经验法则**极其实用，甚至可以作为实际工程项目的参考手册。作者在讨论**BIOS/UEFI固件与硬件的交互**时，那种深入底层寄存器层面的描述，让我仿佛拥有了直接与硬件对话的能力。我记得书中提到如何通过特定的**时序控制**来优化DRAM的读写延迟，这个细节在其他任何一本入门书籍中都是找不到的。总而言之，这本书不仅仅是知识的传授者，它更像是一个**经验丰富的首席工程师在手把手地带你进入一个全新的技术领域**，让你在理解理论的同时，立刻明白如何在真实的、充满限制的环境中做出最优化的决策。

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这本书的排版和设计简直是**艺术品级别的呈现**，每一个细节都透露出对读者的尊重与关怀。我关注的重点通常在于**I/O设备的接口标准和数据传输效率**，以往的教材往往将这部分内容处理得非常草率。然而，这本书对**PCIe的通道架构**、**NVMe协议栈的性能优化**，用了整整一个章节进行细致入微的解剖。更难能可贵的是，书中很多关键概念，比如**DMA（直接内存访问）的实现流程**，都配有极高质量、且色彩搭配和谐的示意图，这些图表清晰地展示了数据流动的路径，省去了我反复查阅其他资料去脑补路径的时间。阅读过程中，我甚至能感受到作者对**系统级性能瓶颈**的深刻理解，他似乎总能精准地指出当前硬件设计中最容易被忽视但影响最大的部分。这本书的装帧手感也非常好，纸张的质地厚实适中，油墨的清晰度极高，即便是长时间阅读那些密密麻麻的参数表格，眼睛也不会感到明显的疲劳。这绝对是一本**值得收藏和反复研读的案头工具书**，而不是那种读完就束之高阁的快消品。

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