计算机基础知识与操作 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:袁玫 林志英 张莹莹 武家骥

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1999-05-01

价格:23.0

装帧:

isbn号码:9787505347465

丛书系列:

图书标签:

• 计算机基础
• 电脑操作
• 信息技术
• 入门教程
• 办公软件
• 系统维护
• 硬件知识
• 软件应用
• 数字技能
• 基础知识

电子信息时代的新锐指南：现代系统架构与前沿计算范式 本书导读：超越基础，直击核心，构建面向未来的信息技术认知框架 在数字化浪潮席卷全球的今天，信息技术的演进速度令人目不暇接。我们正从传统的信息处理时代迈入一个由人工智能、云计算、大数据和物联网共同定义的全新计算范式。本书旨在为读者提供一个全面、深入且具备前瞻性的技术视角，它不是对计算机基础操作的复述，而是聚焦于支撑现代信息系统的底层逻辑、设计哲学与新兴趋势。 第一部分：深度解构现代计算的核心引擎 本部分将彻底抛开对“如何使用”软件的浅层教学，转而深入探究驱动当代计算系统的“如何工作”的底层原理。 第一章：处理器架构的演进与微架构设计 我们将详细剖析冯·诺依依曼体系结构在现代多核处理器（如 x86-64 和 ARMv8/v9）上的具体实现和优化。重点不再是“CPU是什么”，而是“现代CPU如何实现高吞吐率和低延迟”。 流水线、超标量与乱序执行深度解析： 探讨指令级并行（ILP）的实现机制，以及分支预测单元（如 BTB、Gshare 算法）在提升性能中的关键作用。我们将分析现代微处理器中的推测执行与回滚机制，以及其在安全（如 Spectre/Meltdown 漏洞）层面引发的挑战与对策。 内存层次结构与缓存一致性： 细致描绘L1、L2、L3缓存的组织方式、替换策略（如LRU的变种）以及主内存（DRAM）的技术规格（如 DDR5 的突发长度与预取机制）。更重要的是，我们将深入探讨多核系统中的缓存一致性协议，如 MESI、MOESI 协议的详细状态转换图，理解它们如何确保数据在不同核心间的正确同步，并分析由此带来的伪共享（False Sharing）问题及其优化手段。 异构计算单元的崛起： 对比CPU、GPU（CUDA/OpenCL模型）、FPGA在计算模型上的根本差异。重点分析GPU的SIMT（单指令多线程）架构，包括warp/wavefront调度、线程块与网格的组织方式，及其在并行计算中的性能瓶颈分析。 第二章：操作系统：资源管理的复杂艺术 本书对操作系统的探讨，将聚焦于其作为资源仲裁者和抽象层构建者的角色，而非简单的文件管理或进程启动。 进程调度算法的理论与实践： 超越简单的先来先服务（FCFS），我们将深入研究实时操作系统（RTOS）中的截止期调度（EDF）与速率单调调度（RMS）。在通用OS中，分析完全公平调度器（CFS）的工作原理，如何通过红黑树维护“虚拟运行时间”（vruntime）以实现公平性，并探讨上下文切换的开销模型。 虚拟内存与地址翻译机制： 详述页表结构（如多级页表、TLB的工作机制）。重点分析操作系统如何利用硬件支持实现地址空间隔离、内存保护，以及缺页中断（Page Fault）的处理流程。我们还会探讨内存虚拟化（如KSM）和内存压缩技术的应用。 内核态与用户态的交互： 深入解析系统调用（System Call）的实现过程，包括中断向量表、系统调用号的传递以及用户栈到内核栈的切换机制，理解系统调用的性能成本。 第二部分：数据存储与高速网络基础设施 现代应用对数据持久化速度和网络延迟的要求已达到前所未有的高度。本部分聚焦于支撑这些需求的高性能存储系统和通信协议。 第三章：现代存储系统的性能瓶颈与优化 本书摒弃对传统机械硬盘（HDD）的过多关注，将核心放在固态存储技术（SSD）和分布式存储系统上。 NAND闪存的物理特性与磨损平衡： 解释SLC、MLC、TLC、QLC的存储密度与寿命权衡。深入分析磨损均衡（Wear Leveling）算法的实现，包括动态与静态磨损均衡。理解写入放大（Write Amplification）是如何影响SSD性能和寿命的。 存储软件栈： 分析Linux内核中的I/O调度器（如Deadline, NOOP, BFQ）对SSD性能的影响。引入NVMe协议的架构，解释如何通过PCIe总线实现低延迟的命令队列传输，并对比SATA/SAS接口的限制。 分布式文件系统与对象存储： 对比HDFS、Ceph等系统的元数据管理策略、数据分块与冗余机制（如纠删码Erasure Coding与传统RAID的差异）。理解一致性模型（如BASE与ACID在分布式环境下的取舍）。 第四章：网络协议栈的深度解析与加速 我们将网络知识提升至协议设计和硬件加速层面，而非简单的IP地址配置。 TCP/IP栈的优化与拥塞控制： 深入研究TCP的BBR（Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time）拥塞控制算法如何超越传统的丢包敏感算法（如Reno/Cubic），以及其在长肥网络（LFN）中的应用。解析零拷贝（Zero-Copy）技术在Socket编程中如何减少数据在内核与用户空间间的冗余拷贝。 高速以太网与RDMA： 探讨万兆及以上以太网的物理层挑战。重点介绍远程直接内存访问（RDMA）技术（如RoCEv2、InfiniBand），理解其如何绕过操作系统内核，实现用户空间对远程内存的直接读写，从而极大地降低延迟。 负载均衡与服务网格： 分析L4（如基于IP/端口的转发）和L7（如基于HTTP内容的路由）负载均衡器的实现原理。介绍服务网格（Service Mesh）架构中，数据平面（如Envoy代理）如何实现流量的精细控制、可观测性和安全策略的动态注入。 第三部分：新兴计算范式与系统安全基石 本部分关注未来十年计算领域的核心发展方向，以及构建可靠系统的必要安全防护手段。 第五章：虚拟化、容器化与云原生架构 本书将区分不同层次的“隔离”技术，理解其对资源利用率和安全边界的意义。 系统级虚拟化（Type-1 Hypervisor）： 深入分析硬件辅助虚拟化（Intel VT-x/AMD-V）中的EPT/NPT机制，解释影子页表（Shadow Page Tables）如何被硬件指令集取代。对比全虚拟化、半虚拟化和硬件辅助虚拟化的性能权衡。 容器技术与内核命名空间/控制组： 详细阐述Docker和Kubernetes背后的Linux内核特性——命名空间（Namespace，隔离PID、网络、挂载点）和控制组（cgroup，限制CPU、内存、I/O资源）。分析容器与传统虚拟机的安全边界差异。 无服务器计算（Serverless）的运行时模型： 探讨FaaS（Function as a Service）的冷启动（Cold Start）问题，以及云厂商如何在轻量级微虚拟机（如AWS Firecracker）中实现快速启动和资源隔离。 第六章：可信计算与系统安全基础 系统安全不再是外围防护，而是内嵌于硬件和操作系统设计中的核心要素。 可信启动与度量： 探讨UEFI、安全启动（Secure Boot）和可信平台模块（TPM）的工作流程。理解平台固件如何通过加密哈希链（PCR寄存器）来度量和验证引导加载程序、内核和关键驱动的完整性。 内存安全编程范式： 探讨Rust语言如何通过所有权（Ownership）和生命周期（Lifetime）机制，在编译期强制实现内存安全，有效避免C/C++中常见的缓冲区溢出和数据竞争问题。 现代加密原语与后量子密码学展望： 不仅介绍AES、RSA等经典算法的工作原理，还将探讨硬件加速（如Intel AES-NI指令集）对性能的影响。简要引入格密码（Lattice-based Cryptography）等后量子密码学的基础概念，展望未来安全通信的挑战。 本书面向的读者是具备一定计算机科学或工程背景，渴望深入理解现代IT基础设施的运作原理，并致力于构建高性能、高可靠性系统的专业人士、高级工程师和研究人员。它提供的知识深度和广度，是通往下一代信息技术架构师的必经之路。

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