微机与操作系统贯通教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:252

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出版时间:2009-2

价格:26.00元

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isbn号码:9787302195245

丛书系列:

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• 微机原理
• 操作系统
• 汇编语言
• 计算机组成原理
• 系统编程
• C语言
• x86
• 实模式
• 保护模式
• 实验教学

《计算机原理与实践：硬件、系统与软件的深度融合》 本书旨在为读者构建一个全面而深入的计算机科学知识体系，从最基础的硬件层面，逐步深入到操作系统内核，再到上层应用软件的开发，实现理论与实践的无缝对接。我们相信，只有理解了计算机的底层运作机制，才能更好地掌握其上层应用，并在计算机领域取得突破性的进展。 第一部分：数字世界的基石——计算机硬件原理 在这一部分，我们将带您走进计算机硬件的核心世界，揭示数据如何在芯片中流动，指令如何被执行。 二进制与逻辑门： 从最基本的二进制数字系统出发，我们将介绍逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的概念，以及它们如何组合成更复杂的逻辑电路。您将理解门电路如何实现基本的算术运算，例如加法器和减法器。 数字电路设计基础： 学习组合逻辑和时序逻辑的概念，理解触发器、寄存器、计数器等基本时序电路单元。您将了解如何利用这些单元构建数据通路和控制逻辑。 微处理器架构： 深入剖析微处理器（CPU）的内部结构，包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元、寄存器组。我们将讲解指令集架构（ISA）的重要性，以及不同指令格式如何影响程序执行。RISC和CISC指令集的区别与优劣将进行对比分析。 内存层次结构： 理解从高速缓存（Cache）到主存（RAM），再到外存（硬盘）的内存层次结构。我们将探讨缓存的工作原理，包括写策略（写回、写通）、替换算法（LRU, FIFO）以及缓存一致性问题。 输入/输出（I/O）系统： 学习不同I/O设备的接口技术，如GPIO、UART、SPI、I2C等。理解程序I/O、中断驱动I/O和DMA（直接内存访问）的工作方式，以及它们如何影响系统性能。 总线与通信： 了解计算机内部各组件之间如何通过总线进行数据传输，包括地址总线、数据总线和控制总线。我们将介绍PCIe等现代总线技术。 第二部分：驱动世界的灵魂——操作系统内核原理与设计 操作系统是连接硬件与应用程序的桥梁。本部分将深入剖析操作系统的核心机制，让您理解程序是如何运行，资源是如何管理的。 操作系统的概念与目标： 阐述操作系统的定义、基本功能（进程管理、内存管理、文件系统、设备管理）以及设计目标（效率、公平性、可靠性、易用性）。 进程管理： 深入讲解进程的概念、状态转换（创建、就绪、运行、阻塞、终止），以及进程控制块（PCB）的作用。我们将详细探讨各种进程调度算法（FCFS, SJF, RR, 优先级调度）的原理和适用场景。多线程的概念、优势以及线程同步（互斥锁、信号量、条件变量）将是重点。 内存管理： 理解内存分段、分页机制，以及虚拟内存的概念。我们将详细介绍页表、TLB（快表）的工作原理，以及缺页中断的处理过程。内存分配算法（首次适应、最佳适应、最坏适应）也将进行分析。 同步与互斥： 深入探讨并发执行带来的同步与互斥问题，如竞态条件、死锁。我们将详细讲解经典的同步原语，如互斥锁、信号量、条件变量，以及如何利用它们编写无冲突的并发程序。死锁的产生条件、检测与预防方法也将进行深入讨论。 设备管理： 学习I/O子系统的组织结构，包括设备驱动程序、设备无关层和用户空间接口。理解I/O缓冲、假脱机（Spooling）等技术。 文件系统： 讲解文件、目录结构、文件系统组织（FAT, inode等）以及文件操作（创建、删除、读写）。我们将探讨文件系统的性能优化技术，如缓存、日志。 操作系统的引导与中断： 了解计算机启动过程，BIOS/UEFI的作用，以及操作系统如何加载。深入分析中断的概念、类型（硬件中断、软件中断、异常），以及中断处理流程。 简单的内核实现（可选）： 在条件允许的情况下，将引导读者使用C语言或其他高级语言，实现一个简化的操作系统内核的某些模块，例如简单的进程调度或内存管理，以加深理解。 第三部分：赋能应用的语言——程序设计与系统调用 理解了硬件和操作系统，我们才能更高效地编写程序。本部分将聚焦于程序设计中的核心概念，以及如何与操作系统进行交互。 高级编程语言基础： 巩固C/C++等系统级编程语言的基础知识，重点关注指针、内存管理、数据结构和算法。 编译器与链接器： 了解源代码如何被编译成机器码，以及链接器如何将多个目标文件合并成可执行文件。 系统调用： 深入理解系统调用的概念，它是用户程序与操作系统内核交互的唯一途径。我们将通过实际示例，讲解常见的系统调用，如文件I/O（open, read, write, close）、进程管理（fork, exec, wait, exit）和内存管理（sbrk, mmap）。 进程间通信（IPC）： 学习多种进程间通信机制，如管道（pipe）、消息队列、共享内存、套接字（socket），并理解它们的适用场景和优缺点。 并发程序设计： 结合前面学到的同步与互斥知识，学习如何设计和编写多线程/多进程的并发程序，解决实际问题。 调试与性能分析： 掌握使用GDB等调试工具进行程序调试的技巧。学习使用性能分析工具（如gprof）来识别和优化程序的瓶颈。 嵌入式系统编程入门（可选）： 简要介绍嵌入式系统开发的特点，以及如何在资源受限的环境下进行高效的程序开发。 本书特色： 贯通性： 强调硬件、操作系统和应用软件之间的内在联系，打破知识孤岛。 实践性： 结合大量的代码示例、实验和项目，帮助读者将理论知识应用于实践。 深入性： 刨析底层原理，而非停留在表面介绍。 前瞻性： 介绍现代计算机系统设计中重要的概念和技术。 通过学习本书，您将不仅仅是一名计算机使用者，更能成为一名理解计算机内在机制的“开发者”和“探险家”，为您的技术生涯打下坚实的基础。

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这本《微机与操作系统贯通教程》的书籍，对于我这个初学者来说，简直就像是打开了一扇全新的大门。我一直对计算机底层的工作原理感到好奇，但市面上的教材要么过于理论化，要么就是代码堆砌，让人望而却步。这本书的厉害之处在于，它完美地将微机原理和操作系统的概念编织在一起，让我不再觉得它们是两个孤立的学科。比如，它在讲解中断机制时，不仅深入浅出地剖析了硬件层面的中断向量表，还紧接着展示了操作系统内核是如何管理和调度这些中断请求的。这种“软硬结合”的叙述方式，极大地增强了我的理解深度。特别是关于内存管理的部分，作者没有止步于分页和分段的抽象描述，而是通过大量的图示和模拟实验，让我清晰地看到了虚拟地址是如何一步步转化为物理地址的，以及操作系统如何利用这些机制来实现高效的资源隔离。读完前几章，我甚至能自信地在脑海中构建出一个简单的系统启动流程模型，这在以前是完全不敢想象的。这本书的行文流畅自然，没有那种生硬的教科书腔调，更像是经验丰富的工程师在手把手地带你入门，强烈推荐给所有想真正搞懂计算机“心脏”如何跳动的人。

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说实话，现在市面上的技术教材，很多都是在重复十年前的内容，或者为了追求新潮而堆砌最新的框架特性，却忽略了最核心的基础。但翻开这本《微机与操作系统贯通教程》，我立刻感受到了一种对计算机科学基石的尊重。它的叙事逻辑非常严谨，仿佛是按照计算机从上电到稳定运行的自然时间线来展开的。例如，在介绍完微机系统的基本结构，包括CPU、内存和总线之后，它非常自然地过渡到了操作系统的引导过程（Bootstrapping）。读者可以清晰地追踪到BIOS/UEFI的初始化、引导加载程序（Bootloader）的加载，以及操作系统内核的解压和控制权的交接。这种连贯性极大地帮助我理解了各个组件之间的依赖关系。特别值得称赞的是，书中对汇编语言的运用非常克制且精准，它只在必要之处（如引导扇区代码、寄存器操作）展示关键代码片段，而非大段的汇编堆砌，这对于提升阅读体验至关重要。这本书的价值不在于教你写最快的代码，而在于让你建立起一个扎实、可靠的计算机系统全景图，这种底层视野是任何高级语言框架都无法替代的。

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我之前尝试过几本号称“深入浅出”的系统编程书籍，但大多都陷在了细节的泥潭里，要么是汇编语言的晦涩难懂，要么就是对Linux内核源码的过度依赖，让非科班出身的我感到挫败。然而，这本《微机与操作系统贯通教程》却展现出一种罕见的平衡感。它的优势在于对概念的提炼和类比运用得炉火纯青。当讲解进程同步与互斥时，作者巧妙地引入了经典的哲学家用餐问题，并结合8086/80x86架构下的具体指令集（如`CMPXCHG`的早期版本或等效操作）来构建信号量和互斥锁的实现框架，而不是直接抛出复杂的API调用。这种由浅入深、从理论到实践的递进结构，让复杂的同步逻辑变得具象化。更让我印象深刻的是，书中对于I/O系统的讲解，它没有简单地罗列各种I/O方式，而是将中断驱动I/O、DMA（直接内存访问）以及程序控制I/O放在同一个框架下对比分析，让你清晰地看到随着技术发展，操作系统是如何为了效率而不断优化底层硬件交互的。这本书的广度和深度都恰到好处，避免了纯理论的空泛，也避免了纯代码的枯燥，是一本值得反复研读的工具书。

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我通常对“贯通教程”这类标题持保留态度，总觉得它意味着什么都讲一点，但什么都不精深。然而，这本《微机与操作系统贯通教程》彻底颠覆了我的看法。它在保持整体性和连贯性的同时，对关键技术点的剖析达到了令人惊喜的深度。例如，在讨论保护模式下的内存寻址时，它不仅仅停留在分段和分页的定义上，而是详细解析了段描述符和页表项的位域结构，以及CPU在执行指令时如何进行权限检查和地址转换的硬件流程。这种对细节的深入挖掘，使得原本抽象的概念变得可以被追溯和验证。更进一步，书中对于多任务调度的讲解也极具匠心。它没有简单地套用先进先出（FIFO）或轮转法（Round Robin），而是将这些算法与现代CPU的时钟中断和上下文切换机制紧密结合起来，甚至探讨了现代操作系统中更复杂的优先级继承协议在实际应用中的权衡。这本书的每一章似乎都在告诉我：“理解了这一点，你才能真正理解下一部分。”它成功地搭建了一座从硬件指令集到操作系统管理哲学的坚实桥梁。

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作为一名略有经验的程序员，我发现这本书最吸引我的地方在于它对“为什么”的解答，而非仅仅是“怎么做”。我们日常使用的编程语言和API背后，隐藏着大量的系统假设和性能考量。这本书就像一个“反向工程”的指南，帮助我剥离掉应用程序的糖衣，直达操作系统的核心设计思想。比如，关于文件系统的讲解，它没有直接介绍NTFS或Ext4的复杂特性，而是先从磁盘扇区、逻辑块、索引节点（Inode）的演化讲起，清晰地展示了文件系统是为了解决物理存储碎片化和数据组织效率问题而诞生的必要产物。这种基于问题驱动的教学模式，让我对很多习以为常的系统调用有了全新的认识。此外，书中对调试和故障排除的侧重点也深得我心，它教导读者如何利用底层知识去分析死锁、内存泄漏或系统崩溃的根源，而不是仅仅依赖高级调试工具的输出。阅读此书，感觉自己正在从一个“代码使用者”蜕变为一个对系统有深刻洞察力的“系统工程师”，这种学习体验是极其宝贵且令人兴奋的。

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