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出版者:科学出版社

作者:杨相生

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:2002-10

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787030108241

丛书系列:

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计算机科学与技术：原理与实践深度探索 本书旨在为读者提供一个全面、深入、与时俱进的计算机科学与技术知识体系，超越基础应用层面，直击核心原理与前沿技术。 本书结构严谨，内容涵盖了从底层硬件架构到高级软件工程的广阔领域，特别侧重于培养读者的系统思维、算法设计能力以及解决复杂工程问题的能力。 第一部分：计算机系统与体系结构 本部分将带领读者剖析现代计算机系统的“骨架”与“血液”，理解指令如何在硅片上流动，以及操作系统如何调度资源。 1. 深入理解数字逻辑与表示： 我们将从布尔代数出发，详细解析组合逻辑电路与时序逻辑电路的设计与实现，如多路复用器、加法器、触发器等。随后，深入探讨数字系统中的数据表示，不仅仅停留在原码、反码、补码，更会引入浮点数（IEEE 754标准）的精确表示与计算误差分析，以及定点运算与高性能实现技巧。 2. 中央处理器（CPU）的奥秘： 重点剖析指令集架构（ISA），对比RISC与CISC的设计哲学。详细阐述流水线技术（Pipeline）的原理、冒险（Hazards）的检测与解决机制（如转发、分支预测）。我们将深入探讨Cache存储体系的层次结构、工作原理、替换策略（LRU, FIFO等）以及一致性协议（Coherence Protocols），这些是影响系统性能的关键因素。还会涉及超标量处理器和乱序执行技术对指令级并行的提升。 3. 存储系统与I/O： 除了DRAM的基本原理，本书将详细介绍固态存储（NAND Flash）的工作特性、磨损均衡技术以及其在现代数据中心中的应用。输入/输出（I/O）子系统将聚焦于总线结构（如PCIe）、中断处理机制以及直接内存访问（DMA）如何高效地实现数据传输，减轻CPU负担。 4. 操作系统核心机制： 本部分不再满足于对进程与线程的基本概念介绍，而是深入探究内核的实现细节。重点分析进程调度的先进算法（如实时调度、多级反馈队列），内存管理中虚拟内存的实现，包括TLB的工作原理、页面置换算法（如Clock算法）的优化，以及段页式管理的权衡。文件系统部分将讲解日志式文件系统（如Ext4, NTFS）的数据一致性保证机制，以及存储池与数据冗余技术（RAID的深度解析）。 第二部分：算法、数据结构与计算理论 本部分是计算机科学的基石，着重于提升读者的抽象思维和问题求解的效率。 5. 高级数据结构与应用： 涵盖经典数据结构如平衡二叉搜索树（AVL, Red-Black Tree）的详细构造与维护，跳跃表（Skip List）的高效随机访问特性，以及B/B+树在数据库索引中的核心地位。此外，图论算法将扩展到最大流/最小割问题（如Edmonds-Karp, Dinic算法）及其在网络路由中的应用。 6. 算法设计与分析的精进： 深入探讨动态规划、贪心算法、分治策略的复杂问题应用案例。重点分析NP完全性理论，理解P、NP、NP-Complete等复杂性类的界限，并介绍近似算法和启发式算法在处理不可解问题时的实用价值。字符串匹配算法将超越KMP，涵盖Aho-Corasick算法在多模式匹配中的威力。 7. 可计算性与判定问题： 本章将引入图灵机模型作为计算的理论基础，探讨停机问题等不可判定问题的意义。分析计算复杂性理论，包括时间与空间复杂度的严格界定，以及对现代加密学和算法优化的理论指导意义。 第三部分：编程范式与软件工程实践 本部分聚焦于如何将理论转化为健壮、可维护的实际软件系统。 8. 编译原理与执行模型： 详细解析编译器的各个阶段，从词法分析、语法分析（如LL(1), LR(1)）到语义分析、中间代码生成与优化。重点讨论代码优化技术，如常量折叠、循环展开、死代码消除等。此外，还将介绍即时编译（JIT）的工作原理及其在现代虚拟机中的重要性。 9. 现代并发与并行计算： 深入研究多线程编程中的核心挑战，包括锁竞争、死锁、活锁的预防与检测。讲解无锁（Lock-Free）编程的技术，如使用CAS（Compare-and-Swap）原语构建高效的数据结构。并行计算部分将涵盖OpenMP、MPI在多核与分布式环境下的编程模型，以及异构计算（如CUDA编程基础）的入门。 10. 数据库系统与数据存储： 区别于简单的SQL查询，本书将深入关系代数、事务的ACID特性、隔离级别（Read Uncommitted到Serializable）的底层实现机制。讲解查询优化器如何生成最优执行计划，并介绍NoSQL数据库（如文档型、键值型、图数据库）的适用场景与CAP理论的权衡。 第四部分：网络、安全与前沿技术 本部分关注信息如何在系统间高效、安全地流动，并探讨正在塑造未来的技术趋势。 11. 计算机网络深度解析： 严格遵循TCP/IP协议栈，深入分析数据链路层、网络层（如IPv6的演进、路由协议如OSPF、BGP）的细节。重点剖析TCP的拥塞控制算法（如Tahoe, Reno, CUBIC）如何动态调整传输速率，以及UDP在流媒体应用中的应用。应用层协议将着重讲解HTTP/2和HTTP/3（基于QUIC）的性能提升机制。 12. 信息安全基础与实践： 讲解密码学基础，包括对称加密（AES）和非对称加密（RSA、ECC）的数学原理，以及数字签名和哈希函数的应用。系统安全方面，将分析缓冲区溢出、格式化字符串漏洞的原理与防御技术（如ASLR, DEP）。网络安全将涉及SSL/TLS握手过程、防火墙与入侵检测系统的基本原理。 13. 机器学习与人工智能基础： 本章提供一个非侧重数学推导，而是侧重于算法在计算机系统中如何高效运行的视角。介绍核心的监督学习与无监督学习算法，并探讨如何利用GPU加速（如TensorFlow或PyTorch的后端原理）进行模型训练和推理，为读者理解新兴计算范式奠定基础。 本书的编写风格力求严谨而不失启发性，通过大量的结构化图示、复杂的工程案例分析以及对经典问题的性能优化讨论，确保读者不仅掌握“是什么”，更能理解“为什么”和“如何做”，为未来在系统架构、软件开发、网络工程或学术研究领域的深入发展打下坚实的、超越基础的专业基础。

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作者在语言风格上表现出一种独特而迷人的幽默感，这使得原本可能显得严肃晦涩的计算机科学主题变得平易近人。行文之间，时不时会出现一些恰到好处的类比和生活化的比喻，有效地冲淡了技术术语带来的压迫感。比如，在解释TCP/IP协议的三次握手过程时，作者将其比作一次礼貌而严谨的社交问候，形象生动，让人过目不忘。这种轻松愉快的叙事方式，极大地激发了我继续阅读下去的兴趣，特别是对于我这种容易对技术细节感到畏惧的读者来说，这种“润物细无声”的引导至关重要。此外，书中的术语解释部分处理得非常人性化，它不仅给出了标准的定义，还附带了该术语在不同历史背景下的演变，这种全景式的展现，让读者对知识点的理解更加立体和全面，不再是孤立地记忆一个个名词。

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我必须强调这本书在“应试”方面的针对性和有效性。它不仅仅是一本知识普及读物，更像是一份精心设计的应试攻略。在每个核心章节的末尾，都设置了结构化的复习板块，这些板块的设计极具策略性。首先是“知识点提炼”，用思维导图的形式将本章的重点一览无余地呈现出来；其次是“易错点辨析”，作者精准地指出了那些最容易混淆的概念和陷阱，并给出了详细的区分说明；最后是“模拟测试集”，这些测试题的难度和出题角度与实际考试高度吻合，涵盖了选择、填空到简答等多种题型。通过反复练习这些题目，我能清晰地感觉到自己的知识掌握程度在稳定提升，对于考试的题型和评分标准也有了更透彻的把握。这种从知识输入到模拟输出的完整闭环设计，是这本书区别于其他教材的最大亮点之一，它真正体现了“辅导”的价值。

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这本书的实用价值高得惊人，它不像某些学术著作那样高悬于实践之上，而是紧密地结合了当前技术应用的前沿动态。我注意到其中有一部分专门讨论了信息安全的基础知识，内容涵盖了常见的攻击手段和基本的防御策略，这对于我们日常的网络使用习惯的纠正是非常有帮助的。更值得称赞的是，它对常用软件操作的介绍，不是停留在简单的“点击此处”的机械指导上，而是深入到软件背后的工作原理。例如，在讲解电子表格软件的高级功能时，作者引入了宏编程的概念，并展示了如何利用脚本语言实现自动化办公，这极大地拓宽了我的工作效率工具箱。对于那些希望将理论知识快速转化为实际操作能力的读者来说，这本书简直是一份宝藏。它提供的案例库和随书配套的练习资源，使得理论学习不再是纸上谈兵，而是可以直接在计算机上进行验证和实践的。

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这本书的装帧设计非常精美，封面采用了一种沉稳的深蓝色调，搭配着清晰的白色字体，给人一种专业而又不失活力的感觉。拿到手里，首先感受到的是纸张的质感，纸张厚实，触感平滑，印刷油墨的色彩饱满均匀，即便是长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。内页的排版也十分考究，章节标题和正文之间的留白恰到好处，使得阅读节奏非常舒适。我特别喜欢它在图文排布上的用心，很多概念性的内容都配有清晰的流程图和示意图，这些视觉元素极大地降低了理解复杂知识点的门槛。比如，在讲解数据结构时，作者并没有简单地堆砌文字描述，而是用清晰的图形化方式展现了链表和树的内部结构，即便是初学者也能一目了然。此外，书脊的装订也非常牢固，翻阅时不会出现书页松动的情况，这对于需要经常查阅和使用的工具书来说，无疑是一个加分项。从整体的制作工艺来看，这绝对是一本可以长期珍藏和使用的教材，看得出出版方在细节上倾注了不少心血。

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这本书在内容编排上展现出了极强的逻辑性和系统性，它不是零散知识点的简单堆砌，而是构建了一个完整的知识体系框架。作者似乎非常清楚学习者在不同阶段的认知困惑点，因此内容的递进非常自然流畅。从最基础的计算机硬件原理讲起，逐步过渡到操作系统的工作机制，再到网络协议的基础，每一步都衔接得天衣无缝。特别是它对“抽象”这一核心概念的阐述，非常到位。它没有停留在概念的表面解释，而是通过大量的实例，层层剥茧地展示了从物理实体到逻辑模型的转化过程。比如，在介绍虚拟内存时，它详尽地描绘了操作系统如何管理物理内存与进程地址空间之间的映射关系，这种由浅入深的讲解方式，让原本枯燥的理论变得生动起来。我个人的体会是，读完一个章节后，我不仅知道“是什么”，更理解了“为什么是这样”，这种深层次的理解是很多同类书籍所欠缺的。

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