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页数:342

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出版时间:2008-8

价格:32.00元

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isbn号码:9787122030238

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• 计算机组装
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计算机系统架构与高性能计算进阶 图书简介 本书深度聚焦于现代计算机系统的底层架构、高级组件的集成与优化，以及面向大规模数据处理与科学计算领域的高性能计算（HPC）实践。内容旨在为具备一定计算机基础知识的读者提供一个从硬件原理到系统级优化的全面、深入的视角，特别是针对数据中心、云计算环境和专业科研应用的需求。 第一部分：现代处理器与内存子系统深度解析 第一章：超越摩尔定律：现代CPU微架构详解 本章将超越传统的冯·诺依曼模型，详细剖析当前主流处理器（如Intel的Core/Xeon系列、AMD的Zen架构）的核心微架构。重点讨论乱序执行（Out-of-Order Execution）、分支预测机制（Branch Prediction Unit, BPU）的复杂算法及其对性能的影响。深入探讨指令级并行（Instruction-Level Parallelism, ILP）的实现，包括超长指令字（VLIW）与寄存器重命名技术。此外，将分析多核与众核处理器（Many-Core Processors）的设计哲学，如缓存一致性协议（Cache Coherence Protocols，如MESI、MOESI）在多处理器系统中的实现与开销。读者将理解性能瓶颈如何从单纯的频率竞争转向架构效率的竞争。 第二章：存储体系的层次化与延迟优化 本章系统阐述计算机存储体系的复杂结构，从寄存器文件到固态硬盘（SSD）的整个栈。详细解析L1、L2、L3缓存的工作原理、替换策略（如LRU的硬件实现）以及伪共享（False Sharing）问题在多线程环境下的规避方法。重点讲解DRAM（动态随机存取存储器）的物理层原理，包括行缓冲器、Bank冲突等对延迟的影响。针对DDR4/DDR5内存标准，解析其时序参数（CAS Latency, tRCD, tRP）的实际意义及其对内存带宽的决定性作用。最后，深入探讨NVMe协议在PCIe总线上的工作机制，以及持久性内存（Persistent Memory, PMEM）的编程模型与应用场景，旨在指导读者进行精确的性能调优。 第三部分：系统互连与总线架构 第三章：系统级互连技术与拓扑结构 本章聚焦于处理器、内存、I/O设备之间的高速通信机制。详细介绍PCI Express（PCIe）的代际演进（Gen4到Gen5），包括其通道（Lane）、速率与事务层（Transaction Layer）的实现细节。深入讲解片上网络（Network-on-Chip, NoC）的设计理念，这对于现代SoC和大规模CPU集群至关重要。对于服务器和HPC环境，本书将详细剖析Intel QuickPath Interconnect (QPI) 或 AMD Infinity Fabric (IF) 的拓扑结构、数据包格式与流量控制机制，以及如何通过调整互连参数来优化跨CPU通信的延迟和吞吐量。 第四章：高性能I/O与虚拟化加速 本章探讨如何高效地管理和加速外部数据传输。详细介绍中断处理机制（如APIC/MSI-X）的优化，以及直接内存访问（Direct Memory Access, DMA）在绕过CPU进行数据传输中的核心作用。重点讲解I/O虚拟化技术，如Intel的VT-d/AMD的IOMMU，它们如何实现硬件资源的安全、高效地透传给虚拟机。对于存储I/O，将剖析软件定义存储（SDS）的基础架构，并对比SCSI、SATA与NVMe在不同负载下的性能差异。 第三部分：操作系统内核与资源管理进阶 第五章：现代操作系统内核的调度与同步机制 本书将深入Linux内核的调度器（如CFS, Completely Fair Scheduler）的内部实现，分析其时间片分配、优先级继承和实时性保证的算法。重点关注I/O调度器（如Kyber, BFQ）如何影响存储设备的响应时间。在并发控制方面，详细阐述内核级同步原语（如自旋锁、信号量、RCU——Read-Copy-Update机制）的原理、性能开销与死锁预防策略。此外，探讨NUMA（非一致性内存访问）架构下，内核如何进行跨节点内存分配和进程绑定（CPU Pinning），以最大化本地访问效率。 第六章：内存管理与地址转换的硬件支持 本章聚焦于操作系统如何利用硬件特性实现高效的内存管理。详细解释虚拟内存系统的运作，包括页表（Page Table）的结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作机制及其缓存失效的性能影响。深入分析大页（Huge Pages）的应用场景与配置，以及如何通过内核参数调整来优化页表查找效率。探讨内存碎片化（Memory Fragmentation）问题在长期运行系统中的成因，以及内核提供的内存回收与整理策略。 第四部分：高性能计算（HPC）与并行编程模型 第七章：并行计算基础与加速器集成 本章为HPC应用奠定基础。系统介绍并行计算的挑战，包括Amdahl定律与 Gustafson定律的应用。重点剖析当前主流的并行编程模型，特别是OpenMP（用于共享内存系统）的指令集（如并行区域、数据同步指令）及其对编译器优化的依赖性。深入探讨异构计算架构，包括如何利用CUDA或OpenCL API对GPU进行编程，解析数据在CPU内存与GPU显存之间的传输机制（如Zero-Copy、Unified Memory）。 第八章：分布式计算与集群通信 本章转向大规模并行处理。详细介绍消息传递接口（MPI）的标准、数据类型、通信模式（如集体通信、点对点通信）的性能考量。分析MPI在不同网络拓扑下（如环形、网格、超立方体）的通信开销模型。探讨现代HPC集群中的作业调度系统（如Slurm, PBS Pro）如何与底层硬件资源（如GPU、高速网络）进行高效的绑定与调度，确保计算资源的利用率最大化。 第九章：性能分析与系统调优实战 本章是实践性的总结。介绍使用专业工具进行系统性能剖析的方法，包括使用`perf`工具进行事件采样与分析，利用硬件性能计数器（HPC）深入挖掘指令周期的细节。讲解如何通过分析缓存缺失率、TLB未命中率和内存访问模式，来定位应用程序的性能瓶颈。最终，提供一套系统的调优流程，涵盖从BIOS设置、内核参数调整到应用程序代码层面的优化策略，指导读者构建和维护高效率的计算平台。 本书内容严谨、技术性强，适合系统工程师、软件架构师、高性能计算研究人员及对底层硬件原理有浓厚兴趣的高级学习者。

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我必须承认，一开始我对“教程”这类书籍抱有保留态度，总觉得它们过于刻板，缺乏趣味性。但这本书在排版和案例选择上做出了巧妙的平衡。它巧妙地穿插了一些历史性的“装机趣闻”，比如早期的IDE排线布局挑战，这让紧张的学习气氛得到缓解。更重要的是，它对“故障排除”部分的投入力度令人称赞。它不像其他教材那样只关注最常见的蓝屏问题，而是深入探讨了电源纹波过大、静电干扰（ESD）防护的重要性，甚至涉及到了网络硬件（如路由器与交换机）的基础故障诊断。对于那些需要构建小型局域网或者进行家庭服务器维护的读者来说，这部分内容提供的价值是巨大的，它将计算机维护的概念从单一主机扩展到了整个IT环境。

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坦白说，市面上许多关于硬件维护的书籍往往在软件部分显得力不从心，或者只是蜻蜓点水般带过。然而，这本书在操作系统和系统优化这一块的深度，绝对超出了我的预期。它没有满足于仅仅介绍Windows的常见设置，而是花费了大量的篇幅来讨论如何进行“裸机”安装，以及在不同用户场景下（比如专业设计、游戏电竞）如何定制启动项和服务，以达到最佳性能。我尤其喜欢其中关于BIOS/UEFI设置的章节，讲解了超频的基本风险和安全阈值，虽然我个人没有进行高强度超频，但了解这些底层设置的原理，极大地增强了我对整个计算机工作流程的掌控感。文字的组织非常严谨，数据表格清晰明了，即便是涉及到内存时序和硬盘固件更新这类相对晦涩的内容，作者也用简洁的语言成功地将其“翻译”成了普通读者可以理解的步骤。

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这套教程最大的亮点之一，在于它构建了一个非常完整的、从宏观到微观的知识体系，让我不再对“组装电脑”这件事感到敬畏。过去我总觉得不同品牌的主板、内存之间兼容性是个玄学问题，但这本书通过对芯片组工作原理的剖析，提供了一套明确的选购和搭配指南。它不是简单地罗列兼容列表，而是解释了为什么某些代际的CPU无法搭配特定的南桥芯片。在维护工具的使用方面，它介绍了几款非常专业的诊断软件，这些工具在一般的社区论坛中并不常见。通过书中提供的案例分析，我成功修复了一台朋友电脑的主板BIOS损坏问题，这种“学以致用”的成就感是无与伦比的。这本书更像是一位经验丰富的老技师在你身边耳提面命，时刻为你把关。

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这本书的开篇就给人一种脚踏实地的感觉，它没有过分强调那些光鲜亮丽的理论概念，而是直接切入到最基础、最实用的层面。对于我这样一个对硬件知识知之甚少的新手来说，这种布局非常友好。作者似乎深知读者的痛点，从拆卸机箱的第一个螺丝开始，就用非常详尽的图文步骤进行讲解。我特别欣赏它对“软维护”的描述，不仅仅是简单的系统重装，而是深入到驱动冲突的排查，甚至包括了对老旧硬件兼容性的优化建议。我记得有一次我的旧显卡突然出现花屏现象，在网上搜索了无数无效的方案后，翻阅这本书的“故障诊断树”部分，按照步骤一步步排查，最终发现是电源供电不足引起的。这种循序渐进、注重实操的讲解方式，让学习过程不再枯燥，而是变成了一种解决实际问题的探索。它提供的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这么做”的逻辑支撑。

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这本书的文字风格，给我的感觉是极其负责任和成熟的。它没有使用任何夸张的营销辞藻，所有的描述都基于技术规范和实际操作经验。我尤其欣赏它对安全规范的强调，从拆装前的断电操作，到处理锂电池的安全须知，每一个环节都体现了对读者人身和财产安全的关切。在涉及到存储介质的数据恢复时，它没有提供那些不切实际的“一键恢复”方案，而是清晰地指出了专业设备和软件的局限性，并建议在关键数据面前及时寻求专业帮助，这种严谨的态度非常难得。读完后，我感觉自己拿到了一本可以随时查阅、并且信赖度极高的“电子设备急救手册”，而不是一本转瞬即逝的“过时指南”。

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