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出版者:Addison-Wesley

作者:Schmidt, Cheryl A.

出品人:

页数:1576

译者:

出版时间:

价格:98.8

装帧:Pap

isbn号码:9781576763032

丛书系列:

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• PC维修
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计算机系统构建与优化：现代硬件与软件深度解析 书籍简介 本书旨在为对计算机系统底层运作原理、硬件选择与配置、以及操作系统深度优化有浓厚兴趣的读者提供一套全面、深入且极其实用的指导。它超越了基础的硬件识别和简单的故障排除层面，直抵现代计算架构的内核，探讨如何通过精细的配置和专业的维护策略，最大化系统的性能、稳定性和安全性。本书面向的是那些希望成为系统构建者、高级技术支持专家，或对计算机科学有严肃追求的爱好者。 第一部分：核心计算架构的基石 第一章：超越摩尔定律的处理器深度剖析 本章将深入探讨当代中央处理器（CPU）的设计哲学和制造工艺。我们将细致分析指令集架构（ISA），重点对比RISC-V、x86-64的演变路径及其对软件编译的影响。内容涵盖微架构层面的细节，如乱序执行（Out-of-Order Execution）、分支预测器的准确性模型、缓存层次结构（L1/L2/L3、TLB）的延迟与带宽考量。此外，还将讨论异构计算的兴起，特别是集成图形处理器（iGPU）与专用加速器（如NPU）在系统级任务中的协同工作机制。读者将学习如何根据工作负载特性（如高并发、低延迟、浮点运算密集型）来选择和评估CPU的实际效能，而不仅仅依赖于时钟频率的标称值。 第二章：内存子系统：速度、容量与延迟的博弈 内存（RAM）不再是简单的存储介质，而是影响整体系统吞吐量的关键瓶颈之一。本章详尽阐述DDR5/LPDDR的电气特性、时序参数（CL, tRCD, tRP等）的实际性能影响，以及多通道配置（Dual/Quad Channel）的带宽倍增原理。我们还将探讨ECC（错误校验码）内存如何在关键任务环境中保障数据完整性，以及内存控制器（IMC）与CPU核心的交互延迟优化。对于虚拟化和内存密集型应用，非均匀内存访问（NUMA）架构下的内存分配策略将被详细分析，揭示跨节点访问的性能惩罚机制。 第三章：存储技术的革命：从机械到闪存的范式转移 本章聚焦于固态存储革命，对比SATA SSD与NVMe SSD的本质区别。我们将深入解析NVMe协议栈的工作原理，包括队列深度、中断机制和内存映射I/O（MMIO）如何实现低延迟访问。对于企业级应用，TLC、QLC、PLC闪存介质的写入寿命（Endurance）、磨损均衡（Wear Leveling）算法以及数据保持力（Data Retention）的权衡将是重点讨论对象。此外，持久性内存（Persistent Memory, PMEM）作为RAM与SSD之间的桥梁技术，其在数据库和内存计算中的应用前景也将得到全面介绍。 第二部分：系统集成与性能调优 第四章：主板：互联的神经中枢 主板不仅仅是PCB板，它是决定系统扩展性和稳定性的核心平台。本章详述芯片组（Chipset）的功能划分——PCH（Platform Controller Hub）与CPU直连（如PCIe通道、DMI/Infinity Fabric）。我们将详细解析PCI Express（PCIe）的代际演进（Gen 4 vs. Gen 5），重点关注其在显卡、高速网卡和存储设备之间的带宽分配策略。此外，BIOS/UEFI的固件结构、安全启动（Secure Boot）的实现机制，以及高级的电源管理设置（如VRM温度控制、负载线校准）如何影响超频稳定性和长期可靠性，都将被细致剖析。 第五章：电源与散热：隐形的性能保障 系统的真正瓶颈往往隐藏在电源供给和热管理之中。本章从电力电子学角度探讨ATX电源的效率等级（80 PLUS白牌到钛金牌）背后的实际意义，并解释单路/多路12V输出的负载分配对高端显卡和CPU供电的影响。关于散热，我们将超越简单的风扇转速控制，探讨热管技术、均热板（Vapor Chamber）的设计原理，以及液体冷却系统中的流体动力学和压力平衡优化。读者将学会如何根据TDP和瞬时峰值功耗，科学地选择合适的电源和散热方案，以确保系统在满载状态下长时间稳定运行。 第六章：高效能的操作系统内核交互 本章将系统地审视现代操作系统（如Windows NT内核与Linux内核）如何管理和调度硬件资源。我们将探讨进程与线程的上下文切换开销、内存分页机制（Page Faults）、以及虚拟内存管理如何与物理内存协同工作。对于性能敏感的应用，如何通过内核参数调优（如Linux的`/proc`和`/sys`文件系统配置，Windows的性能选项）来减少系统调用开销、优化I/O调度器（如CFQ, Deadline, Noop）的选择，是本章的核心内容。此外，中断处理（IRQ）的负载均衡和DPC（延迟全过程调用）的管理，是诊断高延迟问题的关键技术。 第三部分：高级系统安全与数据恢复策略 第七章：硬件层面的安全加固技术 现代计算环境要求从硬件层面就建立起可靠的安全边界。本章聚焦于固件和平台安全技术。我们将深入解析TPM（可信平台模块）2.0的密钥管理和平台状态测量过程，以及Intel VTx/AMD-V等虚拟化扩展如何为虚拟机提供硬件级隔离。对于数据安全，内存加密技术（如Intel SGX/AMD SEV）的运作机制将被解释，同时探讨如何正确配置UEFI安全设置，以抵御固件层面的攻击（如Rootkit）。 第八章：数据完整性与灾难恢复 本部分强调数据不丢失的重要性。我们不仅介绍RAID的各种级别（0, 1, 5, 6, 10）的性能特征和故障容忍度，更关键的是，将分析RAID控制器固件层面的数据一致性挑战。对于非RAID环境，我们将探讨文件系统日志记录（Journaling）如何确保崩溃后的数据一致性。最后，本章提供了一套严谨的备份与恢复流程设计，涵盖增量备份、差异备份的策略选择，以及在面对硬件完全失效时，如何利用裸机恢复工具进行系统重建的实践步骤。 本书内容侧重于系统深层原理、性能瓶颈识别与高级配置策略，旨在培养读者构建和维护高性能、高可靠性计算平台的实践能力。

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我花了整整一个周末来仔细品味这本书的章节组织逻辑，发现它采取了一种非常严谨的“由宏观到微观，再回归到系统”的叙事结构。初学者往往最怕的就是一开始就被大量的术语和复杂的电路图淹没，但这本书的处理方式非常高明。它首先从计算机系统的整体架构入手，用非常形象的比喻解释了CPU、内存、存储设备各自扮演的角色，这就像是让你先对一辆汽车有了整体的了解——知道引擎、变速箱和轮胎各自的功能。这种宏观的建立，极大地降低了后续深入学习的心理门槛。紧接着，它并没有急于深入到电子元件的级别，而是用一个完整的小节来介绍“标准诊断流程”。这个流程本身就是一种方法论的教学，它教你的不仅仅是“怎么修”，更是“应该怎么思考”。比如，它强调了在进行任何物理操作之前，必须先进行软件层面的初步排查，这对于很多新手来说是至关重要的经验教训。当我翻到硬件部分时，发现作者将各种组件的拆卸和安装步骤描述得如同电影剧本一般精确，每一步都有对应的“警告：此处易损”或“关键固定点检查”。这种层层递进，先搭框架再填充细节的方式，让知识的吸收过程变得非常顺畅和有条理，完全不像一些教科书那样混乱无序，读起来有一种“我真的能搞懂”的信心油然而生。

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这本书在内容深度上展现出了一种恰到好处的平衡感，它既没有沦为一本浮于表面的快速上手指南，也没有变成一本只有专业工程师才能看懂的深奥参考手册。举个例子，当它谈到内存条的插拔时，它不仅指导了如何正确用力，还延伸解释了为什么不同的插槽（单通道、双通道、四通道）对性能有显著影响，甚至附带了一小块关于内存时序（CAS Latency）的简要说明。对于那些仅仅想把电脑修好的人来说，这些额外的信息或许是“超纲”的，但对于那些真正想成为技术专家的读者而言，这种深入浅出的技术背景补充，才是最有价值的部分。尤其让我印象深刻的是关于电源供应单元（PSU）的章节。很多人修电脑都怕动电源，因为它涉及高压。这本书用非常谨慎的措辞，详细说明了如何安全地测试电源输出电压，并清晰地标注了哪些电压值在正常范围内波动是可以接受的，哪些则意味着PSU即将报废。这种在关键安全点上的详尽说明，显示了作者对读者生命和财产安全的重视，远超一般教材的责任范围，它更像是一位经验丰富的前辈在手把手教导，而不是冷冰冰的知识灌输。

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这本书带给我的最大感受是“自信心”的重塑。在我接触这本书之前，我对PC硬件的理解基本停留在“换件”的层面——能认出内存条和硬盘的位置，坏了就换。但读完这本书后，我开始理解“为什么”要换，以及“换之前还能做什么”。例如，关于固态硬盘（SSD）的维护章节，它不仅仅提到了碎片整理（并明确指出SSD不需要传统意义上的碎片整理），还详细解释了TRIM命令的工作原理，以及如何通过系统工具检查SSD的健康状态（S.M.A.R.T.数据）。这种对底层机制的阐释，使得维修工作从机械操作升级为了有逻辑推理的科学诊断。它培养了一种“怀疑一切，验证一切”的工程师思维。我记得书里有一句话让我印象深刻，大意是：“一个优秀的维修人员，首先是一个优秀的侦探。”这本书的行文风格，就是不断地引导你去扮演那个侦探的角色，而不是被动地接受指令。每次当我成功地通过书中的方法修复了一个之前束手无策的问题时，那种成就感，绝对不是简单地完成了一份作业可以比拟的。它真的让我从一个“电脑使用者”蜕变成了一个有能力维护和优化自己设备的人。

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如果让我评价这本书在实用工具和资源整合方面的表现，我会说这是它超越普通教材的地方。在书的附录部分，作者团队显然是下了苦功的。里面不仅仅收录了常见的POST（开机自检）错误代码表，而且还非常贴心地按照主板制造商（如AMI、Award、Phoenix）进行了分类，并且标注了不同时代的BIOS版本可能出现的差异。这对于处理老旧机器故障诊断时，简直是救命稻草。更实用的是，它提供了一份详尽的“故障隔离路径图”（Troubleshooting Flowchart）。这个图表设计得非常直观，它不是简单的文字列表，而是一个真正的决策树：如果现象A发生，请检查步骤1；如果步骤1通过，则跳到步骤3，否则执行步骤2。我曾尝试用这个流程图解决一个困扰了我半天的间歇性死机问题，结果仅仅用了十五分钟就定位到了是某个老旧显卡驱动与新系统不兼容导致的冲突，而不是硬件本身的问题。此外，书中还列举了许多在线资源和社区链接，并附带了对这些资源的简要评价，比如哪个论坛的专家回复快，哪个网站的驱动程序更新更及时。这种对“离线学习”到“在线实践”的无缝衔接的考虑，让这本书的生命周期远远超出了纸质本身的限制。

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这本书的封面设计，坦白说，第一眼看过去就给人一种“专业且实用”的印象，那种略带磨砂质感的纸张，加上清晰的排版，让人觉得这不是一本花里胡哨的读物，而是真正能沉下心来学习的工具书。内页的纸张质量也相当不错，即便是长时间翻阅，油墨也不会轻易蹭到手上，这对于需要经常查阅工具书的学习者来说，简直是福音。装帧工艺上，它采用了那种可以完全平摊开来的设计，这一点我必须给个大大的赞。在拆装主板或者进行复杂的硬件诊断时，你经常需要把书摊在工作台上，如果书不能完全平摊，一边压着一边看，那简直是灾难。这本书完美解决了这个问题，让我可以双手腾出来专注于手头的工作，而不用分心去按住书页。至于字体和图表的清晰度，更是无可挑剔。尤其是在讲解一些精细的电路连接或者芯片引脚布局时，那些示意图的线条锐利分明，即便是放大查看，细节也不会模糊成一团。排版上，它采用了双栏设计，这在技术书籍中很常见，但它巧妙地利用了边栏空间来放置“故障排除小贴士”或者“安全注意事项”，这些分散在正文流线之外但又紧密相关的信息，极大地提高了阅读的连贯性和效率，让人在学习理论的同时，能够及时地注意到实践中的陷阱。这种对细节的关注，体现了出版方在为实际用户考虑上的用心程度，而不是简单地堆砌文字。

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