Introduction to Computer Organization and Data Structures, Pdp-11 Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Mcgraw-Hill (Tx)

作者:Harold S. Stone

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:1975-5

价格:USD 44.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780070617209

丛书系列:

图书标签:

• 计算机组织
• 数据结构
• PDP-11
• 计算机科学
• 编程
• 汇编语言
• 计算机体系结构
• 经典教材
• 历史文献
• 教学参考

计算机系统与结构：从底层逻辑到高级抽象 本书旨在为读者提供对现代计算机系统核心概念的全面而深入的理解。它不仅仅是一本关于硬件或软件的教科书，更是一部构建在计算机科学基础之上的，关于信息如何被组织、处理和呈现的综合性论述。我们的目标是跨越汇编语言的精确性与高级编程语言的抽象性之间的鸿沟，揭示隐藏在操作系统和应用软件之下的基础机制。 第一部分：数字逻辑与硬件基础的构建 本部分从最基本的层面——数字逻辑——开始构建读者的知识体系。我们首先探讨布尔代数及其在设计数字电路中的应用。这将涵盖逻辑门（与、或、非、异或等）的原理，如何使用它们构建更复杂的组合逻辑电路，例如加法器、多路选择器和译码器。随后，我们将深入研究时序逻辑电路，重点分析触发器（Flip-Flops）和寄存器（Registers）的工作方式，这是实现数据存储和状态保持的基础。 紧接着，我们将构建中央处理单元（CPU）的骨架。这包括对算术逻辑单元（ALU）的设计和功能进行详细剖析，理解它如何执行基本的算术和逻辑运算。随后，我们将把注意力转向控制单元（Control Unit），探讨其在指令周期的执行中的核心作用——如何从内存中获取指令、解码指令，并产生正确的控制信号以协调CPU内部组件的动作。我们将通过硬连线控制和微程序控制两种范式，展示控制单元的不同设计哲学及其对系统性能和灵活性的影响。 第二部分：指令集架构与机器级编程 理解计算机的“语言”是掌握其工作原理的关键。本部分详细阐述了指令集架构（ISA）的概念，它是软件与硬件之间的契约。我们将分析不同类型的指令格式、寻址模式（如立即寻址、直接寻址、间接寻址等）以及它们如何影响程序执行的效率和复杂性。 重点将放在机器语言和汇编语言的编程实践上。读者将学习如何将高级语言结构（如循环、条件分支、函数调用）映射到底层的机器指令序列。这部分内容将强调堆栈的使用，特别是函数调用约定（Call Conventions），参数传递机制以及局部变量的管理，这些是构建复杂程序结构不可或缺的知识。此外，我们还将探讨中断（Interrupts）和异常（Exceptions）的处理流程，这是操作系统介入和响应硬件事件的基础。 第三部分：内存系统与数据组织 数据在计算机中的组织方式直接决定了系统的性能上限。本部分将系统地介绍存储器层次结构（Memory Hierarchy）。我们将从易失性存储器（如SRAM和DRAM）的物理特性开始，解释为什么需要多级缓存。 缓存是现代高性能计算的核心组件。我们将深入探讨缓存的工作原理，包括映射方案（直接映射、组相联、全相联）、块替换策略（如LRU）以及写操作策略（写直通、写回）。对缓存命率（Hit Rate）和冲突未命中（Conflict Misses）的分析，将帮助读者理解如何编写更“缓存友好”的代码。 更进一步，我们将探讨虚拟内存系统。这涉及到分页（Paging）和分段（Segmentation）机制，以及硬件对地址转换的支持——转换后援缓冲器（TLB）。虚拟内存不仅提供了内存保护，还使得程序能够访问比物理内存更大的地址空间，其背后的页表管理和缺页中断处理机制将被详细阐述。 第四部分：I/O系统与系统互联 计算机系统的价值在于它能够与外部世界交互。本部分将系统地考察输入/输出（I/O）操作的机制。我们将对比轮询（Polling）、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）三种主要的I/O控制方式，并分析它们在不同场景下的适用性。 设备控制器和I/O接口的设计是实现高效数据传输的关键。我们将探讨串行通信和并行通信的基本概念。 最后，我们将把目光投向系统总线（System Bus）——连接CPU、内存和I/O设备的主干道。这包括总线仲裁、时序和不同总线结构（如单总线、双总线和三总线结构）的性能权衡。理解总线带宽和延迟如何限制系统整体吞吐量，对于系统设计至关重要。 第五部分：数据结构与底层实现 虽然本书的核心关注点在于系统结构，但数据结构在底层实现中扮演着至关重要的角色。本部分将回顾并深入探讨几种基础且在系统编程中频繁使用的抽象数据类型。 我们将分析数组（Arrays）在内存中的线性布局及其对缓存性能的影响。栈（Stacks）和队列（Queues）作为线性结构的实现，将结合它们的实际应用场景，如表达式求值和缓冲区管理进行讨论。更重要的是，我们将探讨链表（Linked Lists）及其在内存动态分配中的应用，例如空闲块管理和堆（Heap）的实现。对于树（Trees）结构，我们将重点关注其在文件系统索引和符号表的应用，特别是二叉搜索树（BST）的遍历和维护。 本书的编写风格力求严谨、清晰，并辅以大量的结构图和具体的例子，以确保读者不仅能够知晓“是什么”，更能理解“为什么”以及“如何做”。它为希望深入理解计算机科学核心，并为未来学习操作系统、编译器或嵌入式系统打下坚实基础的工程师和学生提供了坚实的桥梁。

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这本《计算机组成与数据结构导论：PDP-11版》在我刚开始接触计算机科学时，就像是一扇开启新世界的大门。书中的文字虽然朴实，但所描绘的计算机内部运作的宏伟蓝图却深深吸引了我。从最基本的二进制表示，到逻辑门的组合如何构建出算术单元，再到存储器如何存放和读取数据，一切都细致入微。我记得当时花了很长时间去理解那些逻辑图，尝试在脑海中模拟指令的执行过程。PDP-11的架构，在书中被剥离了复杂的现代抽象，以一种更为直接和原始的方式呈现出来，这反而让我更能把握计算机的本质。作者并没有回避那些看似枯燥的细节，而是将它们串联成一个有机的整体，让读者能够理解一个程序是如何从高级语言一步步转化为机器能够理解的指令，最终在硬件层面执行。对我而言，这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一次对计算机“生命”的探索之旅。它教会了我如何去思考计算机，如何去理解那些看似神秘的“黑箱”内部的运行机制。即便是在今天，当我遇到一些底层的技术问题时，书中的某些原理和思想依然能够提供启发。

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这本书在我学习计算机架构的过程中，起到了至关重要的作用。它没有像很多现代教材那样，上来就用高层级的抽象概念，而是非常耐心且细致地从最底层的二进制和逻辑门开始讲起。PDP-11的架构，作为一个经典的、相对简单的指令集，非常适合用来理解计算机的硬件是如何工作的。书中的例子，比如如何用汇编语言编写简单的程序，如何通过寄存器和内存地址来操作数据，都让我对“机器”有了更具象的认识。我记得当时花了大量时间去理解那些汇编指令，弄清楚每一条指令的作用，以及它们是如何组合起来完成更复杂的任务。书中的插图，尤其是那些描述CPU内部结构和数据流动的图，是我反复研读的对象。它们帮助我构建了一个清晰的图像，理解了指令从内存读取到CPU执行，再到结果写回内存的整个过程。虽然PDP-11已经不是主流，但书中关于计算机组成的基本原理，例如流水线、中断、I/O通信等，依然是现代计算机体系结构的基础。

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对于任何想要深入了解计算机“心脏”的读者来说，《计算机组成与数据结构导论：PDP-11版》都是一本不可多得的宝藏。它的价值体现在其扎实的理论基础和极高的实践指导意义上。书中对于数据结构的讲解，不仅仅是理论上的介绍，更是从实际操作的角度出发，探讨了不同数据结构在内存中的布局以及它们如何与CPU指令进行交互。我记得在学习指针和链表时，书中的图示和代码示例，能够非常清晰地展示内存地址是如何被用来连接数据元素的，这对于理解内存管理和避免常见的编程错误非常有帮助。PDP-11的架构，虽然相对古老，但其简洁的指令集和清晰的硬件设计，反而能够让我们更好地理解现代计算机体系结构中那些更为复杂的概念是如何演变而来的。本书的作者显然对教学有着深刻的理解，他们用一种循序渐进的方式，将复杂的计算机原理拆解成易于理解的部分，并辅以大量的实例，让读者在动手实践中掌握知识。

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读《计算机组成与数据结构导论：PDP-11版》的过程中，我最大的感受是它对于“理解”的极致追求。作者似乎深知，对于初学者而言，直观的理解远比死记硬背来得重要。因此，书中大量运用了生动的比喻和形象的类比，来解释那些抽象的计算机概念。例如，在讲解指令集的构成时，作者将其比作一种语言的词汇和语法，让我们可以从语言学的高度去理解机器语言的逻辑。而对于内存的管理，则通过详细的图解，一步步展示数据是如何被加载、处理、存储的。PDP-11的特定指令集，在书中被赋予了生命，每一个操作码、每一个寄存器，都成为了故事中的角色，共同演绎着程序的执行。我当时经常会结合书中的例子，在纸上画出指令的执行流程，亲手“运行”程序，这种亲身的参与感，极大地加深了我对计算机底层运作的理解。这本书的优点在于，它并没有为了追求“现代感”而牺牲内容的深度，而是扎实地从最基础的层面，构建起读者对计算机的认知体系。

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我一直觉得，一本好的教科书，应该能够点燃读者的好奇心，引导他们主动去探索。这本书在这方面做得相当出色。虽然它的标题中带有“PDP-11”，这似乎预示着其技术栈有些陈旧，但书中对数据结构的讲解，却有着跨越时代的深刻性。我尤其对书中关于链表、栈、队列以及树的介绍印象深刻。作者并没有仅仅停留在定义和实现层面，而是深入剖析了各种数据结构在不同场景下的优劣势，以及它们在内存中的具体表示方式。通过阅读，我不仅学会了如何构建和操作这些数据结构，更重要的是理解了它们为何如此设计，以及它们如何影响程序的效率。书中的图示清晰易懂，配合着详实的文字解释，让复杂的概念变得触手可及。我常常会反复阅读某些章节，特别是当我对某个算法的性能表现感到困惑时，翻开这本书，往往能找到关于数据结构选择的线索。它教会我，理解数据结构本身，比仅仅学会调用库函数更为重要，因为这才是优化程序性能的根本。

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