Introduction to Computing Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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☆☆☆☆☆

出版者:Tata McGraw-Hill

作者:Yale N. Patt

出品人:

页数:656

译者:

出版时间:2003

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780070595002

丛书系列:

图书标签:

• 软件
• 计算机科学
• 计算机系统
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• 计算机导论
• 数字逻辑
• 汇编语言
• 操作系统
• 计算机体系结构
• 计算思维
• 编程基础
• 硬件

《计算理论基础与前沿探索》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的计算理论基础，并探讨当前计算科学领域的前沿发展方向。我们跳脱出具体硬件和软件实现的视角，聚焦于计算的本质、能力与局限性。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在培养读者对计算思维的深刻理解，并为进一步研究奠定坚实的理论基石。 --- 第一部分：计算的数学基础与形式化模型 本部分是全书的理论核心，构建了理解计算的数学框架。 第一章：可计算性理论导论 本章从历史角度回顾了计算概念的起源，重点阐述了图灵（Turing）的贡献及其对现代计算机科学的奠基作用。我们详细介绍了图灵机模型的精确定义，包括其状态集、输入字母表、转移函数等关键组成部分。随后，通过对有限自动机（Finite Automata, FA）和下推自动机（Pushdown Automata, PDA）的深入分析，我们描绘了计算能力由弱到强的渐进层次结构。本章的核心内容是停机问题（Halting Problem）的不可解性证明，采用对角线论证法，清晰地展示了通用计算模型中存在固有的、无法通过算法解决的问题。此外，还探讨了邱奇-图灵论题（Church-Turing Thesis）的哲学意义及其在计算模型等价性论证中的应用。 第二章：形式语言与文法 本章将计算过程的形式化与语言学的结构相结合。我们引入乔姆斯基语言层级（Chomsky Hierarchy），详细分类和研究了四种主要的语言类型：正则语言、上下文无关语言、上下文相关语言和递归可枚举语言。对于每种语言，我们都会介绍其对应的自动机模型（如NFA、DFA、PDA），以及用于识别它们的形式文法（Formal Grammars）的规则集。重点剖析了上下文无关文法（CFG）在编译器设计中的核心地位，并引入Pumping Lemma作为证明语言非正则性或非上下文无关性的关键工具。本章旨在使读者掌握形式语言的严谨描述方法，理解不同计算模型对语言结构描述能力的差异。 第三章：递归论与可计算函数 超越图灵机，本章深入到函数计算的抽象层面。我们定义了偏可计算函数（Partially Computable Functions）和全可计算函数（Total Computable Functions）。通过引入λ-演算（Lambda Calculus）作为另一种等价的计算模型，我们展示了其作为函数抽象和应用的基本单位，并证明了它与图灵机在表达能力上的等价性。本章还探讨了递归函数（Recursive Functions）的概念，特别是利用Kleene的μ-算子来表达对最小值的搜索，从而构建出完整的可计算函数集合。这部分内容为理解程序语义和程序正确性提供了深刻的理论视角。 --- 第二部分：计算的效率与复杂度理论 在本部分，我们从“能否计算”转向“能否高效计算”的问题，这是现代计算机科学的核心议题。 第四章：时间与空间复杂度度量 本章系统性地引入了衡量算法效率的正式工具。我们首先定义了渐近分析的数学工具，包括大O表示法($O$)、大Omega表示法($Omega$)和Theta表示法($Theta$)，并精确区分了它们的适用场景。接着，我们将分析的焦点转移到图灵机模型上的时间复杂度和空间复杂度的定义上。通过分析各种经典算法（如排序、图搜索）在这些模型下的资源消耗，读者将建立起对“高效”和“低效”计算的量化认知。我们详细探讨了时间层次（Time Hierarchy）和空间层次（Space Hierarchy）定理，它们揭示了增加计算资源后理论上可解决问题的范围的严格提升。 第五章：经典复杂度类与P/NP问题 本章是计算复杂度的核心，聚焦于最著名的未解难题——P与NP问题。我们严格定义了P类（Polynomial Time）问题集合，即可以在多项式时间内解决的问题，并将其视为“可有效解决”的基准。随后，引入NP类（Nondeterministic Polynomial Time），解释了非确定性图灵机（NTM）的概念，并明确了NP类问题是可以在多项式时间内验证解的问题。本章的关键是NP-完全性（NP-Completeness）的理论。我们详述了库克-列文定理（Cook-Levin Theorem）的证明思路，该定理证明了SAT（可满足性问题）是NP-完全的。随后，我们通过多项式时间归约（Polynomial-Time Reduction）的方法，展示了如哈密顿回路、旅行商问题（TSP）等大量实际问题是如何被归约为NP-完全问题。本书对此进行了深入剖析，但不提供P=NP或P≠NP的证明，而是侧重于该问题的理论意义和对算法设计策略的影响。 第六章：其他关键复杂度类与分离 本章扩展了对不同计算资源限制下的复杂度类的研究。我们探讨了PSPACE（多项式空间可解）和EXPTIME（指数时间可解）等更强大的计算类。着重讨论了交互式证明系统（Interactive Proof Systems），如IP和交互式零知识证明（Interactive Zero-Knowledge Proofs），它们引入了概率和交互的概念来定义新的可验证性类别。此外，我们还深入研究了随机化计算（Randomized Computation）及其对复杂度的影响，定义了BPP（有界误差概率多项式时间）类，并讨论了马尔可夫链和蒙特卡洛方法在复杂度分析中的应用，探究随机性是否能提供超越确定性算法的计算优势。 --- 第三部分：高级计算模型与理论前沿 本部分将视角转向超越传统图灵模型的计算范式，特别是那些受到物理学启发的领域。 第七章：电路复杂度和可并行化计算 本章考察了计算的物理实现约束下的复杂性。我们定义了布尔电路模型，并分析了其深度和尺寸如何对应于计算的复杂性。本章阐述了$P/NC$类的概念，其中NC代表有界电路深度的多项式时间计算，这与强可并行性的概念密切相关。我们探讨了如何利用并行性来加速计算，以及哪些问题是“内在”难以并行的。书中对电路下界（Circuit Lower Bounds）的研究进行了梳理，这是证明某些问题（如线性可分性）的电路规模不能任意缩小的关键领域，尽管这是当前理论中最具挑战性的开放问题之一。 第八章：量子计算的理论框架 本章系统地介绍了量子计算的理论基础，将其定位为一种全新的计算范式。我们从量子力学的基本公设出发，定义了量子比特（Qubit）、张量积空间以及幺正演化（Unitary Evolution）的概念。全书详细介绍了量子门（Quantum Gates），特别是通用量子门集的构成。计算模型的建立基于量子电路模型。至关重要地，本章详细分析了Shor算法（在因子分解问题上的指数加速）和Grover算法（在无序数据库搜索上的二次加速）的理论原理和复杂度提升。我们还探讨了量子计算的复杂度类BQP（Bounded-Error Quantum Polynomial Time），并讨论了BQP与经典复杂度类P、NP之间的关系，特别关注量子计算的局限性（如证明量子超算不一定能解决所有NP问题）。 第九章：不可靠与分布式计算的理论视角 本章着眼于计算环境的实际非理想性。我们考察了随机图灵机（Randomized Turing Machines）的正式定义，并区分了Las Vegas算法（总能给出正确答案，但运行时间随机）和Monte Carlo算法（可能给出错误答案，但运行时间固定）。在分布式计算理论方面，我们讨论了共识问题（Consensus Problem）的不可解性（如FLP不可能性定理），该定理揭示了异步系统中即使只有少量故障节点，也无法保证可靠地达成一致。最后，本章简要介绍了可靠性理论如何影响容错计算的设计原则，着重于从理论层面理解信息在噪声或故障信道中传输的极限。 --- 总结与展望 全书以严谨的数学方法，从计算的定义到效率的度量，再到前沿的量子模型，构建了一个完整的理论体系。它并非一本实践指南，而是对“计算”这一概念本身进行深刻反思和解析的学术专著，旨在为有志于深入理论研究的读者提供一个坚实、全面的知识框架。

评分☆☆☆☆☆

一本真正叫你认知什么是计算机系统的书。 如果你真能在系统学习前把它读懂，在你今后的学习中你会发现它的价值所在。  

评分☆☆☆☆☆

内容与《编码》相似，都是从底层到高层，一步步地带你了解计算机。 但是《编码》却更像是用来消遣、娱乐、科普的书。 而这本《计算机系统概论》呢，就是彻彻底底的教材啦。 说道习题，这个部分有太多的错误啦！ 前面5章，好像没发现啥错误之类，也可能是我忘记了。 但是第5...

评分☆☆☆☆☆

内容与《编码》相似，都是从底层到高层，一步步地带你了解计算机。 但是《编码》却更像是用来消遣、娱乐、科普的书。 而这本《计算机系统概论》呢，就是彻彻底底的教材啦。 说道习题，这个部分有太多的错误啦！ 前面5章，好像没发现啥错误之类，也可能是我忘记了。 但是第5...

评分☆☆☆☆☆

一本真正叫你认知什么是计算机系统的书。 如果你真能在系统学习前把它读懂，在你今后的学习中你会发现它的价值所在。  

评分☆☆☆☆☆

无意间发现有人推荐这本书，看了它的介绍，发现讲的是很基础的东西，花一天时间粗略的看了一遍，我的主要关心点在高级语言在汇编、ISA、机器码的实现。出乎意料的讲的很明白。虽然不够深入，但是却能给人一个整体的概念，C程序如何一步一步的硬件实现。 感觉有点像是把数电、计...  

评分☆☆☆☆☆

这本《计算机系统导论》真的让我眼前一亮，作为一名刚接触计算机科学领域的学生，我原本以为这本书会充斥着枯燥晦涩的术语和公式，读起来会像啃一本字典。然而，作者的叙述方式极其平易近人，仿佛一位经验丰富的老师在为我们一步步揭开计算机世界的神秘面纱。它没有直接深入到复杂的底层细节，而是从一个宏观的角度，描绘了计算机是如何从最基础的物理层面一步步构建起我们日常所见的复杂软件应用的。书中对“抽象层次”的讲解尤其到位，它用生动的比喻将硬件、操作系统、汇编语言和高级编程语言之间的层级关系梳理得井井有条。我清晰地理解了，为什么我们写代码时，不必关心晶体管的具体开关状态，却又能享受到其带来的强大计算能力。这种结构化的讲解方式，极大地降低了初学者的入门门槛，让学习过程变得更加有章可循，不再是零散知识点的堆砌，而是一幅完整的、逻辑严密的蓝图。对于那些渴望建立扎实理论基础的读者来说，这本书无疑是一剂强效的“定心丸”。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书在历史脉络和哲学思辨上的拓展。很多同类书籍只关注“现在是什么”和“如何做”，但《计算机系统导论》却花了相当的篇幅去探讨“为什么会是这样”。它巧妙地将计算机科学的发展历程融入到对核心概念的讲解之中，让我们明白，我们今天所使用的指令集、内存管理策略，并非是凭空出现的，而是历经了无数次权衡和妥协的产物。比如，当讨论到数据表示和编码时，作者会追溯到早期的二进制系统选择，并探讨了不同编码标准背后的设计哲学，这使得对二进制、浮点数这些基础概念的理解不再是机械的记忆，而是一种对历史选择的理解。这种深入到“为什么”的探讨，使得全书的知识体系更加立体和健壮，帮助读者建立起一种批判性的思维模式，而不是盲目接受既有的技术规范。这种深度的挖掘，让这本书的价值远超一本单纯的技术手册。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我原本以为这种面向系统底层的书籍，其主要受众应该是计算机专业的本科高年级学生或研究生，但《计算机系统导论》成功地跨越了这一界限。它对“系统”的定义非常包容，不仅涵盖了CPU和内存，还巧妙地引入了I/O设备、网络通信等现代系统不可或缺的组成部分。这种广阔的视野，让非科班出身，但对技术充满好奇的工程师也能从中获益匪浅。例如，书中关于操作系统内核与用户态程序交互的描述，清晰地解释了系统调用的底层机制，这对于任何需要进行系统级性能调优的软件开发人员来说，都是极其宝贵的知识。它没有预设读者已经具备深厚的汇编基础，而是从最基本的逻辑单元开始构建认知，确保了知识传递的完整性和连贯性，真正做到了“导论”的定位——为所有渴望了解计算机系统全貌的人，提供了一条平坦而坚实的入门路径。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和语言风格简直是为我这种偏爱简洁、高效阅读体验的人量身定做的。它大量使用了图示和流程图，这些视觉辅助工具的质量极高，逻辑清晰，色彩搭配适度，避免了那种花哨却无用的装饰。特别是那些关于数据通路和逻辑门操作的插图，即使是复杂的组合电路，也能被分解得一目了然。此外，作者的语言风格保持了一种克制的专业性，没有过多的情绪化表达，但措辞精准有力。阅读过程中的流畅感非常强，几乎没有遇到需要反复回读才能理解的拗口长句。对于需要快速消化大量信息但又要求理解深刻的读者而言，这种高效的沟通方式是至关重要的。它尊重读者的认知负荷，确保每一次翻页都是在知识的有效积累，而不是被冗余的文字所拖累。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对于技术书籍的耐心是有限的，很多教材总是倾向于过度强调理论的完备性而牺牲了实际操作的乐趣。但《计算机系统导论》在这方面做得非常平衡。它不是那种只停留在纸上谈兵的理论著作。书中穿插了大量的、与现代计算机架构息息相关的实际案例和小型实验设计，虽然我还没有完全动手去实现所有内容，但光是阅读这些设计思路，就已经让人对计算机的工作原理有了更深层次的体悟。比如，书中对内存层次结构（缓存、主存、虚拟内存）的阐述，不仅仅是定义了它们的速度差异，更是深入探讨了操作系统和硬件是如何协同工作，以“欺骗”程序员，让他们感觉拥有无限且极快的内存。这种将理论与工程实践紧密结合的叙述风格，让这本书充满了生命力。它不再是冰冷的知识堆砌，而更像是一本武功秘籍，每介绍一个概念，都会附带说明这个概念在实际系统优化中的应用价值，让人有种“学以致用”的满足感和探索欲。

评分☆☆☆☆☆

日后肯定是得回来重看的

评分☆☆☆☆☆

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