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出版者:武汉大学出版社

作者:刘宏

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:2005-8

价格:26.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787307045835

丛书系列:

图书标签:

• C++
• 程序设计
• 教程
• 编程
• 入门
• 计算机
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• 开发
• 算法
• 数据结构

《深入理解计算机系统：从硬件到软件的全面解析》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入的计算机系统知识图景，覆盖从最底层的硬件架构到上层软件实现的完整技术栈。我们不仅仅关注某一特定编程语言或工具的使用，而是致力于揭示计算机系统工作机制的本质规律，帮助读者建立起坚实的理论基础和系统性的思维模型。 第一部分：信息的表示与处理 本部分将详尽探讨计算机内部信息的存储与运算方式。我们将从二进制表示的基石出发，深入讲解定点数和浮点数的编码标准（如IEEE 754），分析这些表示方法在精度和范围上的内在权衡。随后，我们将剖析整数运算中溢出、截断以及负数补码表示的底层原理，并探讨这些机制如何影响高层算法的实现。 数据结构与内存层次 我们将详细介绍核心的数据结构，如数组、链表、栈、队列、哈希表和树，并重点分析它们在内存中的实际布局。内存层次结构是理解程序性能的关键。本部分将系统阐述寄存器、多级高速缓存（L1, L2, L3）和主存的工作原理，解释缓存行的概念、局部性原理（时间与空间），并深入剖析缓存命中与缺失对程序执行时间的影响。我们将通过实际案例展示如何通过优化数据访问模式来充分利用缓存机制。 第二部分：处理器架构与指令集 本部分是连接软件与硬件的桥梁。我们将介绍经典计算机体系结构，包括冯·诺依曼和哈佛结构的区别。重点将放在指令集架构（ISA）的设计哲学，对比精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）的优劣。我们将细致讲解数据通路和控制单元的设计，并深入探讨流水线技术的核心思想，包括指令获取、译码、执行和写回的阶段划分，以及如何通过分支预测和指令级并行（ILP）技术来提升处理器吞吐量。异常和中断处理机制也将被详细讲解，阐明处理器如何响应外部事件。 第三部分：操作系统内核与抽象 操作系统是管理计算机资源的“大管家”。本部分将系统阐述虚拟内存的概念及其实现机制。我们将深入讲解分页和分段的原理，分析页表的结构和TLB（转换后援缓冲器）的作用。进程与线程的管理是操作系统的核心功能，我们将探讨进程控制块（PCB），上下文切换的开销，以及并发执行中的同步与互斥问题，包括信号量、管程和锁的正确使用。 I/O系统和文件系统 我们将剖析输入/输出（I/O）的底层交互方式，如轮询、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）的工作流程。文件系统层面，本书将分析磁盘结构、文件分配方式（如索引节点inode）和缓冲区缓存，解释为什么文件操作的性能会受到磁盘物理特性的显著制约。 第四部分：并发、链接与加载 编译与链接是程序执行前的关键步骤。我们将详细拆解编译过程，从预处理、编译、汇编到最终的链接。重点阐述目标代码（Object Code）的格式，静态链接如何解决符号引用，以及动态链接（如共享库的加载与地址重定位）的工作原理。 系统级编程与并发 本部分侧重于如何在实际系统中编写高效、可靠的并发程序。我们将超越简单的线程创建，深入探讨多线程编程中的陷阱，如数据竞争、死锁和活锁。本书将提供使用底层同步原语和高级并发库（如无锁数据结构的基本思路）的工程实践指南，强调在多核环境下保证程序正确性和性能的必要性。我们将探讨内存模型对并发编程的影响，解释内存屏障在保证跨处理器一致性中的作用。 第五部分：网络编程基础 最后，本书将引入计算机网络的基础知识，但着重于系统调用层面的实现。我们将从套接字（Socket）接口出发，讲解TCP/IP协议栈在操作系统内核中的映射关系。重点在于I/O多路复用技术（如select/poll/epoll）的原理和应用，展示如何使用高效的异步I/O机制来构建高性能的网络服务器，同时解释网络数据如何在内核缓冲区和用户空间之间高效流转。 本书特色 本书的特点在于其深度和广度兼顾。它不满足于停留在API的层面，而是深入探究每项功能的底层实现细节——从晶体管级逻辑如何构建加法器，到操作系统如何调度进程，再到编译器如何优化指令序列。通过贯穿始终的自底向上的分析方法，读者将不再视计算机系统为一个“黑箱”，而是能够理解并预测其行为，从而编写出健壮、高效且可移植的系统级软件。本书内容结构严谨，逻辑清晰，配有大量的图示和代码示例（不涉及特定应用开发），是计算机科学专业学生、系统软件工程师以及所有渴望全面掌握计算机系统“内功”的开发人员的理想参考书。

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这本书，说实话，拿到手的时候我其实是有点期待落空的。我一直在找一本能够真正把我从“会写点C++语法”带到“能写出健壮、高效程序”的桥梁书，这本书的名字听起来很像，但实际内容给我的感觉，更像是一份非常详尽的、但略显陈旧的语法手册的升级版。它花了大篇幅去解释指针的底层机制，这部分内容确实扎实，对于理解内存管理很有帮助，我花了很长时间去消化那些关于堆栈和引用传递的细节。然而，当我试图寻找现代C++（比如C++11、14乃至后续标准）中关于面向对象设计的新范式、智能指针的实际应用场景，或者更偏向实践的模板元编程技巧时，内容就显得捉襟见肘了。尤其是异常安全和RAII原则的讨论，感觉还是停留在教科书式的理论层面，缺少真实项目中的陷阱和规避方法。读完后，我感觉自己对C++的“骨架”理解更深了，但对于如何用它来构建一个现代、灵活的软件系统，这本书提供的指引实在太少了，更像是一个坚固的基石，但上层的建筑图纸却不够清晰。

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这本书的结构安排，让我觉得它更像是一本为大学二年级计算机科学专业学生准备的教材，而不是一本面向广大程序员的“教程”。章节之间衔接得非常平滑，逻辑链条完整得有点可怕，任何知识点都不会凭空出现。比如，在引入类和对象之前，它会花很大篇幅讨论结构体的内存对齐问题，确保你理解对象在内存中的真实形态。这种严谨性在学术上有无可挑剔的价值。但是，对于那些希望通过自学快速掌握C++“黑魔法”的读者来说，它显得过于缓慢和冗长。例如，关于多线程编程和并发控制的部分，内容非常保守，仅限于最基础的互斥锁和条件变量的介绍，对于现代编程中越来越重要的原子操作、内存模型或者异步编程框架（如协程）的探讨，基本是空白。整本书读下来，你感觉自己很“扎实”，但缺乏那种能让你在技术交流中脱颖而出的“亮点”知识储备。它教你如何打好地基，但没有教你如何建造摩天大楼。

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坦白讲，这本书在数据结构和算法的实现部分做得相当不错，如果你的核心需求是想看看C++是如何在底层高效实现那些经典算法的，这本书绝对值得一看。它没有直接调用STL库函数，而是手把手教你如何用原生指针和裸数据类型去构建自己的动态数组、链表和二叉搜索树。这种“从零开始”的训练，无疑对理解底层性能至关重要。我就是通过对照它实现的快速排序和归并排序，才真正理解了递归深度和内存局部性对实际运行时间的影响。然而，这种极致的底层关注，也带来了另一个问题：它几乎没有涉及标准模板库（STL）的使用规范和最佳实践。对于现在的主流开发而言，直接操作原生数组和手动管理内存的场景已经大大减少，更重要的是如何优雅、安全地使用 `std::vector`、`std::map` 以及各种迭代器。这本书在这方面提供的指导几乎是真空，让人感觉像是在学习一门非常厉害的古代兵器制造术，但却不知道如何有效地使用现代枪械。

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这本书的排版和语言风格，怎么说呢，有一种浓厚的上个世纪末技术文档的韵味。那种严谨到略显刻板的叙述方式，每一个概念都要追溯到它最基础的定义，对于初学者可能是一个很好的起点，因为它几乎不跳过任何中间步骤。我记得有一章专门讲了输入输出流的操作符重载，作者用了足足十页纸来剖析 `operator<<` 和 `operator>>` 在不同上下文下的具体行为，配图虽然清晰，但阅读起来确实非常耗费精力，需要极高的专注度才能跟上思路。对我这种已经有一定经验的读者来说，这种深度解析固然可贵，但阅读节奏被打断的感觉也很明显。它更倾向于“证明为什么是这样”，而不是“告诉你如何利用它去做成某件事”。如果你希望通过这本书来快速提升解决实际工程问题的能力，可能会感到挫败，因为它更像是在培养一个学术研究者，而不是一个战场上的工程师。那种酣畅淋漓、茅塞顿开的瞬间比较少，更多是小心翼翼地确认每一个细节是否正确。

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从装帧和印刷质量上来说，这本书的纸张偏薄，在光线不好的地方阅读起来眼睛确实比较吃力，尤其是在那些密密麻麻的代码块面前。但更让我困扰的是，这本书的错误检查和勘误工作似乎做得不够彻底。我记得在某个关于模板特化的例子中，我发现了一个非常细微的语法错误，如果不仔细推敲，很容易被误导，以为是自己对模板推导机制理解有误。这种细节上的瑕疵，对于一本追求极致精确性的技术书籍来说，是致命的。此外，这本书的配套资源——比如在线代码示例或者辅助习题的解答——几乎不存在，这使得那些需要通过动手实践来巩固学习的读者，在遇到困难时会感到孤立无援。它提供了一种单向的知识传递，缺乏互动性，让整个学习过程显得有些枯燥和封闭，更像是一份权威但有些孤傲的参考资料，而不是一个热心的学习伙伴。

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