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页数:194

译者:

出版时间:2002-1

价格:19.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111108238

丛书系列:

图书标签:

• 计算机科学
• 会计
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• 计算机科学

深入理解现代计算系统：从硬件基础到高级网络协议 本书旨在为读者提供一个全面、深入的现代计算系统架构和运行机制的认知框架。我们聚焦于构成当代信息技术的基石——从底层硬件实现到复杂软件协议栈的各个关键层面，而非特定应用或数据管理技术。 第一部分：计算硬件的基石与演进 本部分着重剖析计算机系统最底层的物理和逻辑实现，为理解上层软件的运行环境奠定坚实基础。 第一章：数字逻辑与微处理器基础 本章将系统介绍构建现代处理器的基本逻辑单元。我们将从布尔代数和逻辑门开始，逐步过渡到组合逻辑电路（如加法器、多路选择器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器）。随后，我们将深入探讨指令集架构（ISA）的设计原则，分析 RISC 与 CISC 的核心差异及其对现代 CPU 设计的影响。重点内容包括数据通路、控制单元的设计，以及流水线技术（Pipelining）如何提升指令执行效率，并详细阐述分支预测和乱序执行等高级技术对提升系统性能的关键作用。我们还将简要回顾摩尔定律的现状及其对未来芯片设计带来的挑战。 第二章：存储器系统层次结构 一个高效的计算系统离不开优化的存储访问策略。本章将详尽阐述存储器系统的分级结构。从极速但容量有限的寄存器，到高速缓存（Cache）的SRAM技术，再到主内存（DRAM）的工作原理和刷新机制。我们将用大量的篇幅讲解缓存的工作原理，包括地址映射方式（直接映射、组相联、全相联）、替换策略（LRU、FIFO）以及写回/写穿策略。此外，本章还将扩展至外部存储设备，对比固态硬盘（SSD）和传统机械硬盘（HDD）的技术差异，并介绍虚拟内存管理机制，包括页表结构、TLB（转换后援缓冲器）的作用以及缺页中断的处理流程，阐释操作系统如何通过硬件支持实现内存保护和高效的地址翻译。 第二章补充：并行处理与多核架构 在本章的延伸部分，我们将探讨如何突破单核性能瓶颈。内容涵盖对称多处理（SMP）系统、多核处理器的互连结构（如总线、交叉开关），以及内存一致性模型（如顺序一致性、释放一致性）。我们将分析缓存一致性协议（如 MESI 协议）在多核环境中维护数据正确性的机制，并简要介绍 GPU 等异构计算架构的基本工作原理。 第二部分：操作系统：资源管理与抽象 本部分专注于操作系统（OS）作为系统核心资源的管理者和用户程序的抽象层所扮演的角色。 第三章：进程与线程管理 本章深入剖析操作系统的核心概念：进程和线程。我们将详细描述进程的创建、终止和上下文切换过程，并分析各种进程调度算法（如先来先服务、最短剩余时间优先、时间片轮转、优先级调度）的优劣及其对系统响应时间和吞吐量的影响。随后，我们将区分用户级线程与内核级线程，探讨多线程编程模型（如 1:1、M:N 模型），并阐述线程同步机制，包括互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和条件变量，强调死锁的预防、检测与解除策略。 第四章：内存与文件系统 本章延续对内存管理的讨论，但侧重于操作系统层面。我们将详细探讨虚拟内存的实现细节，包括分页、分段的混合使用，以及内存保护机制的建立。在文件系统方面，内容将涵盖文件系统的逻辑结构（目录结构、文件控制块/i-node）和物理布局。我们将分析几种常见的文件系统实现（如 FAT、NTFS、Ext4）的特点，重点讲解磁盘空间的分配策略（如位图法、列表法）和文件读写操作的系统调用流程。 第五章：I/O 子系统与设备驱动 本章关注系统如何与外部世界交互。我们将讲解中断驱动 I/O、程序控制 I/O 和直接内存访问（DMA）这三种基本的数据传输模式。随后，重点分析 I/O 缓冲策略和设备驱动程序在操作系统内核中的地位和作用，介绍标准化的块设备和字符设备接口，以及系统如何通过异步 I/O 机制实现高并发的数据传输。 第三部分：网络通信与协议栈 本部分将视角从单机系统扩展至分布式计算环境，聚焦于网络通信的基础理论和实践。 第六章：网络基础与物理层 本章建立网络通信的物理基础。内容涵盖数据通信的基本概念，如带宽、延迟、吞吐量。我们将详细介绍 OSI 七层模型和 TCP/IP 四层/五层模型，并重点解析物理层和数据链路层的关键技术，包括编码/解码、多路复用技术（如 FDM、TDM），以及局域网技术（如以太网 MAC 帧结构、CSMA/CD 协议）。 第七章：网络层与传输层协议 这是网络通信的核心。在网络层，我们将深入分析 IP 协议（IPv4/IPv6）的寻址、路由选择机制，包括静态路由和动态路由协议（如 RIP, OSPF 的基本思想）。在传输层，我们将对比 TCP 和 UDP 的设计哲学。重点分析 TCP 的可靠性保证机制，包括三次握手、四次挥手、序列号、确认应答（ACK）机制、滑动窗口协议，以及拥塞控制算法（如慢启动、拥塞避免）。 第八章：应用层协议与安全基础 本章聚焦于用户直接接触的应用层协议。我们将详述 HTTP/HTTPS 的请求-响应模式、状态管理以及版本演进（HTTP/2 的帧和流概念）。同时，本章也将介绍 DNS 的工作原理和解析过程。最后，我们将简要介绍网络安全的基础知识，包括加密、哈希函数、数字签名以及 SSL/TLS 握手过程，解释它们如何在应用层之上构建安全通信通道。 本书的结构设计确保读者能够系统地、无遗漏地掌握现代计算系统的全貌，从电子信号的流转到分布式应用的数据交换，为未来深入学习分布式系统、操作系统内核或高性能计算打下不可动摇的理论基础。

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