微机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:重庆大学出版社

作者:张开成

出品人:

页数:275

译者:

出版时间:2004-7-1

价格:25.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787562431381

丛书系列:

图书标签:

• 微机原理
• 计算机基础
• 汇编语言
• 数字电路
• 单片机
• 嵌入式系统
• 计算机组成原理
• 电子技术
• 应用
• 教材

探秘代码世界的深层逻辑：一部关于现代软件架构与底层系统交互的深度解析 书名：《代码深潜：现代操作系统与高性能计算的底层构建》 内容简介： 本书旨在为有志于深入理解现代计算机系统如何运作、软件如何在硬件之上高效执行的读者提供一份详尽的技术蓝图。我们不再停留在表面的应用编程接口（API）调用层面，而是深入到操作系统的内核、内存管理的精妙设计，以及如何通过对底层硬件特性的深刻洞察，来榨取每一分计算性能。 第一部分：现代操作系统内核的结构与演进 本部分将带领读者解构当前主流操作系统（如Linux和类Unix系统）的“心脏”——内核。我们将从宏观的整体架构出发，细致剖析单体内核、微内核以及混合内核的优缺点和历史发展脉络。 进程与线程的生命周期管理： 深入探讨进程控制块（PCB）的具体结构，以及内核如何处理上下文切换（Context Switching）的开销与优化。重点分析调度算法的演变，从朴素的轮转调度到基于优先级的多级反馈队列（MLFQ），并讨论实时（Real-Time）调度策略在嵌入式和工业控制中的应用。 内存管理的艺术： 内存是系统资源中最宝贵的部分之一。我们将详细阐述虚拟内存的概念，页表（Page Table）的多级结构，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）在地址转换中的关键作用。分页、分段的结合使用，以及缺页中断（Page Fault）的处理流程，都将以图文并茂的方式进行解析。此外，内核如何实现物理内存的动态分配与回收（如伙伴系统Buddy System），以及内存碎片化问题的成因和缓解措施，也是本章的重点。 I/O子系统的协调之道： 现代系统I/O性能瓶颈日益突出。我们将分析同步与异步I/O模型的区别，特别是异步I/O（AIO）的实现机制。设备驱动程序（Device Driver）的结构，中断处理流程（Interrupt Handling），以及DMA（Direct Memory Access）如何减轻CPU的负担，实现高效的数据传输，都将被系统地讲解。 第二部分：并发、并行与同步机制的严谨性 在多核处理器普及的今天，编写安全、高效的并发代码是软件工程师的核心技能。本部分专注于处理多线程环境下的数据竞争与资源死锁问题。 原子操作与内存屏障： 探讨CPU级别的原子指令（如CAS/Compare-and-Swap）是如何保障基本操作的不可分割性。深入讲解内存模型（Memory Model）的重要性，以及内存屏障（Memory Barrier/Fence）在不同架构下（如x86与ARM）的具体指令集和语义差异，确保跨处理器数据可见性的正确性。 同步原语的底层实现： 详细剖析互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、读写锁（RWLock）等经典同步工具的内部机制。我们将通过内核源码级别的分析，揭示这些原语是如何利用硬件提供的基本同步原语（如Test-and-Set或自旋锁Spinlock）构建起来的。 无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）： 面对高频竞争场景，无锁编程是追求极致性能的路径。本章将教授如何设计和实现基于CAS循环的无锁队列、栈，并探讨其设计原则、潜在的ABA问题及其解决方案。 第三部分：高性能计算与系统优化 了解底层机制后，如何将这些知识转化为实际的性能提升？本部分将聚焦于优化策略和新兴的计算范式。 缓存层次结构的优化： CPU缓存（L1/L2/L3）是决定程序速度的关键因素。我们将分析程序如何设计数据布局（如结构体对齐、缓存行填充）以最大化缓存命中率（Cache Hit Rate）。探讨伪共享（False Sharing）问题及其在并发编程中的危害。 指令集架构（ISA）的深入应用： 针对特定处理器架构（如SIMD扩展，如SSE/AVX），讲解如何编写向量化代码，实现单指令多数据（SIMD）并行处理。这对于图像处理、科学计算和密码学等领域至关重要。 系统调用（Syscall）的开销分析： 系统调用是用户态与内核态交互的必经之路。本章将详细分解一次系统调用的完整流程，包括用户栈到内核栈的切换、参数传递、权限检查及返回过程，并对比传统系统调用与使用io_uring等现代异步机制的性能差异。 性能剖析工具链： 教授读者如何使用如`perf`、`gdb`以及硬件性能计数器（HPC）来准确地定位程序中的性能瓶颈，从微观层面分析指令流水线、分支预测的失误率，从而实现针对性的代码改进。 目标读者： 本书面向具有扎实C/C++基础，并希望从应用层向系统层进阶的软件工程师、系统架构师、底层驱动开发者，以及对计算机科学理论有浓厚兴趣的研究生和资深爱好者。阅读本书，你将不再只是一个“API使用者”，而能成为一个真正理解“代码如何运行在机器上”的系统构建者。 本书不提供任何关于汇编语言的初级入门教学，而是假设读者已掌握基本的指令结构和寄存器概念，我们将侧重于这些指令是如何被操作系统和编译器调度和利用的宏大叙事。

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