数据结构与数据管理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民大学

作者:苏俊

出品人:

页数:380

译者:

出版时间:2004-1

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787300060774

丛书系列:

图书标签:

• 数据结构
• 数据管理
• 计算机科学
• 算法
• 数据库
• 编程
• 教材
• 高等教育
• 信息技术
• 数据存储

好的，这是一本名为《深入理解计算机系统：原理、架构与实践》的图书简介，内容完全围绕计算机系统的底层原理、硬件与软件的交互、性能优化等方面展开，不涉及任何“数据结构与数据管理”的内容。 --- 图书名称：《深入理解计算机系统：原理、架构与实践》 卷首语：探寻硅基世界的运行奥秘 我们每天都在使用计算机，但究竟是什么力量驱动着这些冰冷的硅片，将一行行代码转化为我们所见的丰富应用？我们所依赖的操作系统、编译器、处理器，它们是如何协同工作，共同构建起这个复杂而精妙的数字世界的？ 《深入理解计算机系统：原理、架构与实践》旨在为求知者搭建一座坚实的桥梁，跨越理论与实践的鸿沟。本书并非停留在对高层编程语言特性的简单介绍，而是深入到计算机系统最核心的剖面——从比特与字节的物理表现，到复杂的内存层次结构，再到程序执行的完整生命周期。我们相信，只有深刻理解系统底层的工作机制，才能真正写出高效、健壮且可预测的软件。 本书的编写遵循“自底向上，循序渐进”的原则，将复杂的系统概念拆解为可理解的模块，并通过大量的实例和深入的分析，揭示现代计算机系统中隐藏的“魔法”。 第一篇：计算的基石——信息表示与算术 本篇是理解整个计算机系统的起点。我们不再将数字视为抽象的数学符号，而是考察它们如何在有限的位宽中被编码和操作。 1. 信息的表示与存储 本章详尽考察了不同数字系统的转换，从二进制、八进制到十六进制。重点在于定点数和浮点数的IEEE 754标准，分析不同精度的浮点数（单精度、双精度）如何在高低位上分配表示符号位、指数和尾数。我们将探究为什么浮点运算的结果可能与我们期望的数学运算有所不同，以及如何处理溢出和下溢。 此外，我们将探讨字符编码的历史演变，从ASCII到Unicode（UTF-8, UTF-16）的演进，以及它们在内存和网络传输中的具体字节布局。 2. 整数运算与溢出控制 深入研究定点整数运算的实现，包括无符号和有符号数的加减乘除。我们将重点分析补码表示法如何巧妙地统一了有符号和无符号的加法电路，以及在定点运算中溢出（Overflow）发生的条件和检测机制。本章还会涉及位级运算——逻辑运算、移位操作（逻辑移位与算术移位）在底层硬件中的映射。 第二篇：程序的组织与执行 本篇关注编译系统如何将人类可读的C语言代码转化为可以在特定机器上执行的机器代码，并分析程序在内存中的布局和加载过程。 3. 编译、汇编与链接的流水线 我们详细剖析了编译器的四个主要阶段：预处理、编译、汇编和链接。重点解析了汇编语言作为高级语言与机器码之间的桥梁作用，并分析了不同架构（如x86-64）下的基本指令集结构。 链接器（Linker）的角色至关重要。我们将探讨静态链接如何将目标文件组合成可执行文件，以及重定位（Relocation）的机制。随后，深入研究动态链接（如共享库.so/.dll）的原理，包括加载时重定位和延迟绑定（Lazy Binding），它们如何实现代码共享和内存节约。 4. 程序在虚拟内存中的布局 一个正在运行的程序在内存中占据怎样的“领地”？本章将精确描绘Linux/Unix进程的内存映像。我们将划分出代码段（Text Segment）、初始化数据段（Data Segment）、未初始化数据段（BSS）、堆（Heap）和栈（Stack）的明确边界。特别关注栈帧结构，函数调用、参数传递、局部变量的存储以及返回地址的维护，理解栈溢出的安全隐患。 第三篇：处理器架构与指令级并行 本篇聚焦于CPU的微架构，探讨现代处理器如何通过复杂的硬件设计来加速程序的执行。 5. 数据通路与控制：处理器核心 本章从硬件层面剖析CPU的工作原理。从最基础的算术逻辑单元（ALU）开始，构建指令的单周期数据通路。随后，引入多周期数据通路和流水线技术（Pipelining）。我们将详细分析流水线中的冒险（Hazards）——结构冒险、数据冒险和控制冒险，以及硬件如何通过转发（Forwarding）/旁路和分支预测（Branch Prediction）来缓解这些性能瓶颈。 6. 优化：指令级并行与超长指令字 进一步探讨高级处理器如何实现指令级并行（ILP）。这包括动态调度、乱序执行（Out-of-Order Execution）的原理，以及Speculative Execution（推测执行）如何提升吞吐量。我们将分析现代CPU架构如何利用寄存器重命名来消除伪依赖，从而实现更深层次的并行。 第四篇：存储系统的性能优化 在本篇中，我们将探究存储设备的速度差异以及系统如何利用这些差异来提供高效率的数据访问。 7. 内存层次结构：缓存的机制 内存访问速度是决定程序性能的关键因素。本章彻底解析Cache（缓存）的设计。我们将深入探讨缓存的映射方式（直接映射、组相联、全相联）、块替换策略（LRU、随机），以及写操作策略（写直通/写回）。本章的核心在于理解局部性原理（时间局部性和空间局部性），并分析如何通过代码重构来最大化缓存命中率（Cache Hit Rate）。 8. 虚拟内存：地址翻译与内存管理 理解操作系统如何为每个进程提供一个私有、巨大的虚拟地址空间。我们将详细描述页表（Page Table）的结构，转换后援缓冲器（TLB）的工作机制，以及CPU如何将虚拟地址转换为物理地址。此外，还会探讨缺页中断（Page Fault）的处理流程，以及按需调页（Demand Paging）如何高效地利用物理内存。 第五篇：并发编程与系统级交互 本篇关注现代多核处理器环境下的程序设计，以及程序如何与操作系统内核进行高效交互。 9. 进程与线程、并发编程基础 本章区分进程（Process）和线程（Thread）的异同，重点分析上下文切换（Context Switching）的成本。随后，引入并发编程的核心挑战：互斥（Mutual Exclusion）和同步（Synchronization）。我们将分析使用信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）和条件变量（Condition Variables）来保护共享数据的一致性，并探讨死锁（Deadlock）的预防与检测。 10. I/O与网络编程 深入理解程序如何进行输入/输出操作。我们将考察系统调用（System Calls）的机制，以及I/O操作（如磁盘读写、网络通信）与CPU执行的异步性。重点分析阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O复用（select/poll/epoll）的工作原理，揭示高性能网络服务器背后的秘密。 --- 适合读者 本书适合所有希望超越应用程序层面，真正掌握计算机系统运作原理的软件工程师、系统程序员、计算机科学专业的学生，以及对底层硬件与软件交互充满好奇心的技术爱好者。 通过阅读本书，读者将能够： 1. 准确预测和分析程序在不同硬件平台上的性能瓶颈。 2. 编写出充分利用CPU缓存和流水线特性的优化代码。 3. 深入理解操作系统提供的抽象机制，并安全地进行并发编程。 4. 建立坚实的计算思维模型，为未来学习更复杂的系统技术（如操作系统内核、分布式系统）打下不可动摇的基础。 《深入理解计算机系统：原理、架构与实践》——洞悉每一条指令背后的物理真相。

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