计算机组成原理

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出版者:清华大学出版社
作者:陆遥
出品人:
页数:261
译者:
出版时间:2011-12
价格:27.00元
装帧:平装
isbn号码:9787302268987
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机理论
  • 计算机组成原理
  • 计算机体系结构
  • 数字逻辑
  • 汇编语言
  • 计算机硬件
  • 存储系统
  • CPU
  • 输入输出
  • 流水线
  • 并行处理
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具体描述

《计算机组成原理》讲授单处理机计算机系统的组成和工作原理。全书共分8章:第1章介绍计算机系统的概况;第2章讲述非数值数据和数值数据的编码表示方法;第3章讲解运算方法和运算部件;第4章讲解存储器系统;第5章讲解指令系统的功能和设计;第6章讲解中央处理器,主要是控制器的组成、原理及设计;第7章介绍系统总线;第8章介绍输入输出系统。

《计算机组成原理》内容全面覆盖了计算机组成原理研究生入学全国统考大纲,着力突出计算机组成原理课程的主要内容,对重点、难点问题进行了深入、细致的讲解。每章后面都附有精心设计和挑选的习题,供读者思考与练习。

《计算机组成原理》可作为高等院校计算机专业的教材,也可作为准备考研的学生及从事计算机工作的技术人员的参考书。

编程的艺术与科学:软件开发者的进阶指南 内容简介 本书旨在为有一定编程基础的读者提供一套全面、深入的软件工程与高级编程技术知识体系。它跳脱了基础语法教学的范畴,直接切入现代软件开发的核心挑战与前沿实践,聚焦于如何构建高性能、高可靠性、易于维护的复杂系统。全书分为五个主要部分,层层递进,力求将理论深度与工程实用性完美结合。 第一部分:高级算法与数据结构在现代计算中的应用 本部分深入探讨了经典算法在处理大规模数据和实时系统中的优化与变形。我们不满足于教科书上的标准实现,而是着重分析缓存友好性 (Cache Locality) 对算法性能的影响,并介绍如外存算法 (External Memory Algorithms) 和近似算法 (Approximation Algorithms) 在大数据环境下的实际应用场景。 内存层次结构与性能优化: 详细解析了CPU缓存的工作原理、缓存一致性协议(如MESI),以及如何通过数据结构设计(如改进的B树、跳表)来最大化缓存命中率。 图算法的分布式与并行化: 涵盖了图嵌入技术(Graph Embedding)在推荐系统中的应用,并介绍了Pregel、Giraph等模型在处理超大规模图数据时的并行化策略,重点讨论了图分割与负载均衡问题。 随机化算法与概率数据结构: 探讨了Bloom Filter、Count-Min Sketch等概率数据结构在内存受限环境下的高效信息摘要能力,以及它们在网络流量分析、重复检测中的关键作用。 第二部分:系统级编程与并发控制的精要 现代应用往往是多线程、分布式环境下的产物。本部分聚焦于如何驾驭多核处理器,编写出线程安全且高效的并发代码。 无锁编程(Lock-Free Programming): 深入讲解了原子操作(Atomic Operations)、内存屏障(Memory Barriers)的底层机制。通过CAS(Compare-and-Swap)等指令,构建高性能的无锁队列、栈和哈希表,并分析ABA问题及其解决方案。 现代操作系统中的进程间通信(IPC)与同步原语: 除了传统的互斥锁和信号量,本书详细阐述了Futex(快速用户空间互斥体)、读写锁的细粒度控制,以及如何在用户态和内核态之间高效切换。 异步编程模型与协程(Coroutines): 对比Futures/Promises、Reactive Streams和基于协程的并发模型(如Rust的`async/await`,Go的Goroutines),重点分析其在I/O密集型服务中的性能优势和资源消耗模型。 第三部分:分布式系统设计原理与实践 构建超越单机限制的系统是当代软件工程的核心任务。本部分全面解析了分布式系统的基石理论与前沿架构。 一致性模型与共识算法: 详细剖析了Paxos和Raft协议的内部工作机制、日志复制过程,并对比了它们在实际部署中的差异。深入讨论了强一致性(Linearizability)、因果一致性等不同级别的一致性保证。 数据分区与复制策略: 探讨了散列函数(如一致性哈希)在动态节点增减时的优势,并深入分析了主从复制、多主复制以及Quorum机制的适用场景与数据冲突解决策略(如向量时钟)。 服务发现与负载均衡: 介绍了DNS、ZooKeeper/etcd等服务发现机制,并对比了DNS轮询、LVS、Nginx等不同层次的负载均衡技术,重点分析了请求路由的延迟敏感性优化。 第四部分:高性能网络协议栈与I/O优化 网络是连接一切的桥梁,理解并优化网络I/O是性能调优的关键所在。 TCP/IP协议栈的深度剖析: 超越基础三次握手,本书探讨了TCP拥塞控制算法(如CUBIC、BBR)的演进,以及它们对高延迟网络的影响。同时,分析了TCP Fast Open (TFO) 的应用。 下一代网络协议: 深入讲解了HTTP/2的多路复用机制、头部压缩(HPACK),并对QUIC协议的设计哲学、拥塞控制和连接迁移特性进行了详尽的解析。 高性能I/O模型: 对比了传统阻塞I/O、多路复用I/O (Select/Poll/Epoll/Kqueue) 的性能差异,并介绍了基于共享内存和零拷贝(Zero-Copy)技术在数据传输中的应用,以减少内核与用户空间的数据拷贝开销。 第五部分:软件架构的演进与工程实践 本部分关注如何将前述的底层技术整合进健壮、可演进的软件架构中。 微服务架构的挑战与治理: 讨论了服务拆分原则、服务间通信(REST vs. gRPC/Protocol Buffers)的选择,并重点剖析了分布式事务(如Saga模式)的实现难点。 可观测性(Observability)的构建: 不仅限于传统的日志(Logging),本书强调指标(Metrics)、分布式追踪(Tracing,如Jaeger/Zipkin)以及服务依赖图在复杂系统调试中的不可替代性。 持续交付与混沌工程: 介绍了如何通过自动化测试、金丝雀发布策略来平稳部署新功能,并引入了混沌工程(Chaos Engineering)的概念,指导读者如何在受控环境中主动发现系统弱点,增强韧性。 本书特色: 本书的每一章都配有大量的代码示例(主要使用C++、Go或Rust编写),这些示例并非简单的功能演示,而是针对特定性能瓶颈的真实优化方案。读者通过阅读本书,将能够从“能写代码”提升到“能设计并实现应对现实世界压力的复杂系统”的层次。它面向的不是入门者,而是渴望精进技术的资深开发者、系统架构师和对底层原理有深究欲望的工程师。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我曾以为,自己对计算机的理解,仅限于如何操作Windows、macOS或者Linux系统,如何编写Java、Python等高级语言的程序。但《计算机组成原理》这本书,却把我带入了计算机世界的“幕后”。它让我看到了,在我们每一次点击鼠标、每一次输入文字的背后,究竟发生了多么复杂而精密的计算过程。书中对数据表示(二进制、补码、浮点数等)的详细讲解,让我明白了计算机内部是如何存储和处理这些看似抽象的数字和符号的。特别是对浮点数的讲解,让我第一次意识到,即使是简单的加减乘除,在计算机内部也需要遵循一套复杂的规则来保证精度和范围。这种对底层细节的关注,让我对计算机系统产生了前所未有的敬畏感。它不再是一个冰冷的机器,而是一个由无数精巧的逻辑门和精妙的设计理念构成的复杂有机体。

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在阅读《计算机组成原理》的过程中,我最大的收获之一,就是它教会了我如何“抽象”地思考问题。计算机系统是一个极其复杂的体系,如果试图从最底层的晶体管开始理解,那将是一个不可能完成的任务。这本书通过引入不同的抽象层次,将庞大的计算机系统分解成更容易理解的部分。从逻辑门到指令集,再到CPU的微体系结构,最后到存储器和I/O系统,每一个层次都建立在前一个层次的基础上,并且隐藏了更底层的细节。这种分层的思想,让我学会了如何抓住问题的本质,如何忽略不必要的细节,从而更有效地解决复杂的问题。我开始意识到,在软件开发中,我们经常也在使用类似的分层思想,比如操作系统、应用程序接口(API)等等,它们都是为了简化复杂性而存在的。

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当我拿起《计算机组成原理》这本书时,我预设了自己将要面对一场枯燥的、充满公式和图表的“战斗”。然而,这本书却以一种出乎意料的“故事性”,讲述了计算机的诞生和发展。它并没有直接给我一堆晦涩的概念,而是通过讲解计算机发展历程中的重要里程碑,以及这些里程碑背后所面临的挑战和解决方案,来引出相关的原理。例如,它可能会从早期计算机的庞大体积和低效率说起,然后引出晶体管的发明,再到集成电路的发展,最后才过渡到现代CPU的复杂结构。这种叙述方式,让我觉得我不是在被动地接受知识,而是在参与一场探索之旅,去了解计算机是如何一步步演变成今天的样子的。这种“叙事式”的教学,让我在学习过程中充满了探索的乐趣,也更容易记住那些重要的概念。

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这本书的名字叫做《计算机组成原理》,我拿到它的时候,心中涌起的期待是复杂的。一方面,作为一名对计算机底层运作充满好奇的学习者,我渴望揭开硬件与软件之间那层神秘的面纱,理解数据是如何被处理、存储和传输的。另一方面,我对“原理”这个词总带着一丝敬畏,总觉得里面充斥着晦涩难懂的逻辑门、时序图和二进制运算,担心自己会在某个章节卡住,然后信心满满地开启一扇门,却又带着满腹疑虑地跌跌撞撞退出。 这本书给我带来的第一震撼,并非来自那些精密的电路图,而是它所描绘的“思考方式”。我曾以为计算机的运行是机械的、线性的,就像一台自动化的流水线,输入指令,然后输出结果。但《计算机组成原理》却让我看到了一个更加宏大和富有层次的图景。它不像某些科普读物那样,仅仅停留在“CPU是什么”、“内存有什么用”的表面介绍,而是深入到指令集的设计哲学,解释了为什么会有 RISC 和 CISC 之争,以及它们各自的优劣之处,这让我开始思考,即便是最基础的计算机指令,其背后也蕴含着深刻的设计考量和权衡。我开始理解,指令集的选择不仅仅是技术问题,更是关于效率、灵活性和成本的综合决策。书里对指令格式、寻址方式的详尽阐述,让我不再觉得它们是枯燥的符号,而是承载着特定意义和功能的“语言”,是CPU能够理解并执行的唯一形式。这种从宏观设计理念到微观指令实现的层层递进,让我体会到计算机系统设计的精妙之处。

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这本书的名字叫《计算机组成原理》,但它带给我的,不仅仅是对硬件组成的理解,更是对“计算”本身的一次深刻认知。我开始理解,我们日常使用的计算机,本质上是一个执行一系列指令的机器。这些指令,无论多么复杂,都可以被分解成最基本的逻辑操作。书中对指令集架构(ISA)的介绍,让我明白了为什么不同的计算机会有不同的“语言”,而这个“语言”的设计,直接决定了这台机器能够做什么,以及如何高效地完成任务。我开始思考,为什么有些问题可以用计算机高效解决,而有些问题则不然,这其中很大程度上取决于我们能否将问题转化为计算机能够理解和执行的指令。这种对计算本质的理解,让我觉得,我不再只是一个计算机的使用者,而是开始具备了一定的“洞察力”。

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我一直以为,学习计算机的知识,无非就是掌握大量的API、框架和编程技巧,然后就能“站在巨人的肩膀上”高效地开发应用。然而,《计算机组成原理》的出现,彻底颠覆了我这种“拿来主义”的学习观。它并没有直接教我如何写出“更高性能”的代码,而是引导我思考,为什么有些代码跑得快,有些跑得慢。通过对CPU流水线、缓存机制、指令级并行等概念的深入剖析,我才真正明白了“性能”背后蕴含的复杂性。我开始意识到,即便我写出的代码逻辑完全正确,但如果不能与底层硬件的特性相契合,其表现也会大打折扣。书中对指令流水线的解释,让我恍然大悟,原来CPU并不是一条指令接着一条指令地执行,而是像一个高效的工厂,将多条指令拆解成不同的阶段,并行处理,从而大大提升了吞吐量。而缓存,更是让我看到了CPU与内存之间那令人头疼的“速度鸿沟”是如何被巧妙地弥合的。这种从“怎么用”到“为什么能用”的转变,让我对自己的编程实践有了更深刻的理解,也为我日后进行性能调优打下了坚实的基础。

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坦白说,刚开始翻开《计算机组成原理》的时候,我脑海里浮现的画面是各种复杂的逻辑门符号和抽象的时序图。我担心自己会像一个迷失在迷宫里的小孩,永远找不到方向。然而,这本书却用一种非常“接地气”的方式,将这些复杂的概念一一展现在我面前。它并没有让我直接面对那些枯燥的公式,而是通过大量的类比和生动的例子,一步步引导我理解计算机是如何工作的。比如,在讲解CPU的控制单元时,它可能会用一个“指挥官”的角色来比喻CPU如何根据指令调度各个部件,让我更容易理解其功能。又或者,在解释存储器管理时,它会用“仓库管理员”来形象地说明内存如何分配和回收空间。这种叙述方式,极大地降低了学习门槛,让我能够更轻松地进入到计算机的底层世界,而不会因为过多的专业术语而望而却步。

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阅读《计算机组成原理》的过程,就像是在攀登一座知识的山峰,每一步都充满了挑战,但也每一步都让我看到了更广阔的风景。我曾经以为,只要把书上的概念死记硬背下来,就能掌握这门学科。然而,这本书却强调了“理解”的重要性。它并没有提供一个现成的“知识点列表”,而是通过大量的逻辑推理和案例分析,引导读者自己去构建对计算机系统的认知。比如,在讲解存储器层次结构时,它并没有简单地告诉你RAM和ROM的区别,而是深入分析了它们在速度、容量、易失性等方面的权衡,以及为什么需要这样一种多层次的存储体系。这种“授人以渔”的教学方式,让我受益匪浅。我开始学会主动去思考,去探究事物背后的原理,而不是被动地接受既定的事实。这种能力,不仅仅局限于计算机领域,更是在我解决其他问题时,也变得更加得心应手。

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我曾经以为,学习计算机组成原理,就是要死记硬背各种硬件的型号和参数。然而,《计算机组成原理》这本书,却让我看到了“原理”的魅力远胜于“细节”。它并没有罗列大量的硬件规格,而是通过讲解CPU的设计理念、指令的执行流程、存储器的读写机制等核心原理,来帮助我理解计算机是如何工作的。例如,书中对CPU流水线技术的讲解,让我明白了为什么现代CPU的速度如此之快,它并不是因为单个指令执行速度的提升,而是通过并行处理多条指令的各个阶段来实现的。又如,对虚拟内存的介绍,让我看到了操作系统是如何巧妙地利用磁盘空间来扩展物理内存的,这种“障眼法”的设计,让我感到非常惊叹。这些原理性的知识,让我能够举一反三,理解不同硬件和软件设计之间的联系。

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我一直认为,计算机科学的学习,就是要紧跟最新的技术潮流,学习最新的框架和语言。然而,《计算机组成原理》这本书,却让我看到了“基础”的强大力量。它所讲解的知识,虽然不是最新的技术名词,但却是支撑起整个计算机世界的最核心的基石。我理解了,为什么不同的CPU架构会有不同的指令集,为什么内存的速度会影响程序的运行效率,为什么操作系统需要进行复杂的内存管理。这些看似“古老”的原理,却贯穿于现代计算机系统的方方面面。当我开始理解了这些基础概念后,我再去看那些新的技术,就会有一种“触类旁通”的感觉。我不再是被动地学习如何使用某个工具,而是能够理解这个工具为什么这样设计,它的优势和局限性在哪里。这种从“知其然”到“知其所以然”的转变,让我对计算机科学的学习进入了一个新的层次。

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写的挺详细的 好多内容和操作系统重复

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