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出版者:

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页数:189

译者:

出版时间:2007-8

价格:20.00元

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isbn号码:9787113081522

丛书系列:

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• Visual FoxPro
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• 数据库
• 开发
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• FoxPro
• Windows
• 软件开发
• 经典教程

跨越时代的编程经典：探秘信息世界的新视角 书名： 计算机系统原理与应用实践 内容提要： 本书并非一本专注于特定编程语言语法的教程，而是旨在为读者构建一个全面、深入且富有洞察力的计算机科学基础框架。我们相信，理解“为什么”比仅仅学会“怎么做”更为关键。本书将引导读者从硬件底层到软件架构，系统地理解现代计算机系统的运作机制，并在此基础上探讨信息技术在不同应用场景中的实际落地与创新思维。 第一部分：计算的基石——硬核架构解析 本部分将深入剖析计算机系统的物理与逻辑基础，为后续的软件理解打下坚实的基础。 第一章：数字世界的拓扑结构——从晶体管到处理器 本章将追溯计算机诞生的源头，详细阐述半导体技术如何催生出逻辑门，进而构建出复杂的算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU）。我们将超越教科书上简单的“开关”描述，探讨CMOS技术的物理特性、能耗限制，以及现代微处理器设计中如流水线（Pipelining）、超标量（Superscalar）和分支预测（Branch Prediction）等关键技术的内在工作原理。读者将能够理解指令如何被Fetch、Decode、Execute，并最终转化为对物理内存的精确操作。我们还将讨论多核并行架构的崛起，及其对传统串行编程模型的挑战与机遇。 第二章：内存的层次化管理与数据存取效率 数据在哪里？数据如何被快速取用？这是所有高性能计算的核心议题。本章将聚焦于存储体系结构。我们将细致考察从寄存器到L1、L2、L3缓存的设计哲学，解释缓存一致性（Cache Coherence）问题及其解决方案（如MESI协议）。此外，我们还会深入探讨主内存（DRAM）的技术细节，包括内存控制器的工作方式、内存访问延迟的成因，以及虚拟内存机制——分页（Paging）和分段（Segmentation）——如何在操作系统和硬件的协同下，为应用程序提供一个统一且安全的地址空间。理解内存访问的局部性原理，是写出高效代码的第一步。 第三章：输入/输出系统与中断驱动的交互 计算机并非孤立工作，它需要与外部世界进行实时交互。本章将解析复杂的I/O子系统。从传统的端口映射I/O到现代的总线架构（如PCIe），我们将解析设备驱动程序的核心职责。重点将放在中断机制上：中断是如何产生的、中断处理的流程、以及为什么中断驱动（Interrupt-Driven）模型比轮询（Polling）在处理高并发I/O事件时更为高效。通过DMA（直接内存存取）的实例分析，读者将清晰地认识到CPU如何将繁重的外部数据传输任务卸载给专用控制器，从而最大化CPU的计算效率。 第二部分：软件的骨架——操作系统与抽象层 本部分将探讨支撑所有应用程序运行的“幕后英雄”——操作系统，理解它如何管理稀缺资源，并为上层软件提供稳定的运行环境。 第四章：操作系统的核心职责：资源调度与隔离 操作系统是计算机资源的总管家。本章将详细剖析进程与线程的概念区别、它们在内存中的布局（堆、栈、数据段），以及操作系统如何通过上下文切换（Context Switching）实现多任务的“并发幻觉”。在进程调度方面，我们将对比先进的调度算法，如优先级抢占式调度、时间片轮转以及公平调度策略，并分析这些策略对系统响应时间（Latency）和吞吐量（Throughput）的影响。 第五章：并发、同步与现代多线程编程 在多核时代，并发编程是无法回避的挑战。本章将从理论走向实践，阐述并发编程中的三大核心问题：互斥（Mutual Exclusion）、死锁（Deadlock）和活锁（Livelock）。我们将系统性地介绍实现同步的工具，包括信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）、条件变量（Condition Variables）以及屏障（Barriers）。重点在于如何通过设计模式规避竞态条件，并学习如何使用性能分析工具来诊断和解决复杂的同步瓶颈。 第六章：文件系统与持久化数据管理 数据持久化是信息系统的生命线。本章将探究文件系统的内部结构，从逻辑上的目录结构到物理存储介质上的数据块映射。我们将对比Journaling File Systems（如Ext4/NTFS）如何保证在系统崩溃后数据的一致性，并讨论日志记录（Logging）机制的原理。此外，本书还将介绍高效的文件访问技术，如延迟写入（Write-Back Caching）和数据块预读（Prefetching）策略，帮助读者理解为什么读写同一个文件时性能差异巨大。 第三部分：网络化世界的架构与应用 随着互联网的普及，理解数据如何在不同机器间可靠传输成为关键技能。 第七章：TCP/IP协议栈的深度剖析 本章将超越简单的“三问五答”模型，深入探究TCP/IP协议簇的每一层。重点关注网络层（IP寻址、路由选择机制）和传输层（TCP的可靠性保证）。我们将详细解析TCP的慢启动（Slow Start）、拥塞避免（Congestion Avoidance）算法，理解窗口机制如何动态调整发送速率以适应网络状况。对于UDP，我们将讨论其在DNS查询和实时流媒体中的特定用途。 第八章：应用层协议与分布式系统的基础 在TCP/IP之上，应用层协议构建了我们日常使用的所有服务。本章将分析HTTP/2和HTTP/3（基于QUIC）的设计哲学，解释它们如何解决传统HTTP协议的队头阻塞问题。随后，我们将引入分布式系统基础概念，如CAP定理的权衡、一致性模型（如最终一致性），以及远程过程调用（RPC）的基本原理，为理解现代微服务架构打下理论基础。 结语：从系统理解到创新实践 本书的最终目标是培养读者的系统思维。通过对底层原理的透彻理解，读者将不再受限于任何单一的编程范式或工具集。您将能够诊断出隐藏在抽象层之下的性能瓶颈，设计出更具鲁棒性和可扩展性的软件架构，并以一种更深刻、更具前瞻性的眼光去迎接未来信息技术领域的每一次迭代与变革。这不是一本速成手册，而是一份助您构建坚实技术殿堂的蓝图。

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