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出版者:人民邮电出版社

作者:李春

出品人:

页数:325

译者:

出版时间:2000-11

价格:34.00元

装帧:

isbn号码:9787115088451

丛书系列:

图书标签:

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• 计算机视觉

计算机系统与网络基础：构建数字世界的坚实地基 本书聚焦于计算机系统和网络的基石原理、核心架构以及它们如何协同工作，为现代信息技术奠定不可或缺的基础。 它深入浅出地剖析了硬件、操作系统、数据表示和网络协议栈的底层机制，旨在为初学者提供清晰的认知框架，同时也为有经验的开发者提供回顾和深化理解的平台。 --- 第一部分：计算机系统核心原理 本部分旨在揭示计算机“如何思考”和“如何执行指令”的奥秘。我们将从最基础的物理层面开始，逐步构建起对复杂计算的理解。 第一章：数字逻辑与信息表示 本章首先探讨信息在机器内部的表达方式。我们将详细介绍二进制系统及其在计算机中的绝对统治地位。内容涵盖： 数制转换： 二进制、八进制、十六进制与十进制之间的精确转换方法与实际应用场景。 数据编码标准： 深入理解定点数和浮点数的表示方法（如IEEE 754标准），探讨精度损失的来源及对科学计算的影响。 字符编码： ASCII、Unicode（UTF-8, UTF-16）的演变历程、原理及其在全球化计算中的重要性。 逻辑门与布尔代数： 从最基础的AND、OR、NOT门开始，构建加法器、多路选择器等基本组合逻辑电路，阐明布尔代数在电路设计中的理论指导作用。 第二章：计算机硬件架构概览 本章将带您进入计算机的物理核心，理解CPU、内存和I/O设备是如何通过总线系统协同工作的。 冯·诺依曼与哈佛架构对比： 探讨两种经典架构的优缺点及其在现代处理器设计中的体现。 中央处理器（CPU）解析： 指令集架构（ISA）： 介绍CISC（复杂指令集）与RISC（精简指令集）的哲学差异，并以MIPS或ARM为例进行简要说明。 CPU工作周期： 深入分析取指、译码、执行、访存和写回的流水线机制，探讨如何通过超标量和分支预测提升性能。 寄存器与寻址模式： 详细解释不同类型的寄存器及其在程序执行中的作用。 存储系统层次结构： 强调“速度与容量”的权衡。从寄存器到SRAM（Cache），再到DRAM（主存），最后是磁盘存储，系统地介绍它们的工作原理、延迟和命中率的概念。 第三章：内存管理与虚拟化 高效的内存管理是现代操作系统性能的关键。本章着重于如何抽象和组织物理内存，为应用程序提供一个干净、可预测的运行环境。 逻辑地址到物理地址的翻译： 详细介绍分页（Paging）和分段（Segmentation）机制，以及多级页表结构。 内存保护与隔离： 解释操作系统如何利用内存管理单元（MMU）确保进程间的安全边界。 虚拟内存（Virtual Memory）： 阐述虚拟内存的原理，包括按需调页（Demand Paging）和页面置换算法（如LRU、FIFO）的实现细节与性能影响。 内存分配技术： 介绍内核空间和用户空间中常用的内存分配器（如伙伴系统、slab分配器）的设计思路。 --- 第二部分：操作系统幕后运作 本部分深入操作系统的核心功能模块，理解它是如何调度资源、管理进程并确保系统稳定性的。 第四章：进程与线程管理 理解程序如何被抽象为进程，以及线程如何在进程内部实现并发。 进程的生命周期与状态转换： 详细描述进程从创建到终止的各个阶段（新建、就绪、运行、阻塞、终止）。 上下文切换开销： 分析进程和线程的PCBs（进程控制块）或TCBs（线程控制块）结构，并量化上下文切换对系统性能的影响。 并发与并行： 区分这两个概念，并讨论多核环境下实现真正并行的硬件基础。 第五章：处理器调度算法 本章专注于CPU时间片的分配策略，这是操作系统公平性和响应速度的体现。 非抢占式与抢占式调度： 介绍FCFS、SJF（最短作业优先）等基础算法。 时间片轮转（Round Robin）： 深入讨论时间片大小的选择对系统交互性的影响。 优先级调度与实时系统： 探讨如何根据任务重要性分配资源，以及硬实时和软实时系统的区别。 多处理器调度： 介绍负载均衡和亲和性（Affinity）的概念。 第六章：并发控制与同步机制 当多个执行流同时访问共享资源时，数据一致性是最大的挑战。 竞态条件（Race Condition）的危险： 通过经典案例说明无保护访问的后果。 互斥访问（Mutual Exclusion）的实现： 详细讲解锁（Lock）的原理，包括忙等待、禁用中断等低级实现。 经典同步工具： 深入分析信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）和管程（Monitors），并结合著名的生产者-消费者问题、读者-写者问题进行实战演练。 死锁（Deadlock）的条件与预防： 阐述死锁的四个必要条件（互斥、占有并等待、不可抢占、循环等待），并介绍银行家算法等避免策略。 --- 第三部分：数据存储与文件系统 本部分探讨数据如何在持久化存储介质上组织、存取和维护其完整性。 第七章：I/O系统与驱动程序 了解操作系统如何与外部设备进行高效通信。 I/O控制方式对比： 轮询、中断驱动I/O、以及直接内存访问（DMA）的工作流程，强调DMA在提升大数据传输效率上的作用。 缓冲与缓存技术： 解释内核如何使用缓冲区来协调慢速设备与快速CPU之间的数据流速不匹配问题。 设备驱动程序的作用： 描述驱动程序在硬件抽象层中的位置及其核心功能。 第八章：文件系统结构与实现 文件系统是将逻辑上的文件和目录映射到物理磁盘扇区的高级抽象。 文件系统的组织： 介绍FAT、NTFS、ext4等主流文件系统的结构异同。 目录结构与索引节点（Inode）： 详细讲解Inode如何存储文件的元数据（权限、时间戳、块指针）。 数据块分配策略： 比较连续分配、链接分配和间接分配的优劣。 日志与数据完整性： 探讨日志（Journaling）机制如何确保在系统崩溃时文件系统的快速恢复能力和数据一致性。 --- 第四部分：计算机网络基础 本部分聚焦于数据如何在网络中传输、路由和被可靠地递送。 第九章：网络模型与基础协议 系统性地介绍互联网通信的框架。 OSI七层模型与TCP/IP四层模型： 详细对比两者，并明确每一层的功能和典型协议。 物理层与数据链路层： 介绍比特传输、差错检测（CRC）以及以太网的帧结构、CSMA/CD机制。 网络层——IP协议： 深入分析IPv4和IPv6的地址结构、数据报格式，以及路由选择的基本概念（如距离向量和链路状态算法的原理）。 第十章：传输层：可靠性与端口寻址 本章关注如何在不可靠的IP网络上提供端到端、可靠的数据流服务。 UDP（用户数据报协议）： 阐述其无连接、快速的特性及其应用场景（DNS, VoIP）。 TCP（传输控制协议）的可靠性保证： 重点解析三次握手与四次挥手的流程，滑动窗口机制、流量控制、拥塞控制（慢启动、拥塞避免）的数学模型和实现细节。 端口与套接字： 解释端口号如何实现多路复用，以及套接字（Socket）API作为进程间网络通信接口的基本用法。 第十一章：应用层协议与安全基础 介绍日常网络应用背后的标准协议和基本的安全考量。 应用层协议实例： 详细分析HTTP/HTTPS的工作流程（请求/响应模式、状态码）、DNS的工作原理（递归与迭代查询）。 网络地址转换（NAT）： 解释NAT在家庭和企业网络中扩展IPv4地址空间的作用。 基础安全概念： 简要介绍对称加密与非对称加密（如RSA的原理概述），以及TLS/SSL握手在HTTPS中的作用，强调身份验证和数据机密性的重要性。 --- 本书特色： 本书避免了对特定应用软件的冗余介绍，而是将笔墨集中于“为什么”和“如何”构建这些软件和系统的底层原理。通过大量的架构图、数据流向图和伪代码分析，读者将能够建立起一套扎实的理论体系，为未来学习操作系统内核、高性能网络编程或嵌入式系统开发打下坚不可摧的知识基础。理解这些基础，才是真正掌握信息技术的关键所在。

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