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出版者:电子工业出版社

作者:孙祥娥

出品人:

页数:334

译者:

出版时间:2004-4

价格:27.8

装帧:平装

isbn号码:9787505396807

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信工程
• 电子工程
• MATLAB
• 算法
• 滤波
• 频谱分析
• 图像处理

图书名称：《深入理解计算机系统：从硬件到软件的全面解析》 作者： [此处填写作者姓名] 出版社： [此处填写出版社名称] ISBN： [此处填写ISBN号] --- 内容简介 《深入理解计算机系统：从硬件到软件的全面解析》 是一部旨在为读者构建完整、系统、且深入的计算机系统知识体系的权威著作。本书超越了对单一技术或模块的浅尝辄止，致力于揭示现代计算机系统从最底层的电子元件到最高层的应用程序之间错综复杂的交互机制。我们相信，只有透彻理解这些底层原理，才能真正写出高效、健壮、可维护的软件。 本书的结构设计旨在引导读者进行一次由浅入深的“系统漫游”。我们从最基础的信息表示与计算讲起，逐步深入到处理器架构、存储层次结构、操作系统核心、网络通信，直至最终的编译和链接过程。 第一部分：信息的本质与计算的基石 本部分聚焦于计算机科学的根基：信息是如何被编码、存储和操作的。 1. 数制与编码： 详细介绍了二进制、十六进制等数制系统，深入探讨了定点数和浮点数的表示方式（IEEE 754标准），分析了不同编码在精度和范围上的权衡。特别关注了数据在内存中的对齐和字节序问题。 2. 逻辑门与组合电路： 从布尔代数出发，构建了基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR），进而推导出加法器、多路选择器等核心组合逻辑电路。 3. 时序电路与基本存储单元： 介绍了触发器（Latch 和 Flip-Flop）的工作原理，这些是构建寄存器和SRAM的基础。接着阐述了如何利用时序电路实现基本的计数器和状态机。 第二部分：处理器架构与指令集 本部分将焦点转移到计算机的“大脑”——中央处理器（CPU）的设计与工作流程。 1. 指令集架构（ISA）： 深入分析了指令集的设计哲学，对比了精简指令集计算机（RISC）和复杂指令集计算机（CISC）的优劣。详细解读了数据传输、算术逻辑运算、控制流等各类指令的格式和寻址模式。 2. CPU数据通路与控制单元： 详细描绘了单周期和多周期CPU的数据通路图，解释了指令的取指、译码、执行、访存和写回五个阶段如何协同工作。 3. 流水线技术： 这是提升性能的关键。本书细致剖析了指令流水线的基本结构，重点分析了数据冒险、控制冒险（分支预测）的检测与处理机制，以及乱序执行（Out-of-Order Execution）的基本概念。 4. 程序的机器级表示： 讲解了编译器如何将高级语言代码转化为汇编代码，并最终成为机器码。通过实际的C代码示例，展示了函数调用约定（调用栈帧的维护、参数传递、返回地址的保存）在x86-64架构下的具体实现。 第三部分：存储器层次结构与性能优化 现代系统的性能瓶颈往往在于数据访问速度。本部分将系统地梳理从寄存器到磁盘的整个存储体系。 1. 缓存存储器： 缓存是理解性能差异的核心。本书详尽解释了缓存的工作原理，包括块、组、标签的划分，写策略（直写、回写），以及地址映射方式（直接映射、全相联、组相联）。通过数学模型分析了命中率和延迟对程序性能的影响。 2. 虚拟内存： 虚拟内存是操作系统与硬件协同工作的典范。我们解释了地址翻译的完整过程：虚拟地址如何通过页表（Page Table）转换为物理地址。深入探讨了多级页表、TLB（转换后援缓冲器）的作用及其对性能的影响。 3. 静态与动态存储分配： 分析了程序运行时堆（Heap）的管理机制，包括`malloc`和`free`的内部实现，如显式空闲列表、边界标签等分配算法，以及内存碎片化的问题。 第四部分：操作系统：资源管理与抽象 本部分将视线从硬件提升到管理硬件的软件层——操作系统。 1. 进程与线程： 区分了进程和线程的概念，讨论了上下文切换的开销。深入讲解了进程的创建、终止以及它们在内核中的数据结构表示。 2. 并发与同步： 探讨了多任务并行执行带来的挑战，包括竞态条件和死锁。详细介绍了实现同步的工具和原语，如互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore），并分析了无锁数据结构的编程技巧。 3. I/O系统： 阐述了不同I/O设备（如磁盘、网络接口）的工作模式，包括中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）。重点分析了高性能网络编程中的阻塞与非阻塞I/O模型。 第五部分：链接、加载与系统级编程 本部分关注程序从源代码到可执行文件的完整生命周期，以及程序与外部世界的交互。 1. 编译与链接： 剖析了编译器的预处理、编译、汇编和链接四个阶段。重点讲解了静态链接器和动态链接器（如GOT/PLT机制）的工作方式，解释了共享库是如何被加载和解析的。 2. 系统调用接口： 讲解了用户态程序如何通过系统调用安全地请求内核服务，并分析了主要的系统调用（如文件操作、进程控制）的内部实现流程。 3. 网络编程基础： 简要概述了TCP/IP协议栈的核心概念，并结合套接字（Socket）编程接口，展示了如何构建客户端-服务器（C/S）应用，理解网络数据流是如何在系统层次上传输的。 目标读者： 本书适合于计算机科学、软件工程等专业的本科高年级学生、研究生，以及希望系统性提升自身底层技术能力的软件工程师、系统架构师和硬件设计人员。通过阅读本书，读者将不再满足于停留在API层面，而是能够深入理解软件运行的物理基础和系统机制，从而设计出更具性能优势和系统可靠性的解决方案。本书所涵盖的知识点，是成为一名真正“系统级”开发者的必备阶梯。

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这本书的深度和广度着实令人印象深刻。它不仅仅停留在基础概念的讲解层面，更是深入到了许多前沿和高级的主题，而且处理得游刃有余。我特别留意了关于现代谱估计那几章，里面的内容涉及到了很多在其他同类书籍中常常被一带而过或者处理得比较粗糙的细节，比如不同估计方法的收敛性分析和实际噪声环境下的性能比较。作者在这些复杂的论述中，依然保持着极高的清晰度，对于那些需要权衡利弊的工程决策点，他都给出了非常中肯的评价和实例佐证。这表明作者不仅是理论的精通者，更是实践中的老将。对于一个希望将理论转化为生产力的从业者来说，这种既能上得了“庙堂”（理论高度），又能下得了“江湖”（实际应用）的书籍，实在太难得了。感觉读完这本书，我的知识结构被彻底地重塑了一遍，眼界也开阔了不少。

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这本书的配套资源和学习支持系统简直是业界良心。我购买的是带有在线访问权限的版本，那套额外的习题和解析简直是为自学者量身定做的“救命稻草”。习题的难度梯度设置得非常科学，从最基础的检验性练习，到复杂的综合性设计问题，层层递进，确保学习者每走一步都能扎实巩固。更妙的是，很多习题后面附带了对解题思路的详尽剖析，而不是简单地给出一个最终答案。这种引导性的解析，让我能够清晰地看到自己思维的盲点在哪里，而不是仅仅知道“我做错了”。此外，书中引用的参考资料列表也极其详尽和权威，很多都是我之前没听说过的经典文献，这为我后续的深入研究指明了方向，避免了在浩瀚的资料中迷失。这种全方位的学习辅助，使得这本书的价值远远超过了其标价。

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我通常对这种技术性很强的书籍持保留态度，很多时候它们要么过于理论化，让人望而却步，要么就是充斥着大量的堆砌性知识，缺乏真正的洞察力。然而，这本书的叙事方式彻底颠覆了我的固有印象。作者仿佛是一位经验丰富的导师，他并没有一开始就将所有复杂的定义和定理砸向读者，而是通过一系列精心构建的实际应用场景作为引入点，引导我们逐步深入。比如，在介绍滤波器设计时，他没有直接给出繁琐的数学推导，而是先讲述了为什么我们需要某种特定类型的滤波器来解决一个具体的工程问题，然后再优雅地展示数学工具是如何自然而然地导向解决方案的。这种“问题先行，方法随后”的教学路径，极大地降低了初学者的入门难度，也让有基础的读者能够更快地建立起知识体系的全局观。行文流畅自然，逻辑链条紧密，读起来有一种豁然开朗的畅快感，很少有卡壳或需要反复回溯阅读的地方。

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我必须强调这本书在严谨性上的极致追求。在阅读过程中，我特意挑选了几个自己比较熟悉的章节进行交叉验证，结果发现它在细节的处理上几乎是吹毛求疵的。例如，在处理离散时间系统的稳定性判据时，它不仅清晰地阐述了Z变换的原理，还细致地对比了连续时间系统（s域）与离散时间系统（z域）在稳定性边界定义上的本质区别，这一点在很多教材中常常因为篇幅限制而被简化或混淆。作者对数学严谨性的坚持，让这本书成为了一个可靠的“真理之源”。我完全可以将书中的任何一个结论或公式，不加怀疑地应用到我的实际项目中去。这种对准确性的执着，是衡量一本顶尖专业书籍的核心标准，而这本书无疑做到了顶尖。它不追求花哨的修饰，而是专注于构建一个无懈可击的知识大厦。

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这本书的装帧和纸张质量简直是教科书级别的典范。封面设计简洁大气，配色沉稳，一看就知道是内容扎实、值得信赖的专业书籍。内页的排版布局非常考究，字体选择清晰易读，行距和段落间距拿捏得恰到好处，即使是像我这样长时间阅读的人，眼睛也不会感到疲劳。更值得称赞的是，书中大量的公式和图表都印刷得极其精美，线条锐利，标识清晰，这对于理解那些抽象的数学概念至关重要。特别是那些复杂的频域分析图，色彩过渡自然，细节一丝不苟，让人在视觉上就能感受到作者对知识精确性的追求。随便翻开一页，都能感受到编辑和设计团队在制作过程中的匠心独运，这种对物理载体细节的关注，往往预示着内容本身也是经过千锤百炼的精品。拿在手里沉甸甸的，很有分量感，不像有些轻飘飘的速成读物，这感觉让人从心底里对它产生敬畏和信任。

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