计算机体系结构习题与解答

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出版者:机械工业
作者:[美]NicholasCarter
出品人:
页数:306
译者:
出版时间:2002-8
价格:30.00元
装帧:
isbn号码:9787111104186
丛书系列:全美经典学习指导系列
图书标签:
  • 计算机体系结构
  • 计算机组成原理
  • 习题集
  • 教材
  • 教学
  • 考研
  • 复习
  • 计算机科学
  • 数字逻辑
  • 处理器
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具体描述

本书介绍了与计算机体系结构相关的各种主题。第1章到第5章介绍了计算机体系结构课程中的许多基本概念,包括:数据表示与算术运算、计算机组织、编程模型、处理器设计。第6章和7章分别讨论了流水线和指令级并行性方法,它们都是影响现代处理器的重要因素。第8章到第10章介绍了各种存储器系统的设计,包括存储器层次结构、高速缓冲存储器和虚拟存储器。第11章讨论了输入/输出系统。第12章介绍了多处理器系统。

通过阅读本书,读者能够迅速了解与计算机体系结构相关的各种知识,并将其应用到其他课程的学习和编程实践中。本书内容全面,每章均提供了大量的实例和习题,是学习计算机体系结构课程的一本极佳教辅材料。

好的,以下是关于一本不同于《计算机体系结构习题与解答》的图书简介,力求内容详实,避免任何人工智能痕迹的语言风格: --- 《现代操作系统设计与实现:内核源码剖析与实战》 图书简介 在信息技术飞速发展的今天,操作系统作为连接硬件与应用软件的桥梁,其底层机制的深刻理解对于任何希望从事系统级开发、嵌入式系统设计或高性能计算的工程师而言,都是一项核心竞争力。然而,市面上许多操作系统教材往往侧重于理论概念的阐述,在实际操作和源码层面的剖析上略显不足,使得学习者在面对复杂的系统调用、中断处理或内存管理等实际问题时,感到力不从心。 《现代操作系统设计与实现:内核源码剖析与实战》正是为弥补这一空白而精心编撰的。本书并非传统的操作系统原理教材,它更像是一本深入操作系统核心的“手术刀”,旨在带领读者以一种实践驱动的方式,透彻理解一个现代、健壮的操作系统是如何被构建和维护的。 本书的独特视角与核心内容 本书选择以一个具有广泛应用基础的类Unix内核(例如,基于Linux的精简内核或一个教学专用的微内核框架)作为分析蓝本,通过细致入微的源码追踪,揭示操作系统设计中的关键决策点和权衡取舍。 第一部分:启动与初始化:窥见系统的诞生 本部分将从系统启动的初始阶段开始,详细解析引导加载程序(Bootloader)如何将内核镜像加载到内存中,以及硬件初始化过程。我们将深入研究内核入口点(Kernel Entry Point)的汇编代码,理解CPU从实模式切换到保护模式或长模式的每一步操作。重点关注内存映射的建立,包括页表的初始化、物理内存管理器的首次配置。读者将清晰地看到,一个庞大而复杂的操作系统是如何从零开始,逐步建立起管理自身资源的基础框架的。 第二部分:进程与线程管理:调度的艺术 进程和线程是操作系统的核心抽象。本书将深入分析内核中进程控制块(PCB)的数据结构,探讨上下文切换(Context Switching)的底层机制。我们将剖析调度器(Scheduler)的实现细节,不仅仅停留在理论上的“轮转”或“优先级”调度,而是详细对比如完全公平调度器(CFS)等现代算法在实际代码中的表现。对于多线程环境,我们将详细解读内核如何通过内核线程(Kernel Threads)与用户态线程的协同工作,处理同步原语(如信号量、互斥锁)的内核级实现,确保并发操作的正确性与效率。 第三部分:内存管理:资源的精细控制 内存管理是操作系统的灵魂。本书将全面解析虚拟内存系统的运作原理。我们将逐行分析页表(Page Table)的层次结构和TLB(Translation Lookaside Buffer)的管理策略。重点章节会围绕缺页中断(Page Fault)的处理流程展开,展示内核如何在硬件触发异常时,动态地分配、映射或交换页面。对于内存分配器,我们将对比slab分配器、伙伴系统(Buddy System)等不同策略的优缺点,并通过源码实例展示内核对象是如何被高效分配和回收的。 第四部分:中断、异常与系统调用:用户与内核的接口 系统调用是用户程序请求操作系统服务的唯一合法途径。本书会详细绘制系统调用处理的完整流程图,从用户态的`syscall`指令触发,到内核中的系统调用分发函数,再到具体服务例程的执行,直至返回用户态。此外,对于中断和异常处理,我们将分析中断描述符表(IDT)的配置,以及中断服务例程(ISR)如何快速、安全地响应硬件事件,并确保中断的嵌套和恢复机制的正确性。 第五部分:文件系统与I/O子系统:持久化与交互 文件系统是操作系统提供数据持久化能力的关键。本书将聚焦于一个经典或现代日志型文件系统的核心结构,如VFS(虚拟文件系统)层的设计,如何统一不同底层文件系统的接口。我们将剖析缓冲缓存(Buffer Cache)和页缓存(Page Cache)的工作机制,理解它们如何优化磁盘I/O性能。在I/O子系统部分,本书还将介绍中断驱动的I/O模式,以及现代块设备的调度策略。 面向读者 本书适合具有C语言基础和一定计算机体系结构知识的读者。它特别推荐给以下人群: 1. 操作系统课程的高级学生:希望超越理论描述,深入理解实际内核如何工作的研究生和高年级本科生。 2. 系统软件工程师:需要定制内核、开发设备驱动程序或进行性能调优的专业人员。 3. 嵌入式系统开发者:对资源受限环境下的内核裁剪、实时性要求有深入研究需求的工程师。 通过阅读《现代操作系统设计与实现:内核源码剖析与实战》,读者将不再满足于“知道”操作系统做什么,而是能够“理解”操作系统如何做到这一点,从而具备设计和修改复杂系统的能力。本书的价值在于其将抽象的概念转化为可验证、可调试的实际代码案例,提供了一条通往真正的系统级专家的实践之路。 ---

作者简介

目录信息

chapter i introd uction
l .l purpose of this book
l .2 background assumed
l .3 material covered
l .4 chapter objectives
l .5 technological trends
l .6 measuring performance
l .7 speedup
l .8 amdahl's law
l.9 s
- solved problems
chapter 2 data representations and computer arithmetic
2. l objectives
2.2 from electrons to bits
2.3 binary representation of positive integers
2.4 arithmetic operations on positive integers
2.5 negative integers
2.6 floating-point numbers
2.7 s
solved problems
.chapter 3 computer organization
3. i objectives
3 .2 introduction
3 . 3 programs
3 .4 operating systems
3 .5 computer oganization
3.6 summary
solved problems
chapter 4 programming models
4. l objectives
4.2 introduction
4.3 types of instructions
4.4 stack-based architectures
4.5 general-purpose register architectures
4.6 comparing stack-based and general-purpose register
architectures
4.7 using stacks to implement procedure calls
4. 8 summary '
solved problems
chapter 5 processor design
5 .l objectives
5 .2 introduction
5 .3 instruction set architecture
5 .4 processor microarchitecture
5.5 s
solved problems
chapter 6 pipelining
6. l objectives
6 .2 introduction
6. 3 pipelining
6.4 instruction hazards and their impact on throughput
6.5 predicting execution time in pipelined processors
6.6 result forwarding (bypassing)
6.7 s
solved problems
chapter 7 instruction-level parallelism
7. l objectives
7 .2 introduction .
7.3 what is instruction-level parallelism?
7.4 limitations of instruction-level parallelism
7.5 superscalar processors
7.6 in-order versus out-of-order execution
7.7 register renaming '
7.8 vliw processors
7.9 compilation techniques for instruction-level palallelism
7.io s
solved problems
chapter 8 memory systems
8. l objectives
8 .2 introduction
8.3 latency, throughput and bandwidth
8.4 memory hierarchies
8.5 memory technologies
8.6 s
solved problems
chapter 9 caches
9. l objectives
9.2 introduction
9.3 data caches, instruction caches, and unified caches
9.4 describing caches
9.5 capacity
9.6 line length
9 .7 associativity
9.8 replacement policy
9.9 write-back versus write-through caches
9. io cache implementations
9.il tag arrays
9.12 hit/miss logic
9.13 data arrays
9. 14 categorizing cache misses
9.15 multilevel caches
9.16 s
solved problems
chapter io virtual nemory
l0.l objectives '
10.2 introduction
10.3 address translation
10.4 demand paging versus swapping
10.5 page tables
10.6 translation lookaside buffers
10.7 proteaion
10.8 caches and virtual memory
10.9 summary
solved problems
chapter il i/o
l l.l objectives
l l.2 introduction
1l.3 i/0 buses
l l.4 interrupts
l i.5 memory-mapped i/o
l l .6 direct memory aceess
i l.7 i/o devices
l l.8 disk systems
11.9 s
solved problems
chapter i 2 multiprocessors
12.1 objectives
12.2 introduction
12.3 speedup and performance
1 2.4 multiprocessor systems
12.5 message-passing systems
l 2.6 shared-memory systems
12.7 comparing message-passing and shared memory
12.8 summary
solved problems
index
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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从一个学习者的角度来看,这本书的价值远远超出了其定价。它似乎是为那些真正想要掌握计算机底层原理的人量身定做的。特别是它对一些“灰色地带”的处理,比如不同架构之间的权衡取舍,以及现代处理器设计中遇到的实际瓶颈,都有独到的见解和相应的习题来检验读者的理解深度。这本书的语言风格非常务实,没有过多冗余的描述,直击核心,这对于时间宝贵的学习者来说是巨大的福音。每次翻阅,都感觉自己像是在和一位经验丰富、思路敏捷的导师对话,他引导你思考的深度和广度,远超普通习题集能提供的帮助。

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这本书的包装和装帧设计确实让人眼前一亮。封面那种深邃的蓝灰色调,配上简洁有力的白色字体,给人一种既专业又现代的感觉。拿到手里,纸张的质感也挺不错,厚实且略带纹理,翻阅起来触感很舒服,长时间阅读也不会觉得刺眼或疲劳。装订也非常扎实,感觉即便是经常翻阅也不会轻易散架,这对于一本工具书来说简直太重要了。作者在章节布局上也花了不少心思,目录设计得非常清晰,从基础概念到高级主题的过渡非常自然,让人一眼就能找到自己需要的部分。而且,在每章的开头,都有一个简短的引言,概述本章的重点,这对于快速进入学习状态非常有帮助。整体来看,这本书的物理呈现完全符合我对一本优秀教材的期待,每一个细节都透露出出版方的用心。

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这本书的实用性简直是无可挑剔。它的章节划分似乎是根据一门优秀课程的教学大纲精心设计的,每一个知识点都有相应的练习来固化记忆和应用。我注意到作者很注重理论联系实际,很多习题的设置都模拟了真实硬件环境下的场景,比如计算特定指令集的周期数,或者分析缓存未命中率的影响。这种高度的实践导向,使得学习过程不再是枯燥的理论灌输,而是变成了解决实际问题的过程。我期待着能够利用这本书来系统性地查漏补缺,相信通过扎实地完成书中的练习,我对底层架构的理解能迈上一个全新的台阶。

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尽管我还没有深入研究每一个习题的解析,但初步浏览下来,我立刻感受到了作者在内容编排上的匠心独到。这套习题集显然不是简单地堆砌知识点,而是真正围绕着核心概念进行了深度挖掘。我注意到很多题目都巧妙地将多个模块的知识点融合在一起,比如指令集设计与流水线优化之间的联系,这种综合性的考察方式,非常贴合实际工程中的问题情境。更值得称赞的是,解析部分的逻辑严谨性。它不仅仅给出了正确答案,更重要的是详细地展示了推导过程和背后的设计哲学,很多地方甚至补充了不同解法的优劣对比,这对于培养读者的批判性思维和工程直觉极为宝贵。这种由浅入深、层层递进的结构,让人感觉不是在做题,而是在进行一次系统的思维训练。

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这本书的排版和视觉呈现,简直是教科书级别的典范。每一页的信息密度控制得恰到好处,既保证了内容的充实,又避免了视觉上的拥挤感。图表的使用尤其出色,那些关于数据通路、存储器层次结构和缓存一致性协议的示意图,线条清晰,标注准确,即便是复杂的概念也能通过图形一目了然。我特别欣赏它在数学公式处理上的细腻。公式的编号、变量的定义都处理得非常规范,使用了清晰易读的字体,极大地降低了阅读理解的难度。相较于一些排版混乱、公式晦涩的旧版教材,这本书的现代感和专业感扑面而来,让人在学习过程中感到非常愉悦和高效。

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