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出版者:清华大学出版社

作者:金兰

出品人:

页数:557

译者:

出版时间:2004-1

价格:56.00

装帧:平装

isbn号码:9787302077190

丛书系列:

图书标签:

• 计算机组成原理
• 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
• 计算机网络
• 操作系统
• 嵌入式系统

数据库系统设计与实践 本书导读： 在信息爆炸的时代，数据已成为驱动社会进步的核心资源。然而，原始数据的混乱和无序，如同未经开采的矿藏，难以发挥其应有的价值。本书《数据库系统设计与实践》旨在为读者提供一套全面、系统且深入的数据库理论知识与工程实践指南。它不仅涵盖了数据库领域的基础概念，更着重于如何将这些理论应用于实际的系统构建、性能优化与数据治理之中。 本书的目标读者群体广泛，包括计算机科学专业的学生、软件工程师、数据架构师，以及任何需要设计、管理或使用复杂信息系统的专业人士。我们力求用清晰的逻辑和丰富的案例，将抽象的数据库理论转化为可操作的工程技能。 第一部分：数据库基础与理论基石 本部分将奠定读者对现代数据库系统的整体认知，深入探讨支撑所有数据管理系统的理论框架。 第一章：数据模型与抽象 本章首先追溯数据库技术的发展历程，从早期的网状、层次模型，到关系模型的革命性突破。我们将详尽阐述实体-联系（E-R）模型的设计方法论，包括实体、属性、联系的识别与建模技巧，以及如何处理多对多关系、约束条件的表示。随后，重点讲解关系模型的数学基础，包括域、元组、关系、关系代数（并、交、差、笛卡尔积、投影、选择、连接）的严格定义与运算规则。通过对这些基本操作的深入理解，读者将能掌握如何使用代数表达式精确描述数据查询需求。 第二章：关系模式分解与范式理论 良好的数据库设计必须遵循特定的规范以避免数据冗余和更新异常。本章将系统介绍数据规范化的必要性与流程。详细解析一范式（1NF）到第五范式（5NF）的定义、检测方法及分解算法。特别地，我们将深入探讨函数依赖、部分依赖和传递依赖的识别，并重点分析BCNF（巴斯-科德范式）的严格要求及其在实际设计中的应用。此外，还会讨论无损连接分解与保持函数依赖的分解之间的权衡取舍。 第三章：SQL：结构化查询语言精要 SQL是数据库领域通用且无可替代的语言。本章不仅教授SQL的基本语法（DDL、DML、DCL），更侧重于高级查询技巧。我们将详细讲解连接操作（内连接、外连接、交叉连接）的执行语义，复杂的子查询、相关子查询和视图的创建与使用。高级内容将涉及窗口函数（如`ROW_NUMBER()`, `RANK()`, `LAG()`, `LEAD()`）在复杂报表生成中的应用，以及集合操作与递归查询（CTE, Common Table Expressions）。性能视角下，对SQL语句的解析和优化建议将穿插其中。 第二部分：数据库系统实现与内部机制 理解数据库如何“工作”是进行有效管理和优化的前提。本部分将揭示数据库管理系统（DBMS）的内部结构和关键组件。 第四章：存储管理与文件组织 本章深入操作系统与数据库的交界面。讨论磁盘I/O的特性与数据库存储的需求。详细介绍数据如何在磁盘上组织：页（Page）的概念、记录的布局（定长、变长记录的存储方式）。我们将分析不同的文件组织结构，包括堆文件（Heap File）和顺序文件（Sequential File），并探讨何时采用哪种组织方式。缓冲池（Buffer Pool）的管理机制，如LRU、2Q等置换算法，及其对系统性能的关键影响将被详述。 第五章：索引结构与高效检索 索引是提高查询效率的核心技术。本章将全面介绍主流的索引结构。首先是B+树，分析其多路平衡搜索的原理、插入、删除操作的维护机制，并对比B树的优劣。接着，介绍哈希索引的结构、冲突解决策略及其在等值查询中的优势与局限。对于复杂查询，位图索引和全文索引的应用场景也将被纳入讨论。本章还将分析索引的物理特性（如聚簇索引与非聚簇索引）对数据访问路径的影响。 第六章：查询处理与优化 一个优秀的DBMS必须具备强大的查询优化能力。本章首先阐述查询处理的生命周期：解析、语法检查、查询重写、以及最核心的查询优化。我们将详细讲解查询优化器的两种主要策略：基于启发式的规则优化和基于代价的优化（CBO）。重点解析关系代数表达式的等价变换，以及如何利用统计信息（如选择性、基数）来评估不同执行计划的成本。连接算法（嵌套循环、基于排序的连接、哈希连接）的效率比较是本章的重点内容。 第三部分：事务管理与并发控制 数据的一致性与可靠性依赖于事务的正确管理。本部分聚焦于多用户环境下如何保证数据的完整性。 第七章：事务理论与ACID特性 本章从理论层面定义事务（Transaction）的概念，并系统阐述其四大特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。我们将探讨如何通过日志记录（如Write-Ahead Logging, WAL）和检查点机制来实现故障恢复，确保持久性。 第八章：并发控制机制 在多用户并发访问数据库时，必须防止出现丢失更新、脏读、不可重复读等异常。本章将详细介绍并发控制的各种技术。首先是锁机制，包括共享锁（S锁）和排他锁（X锁），以及两阶段锁定（2PL）协议及其严格版本。随后，我们将对比基于时间戳的协议和多版本并发控制（MVCC）的原理，分析MVCC如何在读写不冲突时显著提高并发度，这是现代高性能数据库（如PostgreSQL, Oracle）的核心技术之一。 第四部分：高级数据库应用与扩展 随着数据类型的日益复杂化，传统关系模型的局限性逐渐显现。本部分探讨了面向更广泛应用场景的数据库技术。 第九章：数据完整性与安全性 数据完整性是数据库的生命线。本章讲解如何通过域完整性、实体完整性（主键）和参照完整性（外键）来约束数据。在安全性方面，我们将探讨访问控制机制，包括用户授权、角色管理以及基于权限的细粒度控制。此外，数据加密（静态加密与传输加密）在保护敏感数据中的作用也将被讨论。 第十章：面向对象与分布式数据库概述 为适应多媒体、地理信息等复杂数据，对象关系数据库（ORDBMS）应运而生，本章将介绍其对复杂数据类型的支持。最后，转向分布式数据库系统，分析其面临的挑战——数据分布、事务的分布式处理（如两阶段提交协议 2PC），以及数据复制与一致性模型的选择（如CAP理论的权衡）。 结语： 通过对以上十个核心模块的深入学习与实践，读者将不仅掌握数据库的理论精髓，更能具备独立构建、优化和管理复杂信息系统的实战能力。本书的编排遵循由浅入深、理论与实践并重的原则，旨在培养具备扎实基础和前沿视野的数据库专业人才。

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这本《计算机组织》的书籍，着实让我这位初入计算机科学领域的门外汉感到既兴奋又有些许的不知所措。它像是一张详尽的地图，试图将计算机这台复杂机器的内部构造一一剖析清楚。我尤其欣赏作者在讲解基本逻辑门和布尔代数时所采用的类比方法，比如将电路比作水管系统，一下子就让那些抽象的概念变得具象化了。然而，在深入到指令集架构（ISA）的部分时，我感觉作者的笔锋突然变得犀利起来，那些关于寻址模式和流水线技术的内容，即便我反复阅读了数遍，脑海中依然像是有无数的齿轮在高速空转，难以形成一个清晰的整体印象。或许，对于我这样的初学者来说，增加更多的图示和实际的汇编代码示例，会让理解的路径更加平坦一些。整本书的学术严谨性毋庸置疑，参考文献和注释详实得令人敬佩，但正因如此，偶尔会觉得它更像是一部工具手册而非一本引人入胜的科普读物。我希望能有更多篇幅来探讨现代处理器设计中那些令人惊叹的优化手段，比如分支预测的艺术，而不是仅仅停留在理论层面。

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坦率地说，我抱着极高的期望翻开这本《计算机组织》，期待它能为我揭示数字世界的“魔法”是如何被编织起来的。在中央处理器的核心部分，作者展现了高超的叙事能力，将时钟周期、寄存器、ALU（算术逻辑单元）之间的协作描绘得如同精密运作的交响乐团。特别是对微操作控制单元的描述，那种从复杂指令到简单电子脉冲的层层分解，令人拍案叫绝。但是，当我翻到内存层级结构那一章时，体验就急转直下了。缓存一致性、虚拟内存的页表管理，这些内容被堆砌得过于密集和技术化，缺乏必要的上下文铺垫。感觉作者似乎预设读者已经掌握了操作系统的一些基础知识，使得我对“TLB（转换后援缓冲器）是如何减少缺页中断延迟”的理解变得非常吃力。这本书的深度无疑是顶级的，但这种深度有时成了阻碍普通读者理解的壁垒，它更像是为那些已经准备好进行硬核硬件设计的工程师准备的参考书，而不是面向所有想了解计算机工作原理的人的入门向导。

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总的来说，《计算机组织》是一部扎实且内容详尽的著作，它的价值在于为计算机科学领域提供了一个坚不可摧的理论基石。我个人最欣赏它的逻辑严密性，从最底层的晶体管开关，逐步构建起一个可以执行复杂程序的机器，整个推导过程滴水不漏，让人油然而生一种对人类智慧的敬畏感。唯一的遗憾是，作为一本厚重的教材，它的“可读性曲线”起伏过大。某些章节，比如有关总线协议和握手机制的描述，枯燥得如同工程规范文档，需要极大的毅力才能啃下来；而另一些章节，例如关于堆栈帧和函数调用的汇编级剖析，则妙趣横生，让人手不释卷。如果作者能在保持硬件核心知识不变的前提下，引入更多富有故事性的历史发展脉络，或者增加一些“你应该知道的陷阱”小贴士，想必能让更多渴望知识的读者能够更顺畅地攀登这座技术高峰。

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这本书的排版和图文的配合是值得称赞的，尤其是在展示数据通路和控制信号流动的复杂图中，清晰的线条和合理的色彩区分极大地减轻了阅读压力。对于我个人而言，最受益匪浅的是关于指令集设计哲学的部分。作者对RISC（精简指令集）和CISC（复杂指令集）的对比分析，远比我之前阅读的任何材料都要深刻和客观，它揭示了设计决策背后的权衡艺术，不仅仅是技术规格的罗列，更是一种工程思维的体现。我非常赞赏这种宏观层面的洞察力。但话说回来，本书在讨论现代并行计算和多核架构时的内容略显保守和滞后。在当下GPU计算和异构计算成为主流的背景下，书中对SIMD（单指令多数据）执行单元的介绍篇幅稍显单薄，对于如何利用这些特性优化算法的讨论也缺乏足够的深度和实例支撑，使得这本书在介绍前沿计算范式时，展现出了一定的时代局限性。

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我一直认为，一本好的技术书籍应该在“是什么”和“为什么”之间找到完美的平衡点。《计算机组织》在这方面做得相当出色，尤其是在讨论I/O（输入/输出）系统的那一部分。作者没有简单地罗列DMA（直接内存存取）和中断驱动的优缺点，而是通过一个生动的多任务场景模拟，展示了不同I/O策略对系统性能的实际影响，这让我对I/O控制器和总线仲裁的理解瞬间清晰了不少。然而，这本书的不足之处在于，它似乎对软件层面的影响着墨太少。例如，在讲解数据表示和溢出问题时，如果能结合C语言或Python中实际发生的计算错误案例来佐证，相信更能触动那些主要从事应用层开发的读者。目前的内容，虽然在硬件层面上无懈可击，但总感觉与我们日常使用的软件环境隔着一层厚厚的玻璃板，少了点烟火气和实用性连接，使得知识点显得有些孤立和纯粹。

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