微机原理与接口技术导学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:龚义建

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-01-01

价格:17.5

装帧:简裝本

isbn号码:9787030167507

丛书系列:

图书标签:

• 微机原理
• 接口技术
• 计算机基础
• 汇编语言
• 数字电路
• 8086
• 微处理器
• 硬件
• 计算机组成原理
• 嵌入式系统

《深入理解计算机系统：构建高效可靠的软件》 简介： 在信息爆炸的时代，软件的开发与维护变得日益复杂，对开发者提出了更高的要求。理解计算机系统底层原理，构建高效、稳定、可靠的软件，已成为每一位有追求的工程师的必备技能。《深入理解计算机系统：构建高效可靠的软件》正是为了满足这一需求而精心打造的权威著作。它并非简单罗列枯燥的理论，而是以一种引人入胜的方式，带领读者穿越计算机系统的层层帷幕，探寻其设计的精妙之处，并揭示如何利用这些知识来提升软件的性能、鲁棒性和安全性。 本书的独特之处在于其“自顶向下”的学习路径，结合了理论深度与实践指导。它从程序员日常最关心的软件层面出发，逐步深入到计算机系统更底层的组成部分，最终回归到如何利用这些底层知识来解决实际的软件开发问题。这种方式不仅让读者更容易理解抽象的概念，更能激发学习的兴趣，将理论知识转化为解决实际问题的能力。 核心内容与亮点： 数据的表示与处理： 本书将从数据在计算机中的基本表示形式——二进制开始，详细讲解整数（无符号数、补码）、浮点数（IEEE 754标准）的存储方式以及它们在计算过程中可能出现的溢出、精度损失等问题。理解这些基础概念对于编写正确的算术运算代码至关重要，也能帮助开发者预测和避免潜在的bug。此外，还会深入探讨字符串、布尔值等数据类型的底层表示，以及它们在内存中的布局，为理解高级语言的变量、数组、结构体等提供了坚实的基础。 机器代码与程序的执行： 告别高级语言的抽象，本书将带领读者一窥计算机“真正”理解的语言——机器代码。我们将解析汇编语言的结构，理解指令集架构（ISA）的设计理念，并重点讲解 x86-64 架构下的指令格式、寻址模式以及常用的汇编指令。通过学习如何将 C 语言代码反汇编成汇编代码，读者将能直观地看到高级语言语句是如何被翻译成底层机器指令的，从而深刻理解函数调用、栈帧管理、寄存器分配等过程。这将极大地增强读者对程序执行流程的理解，并为性能优化提供直接的依据。 处理器架构与流水线： 现代处理器并非简单的顺序执行指令，而是采用了复杂的流水线技术来提升执行效率。本书将详细介绍指令流水线的概念，包括取指、译码、执行、访存、写回等五个核心阶段，并讲解如何通过流水线来隐藏指令执行的延迟。同时，还会深入探讨分支预测、乱序执行、超标量等现代处理器架构中的关键技术，帮助读者理解为什么某些代码在不同处理器上表现出性能差异，以及如何编写“流水线友好”的代码。 内存层次结构与缓存： 内存访问速度是影响程序性能的关键瓶颈之一。本书将详细介绍计算机内存的层次结构，包括寄存器、一级缓存（L1）、二级缓存（L2）、三级缓存（L3）、主存（RAM）以及虚拟内存。我们将深入剖析缓存的工作原理，包括缓存块、索引、标记、替换策略（如 LRU）、写策略（写回、写通）等。理解缓存的工作机制，是编写高效访问内存代码的关键，能够帮助开发者优化数据局部性，减少缓存未命中（Cache Miss）的发生，从而显著提升程序性能。 链接： 为什么我们可以将不同的源文件编译成独立的目标文件，然后将它们链接成一个可执行程序？本书将详细解释链接的过程，包括符号解析、地址重定位等步骤。我们将深入理解静态链接和动态链接的原理，以及它们在程序开发中的应用。理解链接过程有助于开发者解决链接错误，理解共享库的工作方式，并为编写模块化、可复用的代码奠定基础。 异常控制流： 程序执行并非总是按照顺序进行的，中断、陷调度、进程、信号等异常控制流机制在操作系统和应用程序中扮演着至关重要的角色。本书将详细讲解这些机制，包括中断如何响应硬件事件，系统调用如何从用户模式切换到内核模式，进程是如何创建、管理和通信的，以及信号是如何在进程间传递的。理解异常控制流对于编写能够处理外部事件、实现并发、进行系统编程至关重要。 虚拟内存： 虚拟内存是现代操作系统提供的强大抽象，它允许多个程序共享主存，并能访问比实际物理内存更大的地址空间。本书将深入剖析虚拟内存的实现原理，包括页表、地址翻译、缺页中断、页面置换算法等。理解虚拟内存的运作方式，有助于开发者更好地理解内存管理，处理内存分配与释放，并对内存泄漏等问题有更深刻的认识。 并发与线程： 在多核处理器的时代，利用并发来提升程序性能已成为必然趋势。本书将详细介绍进程与线程的概念，分析它们在并发执行中的区别与联系。我们将讲解共享变量访问的潜在问题，如数据竞争（Data Race）、活锁（Livelock）和死锁（Deadlock），并介绍常用的同步机制，如互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variable）等，帮助读者掌握编写安全、高效的多线程程序的方法。 系统级 I/O： 输入/输出（I/O）操作是程序与外部世界交互的桥梁。本书将讲解 Unix 的 I/O 模型，包括文件、描述符、标准 I/O 库（如 `stdio`）以及更底层的系统调用。我们将探讨阻塞 I/O、非阻塞 I/O、异步 I/O 等不同的 I/O 模型，并讲解如何利用这些模型来编写高性能的网络应用程序和处理大规模数据。 本书的价值： 提升软件性能： 通过深入理解处理器架构、内存层次结构和缓存机制，读者将能够编写出充分利用硬件特性的高效代码，显著提升程序的运行速度。 提高代码鲁棒性： 理解数据的表示、异常控制流和并发机制，有助于开发者预测和避免潜在的 bug，编写出更加稳定可靠的软件。 增强系统调试能力： 掌握底层原理，能让开发者在面对复杂的系统问题时，拥有更强的分析和定位能力，快速找到问题的根源。 奠定深入学习的基础： 本书为读者提供了理解操作系统、编译原理、网络协议等更高级主题的坚实基础。 培养工程思维： 通过将理论知识与实际编程相结合，本书旨在培养读者解决复杂工程问题的能力，以及对计算机系统设计的深刻洞察。 目标读者： 本书适合所有对计算机系统底层原理感兴趣的开发者，包括但不限于： 希望提升软件性能和质量的软件工程师。 正在学习计算机科学专业的学生。 从事系统编程、嵌入式开发、高性能计算等领域的工程师。 对操作系统、编译器、计算机体系结构等领域有浓厚兴趣的研究者。 《深入理解计算机系统：构建高效可靠的软件》将是一次激动人心的学习旅程，它将帮助您解锁计算机系统的奥秘，成为一名更出色的软件创造者。

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**第二段评价（侧重于接口技术的实践应用和案例分析）** 这本书的后半部分，专门针对接口技术的部分，展现了作者深厚的工程实践经验。我尤其喜欢其中关于I/O端口寻址和数据传输模式的详细分析。它不仅仅停留在理论的讲解，而是紧密结合实际的硬件接口标准，比如并行接口和串行接口的演变与应用。书中给出的多个实践案例，例如如何通过编程实现对外部ADC（模数转换器）的数据采集，以及如何配置定时器/计数器来实现精确的脉冲输出，这些都是我在实际项目中急需的知识点。作者在讲解中断服务程序（ISR）的编写时，非常细致地强调了上下文保存和恢复的重要性，这在多任务环境中是至关重要的细节。虽然书中涉及的特定芯片型号可能随着时间有所更新，但其底层的工作原理和编程思想是永恒的。对于希望从“会编程”迈向“懂硬件驱动”的工程师来说，这部分内容价值连城，它有效地搭建起了软件逻辑与物理世界之间的桥梁。

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**第一段评价（侧重对基础知识的梳理和概念的深入浅出）** 这本书在处理微机原理的基础概念上做得相当到位，特别是对于那些初次接触这个领域的读者来说，它提供了一个非常扎实且易于理解的入门路径。作者没有一上来就抛出复杂的汇编指令和寄存器结构，而是花了大量的篇幅来构建一个清晰的“鸟瞰图”，让我们明白微处理器在整个计算机系统中的核心地位。比如，在讲解时序逻辑和组合逻辑电路时，讲解的深度恰到好处，既不会过于学院派到让人望而却步，又能保证读者真正掌握这些底层逻辑是如何驱动CPU工作的。我特别欣赏它在解释存储器组织结构时的比喻，将不同层级的缓存和主存比作不同速度的仓库，使得“内存墙”的概念一下子变得生动起来。对于理解中断和异常处理，书中详述了从硬件触发到软件响应的整个流程，配以清晰的流程图，让原本抽象的控制流变得可视化。总而言之，这是一本非常适合作为教材或自学入门读物，它成功地将深奥的电子工程原理转化为可操作的计算机系统知识。

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**第五段评价（侧重于资料的完整性和辅助学习资源的有效性）** 作为一本技术导学类的书籍，它的辅助学习资源配置得非常人性化。书中穿插的“思考题”和“实验拓展”部分，并非简单的知识点复述，而是真正指向了工程实践中的常见问题和优化方向。例如，某些章节后提供的仿真代码框架，虽然需要读者自行填充核心逻辑，但极大地缩短了环境搭建和验证的周期。此外，书中对特定汇编语言语法和操作符的详尽对照表，使得查阅和对比不同指令集的操作变得非常便捷，有效避免了在厚厚的手册中大海捞针的困扰。对于自学者而言，清晰的章节总结和重点回顾机制，也确保了对所学知识点的及时巩固。总的来说，这本书在内容深度和学习支持的广度上取得了很好的平衡，提供了一个全面且实用的微机系统学习工具包。

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**第三段评价（侧重于行文风格和逻辑递进的流畅性）** 这本书的叙事节奏感把握得极佳，整体阅读体验非常流畅，没有那种传统技术书籍常见的生硬和割裂感。作者似乎非常清楚读者在哪个知识点上可能会产生困惑，并在随后的章节中提前埋设了必要的铺垫。例如，在引入总线仲裁机制之前，他对总线周期的时序图进行了详尽的剖析，使得后续对多处理器系统访问冲突的讨论变得水到渠成。语言上，它既保持了技术文档应有的精确性，又没有陷入术语堆砌的泥潭。很多复杂的概念，比如DMA（直接内存访问）的周期窃取机制，通过对比传统的CPU介入式传输，清晰地展现了其高效性的来源。这种层层递进、环环相扣的编排方式，使得学习过程中的“顿悟感”频繁出现，极大地提高了学习的积极性。对于需要进行系统性学习的读者，这种结构化的知识体系构建是非常有益的。

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**第四段评价（侧重于对底层机制的深度挖掘和批判性思考的引导）** 与其他只停留在“是什么”的技术手册不同，这本书更深层次地探讨了“为什么会是这样”的设计哲学。例如，它在讨论指令集的演进时，不仅仅罗列了不同寻址方式的优劣，还深入分析了RISC和CISC架构在特定应用场景下的取舍，引导读者思考指令集设计背后的性能权衡。我对它关于流水线技术和指令级并行（ILP）的章节印象深刻，作者没有回避现代处理器设计中的复杂性，而是用非常精炼的图示解释了分支预测和乱序执行是如何突破冯·诺依曼瓶颈的。这种对底层架构限制和创新解决方案的深入挖掘，激发了我对后续计算机体系结构课程的浓厚兴趣。它鼓励读者不满足于表面的API调用，而是去探究这些调用背后硬件资源的真实消耗和竞争状态，对于培养具备系统性思维的工程师至关重要。

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