微型计算机原理与汇编语言程序设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国水利水电出版社

作者:杨立

出品人:

页数:310

译者:

出版时间:2004-7

价格:26.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787508412863

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机原理
• 汇编语言
• 程序设计
• 计算机基础
• 微机原理
• 汇编语言程序设计
• 计算机组成原理
• 8086
• 微处理器
• 计算机科学

计算机系统结构与底层软件开发 本书聚焦于现代计算机系统的底层运行机制、硬件与软件的交互，以及面向底层的高效编程技术。 它旨在为读者构建一个扎实、深入的计算机科学基础，超越应用层面的抽象，直抵系统运行的内核。 本书的结构设计遵循从宏观架构到微观实现的逻辑路径，系统地阐述了现代处理器、存储器和I/O设备如何协同工作，以及操作系统和编译器如何利用这些硬件特性来调度和执行程序。 第一部分：计算机系统基础与硬件架构 本部分将深入剖析计算机系统的物理和逻辑基础，这是理解任何高级软件设计的前提。 第一章：信息表示与数字逻辑基础 本章将复习和深化二进制、补码、浮点数（IEEE 754标准）的精确表示及其在计算机中的运算规则。重点探讨信息的存储效率、精度损失与溢出处理。随后，将介绍构成CPU核心的组合逻辑电路和时序逻辑电路的基本构建块——门电路、加法器、多路选择器和触发器。通过这些基础单元，读者将理解如何从物理层面构造出执行算术和逻辑运算的最小单元。 第二章：中央处理器（CPU）的结构与工作原理 本章详细解析了现代处理器的核心组件：算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器组。我们将深入探讨指令集架构（ISA）的概念，对比RISC与CISC的设计哲学及其对程序执行的影响。核心内容是指令的取指-译码-执行-访存-写回五个阶段的流水线技术。详细分析指令级并行（ILP）的实现，包括数据前递（Bypassing/Forwarding）、分支预测机制（如两级预测器）和超标量处理器的基本工作方式。读者将学习到如何通过理解流水线冲突来优化代码性能。 第三章：存储器层次结构与性能优化 存储器系统是决定计算机整体性能的关键瓶颈。本章系统地阐述了存储器层次结构——寄存器、高速缓存（Cache）、主存（DRAM）和辅助存储器（SSD/HDD）之间的性能与容量权衡。重点分析了SRAM和DRAM的工作原理，以及Cache的工作机制：块的放置策略（直接映射、组相联、全相联）、替换策略（LRU、随机）和写回/写穿策略。本章将教授如何利用局部性原理（时间局部性和空间局部性）来设计数据结构和算法，以最大限度地提高Cache命中率，从而有效降低平均访存时间。 第四章：总线、I/O系统与中断机制 本章关注系统内各组件间的数据传输。介绍系统总线的结构、仲裁机制和传输协议。深入探讨中断（Interrupt）和异常（Exception）的工作流程，这是实现多任务和快速设备响应的基础。分析DMA（直接内存访问）如何允许I/O设备绕过CPU进行数据传输，以及同步与异步I/O操作的实现方式。 第二部分：底层软件开发与系统编程 本部分将连接硬件与高级语言，侧重于编译器、链接器如何将源代码转化为可执行的机器代码，以及操作系统如何管理这些代码的运行。 第五章：汇编语言编程实践与指令集分析 本章将选择主流的架构（如x86-64或ARMv8）作为实例，系统讲解汇编语言的语法、寻址模式和核心指令集。内容包括数据传输、算术逻辑运算、控制流指令（跳转、循环、函数调用）。重点强调栈帧的组织和函数调用约定（Calling Conventions），这是理解高级语言函数调用的关键。通过大量的编程练习，读者将学会直接操作寄存器和内存地址，编写出执行效率极高的代码片段。 第六章：编译器、链接器与目标代码生成 本章探讨源代码到可执行文件的完整转换过程。概述编译器的前端（词法分析、语法分析、语义分析）和后端（中间代码生成、优化、目标代码生成）。详细分析链接器的作用：静态链接与动态链接。读者将学习目标文件格式（如ELF或PE），理解代码段、数据段、符号表和重定位表的内容，并掌握如何解决外部引用和符号冲突。 第七章：内存管理与虚拟化 本章深入操作系统对内存的管理机制。解析虚拟地址空间的概念，重点介绍分页（Paging）和分段（Segmentation）机制。详细阐述TLB（转换后援缓冲器）在虚拟地址到物理地址转换中的作用及其性能影响。讲解内存保护、地址空间隔离的实现原理，以及内存映射文件（mmap）在进程间通信中的应用。 第八章：进程、线程与并发控制 本章从系统调用的层面理解进程（Process）和线程（Thread）的生命周期管理。分析内核如何通过上下文切换（Context Switching）实现多任务并发。重点剖析并发编程中的挑战：竞态条件（Race Conditions）和死锁（Deadlock）。详细介绍同步原语的实现，包括互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）和条件变量（Condition Variables），并讨论无锁（Lock-free）数据结构的初步概念。 第九章：高效I/O与文件系统 本章侧重于程序如何与持久化存储交互。解析文件系统的组织结构，如超级块、i节点（inode）和数据块。对比不同的I/O模型：阻塞I/O、非阻塞I/O、多路复用I/O（select/poll/epoll）。讨论I/O性能调优的关键点，包括缓冲机制、同步写入与异步写入的选择，以及确保数据持久性的操作顺序。 本书旨在培养读者构建和调试复杂系统软件的能力，使他们能够深刻理解程序执行背后的物理和逻辑层面的每一层抽象，从而在系统优化、性能瓶颈分析及底层驱动开发等领域具备坚实的基础和独到的见解。

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