PC汇编语言程序设计

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出版者:西安电子科技大学出版社
作者:王闵等编
出品人:
页数:243
译者:
出版时间:2001-6
价格:17.00元
装帧:平装
isbn号码:9787560610191
丛书系列:
图书标签:
  • 汇编语言
  • PC机
  • 程序设计
  • 计算机科学
  • 底层编程
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具体描述

《深入理解现代计算机架构:从底层原理到高效编程》 本书将带领读者踏上一段探索现代计算机核心机制的旅程,从最基础的二进制世界出发,逐步深入到处理器内部的精妙设计,以及它们如何协同工作以执行我们日常使用的各种软件。本书并非对特定硬件平台的汇编语言进行 rote learning(死记硬背),而是着重于构建一个坚实的计算机科学基础,使读者能够理解各种编程语言的底层运作,并掌握优化代码性能的关键技术。 第一部分:计算的基石——数字与逻辑 我们首先从最根本的数字表示开始。本书将详细阐述二进制、八进制和十六进制系统,解释它们在计算机内部扮演的角色。我们将探讨不同类型的数据(整数、浮点数)如何在内存中存储和表示,以及可能出现的溢出、精度丢失等问题。 接下来,我们将进入数字逻辑的世界。读者将学习逻辑门(AND, OR, NOT, XOR等)的基本原理,以及如何使用它们构建更复杂的组合逻辑电路,如加法器、译码器和多路复用器。我们会深入讲解布尔代数,并展示如何用它来简化和优化逻辑设计。 第二部分:处理器的奥秘——指令集与执行流程 这一部分将聚焦于计算机的“大脑”——中央处理器(CPU)。我们将介绍CPU的基本架构,包括寄存器、算术逻辑单元(ALU)和控制单元。 本书将重点介绍现代RISC(精简指令集计算)和CISC(复杂指令集计算)指令集的共性和差异,但不会深入到某个具体指令集的细节。我们将探讨指令的组成部分(操作码、操作数),以及指令的执行周期(取指、译码、执行、访存、写回)。 我们还会详细讲解CPU的流水线技术,这是提升CPU性能的关键。读者将理解流水线如何通过重叠执行指令的不同阶段来提高吞吐量,同时也会探讨流水线冲突(结构冲突、数据冲突、控制冲突)及其解决方法,如气泡插入、转发和分支预测。 第三部分:内存的层次与管理 内存是程序运行不可或缺的部分。本书将系统性地介绍计算机的内存层次结构,从CPU内部的寄存器、缓存(L1, L2, L3),到主内存(RAM),再到辅助存储(硬盘)。 我们将深入剖析缓存的工作原理,包括缓存行、缓存映射(直接映射、全关联映射、组相联映射)、写策略(写回、写通)以及替换算法(LRU等)。理解缓存一致性问题对于多核处理器编程至关重要,本书也将对此进行探讨。 此外,我们还会触及操作系统如何管理内存,包括虚拟内存、分页和分段的概念,以及内存对齐如何影响性能。 第四部分:输入输出(I/O)与中断机制 任何计算系统都需要与外界进行交互。本书将介绍常见的I/O设备及其工作原理,以及CPU如何通过各种I/O接口(如内存映射I/O、端口I/O)与这些设备进行通信。 中断是CPU处理外部事件的关键机制。我们将详细讲解中断的产生、中断向量表、中断处理程序以及中断优先级。理解中断对于编写响应式系统和处理设备驱动程序至关重要。 第五部分:并发与并行计算的基础 随着多核处理器的普及,并发和并行编程已成为现代软件开发的重要组成部分。本书将介绍进程和线程的概念,以及它们在多处理器系统上的执行差异。 我们将探讨同步与互斥的必要性,介绍锁、信号量等基本同步原语,并分析死锁的产生条件和避免策略。读者将学习如何利用这些工具来构建安全高效的并发程序。 第六部分:性能优化之道 基于前几部分建立的坚实基础,本书的最后部分将回归到如何编写高性能的程序。我们将探讨代码优化技术,包括循环展开、函数内联、指令调度、消除冗余计算等。 读者将学习如何利用分析工具(如性能剖析器)来识别程序的瓶颈,并根据底层硬件特性来调整算法和数据结构,以实现最佳性能。本书也将简要提及SIMD(单指令多数据流)指令集的概念,以及如何利用它们加速向量化计算。 本书特色: 原理驱动,而非技术栈绑定: 本书不局限于任何特定的编程语言或平台,而是专注于揭示计算机硬件工作的普遍原理。 循序渐进,结构清晰: 从最基础的数字和逻辑,逐步深入到复杂的处理器架构和并行计算,层层递进,易于理解。 理论与实践并重: 在讲解核心概念的同时,也会结合实际应用场景,帮助读者理解这些原理如何影响软件开发。 培养底层思维: 旨在帮助开发者建立一种“从底层思考”的能力,从而更深入地理解程序运行机制,写出更高效、更健壮的代码。 通过学习本书,您将获得对现代计算机系统前所未有的深刻洞察,无论您是软件工程师、系统架构师,还是对计算机科学充满好奇的学习者,都能从中受益匪浅,为您的技术之路打下坚实的基础。

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读后感

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用户评价

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我对这本书最满意的一点,就是它在讲解内存访问和寻址方式时,那种“手把手”的指导感。我一直觉得内存地址是个很抽象的东西,但书中通过不同的寻址方式,比如立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、基址+变址寻址等等,让我看到了CPU是如何根据不同的指令和不同的场景,灵活地访问内存中的数据。 作者非常细致地分析了每种寻址方式的优缺点,以及它们适用的场景。比如,当我们需要访问一个固定地址的数据时,直接寻址就很方便;而当我们处理数组或者结构体时,基址+变址寻址的组合就显得尤为强大。书里还穿插了一些关于内存分段和分页的讲解,虽然没有深入到操作系统级别的细节,但足以让我理解PC是如何管理和使用内存的。我特别喜欢书中关于“内存模型”的讨论,它帮助我理解了数据段、代码段、堆栈段等概念,以及它们在程序执行中的相互关系。这种深入的剖析,让我不再仅仅是“看到”了内存地址,而是“理解”了内存地址背后的逻辑。

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这本书在讲解如何进行程序调试时,给出了非常实用的技巧。我一直觉得调试是个很头疼的事情,尤其是在汇编语言这种需要手动跟踪执行流程的环境下。但作者通过介绍一些常用的调试器(例如Debug.exe,虽然现在看来比较老,但原理是通用的),以及一些常用的调试命令,比如断点(Breakpoint)、单步执行(Step)、查看内存(Dump)、查看寄存器(Register)等,让我能够有效地定位和解决程序中的bug。 我印象最深刻的是,书中讲解了如何使用断点来暂停程序的执行,然后逐条指令地检查程序的执行流程,查看每个寄存器的值和内存内容的变化。这种“可视化”的调试过程,让我能够清晰地看到程序是如何一步一步地走向错误,或者如何按照预期执行。他还提到了如何分析程序的执行轨迹,找出性能瓶颈。这些调试技巧,对于任何一个想要深入理解程序运行原理的人来说,都非常有价值。

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这本书虽然是关于PC汇编语言程序设计,但其中蕴含的很多思想,我认为对于理解计算机科学的更广泛领域都具有指导意义。比如,它对硬件抽象的讲解,让我理解了为什么需要操作系统,以及操作系统是如何为上层应用程序提供一个更友好的接口的。 书中对底层指令的细致分析,也让我对编译器的作用有了更深的认识。我开始理解,高级语言的语法是如何被翻译成一系列汇编指令的,以及编译器在优化代码方面所做的努力。此外,对内存管理、数据结构、算法等基础概念的讲解,虽然是通过汇编的视角,但也让我对这些概念有了更扎实的理解。这本书不仅仅是一本汇编教程,更像是一扇窗口,让我得以窥探计算机运行的“心脏”,并从中学习到解决问题的通用方法论。

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书里关于数据类型和指令集的部分,简直就是一本“宝典”。我之前对各种数据类型,比如字节(BYTE)、字(WORD)、双字(DWORD)等,只停留在模糊的概念上,这本书则详细解释了它们在内存中是如何存储的,以及不同的指令对它们的操作有什么区别。 作者花了很多篇幅来讲解各种算术和逻辑指令,比如ADD, SUB, MUL, DIV, AND, OR, XOR, NOT等。他不仅给出了指令的语法,还详细解释了它们的操作数、指令格式以及影响的标志位。我印象最深的是关于乘法和除法指令的讲解,它们涉及到被乘数、乘数、商和余数等,并且可以处理不同长度的数据。书中还讲到了一些位操作指令,比如SHL(左移)、SHR(左移)、ROL(循环左移)、ROR(循环右移)等,并给出了它们在加密、数据压缩等方面的应用潜力。让我感觉,汇编语言的指令虽然不多,但组合起来却能实现非常复杂的功能。

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这本书,我拿到手的时候,其实挺忐忑的。我一直觉得汇编语言这东西,离我有点远,更像是那些资深程序员或者系统底层开发者的专属领域,普通爱好者想深入了解,难度系数估计不低。但翻开《PC汇编语言程序设计》的前几页,我悬着的心就放下一半了。作者的开篇并没有直接扑向晦涩的指令集,而是先从宏观层面,比如计算机硬件的基本组成,CPU是如何工作的,内存的地址空间是如何划分的,这些基础概念娓娓道来。这种循序渐进的方式,让我这个初学者能够逐步建立起对PC底层运行机制的整体认知,而不是一开始就被一堆指令吓倒。 举个例子,书中关于CPU寄存器的讲解,非常生动。它没有简单地罗列出AX、BX、CX、DX这些寄存器的名字和用途,而是通过一些形象的比喻,比如把寄存器想象成CPU内部的“小抽屉”,每个抽屉都有特定的用途,可以临时存放数据或者地址。还详细介绍了段寄存器(CS、DS、SS、ES)的作用,以及它们是如何协同工作,共同指向内存中的不同区域。更让我印象深刻的是,作者还花了相当篇幅讲解了CPU的工作周期,包括取指令、译码、执行、写回等环节,并结合时钟信号的脉冲,让抽象的概念变得具象化。我以前只知道CPU在“运行”,但具体是怎么运行的,始终是个谜,读了这部分,感觉豁然开朗。

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这本书在处理I/O端口操作这块,给我留下了深刻的印象。我一直以为I/O端口只是一个简单的接口,可以读取或者写入一些数据,但读了这本书才知道,它背后其实涉及到很多精妙的设计。作者并没有直接抛出 IN 和 OUT 指令,而是先讲解了PC的I/O体系结构,比如端口地址是如何分配的,以及CPU是如何通过I/O控制器来和外设进行通信的。 我记得书中有一个章节专门讲了如何通过I/O端口来控制显卡,比如设置屏幕模式、写入字符到显存等。作者给出的代码示例虽然不复杂,但却能让我看到汇编语言的强大之处,可以直接操作硬件。他还详细介绍了键盘和鼠标的I/O端口,以及它们是如何将用户的输入转化为CPU可以理解的信号。更让我惊叹的是,书中还提到了中断(Interrupt)的概念,以及I/O设备如何通过中断来通知CPU有事件发生。这让我对PC的整体工作流程有了更深的认识,不再仅仅是CPU在不停地轮询,而是能够通过中断机制,更高效地处理外部事件。

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这本书在讲解子程序(Subroutine)和堆栈(Stack)的使用时,可以说是把“模块化编程”的思想,用最底层的语言进行了阐释。我一直觉得写函数就是把代码分成小的、可复用的块,但通过这本书,我才真正理解了函数调用和返回的底层机制。 作者详细介绍了CALL和RET指令,以及它们是如何与堆栈配合工作的。他解释了当一个子程序被调用时,返回地址会被压入堆栈,而子程序返回时,则会从堆栈中弹出返回地址,并跳转到正确的位置继续执行。我还学到了如何通过堆栈来传递参数,以及如何保存和恢复寄存器的值,以避免子程序的执行影响到调用者的程序状态。书中还举了递归调用的例子,虽然在汇编层面实现起来比较复杂,但作者的讲解让我对递归的原理有了更清晰的认识。这部分内容让我觉得,即使是在最底层的编程,也能够实现代码的清晰和复用。

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关于中断(Interrupt)和异常(Exception)的处理,这本书给我的启发很大,让我对PC的“自我保护”和“事件响应”机制有了更深的理解。我以前只知道程序崩溃或者出现错误,但书中通过讲解中断向量表(IVT)和中断处理程序(ISR),让我看到了CPU是如何在发生特定事件时,暂停当前程序的执行,转而去执行事先准备好的中断服务例程。 作者详细解释了各种中断的类型,比如硬件中断(来自键盘、定时器等)和软件中断(INT指令产生的)。他还讲解了中断的优先级以及中断嵌套的概念。更重要的是,书中还讲解了异常处理,比如除零错误、非法指令等,CPU是如何通过异常来捕获和处理这些错误的。这让我明白,程序并非孤立运行,而是与整个硬件和操作系统紧密交互,并且有一套完善的错误处理机制。

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这本书对于字符串处理的讲解,让我看到了汇编语言在文本操作上的“硬核”实力。我一直以为处理字符串是高级语言的强项,但书中通过一系列的字符串处理指令,比如MOVSB、CMPSB、SCASB、LODSB、STOSB等,让我看到了直接操作内存中的字符序列是多么的高效。 作者不仅仅是罗列了这些指令,还详细讲解了它们如何与DF(方向标志位)配合使用,实现正向或反向的字符串操作。我还学习了如何使用REP前缀来重复执行字符串指令,从而实现批量的数据拷贝、比较和查找。书中还给出了如何使用汇编语言来实现简单的文本搜索功能,比如查找一个子字符串在另一个字符串中出现的位置。这让我对字符串操作有了全新的认识,原来很多看似简单的文本处理,在底层汇编层面,可以如此精细和高效地实现。

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这本书在讲解跳转和分支指令的时候,简直就是把我拉回了中学时代,第一次接触到程序流程图的兴奋感。作者没有仅仅停留在介绍JMP、JE、JNE这些指令本身,而是深入浅出地解释了条件判断的本质。它会告诉你,CPU实际上是通过比较指令(CMP)的结果,设置标志位(Flags Register),然后跳转指令会根据这些标志位来决定程序执行的下一条指令。这种对底层原理的追根溯源,让我不再仅仅是死记硬背指令,而是真正理解了“为什么”要这么做。 书中还特别提到了循环结构,比如使用LOOP指令,以及如何通过计数器和条件判断来模拟更复杂的循环。作者还举了实际的例子,比如如何使用汇编语言来计算一个数的阶乘,或者查找数组中的最大值。这些例子不仅仅是代码的堆砌,而是逐步引导读者思考,如何将一个高级语言中的常见操作,拆解成一系列低级的汇编指令。我记得有一个章节专门讲了函数调用和返回(CALL和RET指令),以及栈(Stack)在其中的作用。作者用一个生动的比喻,把栈比作一个“后进先出”的储物柜,解释了函数参数的传递、局部变量的存储以及返回地址的保存过程。读完这部分,我才真正明白,原来高级语言中的函数调用,底层是这么巧妙而又精密的运作。

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