计算机组成与结构(第3版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学

作者:John P.Hayes

出品人:

页数:624

译者:

出版时间:2001-10-1

价格:49.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302047667

丛书系列:国际知名大学原版教材——信息技术学科与电气工程学科系列

图书标签:

• 计算机组成
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• 数字逻辑
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• 输入输出
• 流水线
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深入探索数据世界的基石：现代操作系统原理与实践（第5版） 本书聚焦于当代计算系统的核心——操作系统，旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的知识体系。它不仅涵盖了操作系统的经典理论基础，更紧密结合了当前主流的处理器架构、内存管理技术以及新型的并发模型，确保读者能够理解支撑现代云计算、移动设备乃至高性能计算的底层机制。 --- 第一部分：操作系统的基石与环境构建 第一章：操作系统的演进与现代计算模型 本章追溯了操作系统的发展历程，从早期的批处理系统到分时、实时系统，最终过渡到现代的多用户、多任务环境。重点解析了冯·诺依曼结构在现代系统中的体现，以及并发性、虚拟化和安全性作为现代操作系统三大核心设计目标的重要性。我们将详细讨论系统调用（System Calls）作为用户空间与内核空间交互的唯一安全桥梁的机制，并探讨现代操作系统的分层结构，例如单核、微内核和混合内核的设计哲学及其对系统性能和稳定性的影响。 第二章：进程与线程：并发执行的艺术 进程与线程是理解并发性的核心概念。本章深入剖析了进程的结构——包括程序计数器、寄存器集合、堆栈和数据段的组织方式。详细介绍了进程创建、终止和上下文切换的完整流程，阐明了为什么上下文切换需要保存和恢复大量的CPU状态信息，并讨论了不同操作系统实现这些操作的优化策略。 随后，本章转向线程，区分了用户级线程和内核级线程，并分析了在多核环境中，如何利用多线程模型实现真正的并行计算。线程同步机制是本章的重中之重，我们将详细讨论互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）、条件变量（Condition Variables）以及更高级的屏障（Barriers）和读写锁（Read-Write Locks）的原理、正确使用方法以及可能导致死锁和竞态条件（Race Conditions）的陷阱。 第三章：CPU调度：资源的公平分配与性能优化 本章专注于如何高效地在多个进程或线程之间分配有限的CPU时间。我们系统地分析了多种经典的调度算法，包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度，以及时间片轮转（Round-Robin）算法的性能权衡。 随后，我们深入探讨了针对现代多核系统的调度策略，如多级反馈队列（MLFQ）、公平共享调度（Fair Share Scheduling）以及对I/O密集型和CPU密集型任务的不同处理方式。此外，本章还将介绍实时系统中的调度需求，如截止时间（Deadline）的概念，以及如何使用最早截止时间优先（EDF）或速率单调（Rate Monotonic）算法来满足严格的时间约束。 --- 第二部分：内存管理的深层机制 第四章：主存管理与地址空间 本章确立了内存管理的基本目标：抽象化物理内存，提供保护，并有效利用稀缺资源。我们首先介绍逻辑地址到物理地址的转换过程，重点讨论了分段机制的优缺点，并详细阐述了分页（Paging）机制——页表结构、多级页表如何应对地址空间的增长，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）在加速地址翻译中的关键作用。 第五章：虚拟内存：超越物理极限 虚拟内存是现代操作系统的标志性成就。本章详细解释了按需调页（Demand Paging）的工作原理，包括缺页中断（Page Fault）的处理流程、内核如何从磁盘加载所需页面，以及何时需要将“脏页”写回磁盘。 内存替换算法是本章的另一个核心内容，我们将比较并分析先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）的理论与实际实现难度，并探讨近似LRU算法（如Clock算法）在实际系统中的应用。此外，本章还将涵盖颠覆性技术——反向页表（Inverted Page Tables）的应用场景，以及如何处理抖动（Thrashing）现象，确保系统性能的稳定性。 第六章：内存分配与内核数据结构 本章关注操作系统内部如何管理可用内存池。我们将分析内核中常用的内存分配策略，如“伙伴系统”（Buddy System）如何平衡内部碎片和外部碎片。同时，我们将探讨slab分配器（或类似的内核对象缓存机制）的设计理念，它如何为频繁创建和销毁的小型内核数据结构提供高效、低开销的内存管理。最后，本章还会涉及用户空间堆（Heap）的管理，例如glibc中的malloc/free实现的底层机制。 --- 第三部分：数据持久化与I/O系统 第七章：文件系统结构与实现 本章深入文件系统的内部构造。我们将从逻辑上解析文件、目录的组织方式，探讨不同文件系统（如FAT、NTFS、ext4/XFS）在元数据管理上的差异。重点剖析了目录结构（如哈希链表或B树）如何实现高效的文件查找。 存储空间管理是本章的核心挑战，包括空闲空间的管理策略（如位图或链表）以及数据块的分配方式。我们将详细分析写入操作的原子性、一致性和持久性问题，并介绍日志（Journaling）机制如何确保文件系统在崩溃后能够快速恢复。 第八章：磁盘存储技术与I/O调度 本章从硬件层面对存储介质进行考察，从传统机械硬盘（HDD）的寻道时间分析，过渡到固态硬盘（SSD）的特性及其对操作系统I/O模型带来的挑战（如磨损均衡）。 I/O子系统中的调度器扮演着优化物理访问的关键角色。我们将分析电梯算法（Elevator Algorithm，如SCAN/C-SCAN）如何最小化磁盘臂移动时间，并探讨针对SSD的调度策略（如Noop或Deadline调度器）如何适应其随机访问性能的优势。此外，本章还将涉及RAID技术的多级别配置，用于提高数据的冗余性和吞吐量。 --- 第四部分：系统交互与安全性 第九章：设备管理与中断机制 设备驱动程序是操作系统与硬件沟通的桥梁。本章解析了I/O设备控制器的工作模式，包括轮询（Polling）、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）的工作流程。我们将详细阐述中断处理的优先级和嵌套机制，以及系统如何安全地从一个中断恢复到正常执行流程。 第十章：安全与保护机制 本章探讨了操作系统如何抵御内部和外部的威胁。内容涵盖了访问控制模型，如能力列表（Capability Lists）和访问控制矩阵（Access Control Matrix）。我们将详细分析基于角色的访问控制（RBAC）和基于属性的访问控制（ABAC）的差异。 关于保护，本章将深入研究硬件支持的安全特性，例如内存保护环（Rings）的含义，以及如何通过系统调用来执行权限提升和权限受限操作。同时，我们将探讨现代操作系统如何利用地址空间布局随机化（ASLR）和数据执行保护（DEP/NX位）来防御常见的缓冲区溢出攻击。 --- 本书特色： 理论与实践的紧密结合： 每一章的理论讲解后，都附带了对当前主流Linux内核或类Unix系统实现细节的剖析，帮助读者理解抽象概念如何在真实代码中落地。 关注现代趋势： 专门辟出章节讨论多核/众核编程中的同步原语、虚拟化层（如Hypervisor）对内存和I/O的影响，以及容器技术（如命名空间和cgroups）如何利用内核特性实现资源隔离。 案例驱动： 通过分析著名的系统错误（如死锁案例、缺页风暴案例），引导读者进行故障排查和系统优化思维的训练。 本书适合对象： 计算机科学、软件工程、电子工程等相关专业的高年级本科生、研究生，以及希望深入理解底层系统架构的软件开发工程师和系统管理员。掌握C语言基础和基本数据结构是阅读本书的前提。

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拿到这本《计算机组成与结构（第3版）》已经有一段时间了，虽然还未完全消化，但初步的感受是它在理论的阐述上相当严谨。作者在讲解时，逻辑链条非常清晰，每一步推导都显得环环相扣，让人觉得很有条理。尤其是在对指令集架构的介绍部分，我感觉作者花了很大的力气去梳理和讲解，力求让读者能够理解指令是如何被CPU执行的。书中在解释存储器层次结构时，也用了不少篇幅，这对于理解程序运行的效率至关重要。我个人比较看重这本书是否能帮助我建立起一套完整的计算机工作原理的认知体系，而不是零散的知识点堆砌。如果它能在我脑海中勾勒出一幅清晰的计算机内部运作的蓝图，那么它就是一本非常成功的教材。我希望在后续的阅读中，能够更深入地体会到作者在内容组织上的匠心独运，并从中获得对计算机底层运作的深刻洞察。

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这本《计算机组成与结构（第3版）》的语言风格我非常欣赏。作者没有使用过于晦涩难懂的专业术语，而是力求用一种清晰、简洁、流畅的方式来阐述复杂的计算机原理。即使是一些非常底层的概念，比如总线协议、DMA传输等等，在作者的笔下也显得不那么枯燥乏味。我尤其喜欢书中对于硬件和软件之间如何交互的描述，感觉作者在努力架起一座桥梁，让我们能够理解这两者是如何协同工作的。看到书中对时序逻辑和组合逻辑的区分讲解，我感觉自己的计算机基础正在变得越来越牢固。希望在后续的章节中，作者能继续保持这种优良的写作风格，并能够深入探讨一些关于可重构计算和并行处理的最新进展，这样对于我了解未来的计算机技术发展趋势将大有裨益。

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这本书给我的整体感觉是内容非常全面。从数字逻辑的基石，到CPU的内部构造，再到存储器系统和I/O接口，几乎涵盖了计算机组成和结构的核心知识点。我注意到书中在介绍指令集架构时，似乎对比了不同的指令集类型，这对于我理解不同平台上的软件兼容性问题会有很大帮助。而且，书中在讲解计算机系统的性能指标时，用了相当多的图表来辅助说明，这使得抽象的性能概念变得更加直观。我特别关注书中关于存储器管理和虚拟存储器的部分，因为这直接关系到程序的内存访问效率。如果这本书能让我对“如何让程序更有效率地利用内存”有一个清晰的认识，并且能够讲解一些常用的内存优化技巧，那将是非常有价值的。我还在期待书中能够涵盖一些关于嵌入式系统和移动设备中计算机组成结构的特点，这能帮助我拓宽对计算机体系结构的认识范围。

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这本书我刚拿到手，还没来得及深入阅读，只是粗略翻了一下目录和一些章节。总体感觉是篇幅相当可观，内容应该会很扎实。书的装帧设计中规中矩，纸张质量也还可以，闻起来有新书特有的油墨香。我比较关注的是它在介绍计算机体系结构时，是否能够清晰地阐述不同组件之间的逻辑关系，比如 CPU、内存、I/O 设备是如何协同工作的。毕竟，理解了这些底层的原理，才能更好地理解上层软件的设计和优化。我希望书中能够有足够多的图示和实例，这样对于理解抽象的概念会非常有帮助。特别是关于流水线、缓存一致性等内容，这些都是计算机性能的关键所在，如果能讲得通俗易懂，并且有实际的案例分析，那绝对是锦上添花了。我还在期待书中能够涉及到一些现代处理器设计中的新趋势，比如多核、异构计算等方面，这对于我们了解未来的计算发展方向非常有意义。目前看来，这本书的厚度预示着它会是一次深入的学习之旅，我对此充满了期待。

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读了这本《计算机组成与结构（第3版）》的几个章节后，我发现它在概念的引入上做得非常到位。作者似乎特别注重循序渐进，从最基础的逻辑门电路开始，慢慢过渡到更复杂的CPU设计。这种由浅入深的学习方式，对于我这样初学者来说，简直是福音。我特别喜欢书中对一些经典计算机模型的介绍，比如早期的一些体系结构，这能帮助我们理解计算机技术是如何一步步发展到今天的。而且，书中在讲解中断和异常处理机制时，用了很多生动形象的比喻，让我对这些原本晦涩的概念有了全新的认识。我期待在接下来的阅读中，能够看到更多关于性能优化方面的讨论，比如如何通过调整指令流水线和内存管理策略来提升程序执行速度。如果这本书能让我对“为什么我的程序运行得这么慢”有一个更深刻的理解，那么它就达到了我的期望。

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