具体描述
好的,这是一本关于计算机基础知识和编程实践的综合性图书的详细简介,内容涵盖操作系统、数据库、网络基础以及C语言编程入门,不涉及FORTRAN语言的任何内容。 --- 图书名称:深入理解计算机系统与应用基础 (操作系统、数据库、网络原理及C语言实践) 图书简介 第一部分:计算机系统核心原理与操作系统精要 本书的开篇部分致力于为读者构建一个坚实、全面的计算机系统基础认知框架。我们聚焦于现代计算机科学的基石——操作系统(Operating System, OS)的工作机制,深入剖析其在管理硬件资源、提供用户接口方面的核心职能。 1. 操作系统基础架构与运行环境: 我们将从宏观视角审视操作系统的定义、目标与发展历程,重点讲解操作系统内核(Kernel)的角色与结构,包括单体内核、微内核的设计哲学及其优缺点对比。读者将清晰理解操作系统如何在硬件之上建立起一个高效、稳定的执行环境。 2. 进程与线程管理: 本部分是操作系统理论的核心。我们详尽阐述进程的概念——程序在内存中的实例,区分进程与程序的本质区别。随后,深入探讨线程——进程内的执行单元,对比用户级线程与内核级线程的实现方式及其对并发性能的影响。我们花费大量篇幅讲解CPU调度算法,包括先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)、优先级调度,以及确保系统公平性和高吞吐量的分时调度(Round Robin)和多级反馈队列(Multilevel Feedback Queue)算法的数学模型与实际应用场景。此外,同步与互斥机制的讲解是重点,涵盖互斥锁(Mutex)、信号量(Semaphore)的设计原理、死锁的四个必要条件及其预防、检测和解除策略。 3. 内存管理机制: 理解内存管理是掌握系统性能的关键。本书细致分析了连续内存分配和非连续内存分配方案。重点剖析虚拟内存(Virtual Memory)的原理,包括分页(Paging)和分段(Segmentation)技术如何通过地址转换机构实现进程间隔离与内存共享。页表结构、TLB(Translation Lookaside Buffer)的工作流程,以及缺页中断的处理过程被清晰地图解说明。对于更高级的主流技术,如内存保护、内存映射文件(Memory-Mapped Files)的应用场景,也进行了深入的探讨。 4. 文件系统与I/O管理: 文件系统是用户与长期存储设备交互的桥梁。我们将解析文件系统的逻辑结构(如目录结构、文件控制块FCB)和物理结构(如索引节点inode、磁盘块的组织方式)。讲解文件存储的分配方法(连续分配、链式分配、索引分配)的效率权衡。I/O子系统部分,我们阐述了缓冲(Buffering)、缓存(Caching)和假脱机(Spooling)技术在提高I/O效率中的作用,并简要介绍中断驱动I/O与直接内存访问(DMA)的工作流程。 第二部分:关系型数据库原理与SQL实践 本章节旨在系统介绍关系型数据库管理系统(RDBMS)的核心理论和实际操作能力,重点训练读者使用标准SQL语言进行数据定义、操作与控制的能力。 1. 数据库系统基础与数据模型: 首先界定数据库、数据库系统(DBMS)与数据库管理系统的概念。随后,详细介绍关系模型,包括域、元组、关系的基本定义,主键、外键、候选键等约束条件的规范化要求。理解数据独立性的重要性——物理数据独立性与逻辑数据独立性。 2. 关系代数与范式理论: 本书严格梳理关系代数的基本操作(选择、投影、连接、并、差、笛卡尔积),并演示如何使用这些基础操作构造复杂的查询表达式。深入讲解函数依赖(Functional Dependency)的概念,并系统性地引导读者完成关系模式的规范化过程:从第一范式(1NF)到BCNF(巴斯-科德范式),解析冗余数据产生的原因及其在各范式中的消除方式。 3. 结构化查询语言(SQL)精通: SQL是本部分的实践核心。我们覆盖所有核心DML(数据操作语言)和DDL(数据定义语言)命令。 DDL:CREATE TABLE, ALTER TABLE, DROP TABLE, 约束的定义与修改。 DML:SELECT语句的复杂应用,包括多表连接(INNER JOIN, LEFT/RIGHT/FULL OUTER JOIN)的语法与性能考量;子查询(Subqueries)的嵌套使用;数据修改(INSERT, UPDATE, DELETE)。 DCL/TCL:权限管理(GRANT/REVOKE)和事务控制(COMMIT/ROLLBACK)。 特别强调聚合函数(COUNT, SUM, AVG, MAX, MIN)与GROUP BY/HAVING子句的组合应用,以及窗口函数(Window Functions)在现代SQL中的高级应用。 4. 数据库的事务管理与并发控制: 理解事务的ACID特性(原子性、一致性、隔离性、持久性)是构建可靠应用的前提。本章详细解释了事务的隔离级别(Read Uncommitted, Read Committed, Repeatable Read, Serializable)及其可能导致的并发异常(脏读、不可重复读、幻读),并介绍基于锁的并发控制协议(两段锁协议2PL)的基本思想。 第三部分:计算机网络基础与应用层协议 本章节从网络架构的角度,介绍数据通信的基础概念,重点聚焦于TCP/IP协议栈的结构与核心协议的工作原理。 1. 网络体系结构与物理层基础: 介绍OSI七层模型与TCP/IP四层/五层模型的对比,明确每一层的功能范围。基础概念包括信道容量、带宽、延迟、吞吐量等性能指标的计算方法。 2. 数据链路层与MAC地址: 讲解差错检测(奇偶校验、CRC循环冗余校验码)与流量控制机制。深入分析以太网(Ethernet)的工作原理,特别是CSMA/CD协议在共享介质网络中的冲突检测与避免机制。 3. 网络层:IP协议与路由选择: 核心内容是IP(Internet Protocol)协议,区分IPv4和IPv6的地址结构和报头格式。重点讲解IP数据报的转发过程,以及路由选择算法的分类,例如距离向量算法(RIP)和链路状态算法(OSPF)的基本思想。此外,还会介绍ICMP协议及其在网络诊断中的应用(如Ping命令)。 4. 传输层:TCP与UDP的对比: 这是网络通信效率和可靠性的关键。详述UDP(用户数据报协议)的无连接特性和适用场景。重点解析TCP(传输控制协议)的可靠性保障机制:三次握手建立连接、四次挥手终止连接的流程;滑动窗口协议实现可靠传输;慢启动(Slow Start)、拥塞避免(Congestion Avoidance)等流量与拥塞控制算法的动态调整过程。 5. 应用层协议概述: 简要介绍DNS(域名系统)的解析过程,HTTP协议(请求方法、状态码、基本交互流程),以及SMTP/POP3/IMAP等邮件协议的基本概念。 第四部分:C语言程序设计基础与结构化编程 本部分专注于使用C语言作为工具,教授结构化、模块化的程序设计思想,这是所有底层和系统级编程的基础。 1. C语言环境与基本语法: 介绍C语言程序的编译、链接和执行过程。讲解变量、数据类型(int, float, char, double等)的存储和表示,以及运算符的优先级与结合性。重点掌握输入/输出函数`scanf`和`printf`的高级格式控制。 2. 控制结构与流程控制: 系统讲解顺序结构、选择结构(if-else, switch-case)和循环结构(for, while, do-while)的正确使用。特别强调循环的嵌套和终止条件的设计,以避免无限循环。 3. 数组、指针与字符串操作: 数组是C语言处理集合数据的核心,详细分析一维数组和多维数组的内存布局。指针是C语言的灵魂,本书提供大量实例来阐述指针的声明、引用、算术运算,以及指针与数组名之间的内在联系。字符串操作将围绕标准库函数(如``中的`strcpy`, `strcat`, `strcmp`)展开。 4. 函数、结构体与数据抽象: 讲解函数参数传递机制(值传递与地址传递的区别)、函数声明与定义、递归函数的实现。结构体(struct)作为自定义复合数据类型的构建单元,将与指针结合,教授如何使用指向结构体的指针(Pointer to Structure),这是实现复杂数据结构的基础。 5. 动态内存管理与文件I/O: 介绍堆(Heap)内存的概念,并详细讲解`malloc`, `calloc`, `realloc`用于动态分配内存,以及`free`用于释放内存的重要性,强调防止内存泄漏的编程习惯。文件操作部分,侧重于使用标准C库函数(如`fopen`, `fprintf`, `fscanf`, `fclose`)进行文本文件和二进制文件的读写操作。 --- 本书特点: 理论与实践紧密结合: 每部分理论讲解后均配有大量的工程实例和代码片段,帮助读者将抽象概念转化为具体能力。 强调系统思维: 通过操作系统和网络章节的串联,培养读者从底层硬件到上层应用的全景式问题分析能力。 注重编程规范: C语言部分严格遵循结构化和模块化编程原则,为后续学习更高级语言或系统开发打下规范基础。 本书适合所有希望全面打牢计算机科学理论基础,并掌握一门通用性强、底层能力扎实的编程语言(C语言)的在校学生、IT行业初级工程师以及希望系统性回顾基础知识的专业人士。