64位微处理器系统编程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:清华大学出版社

作者:周明德

出品人:

页数:322

译者:

出版时间:2006-6

价格:28.0

装帧:平装

isbn号码:9787302126423

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
• 微处理器
• 系统编程
• 64位
• 汇编
• 计算机体系结构
• 操作系统
• 嵌入式系统
• 底层开发
• x86-64
• 编程技巧

《64位微处理器系统编程》旨在深入剖析现代计算核心——64位微处理器的底层运作机制及其与之相关的系统级编程技术。本书将带领读者穿越纷繁复杂的硬件抽象层，直抵指令集架构（ISA）的精髓，并在此基础上，系统地阐述如何在64位平台上进行高效、可靠的软件开发。 一、 深入理解64位架构：基石与演进 本书的首要目标是为读者建立坚实的64位微处理器架构知识体系。我们将从最基础的通用寄存器、段寄存器（尽管在64位模式下其作用有所变化，但理解其历史演进和在特定上下文中的意义依然重要）以及控制寄存器开始，逐一解析它们的功能和在程序执行中的角色。尤其会重点关注64位架构引入的全新寄存器集（如RAX、RBX、RCX、RDX、RSI、RDI、RBP、RSP、RIP以及R8-R15等）及其扩展功能，解释它们如何支持更大规模的数据处理和更丰富的指令操作。 我们将深入探讨64位指令集架构（ISA），例如x86-64（AMD64）和ARMv8-A。对于x86-64，本书将详细解读其指令格式、寻址模式（包括RIP相对寻址，这在64位模式下尤为重要）、数据类型支持以及各类指令（算术、逻辑、位移、比较、跳转、内存访问、系统调用等）的详细规格。我们将分析SIMD（单指令多数据）指令集（如SSE、AVX、AVX2、AVX-512）如何在64位平台上发挥威力，实现并行计算，加速多媒体处理、科学计算等对性能要求极高的任务。 对于ARMv8-A架构，本书将介绍其AArch64执行状态，包括与x86-64类似的通用寄存器、程序计数器、状态寄存器等。我们将解析ARMv8-A的指令集特点，例如其精简指令集（RISC）的优势、加载/存储架构、条件执行（在AArch64中有所变化）、以及NEON（ARM的SIMD扩展）如何支持高性能计算。 本书将不仅仅是指令的罗列，更会侧重于解释这些架构设计背后的动机和权衡。例如，为何引入64位地址空间？它如何解决了32位系统的内存限制？64位架构在节能、安全等方面又带来了哪些改进？我们还将简要回顾从32位到64位演进的历史，帮助读者理解当前架构的形成过程。 二、 内存管理与保护：高效与安全之道 在64位微处理器系统中，内存管理是决定程序性能和系统稳定性的关键。本书将深入剖析64位处理器的内存管理单元（MMU）的工作原理。我们将详细讲解分页机制，包括页表结构（通常是多级页表，如4级或5级页表），如何将虚拟地址转换为物理地址。读者将学习到内存分段（在64位模式下通常不再是主流，但理解其历史和有限应用场景有益）、分页、段页式内存管理等概念。 更重要的是，本书将聚焦于64位架构提供的内存保护机制。我们将详细介绍各种内存访问权限（如用户模式/内核模式、读/写/执行权限）如何在硬件层面得到强制执行。读者将理解页表项中的控制位（如Present, Read/Write, User/Supervisor, Accessed, Dirty, Execute-disable等）如何协同工作，防止非法内存访问，从而杜绝缓冲区溢出、越界访问等常见的安全漏洞。 本书还将深入探讨缓存（Cache）的工作原理，包括缓存的层次结构（L1, L2, L3）、缓存一致性协议（如MESI协议），以及CPU如何通过缓存来减少内存访问延迟。读者将学习到如何通过优化代码，提高缓存命中率，从而显著提升程序的执行效率。我们还将触及内存一致性模型，解释不同处理器核心之间如何协调对共享内存的访问，以及如何通过内存屏障（Memory Barriers）来保证多线程程序在并发环境下的正确性。 三、 系统调用与中断处理：程序与硬件的桥梁 系统调用（System Call）是用户空间程序与操作系统内核进行交互的唯一途径。本书将详细解析64位系统调用接口（Syscall Interface）。我们会以x86-64为例，讲解其系统调用约定，包括使用特定的寄存器（如RAX用于存放系统调用号，RDI, RSI, RDX, R10, R8, R9用于传递参数）进行调用，以及内核如何处理这些调用并返回结果。读者将学习如何使用汇编语言直接发起系统调用，理解系统调用发生时CPU的特权级别切换过程。 中断（Interrupt）和异常（Exception）是处理器处理外部事件和内部错误的机制。本书将详细阐述中断和异常的产生、中断向量表（IVT）或中断描述符表（IDT）的作用，以及中断处理程序（ISR）的工作流程。我们将解析不同类型的异常（如页面错误、除零错误、断点中断等），以及它们如何被内核捕获和处理。读者将理解中断和异常处理在实现设备驱动、信号处理、系统错误恢复等方面的关键作用。 四、 汇编语言编程：直达硬件的艺术 虽然高级语言极大地提高了开发效率，但对于系统级编程而言，深入理解和运用汇编语言仍然至关重要。本书将提供一章专门介绍64位汇编语言的编程实践。我们将从基础的汇编语法、指令、伪指令开始，逐步过渡到更复杂的程序结构，如函数调用约定（Calling Conventions，例如x86-64的System V AMD64 ABI），如何编写过程、宏，以及如何处理栈帧（Stack Frames）。 读者将学习如何在汇编语言中直接操作寄存器、内存，实现复杂的算术逻辑运算、位操作、字符串处理等。我们将通过大量实例，演示如何使用汇编语言实现高效的算法，例如查找、排序，以及如何进行性能关键部分的优化。掌握64位汇编语言，将使读者能够深入理解高级语言编译器生成的机器码，从而更有效地进行性能调优和调试。 五、 现代操作系统内核与引导过程：系统的生命周期 本书将进一步将64位微处理器编程的知识应用于更宏观的系统层面。我们将探讨现代操作系统的引导过程（Boot Process）。读者将理解从BIOS/UEFI初始化，到加载引导加载程序（Bootloader），再到最终加载和初始化操作系统内核的整个流程。我们将解释引导加载程序的作用，如何将内核映像从存储介质加载到内存，并将其交由CPU执行。 我们还将简要介绍64位操作系统内核中的关键组件，例如进程调度器、内存管理器（与前面章节的MMU内容相呼应，但从OS视角），设备驱动模型，以及文件系统。通过理解这些内核组件与64位硬件的交互方式，读者将能更好地把握整个系统的运作逻辑。 六、 系统级调试与性能分析：精益求精的实践 最后，本书将重点关注系统级调试和性能分析技术。我们将介绍各种调试工具，如GDB（GNU Debugger），及其在64位环境下的使用。读者将学习如何设置断点、单步执行、查看寄存器和内存内容、分析栈回溯，以及如何利用调试工具来定位和修复复杂的系统级bug。 此外，我们还将介绍性能分析工具，如`perf`、`oprofile`等，以及如何使用它们来识别程序的性能瓶颈。读者将学习如何分析CPU性能计数器（Performance Counters），理解缓存未命中、分支预测失败、指令流水线停滞等对性能的影响，并据此优化代码。 本书的目标读者： 本书适合有一定C/C++或汇编语言基础，对计算机底层原理感兴趣的开发者、嵌入式系统工程师、操作系统研究人员、计算机体系结构学生，以及任何希望深入理解64位微处理器系统运作机制的从业者。通过本书的学习，读者将能够编写出更高效、更可靠、更安全的系统级软件，并能更有效地进行底层系统的开发、调试和性能优化。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书后，我最大的感受是它的信息密度实在太高了，几乎每一页都充满了专业术语和密集的公式推导。我本来以为它会涵盖当前主流的几款64位处理器（比如x86-64或者ARMv8）的通用编程范式，但实际上，这本书的内容似乎更侧重于一种理论上的、近乎理想化的“通用64位模型”的构建。比如，它在讨论内存管理单元（MMU）时，花费了大量篇幅来阐述TLB的工作原理和缓存一致性协议，这些内容无疑是深刻的，但遗憾的是，它很少提到如何在特定的操作系统环境（比如Linux内核模块编写或Windows WDK开发）下利用这些特性来优化代码。读到后面涉及并发编程和多核调度那几章时，我感觉自己像是在阅读一篇高级别的学术论文，而不是一本面向工程师的工具书。书中的图表也偏向于流程图和逻辑模型，缺乏实际的调试截图或者性能分析结果作为佐证，这使得书中的理论知识与实际工程问题的对接感稍显不足，需要读者自己去搭建环境进行验证和印证。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和索引系统做得相当不错，逻辑脉络清晰，这对于查阅特定技术点是一个加分项。不过，我个人认为，作者在选择引入的技术点时，可能过于偏爱那些具有“经典”意义的底层机制，而对一些新兴的、对现代64位编程影响深远的技术讨论不足。例如，在虚拟化技术日益普及的今天，对硬件辅助虚拟化扩展（如Intel VT-x或AMD-V）的深入剖析，似乎被安排在了相对靠后的位置，且深度不如对传统内存分页机制的论述。这使得这本书读起来有种“打地基很扎实，但上层结构更新不足”的感觉。它是一本能帮你建立坚实理论基础的书籍，但如果你想用它来解决当下热门的性能瓶颈或者安全漏洞，你可能还需要参考其他更具时效性和实践导向的资料来补充。总而言之，这是一部严谨的学术性著作，需要读者付出大量的努力去解读其深奥的理论。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常严谨，甚至可以说有些板正。每一个概念的引入都伴随着极其详尽的定义和严格的逻辑推导，这确保了内容的准确性和一致性，但同时也极大地拖慢了阅读的节奏。对于我这种喜欢快速掌握核心概念，然后通过实例去巩固理解的读者来说，这种处理方式略显吃力。例如，书中对向量化指令集（SIMD）的介绍，更多地是从数学运算的角度去阐述其并行性的优势，而不是直接展示如何使用SSE/AVX指令集来优化图像处理或信号分析的代码片段。我花了好大力气才从那些密集的数学符号中抽取出实际可用的编程思路。此外，这本书似乎对“调试”和“故障排除”这类实战环节避而不谈，所有内容都停留在“如何设计和实现”的层面，对于处理实际项目中遇到的各种棘手问题时，这本书提供的直接帮助非常有限。它更像是一个“设计蓝图”，而不是一本“维修手册”。

评分☆☆☆☆☆

读完一半之后，我开始意识到这本书的定位可能并非是针对应用层开发者，而更偏向于芯片设计、编译器优化或者操作系统核心开发人员的参考资料。书中对寄存器集合的划分、特权级的切换过程的描述，细致到令人发指，每一个细小的时序变化都被详细记录。这种深度对于理解底层硬件的“黑箱”运作机制非常有价值，它强迫你跳出高级语言的舒适区，直接去面对CPU的裸机世界。然而，对于那些主要工作在用户空间，需要高效利用64位计算能力进行数据处理的程序员来说，这本书的阅读体验并不算愉快。它缺乏对高级语言特性（如C++模板元编程在优化中的应用，或者Rust的安全抽象如何映射到底层内存模型）的探讨，导致内容略显“复古”，集中在CPU的物理机制上，而没有太多关注软件生态的最新发展。

评分☆☆☆☆☆

这本书刚拿到手的时候，我对它的期望值挺高的，毕竟标题听起来就很硬核，涉及到了微处理器这种核心技术。然而，真正翻阅起来，我发现这本书的侧重点似乎更偏向于底层的理论构建和架构设计，而不是我原本期待的那种手把手教你如何进行具体应用的实践指南。比如，它花了很多篇幅去深入探讨指令集的演化历史、存储器的层次结构，以及流水线技术背后的复杂调度算法。对于一个希望快速上手编写特定汇编代码或者驱动程序的读者来说，这些内容可能显得有些晦涩和抽象。它更像是给那些已经有一定基础，想要往系统底层原理深究的工程师准备的“内功心法”。我特别注意到其中对于中断处理机制的描述，那简直是把硬件中断响应流程拆解到了寄存器级别，对于理解操作系统内核如何与硬件交互非常有帮助，但这对于初学者来说，可能需要极大的耐心去消化。如果你期望的是那种代码示例丰富、清晰明了的“速查手册”，这本书可能要让你失望了，它更像是一本学术专著，需要读者具备很强的抽象思维能力和对计算机体系结构有初步认识。

评分☆☆☆☆☆

差到爆

评分☆☆☆☆☆

差到爆

评分☆☆☆☆☆

差到爆

评分☆☆☆☆☆

差到爆

评分☆☆☆☆☆

差到爆