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出版者:

作者:杨秋黎 编

出品人:

页数:142

译者:

出版时间:2008-9

价格:17.00元

装帧:

isbn号码:9787115180940

丛书系列:

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• 计算机基础
• 大学教材
• 实践教程
• 计算机应用
• 编程入门
• 信息技术
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• 计算机科学

计算机系统与应用基础：面向工程实践的理论与方法 本书导言 在信息技术飞速发展的今天，理解计算机系统的基本原理与核心应用能力已成为各专业领域人才的必备素养。本书并非《大学计算机基础实践教程》的替代或补充，而是旨在提供一套更为深入、侧重于底层逻辑与现代工程实践的计算机科学入门体系。我们的目标是培养读者从“使用计算机”向“理解并驾驭计算机”的思维转变，为后续的专业学习和前沿技术探索打下坚实的基础。 本书聚焦于计算机科学的核心概念、硬件基础、操作系统原理、网络通信架构以及数据处理的基本流程，这些是构建任何现代软件系统和信息基础设施的基石。我们不侧重于特定软件的操作指南，而是深入探讨支撑这些操作背后的理论模型和工程实现。 --- 第一部分：数字世界的基石——计算机体系结构与硬件基础 本部分将带领读者穿透计算机的“黑箱”，探究数字信息如何在物理世界中被表示、存储和处理。 第一章：信息编码与数字逻辑 本章详细阐述了信息是如何被量化和数字化的。我们将从最基本的布尔代数出发，讨论逻辑门（AND, OR, NOT, XOR）的设计与组合。重点解析二进制、八进制、十六进制之间的转换，以及它们在计算机内部表示中的实际意义。此外，还将深入探讨定点数和浮点数的IEEE 754标准，理解精度损失和数值表示的局限性。最后，通过分析加法器、多路选择器等基本逻辑电路，建立对复杂数字系统构建块的直观认识。 第二章：中央处理器（CPU）的工作原理 本章是理解计算核心的关键。我们将剖析冯·诺依曼体系结构的五大组成部分及其相互协作的方式。详细讲解指令集架构（ISA）的基本概念，如指令格式、寻址模式。核心内容包括CPU的取指-译码-执行-写回周期（Fetch-Decode-Execute Cycle）。我们将解析流水线技术（Pipelining）如何提高指令吞吐率，并引入缓存（Cache）的概念，解释L1、L2、L3缓存的层级结构、命中率和局部性原理（空间局部性和时间局部性）如何极大影响程序性能。同时，也会探讨现代多核处理器的并行性与线程管理的基本硬件支持。 第三章：存储系统与I/O管理 本章系统性地考察计算机的存储层次结构。从寄存器到主存（RAM），再到辅助存储（SSD/HDD），我们将分析不同存储介质的性能特点（延迟、带宽、持久性）。重点在于内存管理的硬件和软件协同机制。我们将详细介绍虚拟内存的概念，探讨分页（Paging）和分段（Segmentation）如何实现内存的隔离与高效利用，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）在地址转换中的作用。输入/输出（I/O）系统将通过中断机制和直接内存访问（DMA）的原理，阐明CPU如何高效地与外部设备交互。 --- 第二部分：软件运行的舞台——操作系统核心概念 操作系统是管理硬件资源、为应用软件提供执行环境的桥梁。本部分侧重于操作系统的核心功能和理论模型。 第四章：进程与线程管理 本章深入研究程序在内存中执行的实体。我们将明确区分进程（Process）和线程（Thread）的概念、区别及其各自的开销。关键内容包括：进程的生命周期、进程控制块（PCB）的结构。针对并发执行带来的挑战，本章会详细讲解并发控制的必要性，包括临界区问题的提出，以及通过信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和管程（Monitor）等同步原语来解决死锁（Deadlock）和竞态条件（Race Condition）的经典算法与策略。 第五章：文件系统与存储抽象 操作系统如何将复杂的磁盘结构抽象为用户友好的文件和目录？本章解答此问题。我们将分析文件系统的逻辑结构（如i-node结构、目录树）和物理布局。重点讨论磁盘调度算法（如FCFS, SSTF, SCAN）如何优化I/O性能。此外，还将介绍事务性文件系统和日志记录的基本原理，以及文件读写操作涉及的系统调用过程。 第六章：操作系统安全与资源分配 本章探讨操作系统在资源分配和安全防护中的作用。我们将分析CPU调度算法（如时间片轮转、优先级调度、最短剩余时间优先）的设计目标（吞吐量、响应时间、公平性）及其对用户体验的影响。在安全方面，将介绍访问控制列表（ACL）、权限模型的基本框架，以及操作系统如何通过隔离机制来防止恶意或错误的程序破坏系统完整性。 --- 第三部分：连接世界——计算机网络与通信原理 现代应用严重依赖网络。本部分着眼于数据如何在异构网络中可靠、高效地传输。 第七章：网络分层模型与数据传输 本章以TCP/IP五层或七层参考模型为骨架，系统介绍网络通信的各个层次及其主要功能。我们将详细讲解物理层和数据链路层的介质访问控制（如CSMA/CD）。重点剖析网络层的IP协议（IPv4/IPv6寻址、路由选择的基本概念）。 第八章：可靠传输与应用层协议 本章深入探讨传输层的服务。重点分析TCP协议如何通过三次握手建立连接，如何利用滑动窗口实现可靠的数据流控制，以及拥塞控制算法（如慢启动、拥塞避免）在保障网络稳定中的作用。此外，还将介绍UDP协议的特点及其在对实时性要求高场景下的应用。最后，简要介绍应用层的基石协议，如HTTP的请求/响应周期和DNS的域名解析机制。 --- 第四部分：数据处理与算法基础（侧重于计算思维） 本部分回归到计算的核心——数据结构与算法，但侧重于分析它们的性能而非特定语言的实现细节。 第九章：数据结构抽象与性能分析 本章介绍构建复杂数据集合的基本抽象工具。我们将分析线性结构（栈、队列）和非线性结构（树、图）的内在逻辑。重点在于理解不同数据结构在时间复杂度和空间复杂度上的优劣对比。例如，比较数组、链表、哈希表的插入、删除和查找操作的渐近性能。 第十章：计算理论基础与算法设计范式 本章引入计算的理论边界。我们将探讨算法的复杂度分析，区分多项式时间（P类问题）与指数时间问题的基本概念。介绍几种主要的算法设计范式，如分治法（Divide and Conquer）、贪心算法（Greedy Algorithms）和动态规划（Dynamic Programming）的思想框架，并结合实例分析其适用场景和优化潜力。 --- 总结与展望 本书提供的知识体系是面向计算机科学的底层逻辑和通用方法论。它为读者提供了深入理解操作系统、网络协议、编程语言实现以及未来人工智能和大数据技术所需具备的计算思维框架，确保读者能够独立分析和解决复杂系统的技术难题。

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作为一名对软件工程抱有浓厚兴趣的人，我发现这本书在概念的引入和延伸上处理得非常老道。它没有一开始就让人陷于晦涩难懂的理论黑洞，而是从读者日常接触到的应用场景入手，比如文件系统是如何工作的，网络协议是如何保证数据传输的准确性。这种“由表及里”的教学方法，极大地激发了我的探索欲。书中的术语定义清晰、准确无误，而且在首次出现时都会用粗体或不同颜色突出显示，这对于快速定位和记忆核心概念非常有帮助。我印象非常深刻的是关于数据库理论的部分，它用一种近乎图形化的方式解释了关系代数和范式的构建过程，那些复杂的数学推导在书中的呈现方式下，变得异常直观和易于理解。此外，作者在引用外部资源和标准时非常审慎，保证了内容的权威性和准确性。这本书的语言风格是那种沉稳、客观且充满引导性的，它很少使用夸张的词汇，而是通过严密的逻辑链条来证明其观点的正确性，读起来让人感到非常踏实和信服。

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这本书的排版和设计着实令人眼前一亮，初次翻开，那种现代感和严谨感并存的视觉体验就很抓人。封面设计简约而不失深度，色调搭配恰到好处，让人一看就知道这是一本经过精心打磨的教材。内页的字体选择非常人性化，字号适中，行距合理，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更值得称赞的是，它在理论与实践的结合上做到了教科书级别的平衡。大量的插图和流程图，将复杂的概念拆解得清晰透彻，比如讲解数据结构时，那些动态的示意图简直是神来之笔，让抽象的逻辑变得触手可及。书中的每一个章节的逻辑推进都极其顺畅，从基础概念的铺垫，到核心原理的深入剖析，再到实际应用的案例展示，衔接得天衣无缝。特别是对于初学者来说，这种结构上的严谨性大大降低了学习曲线的陡峭程度。我特别欣赏作者在关键知识点上设置的“思考题”和“拓展阅读”部分，它们不仅仅是简单的课后习题，更像是为读者搭建了一座通往更深层次理解的阶梯，让人忍不住想一探究竟。这本书在细节处理上的用心程度，绝对是同类教材中少有的，读起来更像是在与一位知识渊博且富有耐心的导师对话。

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从一个更加宏观的角度来看待这本书，它成功地构建了一个完整的、现代的计算机科学知识框架。它并没有沉溺于对过时技术的怀旧，而是紧密围绕着当下主流的计算范式进行构建。例如，在讲解编译原理时，它并没有过度纠缠于汇编语言的细节，而是将重点放在了抽象语法树（AST）的构建和语义分析上，这才是现代编译器设计的核心。我对书中对于“信息安全”和“隐私保护”这两个前沿主题的引入表示高度赞赏，它将这些内容有机地融入到网络和操作系统章节中，而非割裂地独立出来，这体现了作者对现代计算素养要求的深刻理解。这本书的语言风格极其严谨，没有丝毫的口水话或煽情成分，完全是以知识传递为第一要务，这使得它非常适合作为专业领域内的参考手册来使用。每一次翻阅，都能从中发现新的理解层次，它像是一本活的参考书，随着我对领域知识的深入，它所提供的洞察力也会随之增强。

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这本书的结构布局，简直是为自学和复习效率最大化而设计的。我发现它最大的优点在于其极高的“可检索性”。每一个重要概念都有明确的页码标注，章节标题也极其凝练且具有指向性，使得在需要快速回顾某个知识点时，可以迅速定位，节省了大量翻找时间。书中的每一个章节末尾都附带了“本章总结”和“核心概念回顾”，这些小结精炼地概括了本章的精华，非常适合在考试前进行快速的冲刺复习。再者，这本书在配图的使用上达到了艺术品级别。那些电路图、数据流图和内存布局图，不仅线条清晰，而且标注精确，很多复杂的系统架构图，仅凭观察插图，就能大致把握其运作原理，这远比长篇累牍的文字描述更有效率。这本书的纸张质量和装订工艺也令人称赞，即使是经常翻阅，书本也不会出现松散或破损的迹象，这对于一本需要长期使用的工具书来说，是至关重要的细节体验。

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这本书的内容组织方式，简直是为我这种有一定基础但需要系统性梳理知识体系的读者量身定制的。它并非那种堆砌概念的旧式教材，而是充满了现代计算思维的烙印。作者在讲解编程范式时，并未局限于单一语言的语法，而是深入到背后的思想核心，比如面向对象的设计原则，讲解得丝丝入扣，让我对“封装”、“继承”、“多态”有了更深一层的体悟，不再是死记硬背的定义。书中对算法效率的分析也做得非常到位，从时间复杂度和空间复杂度的角度，对不同解法的优劣进行了量化比较，这对于培养严谨的工程思维至关重要。我尤其喜欢其中穿插的“历史小札”和“技术前沿”片段，它们极大地丰富了阅读体验，让冰冷的知识点充满了人文色彩和时代背景，理解起来不再枯燥。比如，它对操作系统调度机制的描述，不仅讲了原理，还结合了现代多核处理器的实际情况进行了讨论，展现了极强的时效性。这本书的难点设置也很有层次感，从易到难循序渐进，保证了知识的吸收率，真正体现了“授人以渔”的教育理念。

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