计算机组成与系统结构 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:349

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出版时间:2008-6

价格:34.00元

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isbn号码:9787302168003

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• 计算机
• 计算机组成原理
• 系统结构
• 计算机体系结构
• 数字逻辑
• 汇编语言
• 存储系统
• 输入输出系统
• CPU
• 计算机硬件
• 计算机基础

好的，这是一本名为《数据结构与算法导论》的图书简介，它完全不涉及“计算机组成与系统结构”的内容，专注于数据组织、操作和效率分析。 --- 数据结构与算法导论 绪论：计算思维的基石 (约 150 字) 在信息爆炸的时代，如何高效地存储、检索和处理海量数据，是所有计算科学领域的核心挑战。本书《数据结构与算法导论》旨在为读者系统地构建起这门学科的理论框架和实践能力。数据结构是组织信息的蓝图，而算法则是实现目标的操作指南。两者相结合，构成了解决复杂计算问题的核心工具集。本书将从最基础的抽象数据类型（ADT）出发，深入剖析不同应用场景下最优数据组织方式的选择与设计，并详细阐述支撑高效操作的各种计算流程的性能分析方法。 第一部分：基础篇——抽象与线性结构 (约 400 字) 本部分着重于建立数据结构的基本概念体系，并详细介绍最常用、最直观的线性数据组织形式。 第一章：计算复杂度与性能分析 在深入具体结构之前，我们首先需要一套衡量“好”与“坏”的标准。本章引入了渐近分析法，重点讲解大 $O$ 符号、大 $Omega$ 符号和大 $Theta$ 符号的精确定义和应用。我们不仅会分析算法的最坏情况时间复杂度，还会探讨平均情况和最好情况的差异。通过对递归关系的求解，如主定理（Master Theorem）的应用，读者将掌握快速评估算法效率的数学工具。本章强调，理解时间复杂度和空间复杂度是选择合适数据结构的前提。 第二章：线性表的艺术 本章首先探讨数组的优点（随机访问）和缺点（插入删除效率低）。随后，引入链表这一核心概念，包括单向链表、双向链表和循环链表的实现细节、指针操作的陷阱与技巧。我们详细比较了在不同场景下，使用静态数组和动态链表的权衡，例如内存碎片化和缓存局部性。 第三章：栈与队列：受限的访问 栈（LIFO）和队列（FIFO）是限制访问顺序的抽象数据类型。本章会展示它们在函数调用、表达式求值（如后缀表达式转换）和任务调度中的经典应用。我们将实现基于数组和基于链表的栈与队列，并分析它们在固定容量与动态扩展之间的设计取舍。 第二部分：非线性结构——连接与层次 (约 450 字) 本部分转向处理复杂关系和需要快速查找的场景，重点讨论树和图这两种非线性结构。 第四章：树形结构与高效查找 树是自然界和逻辑结构中最普遍的层次模型。本章从基础的二叉树遍历（前序、中序、后序）讲起，然后聚焦于实现快速查找的二叉搜索树（BST）。为了应对随机数据可能导致的树退化问题，我们深入讲解了平衡树的构建与维护，包括AVL 树和红黑树的旋转操作、着色规则和维护平衡的必要性。此外，我们还会探讨其他重要变体，如 B 树及其在数据库索引中的应用。 第五章：堆结构与优先队列 堆是一种特殊的树形结构，专门用于维护集合中的最大/最小值。本章详细介绍了二叉堆的底层实现，包括“堆化”（Heapify）操作的原理。在此基础上，我们展示如何利用堆高效地实现优先队列，并将其应用于堆排序算法，对比其与快速排序和归并排序在实际应用中的性能特点。 第六章：图论基础与遍历 图（Graph）用于建模实体间的任意关系。本章定义了图的表示方法，包括邻接矩阵和邻接表，并分析了它们在空间和时间复杂度上的差异。核心内容聚焦于图的遍历算法：深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS），它们是后续所有图算法的基础。 第三部分：高级算法与应用 (约 350 字) 本部分将前两部分所学的数据结构与算法技巧融会贯通，处理更具挑战性的优化问题。 第七章：最短路径与最小生成树 本章深入图论在网络优化中的应用。我们详细讲解了Dijkstra 算法在单源最短路径问题中的应用，以及处理带负权边的 Bellman-Ford 算法。对于无权图的层次遍历求解，BFS 的优势被进一步强调。同时，我们探讨了Prim 算法和 Kruskal 算法如何利用贪心策略找到图的最小生成树（MST），并对比两者在不同图结构下的效率。 第八章：高级查找与散列技术 当数据量远超内存限制，或者需要近乎常数时间的查找时，散列（Hashing）技术是关键。本章解释了散列表的构造原理，包括散列函数的设计原则（如除法散列、平方散列）。重点分析了冲突解决策略，如链式法（Separate Chaining）和开放寻址法（Linear Probing, Quadratic Probing, Double Hashing），并深入讨论了装载因子（Load Factor）对性能的决定性影响。 第四部分：外向扩展与实践 (约 200 字) 本部分将视角从单机内存结构扩展到处理大规模、持久化数据流所需的结构。 第九章：文件结构与外部存储 本章探讨当数据无法完全载入内存时，数据结构应如何变化。我们将分析如何设计适合磁盘存取的结构，例如B+ 树在数据库和文件系统中的核心作用，它通过优化扇区读写次数来实现外部查找的效率。 第十章：回溯、分支与限界 本章介绍解决组合优化问题的通用策略。我们将通过回溯法（Backtracking）系统地搜索解空间，并介绍如何运用分支限界法（Branch and Bound）在搜索过程中进行剪枝，以大幅提高查找可行解的效率。经典的 $N$ 皇后问题和旅行推销员问题（TSP）将作为具体的实现案例。 --- 适用读者对象： 本书面向所有希望建立扎实计算基础的计算机科学、软件工程、信息技术专业的学生，以及需要提升数据处理效率的软件开发工程师。阅读本书需要具备基本的程序设计语言知识（如 C++ 或 Java）。

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这本书的封面设计得非常具有现代感，那种深邃的蓝色调配上银色的线条，立刻就给人一种科技感和严谨感。我是在一个技术论坛上被推荐后才购买的，主要是因为我对底层系统运行的原理一直抱有强烈的好奇心。拿到手后，首先吸引我的是它的字体排版，页边距的处理恰到好处，阅读起来非常舒适，即便是长时间盯着屏幕或者纸张看，眼睛也不会感到特别疲劳。不过，我必须坦诚地说，这本书的内容深度对于初学者来说，可能需要一定的心理准备。它并非那种“傻瓜式”的入门读物，而是更侧重于扎实的理论基础构建。记得我第一次翻到关于**存储器层次结构**的那一章时，那种信息密集的冲击感非常明显。作者没有过多地用比喻来简化复杂的概念，而是直接用清晰的逻辑和严谨的数学描述来支撑每一个论点。对于那些已经有一定编程经验，想要深入理解为什么程序会以特定方式执行，或者为什么某些优化技巧会有效的人来说，这本书简直就是一座宝藏。它教会你如何像硬件工程师一样去思考程序流，而不是仅仅停留在高级语言的抽象层面。我尤其欣赏它在**数据通路设计**部分的处理，那种将复杂的门逻辑拆解到最基本的逻辑门，再逐步构建出功能单元的叙述方式，逻辑链条异常清晰，让人忍不住想动手画图验证。

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从整体上看，这本书的知识广度令人印象深刻，它不仅覆盖了传统冯·诺依曼体系结构的核心要素，还对**现代处理器流水线技术**和**乱序执行**的原理进行了相当深入的探讨。我个人特别关注**流水线冲突**的解决机制，书中对数据依赖、控制依赖等不同类型的冲突，以及如何通过转发（Forwarding/Bypassing）技术来缓解延迟的讲解，非常到位。作者用了相当大的篇幅来解释为什么提高时钟频率并非提升性能的唯一途径，而是**指令级并行**（ILP）和**分支预测**等机制更为关键。阅读这些内容时，我仿佛能“看到”CPU内部的时钟脉冲如何精确地驱动着不同的功能单元同步工作。虽然部分涉及到深层次的微架构细节，比如**分支目标缓冲器（BTB）**的工作原理，对于非专业人士来说可能略显吃力，但作者提供的详细图解和逐步推导，使得即使是复杂的控制逻辑也变得可被解析。这本书无疑是一本需要反复研读的经典，它为我构建了一个扎实且富有层次感的计算机系统认知框架，远远超出了我最初对“基础读物”的期望。

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初次接触这类主题时，我总是担心那些晦涩的术语会成为巨大的障碍，但这本书在这方面做得相当出色。它的行文风格非常注重逻辑的连贯性和知识点的层层递进。当我读到**指令集架构**的那一节时，我发现作者巧妙地将不同时代的CPU设计理念进行了横向和纵向的对比分析。这种对比不是简单的罗列特性，而是深入探讨了特定设计决策背后的**性能权衡**和**资源限制**。例如，书中对RISC与CISC理念的阐述，就不仅仅是停留在“精简”与“复杂”的表面，而是结合了当时半导体工艺的发展水平，解释了为什么某些架构会在特定的历史时期占据主导地位。这种宏观的历史视角结合微观的电路实现细节，让整个知识体系变得立体起来。美中不足的一点是，对于那些对汇编语言完全陌生的读者，可能需要在阅读相关章节时，额外查阅一些关于特定处理器汇编指令集的资料来辅助理解。但总的来说，它为我搭建了一个非常坚固的“骨架”，让我明白了现代计算机硬件是如何协同工作的，这对于我后续学习操作系统内核和编译器优化都起到了至关重要的铺垫作用。

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这本书的学术严谨性毋庸置疑，但阅读体验上也体现了作者对读者的关怀。例如，在介绍**虚拟内存管理**时，它并没有直接跳到页表结构那么抽象，而是先用一个完整的例子，展示了程序地址空间到物理地址空间映射的**“寻址过程”**，包括TLB（转换后援缓冲器）的查找过程。这种“先画出路线图，再讲解每一步交通规则”的叙述方式，让原本容易混淆的地址转换流程变得豁然开朗。特别是关于**缺页中断**的处理流程，书中的流程图绘制得极为清晰，步骤划分逻辑严密，几乎不需要额外的参考资料就能跟上思路。更重要的是，书中对不同**缓存替换策略**（LRU, FIFO等）在实际应用中的性能差异进行了量化分析，而不是停留在理论讨论，这对于我日后进行系统优化实践提供了直接的指导依据。这本书的价值在于，它成功地将硬件的“物理实现”与操作系统的“软件调度”这两个看似分离的领域，通过内存管理这一核心机制紧密地联系了起来，展现出整个系统的有机统一性。

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我是一个偏爱通过实例学习的人，所以对于教科书的案例设计要求会比较高。这本书在**并行处理技术**方面的论述，真正体现了它的专业水准。它没有满足于仅仅介绍多核CPU的表面概念，而是深入挖掘了**缓存一致性协议**（如MESI协议）的工作细节。我记得书中用了一个非常生动的场景模拟，展示了多个处理器同时读写共享内存时，如果不加以严格的同步机制，会导致多么灾难性的后果。随后，作者紧接着详细推导了这些协议的**状态转换图**，每一个箭头、每一个条件都对应着硬件层面的电信号传递和同步机制。这种深入到“为什么必须这样做”层面的讲解，极大地满足了我这种喜欢刨根问底的读者。虽然理解这些内容需要反复阅读和思考，但一旦打通了这个环节，我对高性能计算的理解立刻上升到了一个新的层次。这本书对于**总线仲裁机制**的介绍也同样详尽，它让我意识到，计算机内部各组件间的“沟通”远比我们想象的要复杂和精妙，充满了精密的时序控制和冲突解决策略。

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