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出版者:電子工業齣版社

作者:孫祥娥

出品人:

頁數:334

译者:

出版時間:2004-4

價格:27.8

裝幀:平裝

isbn號碼:9787505396807

叢書系列:

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• DSP
• 通信工程
• 電子工程
• MATLAB
• 算法
• 濾波
• 頻譜分析
• 圖像處理

圖書名稱：《深入理解計算機係統：從硬件到軟件的全麵解析》 作者： [此處填寫作者姓名] 齣版社： [此處填寫齣版社名稱] ISBN： [此處填寫ISBN號] --- 內容簡介 《深入理解計算機係統：從硬件到軟件的全麵解析》 是一部旨在為讀者構建完整、係統、且深入的計算機係統知識體係的權威著作。本書超越瞭對單一技術或模塊的淺嘗輒止，緻力於揭示現代計算機係統從最底層的電子元件到最高層的應用程序之間錯綜復雜的交互機製。我們相信，隻有透徹理解這些底層原理，纔能真正寫齣高效、健壯、可維護的軟件。 本書的結構設計旨在引導讀者進行一次由淺入深的“係統漫遊”。我們從最基礎的信息錶示與計算講起，逐步深入到處理器架構、存儲層次結構、操作係統核心、網絡通信，直至最終的編譯和鏈接過程。 第一部分：信息的本質與計算的基石 本部分聚焦於計算機科學的根基：信息是如何被編碼、存儲和操作的。 1. 數製與編碼： 詳細介紹瞭二進製、十六進製等數製係統，深入探討瞭定點數和浮點數的錶示方式（IEEE 754標準），分析瞭不同編碼在精度和範圍上的權衡。特彆關注瞭數據在內存中的對齊和字節序問題。 2. 邏輯門與組閤電路： 從布爾代數齣發，構建瞭基本的邏輯門（AND, OR, NOT, XOR），進而推導齣加法器、多路選擇器等核心組閤邏輯電路。 3. 時序電路與基本存儲單元： 介紹瞭觸發器（Latch 和 Flip-Flop）的工作原理，這些是構建寄存器和SRAM的基礎。接著闡述瞭如何利用時序電路實現基本的計數器和狀態機。 第二部分：處理器架構與指令集 本部分將焦點轉移到計算機的“大腦”——中央處理器（CPU）的設計與工作流程。 1. 指令集架構（ISA）： 深入分析瞭指令集的設計哲學，對比瞭精簡指令集計算機（RISC）和復雜指令集計算機（CISC）的優劣。詳細解讀瞭數據傳輸、算術邏輯運算、控製流等各類指令的格式和尋址模式。 2. CPU數據通路與控製單元： 詳細描繪瞭單周期和多周期CPU的數據通路圖，解釋瞭指令的取指、譯碼、執行、訪存和寫迴五個階段如何協同工作。 3. 流水綫技術： 這是提升性能的關鍵。本書細緻剖析瞭指令流水綫的基本結構，重點分析瞭數據冒險、控製冒險（分支預測）的檢測與處理機製，以及亂序執行（Out-of-Order Execution）的基本概念。 4. 程序的機器級錶示： 講解瞭編譯器如何將高級語言代碼轉化為匯編代碼，並最終成為機器碼。通過實際的C代碼示例，展示瞭函數調用約定（調用棧幀的維護、參數傳遞、返迴地址的保存）在x86-64架構下的具體實現。 第三部分：存儲器層次結構與性能優化 現代係統的性能瓶頸往往在於數據訪問速度。本部分將係統地梳理從寄存器到磁盤的整個存儲體係。 1. 緩存存儲器： 緩存是理解性能差異的核心。本書詳盡解釋瞭緩存的工作原理，包括塊、組、標簽的劃分，寫策略（直寫、迴寫），以及地址映射方式（直接映射、全相聯、組相聯）。通過數學模型分析瞭命中率和延遲對程序性能的影響。 2. 虛擬內存： 虛擬內存是操作係統與硬件協同工作的典範。我們解釋瞭地址翻譯的完整過程：虛擬地址如何通過頁錶（Page Table）轉換為物理地址。深入探討瞭多級頁錶、TLB（轉換後援緩衝器）的作用及其對性能的影響。 3. 靜態與動態存儲分配： 分析瞭程序運行時堆（Heap）的管理機製，包括`malloc`和`free`的內部實現，如顯式空閑列錶、邊界標簽等分配算法，以及內存碎片化的問題。 第四部分：操作係統：資源管理與抽象 本部分將視綫從硬件提升到管理硬件的軟件層——操作係統。 1. 進程與綫程： 區分瞭進程和綫程的概念，討論瞭上下文切換的開銷。深入講解瞭進程的創建、終止以及它們在內核中的數據結構錶示。 2. 並發與同步： 探討瞭多任務並行執行帶來的挑戰，包括競態條件和死鎖。詳細介紹瞭實現同步的工具和原語，如互斥鎖（Mutex）、信號量（Semaphore），並分析瞭無鎖數據結構的編程技巧。 3. I/O係統： 闡述瞭不同I/O設備（如磁盤、網絡接口）的工作模式，包括中斷驅動I/O和直接內存訪問（DMA）。重點分析瞭高性能網絡編程中的阻塞與非阻塞I/O模型。 第五部分：鏈接、加載與係統級編程 本部分關注程序從源代碼到可執行文件的完整生命周期，以及程序與外部世界的交互。 1. 編譯與鏈接： 剖析瞭編譯器的預處理、編譯、匯編和鏈接四個階段。重點講解瞭靜態鏈接器和動態鏈接器（如GOT/PLT機製）的工作方式，解釋瞭共享庫是如何被加載和解析的。 2. 係統調用接口： 講解瞭用戶態程序如何通過係統調用安全地請求內核服務，並分析瞭主要的係統調用（如文件操作、進程控製）的內部實現流程。 3. 網絡編程基礎： 簡要概述瞭TCP/IP協議棧的核心概念，並結閤套接字（Socket）編程接口，展示瞭如何構建客戶端-服務器（C/S）應用，理解網絡數據流是如何在係統層次上傳輸的。 目標讀者： 本書適閤於計算機科學、軟件工程等專業的本科高年級學生、研究生，以及希望係統性提升自身底層技術能力的軟件工程師、係統架構師和硬件設計人員。通過閱讀本書，讀者將不再滿足於停留在API層麵，而是能夠深入理解軟件運行的物理基礎和係統機製，從而設計齣更具性能優勢和係統可靠性的解決方案。本書所涵蓋的知識點，是成為一名真正“係統級”開發者的必備階梯。

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我通常對這種技術性很強的書籍持保留態度，很多時候它們要麼過於理論化，讓人望而卻步，要麼就是充斥著大量的堆砌性知識，缺乏真正的洞察力。然而，這本書的敘事方式徹底顛覆瞭我的固有印象。作者仿佛是一位經驗豐富的導師，他並沒有一開始就將所有復雜的定義和定理砸嚮讀者，而是通過一係列精心構建的實際應用場景作為引入點，引導我們逐步深入。比如，在介紹濾波器設計時，他沒有直接給齣繁瑣的數學推導，而是先講述瞭為什麼我們需要某種特定類型的濾波器來解決一個具體的工程問題，然後再優雅地展示數學工具是如何自然而然地導嚮解決方案的。這種“問題先行，方法隨後”的教學路徑，極大地降低瞭初學者的入門難度，也讓有基礎的讀者能夠更快地建立起知識體係的全局觀。行文流暢自然，邏輯鏈條緊密，讀起來有一種豁然開朗的暢快感，很少有卡殼或需要反復迴溯閱讀的地方。

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這本書的配套資源和學習支持係統簡直是業界良心。我購買的是帶有在綫訪問權限的版本，那套額外的習題和解析簡直是為自學者量身定做的“救命稻草”。習題的難度梯度設置得非常科學，從最基礎的檢驗性練習，到復雜的綜閤性設計問題，層層遞進，確保學習者每走一步都能紮實鞏固。更妙的是，很多習題後麵附帶瞭對解題思路的詳盡剖析，而不是簡單地給齣一個最終答案。這種引導性的解析，讓我能夠清晰地看到自己思維的盲點在哪裏，而不是僅僅知道“我做錯瞭”。此外，書中引用的參考資料列錶也極其詳盡和權威，很多都是我之前沒聽說過的經典文獻，這為我後續的深入研究指明瞭方嚮，避免瞭在浩瀚的資料中迷失。這種全方位的學習輔助，使得這本書的價值遠遠超過瞭其標價。

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這本書的裝幀和紙張質量簡直是教科書級彆的典範。封麵設計簡潔大氣，配色沉穩，一看就知道是內容紮實、值得信賴的專業書籍。內頁的排版布局非常考究，字體選擇清晰易讀，行距和段落間距拿捏得恰到好處，即使是像我這樣長時間閱讀的人，眼睛也不會感到疲勞。更值得稱贊的是，書中大量的公式和圖錶都印刷得極其精美，綫條銳利，標識清晰，這對於理解那些抽象的數學概念至關重要。特彆是那些復雜的頻域分析圖，色彩過渡自然，細節一絲不苟，讓人在視覺上就能感受到作者對知識精確性的追求。隨便翻開一頁，都能感受到編輯和設計團隊在製作過程中的匠心獨運，這種對物理載體細節的關注，往往預示著內容本身也是經過韆錘百煉的精品。拿在手裏沉甸甸的，很有分量感，不像有些輕飄飄的速成讀物，這感覺讓人從心底裏對它産生敬畏和信任。

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我必須強調這本書在嚴謹性上的極緻追求。在閱讀過程中，我特意挑選瞭幾個自己比較熟悉的章節進行交叉驗證，結果發現它在細節的處理上幾乎是吹毛求疵的。例如，在處理離散時間係統的穩定性判據時，它不僅清晰地闡述瞭Z變換的原理，還細緻地對比瞭連續時間係統（s域）與離散時間係統（z域）在穩定性邊界定義上的本質區彆，這一點在很多教材中常常因為篇幅限製而被簡化或混淆。作者對數學嚴謹性的堅持，讓這本書成為瞭一個可靠的“真理之源”。我完全可以將書中的任何一個結論或公式，不加懷疑地應用到我的實際項目中去。這種對準確性的執著，是衡量一本頂尖專業書籍的核心標準，而這本書無疑做到瞭頂尖。它不追求花哨的修飾，而是專注於構建一個無懈可擊的知識大廈。

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這本書的深度和廣度著實令人印象深刻。它不僅僅停留在基礎概念的講解層麵，更是深入到瞭許多前沿和高級的主題，而且處理得遊刃有餘。我特彆留意瞭關於現代譜估計那幾章，裏麵的內容涉及到瞭很多在其他同類書籍中常常被一帶而過或者處理得比較粗糙的細節，比如不同估計方法的收斂性分析和實際噪聲環境下的性能比較。作者在這些復雜的論述中，依然保持著極高的清晰度，對於那些需要權衡利弊的工程決策點，他都給齣瞭非常中肯的評價和實例佐證。這錶明作者不僅是理論的精通者，更是實踐中的老將。對於一個希望將理論轉化為生産力的從業者來說，這種既能上得瞭“廟堂”（理論高度），又能下得瞭“江湖”（實際應用）的書籍，實在太難得瞭。感覺讀完這本書，我的知識結構被徹底地重塑瞭一遍，眼界也開闊瞭不少。

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