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出版者:人民邮电

作者:安继芳,李海建

出品人:

页数:237

译者:

出版时间:2007-9

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787115164438

丛书系列:

图书标签:

• 网络安全
• 应用安全
• 渗透测试
• 漏洞分析
• 安全防御
• 信息安全
• 网络攻防
• 安全技术
• 威胁情报
• 安全实践

《深入理解计算机系统：从硬件到软件的桥梁》 导论：数字世界的基石 在信息技术飞速发展的今天，无论是云计算、人工智能还是移动互联网，其底层逻辑都根植于计算机系统这一复杂而精妙的工程体系。然而，许多使用者和开发者往往只停留在应用层，对驱动这一切的底层机制知之甚少。本书旨在填补这一知识鸿沟，为读者构建一个全面、深入且相互关联的计算机系统视图。我们不满足于表面的功能介绍，而是深入探究指令如何在处理器中执行，数据如何在内存中组织，程序如何与操作系统进行交互，以及I/O设备如何被高效管理。 本书的视角是自下而上的，从最基本的电子信号和逻辑门开始，逐步构建起抽象层次，最终理解高级语言程序是如何被编译、链接并最终在真实硬件上运行的。 --- 第一部分：信息的表示与运算（数字逻辑与体系结构基础） 本部分着重于计算机如何理解和处理“信息”。 第一章：数字系统与二进制表示 本章将彻底解析信息在计算机内部的形态。我们将从布尔代数和逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的构建模块出发，探究如何通过这些基本元件实现加法器、多路选择器等组合逻辑电路。重点讨论定点数和浮点数的表示标准（IEEE 754），分析其精度限制和特殊情况处理（如NaN和无穷大）。此外，还将详细阐述有符号整数的补码表示法及其在加减运算中的巧妙应用。 第二章：数据通路与指令集架构（ISA） 本章是理解CPU工作原理的关键。我们将引入指令集架构（ISA）的概念，它是软件与硬件之间的契约。我们会以一个经典的精简指令集（如MIPS或RISC-V的简化模型）为例，解析指令的格式（操作码、寄存器、立即数）。随后，深入研究数据通路的设计，剖析指令从取指、译码、执行、访存到写回（Fetch-Decode-Execute-Memory-Writeback）的五大阶段。我们将探讨单周期设计的局限性，并引出下一章的重点——流水线技术。 第三章：提高效率：流水线技术与控制单元 为了提升CPU的吞吐量，现代处理器广泛采用了指令流水线技术。本章将详细讲解五级流水线如何工作，并聚焦于流水线带来的核心挑战：数据冒险（Data Hazards）和控制冒险（Control Hazards）。我们会深入分析如何通过转发（Forwarding/Bypassing）机制来解决数据依赖，以及如何使用分支预测和延迟槽来缓解分支跳转带来的性能损失。最后，本章会勾勒出复杂控制单元的设计思路，解释时序逻辑如何同步整个CPU的运作。 --- 第二部分：程序执行的抽象层次（软件视角下的硬件交互） 本部分将视角从硬件逻辑转向高层语言程序如何被翻译和映射到底层结构。 第四章：汇编语言与程序重定位 高级语言（如C/C++）的代码是如何转化为机器可执行的二进制流的？本章从汇编语言入手，展示编译器如何将高级结构（如循环、条件语句）翻译成底层的跳转和算术指令。随后，我们将详细讲解链接器（Linker）的作用，包括如何解析符号引用和进行地址重定位。特别关注静态链接和动态链接的区别，以及共享库（Shared Libraries）在内存中的加载机制。 第五章：内存系统：层次结构与性能优化 内存是程序性能的瓶颈所在。本章全面考察存储器层次结构，从寄存器、SRAM缓存、DRAM主存到磁盘存储。核心内容是Cache工作原理：块（Block）的组织、映射策略（直接映射、组相联、全相联）以及替换策略（LRU的硬件实现）。我们将通过命中率（Hit Rate）和缺失惩罚（Miss Penalty）来量化性能，并讨论程序如何通过空间局部性和时间局部性来优化数据访问模式，从而最大限度地利用高速缓存。 第六章：虚拟内存：隔离、抽象与高效利用 虚拟内存是操作系统为每个进程提供独享地址空间的关键机制。本章深入解析地址翻译过程，从虚拟地址到物理地址的转换如何通过页表（Page Table）和TLB（Translation Lookaside Buffer）实现。我们将探讨缺页（Page Fault）的发生与处理流程，以及页面置换算法（如FIFO、LRU的近似实现）的原理。此外，本章还会讨论虚拟内存如何实现进程隔离、内存共享以及文件映射的底层技术。 --- 第三部分：系统的同步与管理（操作系统与I/O交互） 本部分聚焦于操作系统如何管理共享资源和处理外部设备。 第七章：进程与并发控制 理解进程和线程的概念及其状态转换是操作系统学习的起点。本章重点讨论并发带来的挑战——竞态条件（Race Conditions）。我们将系统地介绍互斥机制的构建块，包括互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）的原理和应用，以及如何用它们来保护临界区。此外，还将剖析现代系统中常用的更高级的同步工具，如条件变量（Condition Variables）和屏障（Barriers）。 第八章：死锁与资源分配策略 当多个进程相互等待对方释放资源时，系统可能陷入死锁。本章分析死锁发生的四个必要条件（互斥、占有并等待、不可抢占、循环等待）。我们将详细讲解银行家算法在资源分配中的应用，以及系统如何通过死锁检测与恢复机制来应对不可预见的资源请求。 第九章：高效的I/O系统设计 输入/输出（I/O）操作通常是程序中最慢的部分。本章探讨CPU与I/O设备交互的几种主要模式：程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）。我们将分析DMA控制器如何解放CPU，使其能够同时进行计算和数据传输。最后，本章将阐述缓冲（Buffering）和缓存（Caching）在I/O系统中的作用，以平滑数据传输速率的不匹配。 --- 第四部分：高性能计算与系统优化（跨层级的融合） 本部分将前述知识融会贯通，探讨如何从系统层面提升程序性能。 第十章：处理器体系结构进阶 本章超越基础流水线，探讨现代高性能处理器的设计哲学。我们将深入研究超标量（Superscalar）处理器如何同时执行多条指令，以及乱序执行（Out-of-Order Execution）的复杂逻辑。此外，还会引入多核（Multicore）和众核（Manycore）架构，探讨它们带来的缓存一致性（Cache Coherence）问题及其解决方案（如MESI协议）。 第十一章：性能度量与系统级调试 理解性能的瓶颈所在是优化的第一步。本章介绍如何使用系统工具（如`perf`或硬件性能计数器）来精确测量CPU周期、缓存缺失次数和分支预测失误率。我们将学习如何解读这些原始数据，识别代码中的热点（Hotspots），并讨论编译器优化（如循环展开、函数内联）对最终机器代码的影响。 附录：系统编程接口（System Calls） 本附录提供对操作系统内核服务的常见接口（如`read`, `write`, `fork`, `execve`）的参考，帮助读者理解用户空间程序与内核空间是如何通过系统调用进行安全且受控的交互的。 --- 结语 本书不仅是一本关于硬件或软件的书，它是关于连接的书。通过系统地解析从晶体管到操作系统内核的各个抽象层，读者将获得构建健壮、高效数字系统的核心知识。掌握这些基础，方能真正驾驭复杂的现代计算环境。

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刚读完一本关于“城市徒步探索指南”的书，感觉像是在我的城市里发现了一个全新的世界。这本书不是那种简单的旅游攻略，而是着重于如何“慢下来”，去发现城市中那些被忽略的美好。作者以一种非常人文关怀的视角，带领读者去探索城市的历史肌理、街头巷尾的文化故事，甚至是那些隐藏在咖啡馆、书店、市集里的生活气息。书中提供了一些非常有创意的徒步路线，比如“老建筑的时光之旅”、“隐藏在都市里的绿洲”、“街头艺术的寻踪记”等等，这些路线都避开了热门景点，而是将焦点放在那些更具在地特色和生活温度的地方。我最喜欢的是关于“观察城市表情”的章节，作者教我们如何从建筑的细节、居民的生活习惯、街头艺术的涂鸦中，去解读一个城市的性格和故事。这本书最大的魅力在于，它鼓励我们放下手机，用自己的眼睛去观察，用心去感受，去与这个城市进行一次真诚的对话。读完之后，我迫不及待地按照书中的建议，去探索了我生活了多年的城市，发现了很多以前从未注意到的风景和故事，感觉自己与这座城市的关系也变得更加亲近了。

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最近一口气读完了这本关于“咖啡品鉴与冲煮技巧”的书，简直就是一杯香浓的咖啡，让我沉醉其中。作为一名资深的咖啡爱好者，我一直觉得咖啡的世界博大精深，但很多专业的知识都显得有些高深莫测。这本书恰恰填补了这个空白，它从咖啡豆的起源、种植、处理方式讲起，深入浅出地介绍了不同产地咖啡豆的风味特点，比如埃塞俄比亚的柑橘香、哥伦比亚的坚果味等等，都描绘得栩栩如生。让我最为惊喜的是，书中详细讲解了各种冲煮方法的原理和细节，从手冲滤杯的选择、水温的控制，到粉量的精确计算，再到注水的手法，都提供了详实的指导。作者还分享了很多“避坑指南”，比如如何避免过度萃取或者萃取不足，如何根据咖啡豆的特性调整研磨度等等，这些都是我在自己实践中遇到的瓶颈，而这本书给了我有效的解决方案。我尤其喜欢书中关于“风味轮”的介绍，帮助我能够更准确地描述和区分咖啡的风味，让每一次品尝都变得更有意义。读完这本书，感觉自己从一个普通的咖啡饮用者，变成了一个对咖啡有更深理解和更高追求的“玩家”。

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最近啃完一本关于“数字游民生活指南”的书，感觉受益匪浅。作者非常实在地分享了自己多年的实践经验，从最初的摸索到如何建立稳定的收入来源，再到如何在陌生的国度解决住宿、交通、签证等一系列实际问题，都写得细致入微。书中特别强调了“断舍离”的生活哲学，不仅仅是物质上的，更是精神上的，教你如何摆脱不必要的束缚，真正实现时间和空间的自由。我印象最深刻的是关于“如何与本地文化融合”的章节，作者提供了很多接地气的建议，比如学习基本的当地语言、尊重当地习俗、积极参与社区活动等等，这些都是在其他旅行类书籍中很难看到的深度内容。这本书不是那种纸上谈兵的理论书，而是充满了 actionable advice，我读完之后，真的觉得“数字游民”不再是一个遥不可及的梦想，而是可以通过规划和努力实现的。比如书中关于如何利用远程办公工具提高效率、如何处理跨时区沟通障碍的技巧，我都觉得非常实用，并且已经开始尝试运用到我目前的工作中了。总的来说，这是一本能够切实改变你生活方式的书，如果你也厌倦了朝九晚五，渴望自由，这本书绝对值得你花时间去阅读和实践。

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读完这本关于“家庭园艺新手入门”的书，感觉像是获得了一位经验丰富的园丁的私人指导。这本书从最基础的土壤选择、工具介绍开始，一步步引导读者认识各种常见的观赏植物和可食用蔬菜的种植方法。最让我惊喜的是，作者并没有回避新手常犯的错误，而是将那些“坑”都提前挖好了，让你知道该如何避开。比如，书中详细讲解了不同植物对光照、水分、肥料的需求差异，并配有大量精美的插图，让你一眼就能辨认出植物的健康状况。对于像我这样之前只能把植物养“死”的“植物杀手”，这本书简直是救星。它还提供了一些关于病虫害防治的自然方法，避免了使用化学药剂，这一点我非常赞赏。书的结构也很清晰，每一章都像是一个小主题，循序渐进，不会让你感到 overwhelmed。我最喜欢的部分是关于“阳台种菜”的技巧，作者提供了很多利用有限空间种植香草、小番茄、辣椒的解决方案，让我这个住在公寓里的人也成功拥有了自己的小菜园。读完这本书，我充满了信心，已经迫不及待地想动手实践了，看着书里那些生机勃勃的植物照片，心情都变好了。

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这本关于“艺术鉴赏入门指南”的书，彻底改变了我对艺术的看法。我之前一直觉得艺术离我太遥远，抽象的概念和晦涩的解读让我望而却步，但这本书用非常亲切易懂的语言，为我打开了一扇通往艺术世界的大门。作者并没有直接罗列名家名作，而是从“为什么我们要看艺术？”、“艺术在生活中扮演什么角色？”这样根本性的问题入手，引导读者去思考和感受。书中对不同艺术流派的介绍，比如印象派的光影运用、抽象表现主义的情感宣泄，都通过生动的例子和类比，让我能够理解其核心理念。最令我印象深刻的是，作者鼓励读者“用自己的眼睛去看，用心去感受”，而不是被动接受所谓的“标准答案”。书中提供了很多互动式的练习，比如让你去观察生活中常见的色彩搭配，去分析一幅画的情感传达，这些都帮助我建立起自己的审美判断。这本书让我意识到，艺术并非高高在上，它就存在于我们身边，隐藏在日常的细节中。读完之后，我再去美术馆，不再是走马观花了，而是能真正地去欣赏和品味每一件作品，甚至能从中找到属于自己的解读。

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