計算機係統基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載2025

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《計算機類專業係統能力培養係列教材:計算機係統基礎》主要介紹與計算機係統相關的核心概念，解釋這些概念如何相互關聯並最終影響程序執行的結果和性能。共分8章，主要內容包括數據的錶示和運算、程序的轉換及機器級錶示、程序的鏈接、程序的執行、存儲器層次結構、虛擬存儲器、異常控製流和I/O操作的實現等。內容詳盡，反映現實，概念清楚，通俗易懂，實例豐富，並提供大量典型習題供讀者練習。本書可以作為計算機專業本科或大專院校學生計算機係統方麵的基礎性教材，也可以作為有關專業研究生或計算機技術人員的參考書。

袁春風，南京大學計算機科學與技術係教授。主要研究領域為大數據計算與並行處理技術、Web信息檢索與文本挖掘技術、多媒體文檔處理等。在相關領域承擔科研項目30多項，發錶論文60多篇，在Web信息處理方麵獲專利近10項，兩次獲江蘇省科技進步二等奬，並獲江蘇省優秀軟件一等奬。主持的“計算機組成原理”和“計算機組成與係統結構”課程被遴選為國傢級精品課程、國傢級精品資源共享課、江蘇省精品課程、教育部-微軟精品課程；所負責的“計算機組成與係統結構”課程網站獲得江蘇省優秀多媒體課件特等奬；獨立編寫普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材《計算機組成與係統結構》以及《計算機組成與係統結構習題解答與教學指導》，該教材被遴選為江蘇省精品教材；所承擔的課程群被遴選為江蘇省優秀課程群；所負責的“計算機係統專業課程體係”被遴選為2013年教育部-英特爾公司産學閤作專業綜閤改革項目；作為主要成員獲2013年江蘇省教學成果特等奬。

叢書序言
序言
前言
第一部分係統概述和可執行目標文件的生成
第1章計算機係統概述2
1.1計算機的發展曆程2
1.1.1電子計算機的誕生2
1.1.2第一代計算機2
1.1.3第二代計算機3
1.1.4第三代計算機3
1.1.5第四代計算機4
1.2計算機係統的基本功能和基本組成5
1.2.1計算機係統的基本功能5
1.2.2計算機硬件6
1.2.3計算機軟件10
1.3程序開發與執行過程11
1.3.1從源程序到可執行程序11
1.3.2可執行文件的啓動和執行12
1.3.3程序中每條指令的執行13
1.4計算機係統的層次結構15
1.4.1計算機係統抽象層的轉換15
1.4.2計算機係統的不同用戶17
1.5計算機係統性能評價19
1.5.1計算機性能的定義19
1.5.2計算機性能的測試19
1.5.3用指令執行速度進行性能評估21
1.5.4用基準程序進行性能評估23
1.6本書的主要內容和組織結構24
1.7小結26
習題27
第2章數據的機器級錶示與處理29
2.1數製和編碼29
2.1.1信息的二進製編碼29
2.1.2進位計數製31
2.1.3定點與浮點錶示35
2.1.4定點數的編碼錶示35
2.2整數的錶示40
2.2.1無符號整數和帶符號整數的錶示40
2.2.2C語言中的整數及其相互轉換41
2.3浮點數的錶示43
2.3.1浮點數的錶示範圍43
2.3.2浮點數的規格化44
2.3.3IEEE754浮點數標準44
2.3.4C語言中的浮點數類型48
2.4十進製數的錶示50
2.4.1用ASCII碼字符錶示50
2.4.2用BCD碼錶示50
2.5非數值數據的編碼錶示51
2.5.1邏輯值51
2.5.2西文字符51
2.5.3漢字字符52
2.6數據的寬度和存儲54
2.6.1數據的寬度和單位54
2.6.2數據的存儲和排列順序55
2.7數據的基本運算58
2.7.1按位運算和邏輯運算59
2.7.2左移運算和右移運算59
2.7.3位擴展運算和位截斷運算61
2.7.4整數加減運算61
2.7.5整數乘除運算65
2.7.6常量的乘除運算67
2.7.7浮點數運算69
2.8小結73
習題74
第3章程序的轉換及機器級錶示82
3.1程序轉換概述82
3.1.1機器指令及匯編指令83
3.1.2指令集體係結構84
3.1.3生成機器代碼的過程84
3.2IA—32指令係統概述88
3.2.1數據類型及其格式89
3.2.2寄存器組織和尋址方式90
3.3IA—32常用指令類型及其操作95
3.3.1傳送指令95
3.3.2定點算術運算指令98
3.3.3按位運算指令101
3.3.4控製轉移指令102
3.3.5x87浮點處理指令107
3.3.6MMX／SSE指令集108
3.4C語言程序的機器級錶示110
3.4.1過程調用的機器級錶示110
3.4.2選擇語句的機器級錶示121
3.4.3循環結構的機器級錶示125
3.5復雜數據類型的分配和訪問128
3.5.1數組的分配和訪問128
3.5.2結構體數據的分配和訪問132
3.5.3聯閤體數據的分配和訪問135
3.5.4數據的對齊137
3.6越界訪問和緩衝區溢齣138
3.6.1緩衝區溢齣攻擊139
3.6.2緩衝區溢齣攻擊的防範141
3.7兼容IA—32的64位係統143
3.7.1x86—64的發展簡史143
3.7.2x86—64的基本特點144
3.7.3x86—64的基本指令和對齊144
3.8小結150
習題151
第4章程序的鏈接165
4.1編譯、匯編和靜態鏈接165
4.1.1編譯和匯編165
4.1.2可執行目標文件的生成166
4.2目標文件格式168
4.2.1ELF目標文件格式168
4.2.2可重定位目標文件格式170
4.2.3可執行目標文件格式171
4.3符號錶和符號解析173
4.3.1符號和符號錶173
4.3.2符號解析176
4.3.3與靜態庫的鏈接179
4.4重定位181
4.4.1重定位信息182
4.4.2重定位過程182
4.5可執行文件的加載186
4.6動態鏈接188
4.6.1動態鏈接的特性188
4.6.2程序加載時的動態鏈接188
4.6.3程序運行時的動態鏈接190
4.7小結191
習題192
第二部分可執行目標文件的運行
第5章程序的執行200
5.1程序執行概述200
5.1.1程序及指令的執行過程200
5.1.2CPU的基本功能和組成202
5.1.3打斷程序正常執行的事件204
5.2數據通路基本結構和工作原理205
5.2.1數據通路基本結構205
5.2.2數據通路的時序控製206
5.2.3數據通路基本工作原理208
5.3流水綫方式下指令的執行213
5.3.1指令流水綫的基本原理213
5.3.2適閤流水綫的指令集特徵217
5.3.3CISC和RISC風格指令集217
5.3.4指令流水綫的實現220
5.3.5高級流水綫實現技術224
5.4小結225
習題226
第6章層次結構存儲係統229
6.1存儲器概述229
6.1.1存儲器的分類229
6.1.2主存儲器的組成和基本操作231
6.1.3存儲器的主要性能指標231
6.1.4各類存儲元件的特點232
6.1.5存儲器的層次結構233
6.2主存與CPU的連接及其讀寫操作233
6.2.1主存模塊的連接和讀寫操作233
6.2.2“裝入”指令和“存儲”指令操作過程237
6.3磁盤存儲器238
6.3.1磁盤存儲器的結構238
6.3.2磁盤存儲器的性能指標240
6.3.3磁盤存儲器的連接242
6.3.4固態硬盤243
6.4高速緩衝存儲器244
6.4.1程序訪問的局部性244
6.4.2cache的基本工作原理246
6.4.3cache行和主存塊的映射248
6.4.4cache中主存塊的替換算法253
6.4.5cache一緻性問題254
6.4.6影響cache性能的因素255
6.4.7IA—32的cache結構舉例257
6.4.8cache和程序性能258
6.5虛擬存儲器261
6.5.1虛擬存儲器的基本概念262
6.5.2虛擬地址空間263
6.5.3虛擬存儲器的實現264
6.5.4存儲保護271
*6.6IA—32／Linux中的地址轉換272
6.6.1邏輯地址到綫性地址的轉換272
6.6.2綫性地址到物理地址的轉換277
6.7小結280
習題280
第7章異常控製流287
7.1進程與進程的上下文切換287
7.1.1程序和進程的概念287
7.1.2進程的邏輯控製流288
7.1.3進程的上下文切換290
7.1.4進程的私有地址空間291
7.1.5程序的加載和運行293
7.2異常和中斷295
7.2.1基本概念295
7.2.2異常的分類296
7.2.3中斷的分類300
7.2.4異常和中斷的響應過程301
？7.2.5IA—32的中斷嚮量錶303
？7.2.6IA—32的中斷描述符錶303
？7.2.7IA—32中異常和中斷的處理305
？7.2.8Linux對異常和中斷的處理306
？7.2.9IA—32／Linux的係統調用309
7.3小結312
習題312
第8章I／O操作的實現315
8.1I／O子係統概述315
8.2用戶空間I／O軟件318
8.2.1用戶程序中的I／O函數319
8.2.2文件的基本概念320
8.2.3係統級I／O函數322
8.2.4C標準I／O庫函數324
8.2.5用戶程序中的I／O請求328
8.3I／O硬件與軟件的接口330
8.3.1I／O設備330
8.3.2設備控製器331
8.3.3I／O端口及其編址333
8.3.4I／O控製方式334
8.4內核空間I／O軟件341
8.4.1與設備無關的I／O軟件341
8.4.2設備驅動程序343
8.4.3中斷服務程序344
8.5小結346
習題347
附錄A數字邏輯電路基礎352
附錄Bgcc的常用命令行選項366
附錄CGDB的常用命令368
參考文獻371
· · · · · · (收起)