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出版者:厦门大学出版社

作者:严桂兰 编

出品人:

页数:428

译者:

出版时间:2004-7

价格:38.00元

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isbn号码:9787561517796

丛书系列:

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《深入理解计算机系统：原理、实践与未来趋势》 图书简介 本书旨在为读者构建一个全面、深入且具有前瞻性的计算机系统认知框架。它不仅仅是一本技术手册，更是一次对现代计算核心原理的系统性探索之旅，适合所有希望超越表面应用、掌握底层运行机制的工程师、研究人员、以及计算机科学专业的学生。 第一部分：基石——从比特到抽象层 本部分将系统地梳理计算机系统的基础构建模块，强调硬件与软件的紧密交互。 第一章：信息的表示与计算模型 本章从最基本的逻辑门和布尔代数出发，探讨数字电路如何实现复杂的计算功能。我们将深入分析不同进制的转换原理，重点讲解浮点数的IEEE 754标准，剖析其在精度和范围上的内在权衡。随后，引入图灵机和冯·诺依曼架构，确立现代计算机的理论模型和基本结构。本章将用大量实例说明，为何看似简单的位操作，却是所有高级编程语言的根基。 第二章：中央处理器（CPU）的微架构 本章聚焦于计算机“大脑”的设计与优化。我们将详细解析指令集架构（ISA），对比RISC与CISC的设计哲学及其对性能的影响。深入探讨流水线技术，包括指令级并行（ILP）的实现，如超标量处理、分支预测和乱序执行。我们不会停留在概念层面，而是通过模拟器和实际CPU手册中的片段，展示硬件如何通过精密的控制逻辑来提升吞吐量。此外，也会讨论内存层次结构的顶端——缓存（Cache）的工作原理，包括多级缓存的组织、缓存一致性协议（如MESI）以及性能瓶颈的成因。 第三章：存储系统与I/O 本章拓宽视野，考察数据存储的整个生态系统。从DRAM的刷新机制到固态硬盘（SSD）的闪存技术（NAND特性、磨损均衡），系统地介绍主存和辅助存储的物理特性和性能特征。重点讲解内存管理单元（MMU）如何实现虚拟内存，包括页表结构、TLB的作用，以及缺页中断的处理流程。在输入/输出方面，本书将详述中断驱动I/O、直接内存访问（DMA）的工作流程，以及现代总线架构（如PCIe）如何支持高速设备通信。 第二部分：软件的实现——连接硬件与应用 本部分探讨如何利用底层机制来构建高效可靠的软件。 第四章：汇编语言与链接 本章将使用主流的x86-64或ARM架构作为案例，深入解析机器语言和汇编语言。读者将学习如何阅读反汇编代码，理解函数调用约定（如System V ABI），栈帧的建立与销毁。随后，重点讲解目标文件格式（如ELF），编译过程中的词法分析、语法分析、优化，以及链接器（Linker）在静态链接和动态链接中所扮演的关键角色，包括符号解析和地址重定位。 第五章：操作系统：管理资源与抽象 本书将操作系统视为资源仲裁者和抽象层构建者。深入剖析进程与线程的概念，对比内核态与用户态的切换机制。重点讲解进程调度算法（如CFS、实时调度），并发控制的基本原语（互斥锁、信号量、条件变量），以及如何避免死锁。虚拟内存的实现细节将再次被深入探讨，特别是在多进程环境下，操作系统如何隔离和保护内存空间。 第六章：程序性能分析与优化 本章强调“度量胜于猜测”。介绍如何使用专业的性能分析工具（如perf、VTune）来收集运行时数据。剖析常见的性能陷阱，例如分支错失、缓存未命中、锁竞争、以及不当的内存分配策略。提供系统化的优化流程，从算法选择、数据结构优化，到编译器优化选项的合理运用，指导读者写出真正高效的代码。 第三部分：网络与分布式系统 本部分将视角扩展到跨越物理边界的计算。 第七章：计算机网络核心协议 本书不追求网络协议栈的全面覆盖，而是聚焦于性能和可靠性的关键点。深入分析TCP/IP协议栈，重点剖析TCP的拥塞控制算法（如Cubic、BBR），连接建立与终止的机制（三次握手、四次挥手），以及UDP的无连接特性。同时，探讨在现代应用场景下，如何优化数据包的发送与接收路径，降低延迟。 第八章：并发、并行与分布式计算模型 本章讨论如何构建能够利用多核、多机环境的复杂系统。区分并行性（Parallelism）与并发性（Concurrency）。详细介绍共享内存模型下的线程安全编程，并引入消息传递接口（MPI）和远程过程调用（RPC）等分布式计算范式。探讨分布式系统中的一致性模型（如顺序一致性、最终一致性）和容错机制。 第九章：现代计算趋势与未来展望 本章展望计算领域的最新发展。探讨异构计算的兴起，如GPU的SIMT架构及其编程模型（如CUDA/OpenCL）如何改变高性能计算的格局。讨论云计算环境下的虚拟化技术（Hypervisor工作原理），容器化（如cgroups和namespaces）如何实现轻量级隔离，以及它们对传统操作系统边界的挑战。最后，对量子计算的初步原理和对现有加密体系的潜在影响进行概述。 适用读者 本书适合作为高等院校计算机科学、软件工程专业的高年级本科生或研究生的核心参考教材，尤其适用于希望深入理解操作系统、编译原理、计算机组成原理之间内在联系的专业人士。阅读本书需要具备扎实的编程基础（如C/C++）和基本的离散数学知识。本书的价值在于，它将复杂的技术概念层层剥开，还原到最基本的物理和逻辑层面，使读者真正掌握计算的“内功心法”。

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这本书简直是编程新手的福音，封面设计简洁大气，内页排版清晰易读，光是翻阅起来就觉得心情愉悦。作者在讲解基础概念时，那种循序渐进的逻辑编排，让人感觉就像是有一位经验丰富的导师在身边耐心指导。比如，对于指针的理解，很多教材往往直接抛出复杂的内存模型，让人望而却步，但这本书却巧妙地将抽象的概念与生活中的实例相结合，比如用“门牌号”来比喻内存地址，这种接地气的解释方法，极大地降低了初学者的理解门槛。而且，书中穿插了大量的代码示例，每一个示例都不是那种空洞的理论堆砌，而是紧密围绕着解决实际问题的需求展开，即便是初学者也能通过跟踪代码的执行过程，迅速掌握变量的生命周期和函数调用的机制。更值得称赞的是，书中的习题设计得非常巧妙，从最基础的语法练习到稍有挑战性的算法实现，层层递进，确保读者在学习新知识的同时，能够及时巩固和应用所学，真正做到学以致用。这本书不仅仅是一本教材，更像是一份详尽的编程修行指南，让人在阅读过程中充满探索的乐趣和成就感。

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从一个学习者的角度来看，这本书最大的优点在于其极高的可操作性和与时俱进的内容。它没有沉溺于过时的C标准特性，而是重点关注了现代C编程中广泛应用的部分，并且在介绍新特性时，总能明确指出它们相对于旧方法的优势。我特别喜欢它在每章末尾设置的“知识点回顾与自测”环节，这些问题设计得非常精准，能够迅速暴露学习者在理解上的薄弱点。例如，它在讲解数组与指针关系时，不仅展示了指针算术，还用表格的形式清晰对比了数组名、指针变量和解引用操作符在不同上下文中的本质区别，这种多维度的对比，极大地巩固了概念。此外，书中对调试技巧的介绍也相当实用，它推荐了一些命令行下的调试工具使用方法，这对于那些希望摆脱图形化IDE依赖，深入命令行环境的读者来说，提供了非常及时的帮助。总而言之，这是一本集全面性、深入性与实用性于一身的优秀读物，无论是零基础小白还是希望系统回顾的老手，都能从中获益匪浅。

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我必须坦言，我对这类入门级教程通常持保留态度，因为市面上太多同质化的产品，要么过于陈旧，要么过于浮夸。然而，这本教程却在细节处理上体现出了作者深厚的功力与对读者的尊重。它的叙述风格非常注重“为什么”和“如何做”的平衡。例如，在讲解结构体和联合体时，作者并没有止步于语法层面的介绍，而是深入分析了它们在不同场景下的内存布局差异和性能影响，这对于希望写出高效代码的进阶读者来说，提供了宝贵的视角。书中对C语言标准库函数的讲解也做得非常细致，不仅仅是罗列函数原型，还贴心地标注了每个函数可能存在的“陷阱”或边界条件，比如`strcpy`与`strncpy`的安全性对比，这种前瞻性的警示极大地提高了代码的健壮性。阅读过程中，我感觉作者仿佛在与我进行一场深入的技术对话，总能在关键节点抛出引人深思的问题，促使我主动思考背后的原理，而不是被动接受既定知识。这种互动式的学习体验，远胜于那些枯燥的教科书。

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我是一名资深程序员，偶然翻阅此书，本意是想看看它能提供什么新颖的视角来回顾C语言的基础。让我惊喜的是，即便是对于我这样有多年经验的开发者，书中的某些章节依然能带来“原来如此”的顿悟感。特别是在涉及到底层机制，例如变量的存储类别（静态、外部、自动）及其作用域规则的阐述上，作者的表述极其精确和严谨，避免了许多常见误解。书中对`volatile`关键字的解释，堪称教科书级别的清晰，它通过一个多线程环境下的计数器示例，生动地说明了为什么编译器优化有时会带来灾难性的后果，以及如何利用`volatile`来干预这种优化。这种对编译器行为和硬件特性的深刻洞察，是许多初级读物所缺乏的深度。这本书的价值在于，它不仅教你如何让代码跑起来，更重要的是，它教你理解代码为什么会以特定的方式运行，这种深层次的理解，是构建高性能和高可靠性代码的基石。

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这本书的编排结构充满了现代软件开发的思维。它似乎深知，学习一门语言不仅仅是学习语法，更重要的是学习如何组织和管理复杂程序。书中对模块化编程的介绍非常到位，从头开始就引导读者思考如何使用头文件、如何进行函数声明和定义，甚至涉及到了简单的宏定义技巧，这些都是在实际工程项目中必不可少的技能。尤其令我印象深刻的是，它在讲述文件I/O的部分，并没有仅仅停留在`fopen`/`fprintf`的层面，而是花了相当的篇幅去讲解了不同文件访问模式（文本模式与二进制模式）下的微妙差异，并给出了一些处理跨平台文件读写时的注意事项。这种对工程实践的关注，使得这本书的实用价值远超同类书籍。对于那些已经掌握了基础语法，但苦于无法将小片段代码组织成一个完整、可维护项目的人来说，这本书提供了一个非常清晰的路线图和实用的方法论，让编程从“写代码”升级为“构建系统”。

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