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出版者:清华大学出版社

作者:王诚

出品人:

页数:392

译者:

出版时间:2002-9-1

价格:39.00

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787900643582

丛书系列:

图书标签:

• 硬件
• 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
• 计算机系统
• RISC-V
• MIPS
• 处理器设计
• 存储系统

宇宙奥秘与量子纠缠：从宏观到微观的探索之旅 图书简介 本书并非聚焦于硅基世界的逻辑架构与指令集，而是将读者的视野引向更广袤、更深邃的物理实在——宇宙的起源、物质的基本构成，以及支配这一切的神秘力量。我们旨在为渴望理解世界本质的求知者，构建一座从可见的星辰大海到不可见的量子泡沫之间的思维桥梁。 第一部分：时空的编织者——宇宙学前沿 本部分深入探讨了现代宇宙学的核心议题，从爱因斯坦的广义相对论出发，构建了理解宇宙大尺度结构的理论框架。 第一章：膨胀的穹顶与黑暗的谜团 我们将详尽阐述“大爆炸”模型的证据链，包括宇宙微波背景辐射（CMB）的观测细节及其在证明早期宇宙均匀性和各向异性中的关键作用。书中将重点解析哈勃常数的测量方法及其在确定宇宙年龄上的意义。随后，我们将转向现代宇宙学面临的两大核心难题：暗物质与暗能量。 暗物质的隐形引力： 详细介绍旋转曲线异常、引力透镜效应以及子弹星系团的观测，这些是推断暗物质存在的关键“签名”。我们会系统梳理当前主流的候选粒子（如WIMPs、轴子）的理论特性与实验探测进展，讨论直接探测、间接探测和粒子对撞实验的策略差异与挑战。 暗能量的斥力驱动： 探讨超新星观测如何揭示宇宙加速膨胀的现实。书中将介绍宇宙学常数（Lambda）模型的局限性，并深入分析“第五元素”（Quintessence）等动态暗能量模型的数学描述及其对未来宇宙命运的影响。 第二章：结构的形成与演化 本书将追踪物质从均匀的早期宇宙到如今复杂结构（星系、星系团、超星系团）的演化路径。 量子涨落到宇宙网： 解释CMB中的微小温度波动如何通过引力不稳定机制，在早期物质密度的差异基础上，播下日后结构的种子。我们将使用流体力学模拟的简化模型，描述冷暗物质主导下的结构形成过程。 星系的诞生与死亡： 剖析恒星形成的速度、星系合并的动力学过程，以及活跃星系核（AGN）对周围环境的反馈作用（Feedback）。特别关注星系形态学（螺旋、椭圆）的分类及其与环境密度的关系。 第二章：时空的极限 本章聚焦于时空结构中最极端的天体物理现象。 黑洞的边界与信息悖论： 深入解析史瓦西半径、事件视界和奇点的概念。我们将回顾霍金辐射的半经典推导，并详细讨论黑洞信息悖论——量子信息在黑洞蒸发过程中是否真的丢失，这一问题对量子引力理论的启示。 引力波天文学的黎明： 介绍引力波的产生机制（如双黑洞并合、中子星碰撞），并详细解析LIGO/Virgo等探测器的工作原理和初步观测结果，说明引力波如何作为“全新的感官”来探索宇宙。 第二部分：微观世界的基石——粒子物理与量子力学 我们将视野收缩至普朗克尺度，探索构成一切的更小实体及其奇特的行为规则。 第三章：标准模型的辉煌与局限 标准模型是描述除引力外所有基本相互作用的最佳理论。 费米子与玻色子： 详细分类夸克（上、下、奇、粲、底、顶）和轻子（电子、μ子、τ子及其对应中微子），解释它们携带的量子数（电荷、色荷、弱同位旋）。同时介绍力的载体——规范玻色子（光子、W/Z玻色子、胶子）。 希格斯机制与质量的起源： 解释如何通过自发对称性破缺赋予基本粒子质量。书中将回顾ATLAS和CMS在大型强子对撞机（LHC）中发现希格斯玻色子的关键证据和测量过程。 模型之外的呼唤： 探讨标准模型未能解释的现象，包括中微子质量、暗物质粒子、强荷电荷的丢失（如果存在）以及引力的量子化问题。 第四章：量子纠缠与不确定性 本部分将用精确的数学语言和丰富的思想实验，揭示量子世界的反直觉特性。 薛定谔方程的哲学含义： 从一维势阱、谐振子等基础模型入手，理解波函数的概率解释、能级量化和隧道效应。 纠缠：幽灵般的超距作用： 详细阐述贝尔不等式及其在实验中对局域实在论的否定。我们将探讨EPR佯谬的真正含义，以及纠缠在量子计算和量子加密中的核心地位，强调纠缠的非经典关联性。 不确定性与测量问题： 探讨海森堡不确定性原理的本质，并深入讨论哥本哈根解释、多世界解释（MWI）以及退相干理论在解决“测量问题”上的不同立场和哲学辩论。 第五章：通往新物理的桥梁——量子引力探索 认识到广义相对论和量子力学的冲突，本章展望了超越现有框架的理论尝试。 弦论的几何化尝试： 介绍弦论的基本思想——将点状粒子替换为一维的振动“弦”，以及额外维度的概念。讨论M理论如何尝试统一所有五种超弦理论。 圈量子引力（LQG）： 探讨LQG如何通过将时空本身量子化，试图在不引入超对称等假设的情况下，解决奇点问题，并提出离散的时空结构（如斯平网络）。 对偶性与全息原理： 介绍AdS/CFT对偶性，阐述“信息存储在边界”这一震撼人心的思想，它暗示着我们三维空间（加上时间）的物理可能只是一个更高维度时空中边界上的量子场论的描述。 结论：科学的未竟之路 本书总结道，尽管我们在宏观和微观领域取得了巨大成就，但宇宙学的深层奥秘（暗能量的本质）和物理学的终极统一（量子引力）仍是悬而未决的挑战。我们鼓励读者以开放的心态，迎接下一轮科学范式的变革。 适合读者： 对天体物理学、粒子物理学有浓厚兴趣的理工科学生、物理学爱好者，以及任何对“我们从何而来，我们将去往何处”这一终极问题抱有好奇心的读者。阅读本书无需深厚的数学基础，但需要对物理概念有清晰的逻辑推理能力。

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这本书如同一本武功秘籍，将计算机硬件的设计哲学和实现原理一一揭示，让我受益匪浅。我一直对数字逻辑和电路设计有着浓厚的兴趣，而这本书巧妙地将这些基础知识与更高级的计算机组成概念相结合。作者从最基本的逻辑门开始，逐步构建起加法器、多路选择器、触发器等基本逻辑元件，然后利用这些元件搭建出更复杂的算术逻辑单元（ALU）和控制器。我特别欣赏书中关于时序逻辑和状态机的讲解，它让我明白了CPU如何通过一系列的时钟周期来有序地执行指令。在学习过程中，我曾尝试着设计一些简单的数字电路，但总是在时序和同步问题上遇到瓶颈。这本书中关于时钟信号、时序约束以及时钟偏移的深入分析，为我解决了这些难题，让我能够更好地理解同步电路的设计原则。此外，书中对指令集架构（ISA）的设计权衡，例如RISC与CISC的优劣对比，也让我对不同指令集的设计思路有了更深刻的认识。理解ISA不仅能帮助我更好地编写汇编代码，还能让我理解编译器如何将高级语言转化为机器能够执行的指令，从而影响程序的性能。这本书的实例非常丰富，通过对MIPS等经典处理器架构的剖析，我能够将书本上的理论知识与实际的硬件实现联系起来，极大地增强了我对计算机组成原理的理解。

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这本书为我揭示了计算机硬件的内在奥秘，让我得以一窥其精密的设计和高效的运作。我一直对如何让计算机系统更快速、更高效地运行充满探索欲，而这本书在这方面提供了极具价值的指导。我尤其对书中关于处理器性能优化的讨论感到兴奋，作者详细介绍了流水线技术、超标量处理、乱序执行等概念，以及它们如何协同工作，使得处理器能够并行处理更多的指令，极大地提升了运算速度。我曾尝试着去理解一些复杂的算法，但总是受限于计算机的处理能力。这本书的出现，让我理解了处理器设计是如何直接影响算法的执行效率的。此外，书中对缓存体系结构和内存管理单元（MMU）的讲解，也让我明白了为何计算机能够快速地访问海量数据，以及如何通过虚拟内存技术来管理和保护内存空间。我曾对操作系统如何实现多任务处理感到好奇，而这本书对MMU工作原理的深入剖析，为我提供了关键的线索。这本书不仅传授了知识，更传递了一种解决问题的思路，让我能够从硬件层面去思考和优化软件的性能。

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这本书带我踏上了一段前所未有的探索之旅，深入了计算机硬件的灵魂深处。我一直对计算机如何运作充满好奇，而这本书完美地解答了我所有的疑问，并激发了更多更深刻的思考。作者以一种非常清晰、循序渐进的方式，剖析了计算机的核心组件，从最基础的逻辑门到复杂的处理器架构，再到内存、存储系统以及输入输出设备。我特别欣赏的是，书中并没有仅仅停留在理论层面，而是通过大量的图示、伪代码和实际的案例分析，将抽象的概念具象化。例如，在讲解CPU流水线时，作者用生动的比喻和详细的流程图，让我如同亲眼见证指令如何在流水线中高效地流动，克服了数据依赖和控制依赖等挑战。我也深刻理解了指令集架构（ISA）的重要性，以及它如何影响软件与硬件之间的交互，不同ISA的设计哲学和权衡取舍。学习过程中，我曾为如何优化指令调度以最大限度地发挥处理器性能而苦恼，但书中对超标量处理、乱序执行等技术的深入剖析，为我提供了宝贵的思路。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的向导，引领我在计算机科学的广袤世界中，一步步揭开硬件的神秘面纱，最终对计算机的整体运行有了豁然开朗的认识。它让我不再仅仅把计算机当作一个黑盒子，而是能够理解其内部运作的精密与智慧。

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当我拿起这本书时，我仿佛打开了一扇通往计算机科学殿堂的神秘之门。这本书对于我理解现代计算机系统如何高效地协同工作，提供了前所未有的洞察力。我一直对性能优化和系统瓶颈分析感到困惑，而这本书中对CPU流水线、缓存体系结构以及指令集设计的深入探讨，为我提供了宝贵的理论基础。作者在讲解CPU性能时，详细阐述了指令级并行（ILP）的概念，包括超标量处理、动态调度以及分支预测等技术，这些技术是如何让处理器在单个时钟周期内执行多条指令，从而大幅提升运算速度，让我感到由衷的钦佩。同时，书中关于缓存一致性协议的讲解，也让我明白了多核处理器如何通过硬件机制来保证不同核心之间共享数据的可见性和一致性，这对于并行编程的正确性至关重要。我曾为编写高效的多线程程序而苦恼，而这本书对并发控制和同步机制的介绍，为我提供了重要的指导。此外，书中对存储系统的分析，包括DRAM的读写原理、SSD的固态存储技术以及RAID磁盘阵列的冗余策略，也让我对数据如何被存储、访问和管理有了全面的认识。这本书的实用性极强，它不仅教授了我理论知识，还为我提供了理解和分析实际计算机系统性能的工具和方法。

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当我翻开这本书时，最先吸引我的就是它那引人入胜的开篇，立即勾起了我对计算机系统底层运作原理的求知欲。作者在介绍处理器设计时，详细阐述了指令的获取、解码、执行和写回等各个阶段，以及如何通过流水线技术来提高指令的吞吐量。我尤其对书中关于分支预测和乱序执行的讨论印象深刻。这些技术是如何让处理器在等待数据或指令时，依然能够保持忙碌，极大地提升了运算效率，这让我感到非常惊叹。同时，书中对缓存层次结构和内存管理单元（MMU）的讲解，也让我明白了为什么计算机能够快速地访问数据，以及如何通过硬件机制来弥补内存访问速度与处理器时钟速度之间的巨大鸿沟。我曾尝试过用不同的编译选项来优化我的代码，但始终不明白其底层的性能影响因素。这本书的出现，让我终于能够从硬件的角度去理解这些优化策略的意义，例如如何通过指令重排来减少流水线停顿，或者如何通过缓存友好的数据结构来提高缓存命中率。作者在处理一些复杂的概念时，总是能够化繁为简，用清晰的语言和直观的图表来解释，使得即使是像虚拟内存和内存保护这样相对晦涩的知识点，我也能够理解得游刃有余。这本书的逻辑性非常强，每一章的内容都建立在前一章的基础上，自然而然地引导读者深入了解计算机的每一个组成部分。

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这本书在我学习计算机体系结构的过程中扮演了至关重要的角色，它为我建立了一个坚实的基础，让我能够理解现代计算机系统的高效运作。我一直对虚拟化技术和操作系统如何管理硬件资源感到好奇，而这本书恰好提供了一个绝佳的视角。它详细解释了内存管理单元（MMU）如何实现地址转换，以及它在支持多任务和内存保护方面的作用。通过对页表和TLB（Translation Lookaside Buffer）的讲解，我终于明白了操作系统如何能够高效地为每个进程提供独立的虚拟地址空间，从而避免了不同进程之间的内存冲突。此外，书中关于I/O系统和总线结构的讨论，也让我对计算机如何与外部设备进行数据交换有了更深入的理解。我曾经对PCIe总线的性能和发展历程感到疑惑，而这本书中对总线协议、带宽和延迟的分析，让我能够清晰地认识到其作为现代计算机核心互连技术的地位。作者在介绍并行计算和多核处理器时，也详细讲解了如何通过缓存一致性协议来协调多个处理器之间的操作，以及如何设计高效的同步机制来避免数据竞争。这些内容对于我理解多线程编程和并行算法的设计至关重要。这本书的深度和广度都令人赞叹，它不仅涵盖了计算机硬件的核心概念，还触及了许多与操作系统、编译原理等相关的重要主题，为我提供了一个全方位的计算机系统视图。

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当我开始阅读这本书时，我内心充满了对计算机核心机制的好奇。这本书以一种非常系统且循序渐进的方式，为我展现了计算机硬件的宏伟蓝图。我尤其对书中关于指令集架构（ISA）的探讨感到着迷。作者详细解释了不同ISA的设计理念，例如RISC与CISC的区别，以及它们对处理器设计和软件开发的影响。我理解了指令的格式、寻址方式以及操作码的设计是如何共同决定了一个指令集的功能和效率。在学习过程中，我曾尝试着去理解一些低级语言的编程，但始终不明白指令是如何被处理器执行的。这本书对CPU执行指令的每一个环节，从取指令、解码、执行、访存到写回，都进行了细致的描绘，并结合流水线技术，解释了如何提高指令的吞吐量。我还对书中关于存储器系统的介绍印象深刻，理解了内存的访问方式、缓存的作用以及I/O设备的交互原理。我曾对计算机如何处理大量数据而感到好奇，而这本书的讲解让我明白，高效的存储器层次结构和I/O总线设计是关键。这本书的深度和广度都超出了我的预期，它为我提供了一个坚实的计算机组成原理基础，让我能够更深入地理解计算机科学的其他领域。

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我曾几何时对计算机底层运作原理感到困惑，但这本书的出现，彻底颠覆了我的认知，让我对计算机的理解进入了一个全新的维度。这本书不仅仅是理论的堆砌，更是将抽象概念与生动的实例相结合，让我能够真正“看见”计算机是如何工作的。我印象最深刻的是关于处理器架构的讲解，作者详细描绘了指令集的构成，包括各种操作码、寻址模式以及寄存器的作用。更让我着迷的是，书中对CPU流水线设计的剖析，它展示了如何通过将指令执行过程分解为多个阶段，并使它们并行执行，来大幅提升处理器的工作效率。我特别欣赏作者在解释复杂概念时所使用的类比和图解，例如将流水线比作工厂中的生产线，使得即使是初学者也能轻松理解。我也对书中关于缓存机制的阐述印象深刻，理解了为何需要多级缓存来弥合处理器速度与内存速度之间的巨大差距，以及缓存的命中率是如何影响程序性能的。对于我而言，这本书不仅是知识的传授，更是一种思维方式的启迪。它让我能够从更底层的角度去审视和分析计算机系统，从而更好地理解软件与硬件之间的交互关系。

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这本书的出现，如同为我量身定制的导游手册，带领我深入探索了计算机硬件的每一个精巧环节。我对如何设计高效的处理器来执行复杂的指令集一直充满兴趣，而这本书在这方面给予了我极其详尽的解答。我特别着迷于书中对指令流水线的设计，作者通过生动的图示和清晰的步骤，解释了如何将一条指令的执行过程分解为多个阶段，如取指、译码、执行、访存和写回，并通过重叠执行来提高吞吐量。更让我惊叹的是，书中详细讲解了如何通过各种技术，如数据前递（forwarding）和流水线冒泡（pipeline bubbles），来解决流水线中的数据依赖和控制依赖问题，从而最大限度地减少停顿。我也对书中关于分支预测和预测执行的讨论印象深刻，理解了处理器是如何通过猜测分支的方向来避免流水线停顿，从而提高整体性能。这些先进的处理器设计技术，让我得以窥见现代CPU的强大之处。此外，书中对存储器层次结构的介绍，也为我揭示了为什么计算机能够快速访问大量数据。从寄存器到一级缓存、二级缓存、三级缓存，再到主内存，每一层的存在都有其存在的意义，而它们之间的协同工作，共同构成了高效的数据访问通路。理解缓存的命中率、失效率以及替换算法，对我今后编写更高效的代码非常有帮助。

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这本书就像一本打开了我计算机世界观的钥匙，让我从一个“黑箱使用者”变成了一个“内部运作理解者”。我一直对计算机的逻辑基础和运算过程感到好奇，而这本书以一种非常系统且详尽的方式，为我揭示了这一切。我尤其着迷于书中关于数字逻辑和电路设计的部分，它从最基本的逻辑门开始，逐步构建起复杂的算术逻辑单元（ALU）和控制器。我曾尝试着去理解一些数字电路设计，但总是在理解组合逻辑和时序逻辑时遇到困难。这本书中关于组合逻辑的分析，例如如何利用逻辑门实现加法和减法，以及关于时序逻辑的讲解，例如触发器和寄存器的作用，都为我提供了清晰的指导。我还对书中关于指令集架构（ISA）的讨论印象深刻，理解了不同ISA的设计哲学和权衡，以及它们如何影响程序的性能。我曾对汇编语言的编写感到困惑，而这本书的讲解让我明白了汇编指令是如何映射到具体的硬件操作的。这本书的实用性体现在它不仅仅是理论的讲解，还通过大量的图示和实例，让我能够直观地理解每一个概念，从而建立起一个坚实的计算机组成原理的知识体系。

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