Computer Systems Fundamentals (The Dryden Press series in information systems) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Harcourt College Pub

作者:Edward G. Martin

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1989-11

价格:USD 45.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780030311031

丛书系列:

图书标签:

• 计算机系统
• 计算机科学
• 信息系统
• 计算机体系结构
• 操作系统
• 数字逻辑
• 汇编语言
• 数据结构
• 算法
• 计算机基础

计算的基石：探索现代计算机系统的奥秘 本书并非一本详述“Computer Systems Fundamentals (The Dryden Press series in information systems)”这本书的书介，而是旨在独立地、深入地剖析构成我们数字世界运行的计算系统最核心的原理。我们将一同潜入计算机的底层，揭示那些支撑起我们日常使用的应用程序、网络通信乃至人工智能的 foundational concepts。这趟旅程将带领我们穿越抽象的理论边界，触及实实在在的硬件架构，理解软件指令如何在硅片上转化为生动的图像和强大的功能。 第一部分：数字世界的语言——二进制与逻辑电路 一切计算的起点，都源于一个极其简单却又无比强大的概念：二进制。我们不再仅仅停留在“0”和“1”的表面，而是要深入理解它们如何代表数字、字符、图像乃至指令。我们将探索位（bit）、字节（byte）、字（word）等基本单位的含义，并学习它们在计算机内存中的组织方式。 在此基础上，我们将构建起计算机的基本逻辑单元。从最简单的门电路（AND, OR, NOT, XOR）开始，逐步学习它们如何组合，形成更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。我们将了解加法器、多路复用器、触发器等关键电路模块，并初步窥探它们如何实现基本的算术运算和数据存储。这将为我们理解中央处理器（CPU）的工作原理奠定坚实的基础。 第二部分：计算的心脏——处理器架构与指令集 中央处理器（CPU）是计算机的“大脑”，它的设计和工作方式是理解计算机系统运作的关键。我们将深入探讨CPU的核心组成部分：算术逻辑单元（ALU）负责执行计算和逻辑操作，控制器负责解析和执行指令，以及寄存器用于临时存储数据。 本部分将重点关注CPU的指令集架构（ISA）。我们将学习指令的类型，包括数据传输指令、算术逻辑指令、控制流指令（如跳转和分支）等。理解不同类型的指令如何被编码并被CPU的指令解码器所解析，是理解程序如何被一步步执行的核心。我们还会触及RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）的设计哲学，以及它们各自的优缺点。 此外，我们将探索CPU内部的优化技术，如流水线（pipelining）如何通过并行处理指令来提高效率，缓存（cache）机制如何通过存储常用数据来缩短访问延迟。这些技术直接影响着计算机的运行速度和性能。 第三部分：数据与指令的仓库——内存系统与存储 程序和数据都需要被存储和访问，内存系统在其中扮演着至关重要的角色。我们将详细解析计算机内存的层次结构：从速度最快但容量最小的寄存器，到稍慢但容量更大的缓存（L1, L2, L3），再到容量巨大但速度相对较慢的主内存（RAM），以及最后用于长期存储的二次存储设备（如硬盘、固态硬盘）。 我们不仅会学习不同类型内存的物理原理（如DRAM和SRAM），还会探讨内存管理单元（MMU）如何将虚拟地址映射到物理地址，以及分页（paging）和分段（segmentation）等技术如何实现内存的有效利用和多任务处理。 除了主内存，我们还将深入了解各种持久化存储技术。从传统的机械硬盘（HDD）的工作原理，到更现代的固态硬盘（SSD）的闪存技术，以及它们在数据读写速度、耐用性和成本上的差异。我们还将简要介绍文件系统的概念，它是如何组织和管理存储在硬盘上的数据的。 第四部分：指令的执行流程——从高级语言到机器码 人类编写程序通常使用高级编程语言，如C、Java或Python。然而，CPU只能理解机器码。本部分将详细阐述这个“翻译”过程，即从高级语言到机器码的转化。 我们将介绍编译器（compiler）和解释器（interpreter）的作用。编译器将整个高级语言程序一次性翻译成机器码，生成可执行文件。解释器则逐行读取高级语言代码，并即时执行。我们将学习编译器的工作流程，包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化以及目标代码生成等阶段。 理解汇编语言（assembly language）将是我们理解机器码的关键一步。汇编语言是机器码的一种符号化表示，它与特定的CPU架构紧密相关。通过学习汇编语言，我们可以更直观地看到高级语言的语句是如何被转化为底层的CPU指令序列的。 第五部分：协同工作——输入/输出（I/O）与接口 计算机系统并非孤立存在，它需要与外部世界进行交互，这正是输入/输出（I/O）设备和接口的职责。我们将探讨各种I/O设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机、网络接口卡等。 我们将学习I/O控制器如何协调CPU与I/O设备之间的数据传输。DMA（直接内存访问）技术如何允许I/O设备直接访问内存，从而减轻CPU的负担。中断（interrupts）机制又如何让I/O设备在完成操作时通知CPU，实现高效的异步处理。 此外，我们还将了解各种总线（bus）的作用，它们是计算机内部各个组件之间进行数据传输和通信的“高速公路”。PCIe（PCI Express）等现代总线标准将是重点讨论的内容。 第六部分：多核时代与并发——并行计算入门 现代计算机普遍采用多核处理器，这意味着CPU拥有多个可以同时执行指令的处理核心。我们将探讨并行计算的基本概念。 我们还将接触到并发（concurrency）和并行（parallelism）的区别。并发是指程序在逻辑上可以同时进行，而并行则是指程序在物理上真正地同时执行。我们将初步了解如何通过多线程（multithreading）和多进程（multiprocessing）来利用多核处理器的优势，以及在编写并发程序时可能遇到的挑战，如数据竞争（data races）和死锁（deadlocks）。 第七部分：网络的脉络——计算机网络基础 计算机系统通常不单独运行，而是通过网络连接在一起，形成一个庞大的信息交换体系。我们将简要介绍计算机网络的基础知识。 从OSI模型或TCP/IP模型等网络协议栈的层次结构开始，我们将理解数据是如何在网络上传输的。IP地址、端口号、TCP和UDP协议等核心概念将得到阐释。我们将了解局域网（LAN）和广域网（WAN）的区别，以及路由器和交换机等网络设备的作用。 结论：构建数字世界的坚实基础 通过对二进制、逻辑电路、处理器架构、内存系统、I/O接口以及并行计算等核心概念的深入探索，我们得以揭示计算机系统运作的底层逻辑。这些原理不仅是理解“Computer Systems Fundamentals (The Dryden Press series in information systems)”这本书的基石，更是构建和理解任何现代数字技术所必需的。掌握这些知识，意味着我们不再仅仅是计算机的使用者，更能洞察其内在的机制，甚至成为未来的创造者，为构建更强大、更智能的计算系统贡献力量。

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