微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)

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isbn号码:9787562418504
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具体描述

现代计算系统架构与底层编程实践 本书旨在为读者提供一个深入、全面的现代计算机系统底层运作机制的解析,重点关注从硬件指令集到操作系统内核的演进与交互。它并非对特定教材内容的复述或替代,而是聚焦于计算科学核心概念的系统性梳理和前沿实践的探讨。 第一部分:数字逻辑与指令集体系结构基础 本部分将从信息的最基本单元——二进制数开始,系统地构建起读者对数字系统世界的认知框架。我们首先会深入探讨布尔代数、逻辑门以及组合逻辑与时序逻辑电路的设计原理,这是理解所有现代数字设备工作基础的基石。 随后,内容将转向中央处理单元(CPU)的核心——指令集体系结构(ISA)。我们将详细剖析主流的复杂指令集计算机(CISC)与精简指令集计算机(RISC)的设计哲学差异。书中将以一个具体的、假想的、但遵循现代设计原则的RISC处理器为例,逐一解析其指令格式、寻址模式、寄存器组织以及流水线的基本概念。不同于针对考试大纲的精简描述,本书将侧重于分析指令集对编译器优化、功耗效率以及并行处理能力的深远影响。 重点内容包括: 1. 数据表示与运算: 深入探究定点与浮点数的IEEE 754标准,分析溢出和精度损失的实际案例。讲解算术逻辑单元(ALU)中加法器、乘法器等关键部件的实现细节。 2. 指令的生命周期: 详细描绘一条机器指令从被访存到执行完成的整个流程,包括取指、译码、执行、访存和写回五个阶段的逻辑时序。 3. 内存层次结构初探: 引入高速缓存(Cache)的概念,阐述其工作原理(直接映射、组相联、全相联)以及替换策略(LRU, FIFO),为后续讨论虚拟内存打下基础。 第二部分:汇编语言:连接硬件与高级编程的桥梁 本部分将把读者的视角从抽象的指令集规范拉回到实际的汇编代码层面。我们选取一种广泛应用的、具有代表性的现代处理器架构(如x86-64或ARMv8)作为分析对象,但这并非为了复述某次考试的特定汇编语法,而是为了揭示汇编语言在系统编程中的不可替代性。 我们将系统讲解汇编语言的语法结构、数据传输指令、控制流指令(跳转与循环)、以及函数调用约定(Calling Conventions)。特别是对栈帧(Stack Frame)的组织和参数传递机制的分析,将直接帮助读者理解高级语言(如C/C++)中函数调用底层发生了什么。 关键实践环节: 系统调用接口: 讲解如何通过汇编语言直接发起操作系统内核服务请求(如文件操作、进程创建),这体现了用户态程序与内核态交互的直接方式。 优化与性能洞察: 通过对比同一段逻辑在不同汇编代码写法下的性能差异,培养读者对“高效代码”的底层敏感度。例如,分析循环展开和分支预测对实际运行时间的影响。 第三部分:操作系统核心:资源管理与抽象机制 本书的第三部分将聚焦于现代操作系统的核心职能,重点阐述其如何对底层硬件资源进行抽象、隔离与高效调度。我们关注的是操作系统的设计思想和实现原理,而非特定操作系统的配置或故障排除。 进程与线程管理: 我们将深入剖析进程控制块(PCB)的结构,上下文切换的开销与机制。线程的概念将与进程进行对比,探讨多线程编程模型带来的并发性优势与同步难题。 内存管理: 这是本部分的核心。我们将全面解析虚拟内存系统。这包括页表(Page Table)的结构、多级页表的优势、TLB(转换后援缓冲器)的工作原理,以及缺页中断(Page Fault)的处理流程。此部分的讨论将超越简单的“分页”定义,深入到操作系统如何实现内存保护和地址翻译的复杂机制。 并发控制与同步: 围绕“竞态条件”这一核心问题,我们将系统讲解经典的同步工具:信号量(Semaphores)、互斥锁(Mutexes)以及条件变量(Condition Variables)。不仅会介绍其定义,更会深入分析如何利用它们来设计无死锁、无饥饿的并发程序。 第四部分:系统编程接口与驱动程序基础 本部分将把理论知识应用于实际的系统编程环境。我们将探讨应用程序如何通过标准API(如POSIX或Windows API)与操作系统内核进行交互,并对系统调用的性能影响进行分析。 文件系统I/O: 从磁盘块到文件抽象的转换过程。我们将探讨块设备的缓冲机制、日志结构文件系统(Journaling File Systems)的设计目标,以及同步I/O与异步I/O模式的性能权衡。 设备驱动程序简述: 尽管不涉及特定硬件的驱动编写,但我们会详细描述设备驱动程序在操作系统中的角色——作为硬件与内核之间的桥梁。重点分析中断处理机制(Interrupt Handling)在I/O操作中的关键作用,以及驱动程序必须遵守的同步与隔离规则,以确保系统稳定性。 第五部分:现代计算的挑战与前沿趋势 最后一部分将引导读者思考当前计算领域面临的挑战,以及对未来体系结构发展的展望。 1. 并行计算范式: 探讨多核处理器(Multi-core)、众核处理器(Many-core)的崛起,分析SIMD(单指令多数据)指令集扩展(如SSE, AVX)的原理,以及如何利用它们进行向量化加速。 2. 能效与功耗敏感设计: 讨论现代CPU中的动态电压与频率调节(DVFS)技术,以及操作系统如何参与到能效管理中。 3. 安全性与隔离: 简要介绍硬件辅助的虚拟化技术(如Intel VT-x/AMD-V)如何为安全沙箱和云环境提供基础支持,以及对内存保护机制(如NX/DEP位)的探讨。 本书的价值在于,它提供了一个从晶体管到复杂操作系统的完整、逻辑连贯的知识图谱,强调概念间的内在联系和实际应用中的设计权衡,旨在培养读者构建和分析复杂计算系统的底层思维能力。

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目录信息

读后感

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《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》这本书,不得不说,它的内容编排真的很用心。我是一名正在备考三级A的考生,之前尝试过一些其他的复习资料,但总是感觉抓不住重点,或者内容过于碎片化。而这本教材,给我的感觉就像一个经验丰富的老师,循序渐进地引导我进入微机世界的殿堂。它不仅仅是一本考试辅导书,更是一本能够真正帮助你理解微机原理的书。我特别欣赏它在讲解CPU工作原理时,引入了大量的经典案例和对比分析。比如,在解释指令周期的各个阶段时,作者会穿插讲解不同指令的执行流程,以及它们对CPU内部状态的影响。这种“由点及面”的教学方式,让我能够深刻理解指令是如何被CPU读取、译码、执行和写回的。此外,书中关于存储器层次结构和访问时序的讲解也十分到位。我曾经对DRAM和SRAM的区别以及它们在计算机中的作用感到困惑,但这本书通过清晰的图示和对比,让我豁然开朗。它解释了缓存的作用、内存管理单元(MMU)的机制,以及这些技术如何共同提升计算机的运行效率。我甚至还尝试着按照书中提供的汇编代码例子,在模拟器上进行了一些简单的实验,亲眼看到寄存器的变化和内存内容的更新,那种成就感是无法比拟的。这本书绝对是备考三级A的考生不容错过的首选教材,它不仅能让你通过考试,更能让你真正掌握微机这门课程的核心知识。

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我真心觉得,《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》这本书在讲解微机系统构成和总线原理方面,做得非常扎实。对于初学者来说,理解一个复杂的系统往往是从分解其基本组成部分开始的,而这本书恰恰是这样做的。它首先详细介绍了微机系统的基本构成,包括CPU、内存、输入输出设备以及连接它们的总线。然后,它深入剖析了CPU的内部结构,包括指令的取指、译码、执行等过程,以及各种寄存器的功能。我特别欣赏书中关于总线的讲解,它清晰地划分了数据总线、地址总线和控制总线,并详细解释了它们各自的作用以及在数据传输过程中的协作关系。书中还引入了时序图,直观地展示了CPU与内存之间进行数据读写的具体过程,这让我能够非常形象地理解总线的工作机制。此外,我还从中学习到了各种接口技术,比如并行接口、串行接口,以及它们如何连接外部设备。这本书的逻辑非常清晰,从整体到局部,层层递进,让我能够逐步构建起对微机系统的整体认识。对于想要深入了解计算机硬件工作原理的人来说,这本书绝对是一个极好的起点,它为我打下了坚实的理论基础。

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在我看来,《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》这本书在讲解中断系统和I/O接口时,展现出了极高的专业性和实用性。我之前一直对中断这个概念感到有些神秘,不知道它究竟是如何工作的,以及在实际应用中扮演着什么角色。但这本书通过清晰的图示和理论阐述,将中断的工作流程,从中断请求的产生、CPU响应中断、中断向量表的查询,到中断服务程序的执行和中断返回,都描绘得一清二楚。它还详细介绍了各种中断源,例如外部中断、定时器中断、软件中断等,以及它们在不同场景下的应用。我印象深刻的是书中关于中断优先级和中断嵌套的讲解,这让我明白了在多中断环境下,CPU是如何有序地处理不同优先级中断的。此外,本书对I/O接口的讲解也极为详尽,它不仅介绍了I/O端口的编址方式,还深入探讨了如何通过I/O指令进行数据的读写,以及如何利用I/O接口与外部设备进行通信。这本书的内容对我来说非常有价值,它让我能够更好地理解计算机系统是如何响应外部事件的,以及如何进行高效的输入输出操作。

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对于我这样一个备考全国计算机等级考试三级A的考生来说,《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》这本书简直是一场及时雨。在学习过程中,我最大的困扰是如何将抽象的微机原理与实际应用联系起来,而这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅罗列了微机原理的知识点,更重要的是,它通过大量的实例和代码演示,将这些原理“活化”了。我印象特别深刻的是关于汇编语言编程的部分,书中详细讲解了汇编指令的格式、寻址方式以及如何利用汇编语言编写一些简单的程序,例如数据传输、算术运算、分支跳转等。通过亲手编写和调试这些汇编代码,我能够直观地感受到CPU是如何一步步执行指令的,以及各个寄存器和内存单元是如何变化的。这种实践性的学习方式,让我对微机原理的理解更加深刻,也让我对计算机底层的运作机制有了更清晰的认识。此外,书中还探讨了各种接口技术,如定时器、中断、I/O端口等,并提供了如何利用这些接口进行开发的示例。这对于我理解计算机如何与外部设备进行交互,以及如何编写底层驱动程序非常有帮助。这本书为我提供了一个系统而又实用的学习路径,让我能够高效地准备考试,并真正掌握微机原理的应用。

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这本《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》真是我最近遇到的宝藏!作为一个对计算机硬件底层运作一直充满好奇,但又苦于无从下手的人来说,这本书简直是及时雨。初翻开的时候,我有点担心会太过于理论化,毕竟“原理”二字听起来就有些枯燥。但出乎意料的是,作者用非常通俗易懂的语言,将原本晦涩难懂的微处理器架构、总线原理、存储器组织等概念娓娓道来。书中大量的图示和表格,更是将抽象的概念具象化,让我这个“视觉型学习者”受益匪浅。特别是关于CPU的内部结构,作者通过一步步的拆解,详细讲解了指令流水线、寄存器组、算术逻辑单元(ALU)等核心部件的功能和相互协作,看得我热血沸腾。以前总觉得CPU就是个黑盒子,现在感觉自己仿佛窥探到了它的灵魂。而且,书本并没有止步于理论,而是紧密结合了“应用”的部分,例如如何通过汇编语言来控制硬件,如何理解中断机制在实际程序中的作用。这些内容对我来说太有价值了,让我明白理论知识最终是要落地到实际操作中的。我还特别喜欢书中关于不同类型接口的讲解,比如串口、并口,以及它们在连接外部设备时的具体实现方式。这让我在面对一些老式设备或者需要进行底层通信调试时,不再感到束手无策。总而言之,这本书不仅满足了我对微机原理的求知欲,更给了我将这些知识应用于实践的信心和方法。

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坦白讲,刚拿到《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》这本书时,我对其中的“原理”部分抱有一定的抵触情绪,觉得这部分内容可能太过理论化,难以吸收。然而,当我深入阅读之后,这种顾虑完全被打消了。作者在讲解微处理器的工作原理时,并没有采用枯燥的公式堆砌,而是通过大量的逻辑图和流程图,将CPU的指令周期、寻址方式、中断处理等关键环节描绘得淋漓尽致。我尤其喜欢书中关于不同寻址方式的对比分析,它清晰地解释了立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、间接寻址等方式的特点和适用场景,让我能够更准确地理解指令是如何找到它要操作的数据的。此外,书中关于总线接口的设计和工作原理的讲解也让我受益匪浅。我曾经对数据总线、地址总线、控制总线的功能感到模糊,但这本书通过生动的实例,阐述了它们各自的作用以及在数据传输过程中的协作关系。它还探讨了总线时序,解释了CPU是如何在总线上进行读写操作的,以及如何处理总线冲突。这些内容对于理解计算机系统的工作流程至关重要。这本书就像一位耐心的老师,一步步引导我解开了微机原理的奥秘,让我从一个“门外汉”逐渐变成了一个能够理解底层逻辑的“行内人”。

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我之所以会选择《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》,是因为它承诺能够帮助我理解微机原理并应用于实际。读完这本书,我可以说它完全兑现了这一承诺。这本书在讲解微机工作原理时,并没有停留在理论层面,而是紧密结合了实际应用。我特别欣赏书中关于汇编语言的章节,它详细介绍了各种汇编指令的用法,以及如何利用汇编语言编写小程序来控制硬件。通过书中提供的代码示例,我能够亲手实践,观察CPU寄存器的变化,理解数据在内存中的流动。这种“动手实践”的学习方式,让我对抽象的微机原理有了更直观、更深刻的理解。此外,书中还讲解了各种接口技术,例如定时器、中断控制器、I/O端口等,并提供了如何利用这些接口与外设进行通信的示例。这对于我理解嵌入式系统开发、单片机编程等相关领域非常有帮助。这本书就像一本“操作手册”,不仅教会我“是什么”,更教会我“怎么做”。它让我明白了,微机原理并非高不可攀,而是可以通过学习和实践来掌握的。

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我是一名对计算机系统底层运作原理有浓厚兴趣的学习者,而《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》这本书,恰恰满足了我深入探索的需求。我一直以来都对计算机的“心脏”——CPU的工作机制感到好奇,这本书在这方面给予了我详尽的解答。书中对CPU的组成部分,如运算器、控制器、寄存器组等,进行了细致的剖析,并辅以大量精美的图示,让我能够清晰地看到CPU内部的逻辑结构和数据流向。我尤其喜欢它对指令流水线技术的讲解,它通过将指令的执行过程分解为若干个阶段,并允许不同指令的阶段并行执行,极大地提高了CPU的处理效率。作者还深入探讨了各种寄存器的作用,包括通用寄存器、指令寄存器、程序计数器、状态寄存器等,以及它们如何在指令的执行过程中协同工作。这让我对CPU内部数据的高效传递和处理有了更深刻的理解。此外,书中对存储器管理的讲解也十分到位,它阐述了内存的组织方式、地址映射机制,以及CPU如何通过内存接口访问数据。这些内容对于理解现代计算机系统的性能瓶颈和优化策略至关重要。总而言之,这本书为我提供了一个深入了解微机核心技术的绝佳平台,让我能够从更深层次上理解计算机的运作。

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这本《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》可以说是我学习微机原理过程中遇到的一个里程碑。我一直对微机底层是如何工作的感到好奇,特别是CPU内部的逻辑和数据流。这本书在这方面给予了我极其详尽的解答。它不仅介绍了CPU的指令集和寻址方式,还深入剖析了CPU的内部结构,包括 ALU、控制单元、寄存器组等关键部件的功能和相互协作。我尤其喜欢书中关于指令流水线技术的讲解,它用非常生动的比喻和图示,让我明白了CPU是如何通过并行处理指令来提高执行效率的。此外,书中关于存储器层次结构和内存管理的介绍也让我受益匪浅。它解释了缓存的作用、内存管理单元(MMU)的工作原理,以及这些技术如何共同提升计算机的整体性能。我曾经对这些概念感到模糊不清,但通过这本书的讲解,我仿佛看到了计算机内部的“血管”和“神经”,对整个系统的运作有了更深刻的理解。这本书不仅满足了我对微机原理的求知欲,更重要的是,它为我打下了坚实的基础,让我能够更好地理解后续更高级的计算机体系结构和操作系统知识。

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我必须说,这本《微机原理及应用/全国计算机等级考试指导(三级A)》在讲解微机接口技术的部分,做得极其出色。我之前一直对各种接口感到非常头疼,觉得它们之间的区别和联系模糊不清。但这本书用一种非常系统化的方式,将各种常见的微机接口,如并行接口、串行接口、定时/计数器接口、中断控制器等,进行了详细的剖析。它不仅介绍了这些接口的基本原理和功能,更重要的是,它解释了这些接口在实际应用中是如何与CPU进行交互的。比如,书中对中断机制的讲解,让我彻底理解了当外部事件发生时,CPU是如何暂停当前任务,转而去处理更高优先级的任务,然后再恢复原任务的。书中提供了很多生动的比喻和图示,让我能够直观地理解中断向量表、中断服务程序(ISR)等概念。我印象特别深刻的是关于DMA(直接内存访问)的讲解,它解释了CPU是如何将数据传输的任务交给DMA控制器,从而解放CPU去执行其他计算任务,极大地提高了I/O效率。这本书还深入讲解了I/O端口的编址方式,以及如何通过I/O指令进行数据的读写。这对于理解一些嵌入式系统或者底层驱动的开发非常有帮助。总的来说,这本书为我打开了一扇通往微机接口技术的大门,让我能够更自信地去理解和应用这些重要的概念。

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