Computer Systems: A Programmer's Perspective (3rd Edition) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Pearson

作者:Randal E. Bryant

出品人:

页数:1120

译者:

出版时间:2015-3-12

价格:USD 157.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780134092669

丛书系列:

图书标签:

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深入理解现代计算的基石：一本侧重理论与实践的系统导论 书名： Foundations of Computing: A Practical and Theoretical Exploration 作者： [虚构作者姓名，例如：Dr. Evelyn Reed & Prof. Alan Chen] --- 导言：连接抽象与实现的桥梁 在当今这个由软件驱动的世界中，高性能和可靠性的要求日益严苛。本书旨在为计算机科学、软件工程、以及对底层机制充满好奇的专业人士提供一座坚实的桥梁，连接高层抽象的编程模型与支撑它们的复杂硬件和系统软件结构。我们不满足于仅仅展示“如何”使用工具，更致力于揭示“为何”这些工具以特定的方式工作，以及当我们突破既有抽象层时可能遇到的性能瓶颈与设计权衡。 本书的视角是全面且深入的，它拒绝将计算视为一个单一的、不透明的黑箱。相反，我们将其解构为一系列相互作用的层次结构——从物理器件的电信号、指令集的架构、内存的层次化管理，到操作系统对资源的调度与隔离，再到编译器如何将人类可读的代码转化为机器可执行的指令。 本书的重点在于培养读者对计算环境的整体洞察力，这种洞察力是构建下一代高效、安全软件系统的必备素质。我们将通过大量的实际案例、性能分析方法论以及对经典算法在不同硬件平台下行为的深入剖析，确保理论知识能够被有效地应用于解决现实世界中的工程难题。 --- 第一部分：计算的物理基础与机器语言的艺术 本部分为后续的系统探讨奠定坚实的物理和逻辑基础，探索计算的最底层形态。 第1章：信息表示与二进制逻辑的永恒真理 本章从最基本的物理实现——晶体管和逻辑门开始，系统地回顾了数字逻辑的设计原理。我们不仅会梳理布尔代数、组合逻辑和时序逻辑（如触发器和寄存器组）的构建，还将深入探讨浮点数的IEEE 754标准及其在数值计算中带来的精确性挑战和陷阱。重点关注如何用最少的资源，精确地表示和操作各种复杂数据类型，包括高精度计算和特殊编码。 第2章：指令集架构（ISA）的深度剖析 我们将聚焦于一种典型的、具有代表性的精简指令集架构（如RISC-V或其抽象模型）。本章详细讲解了指令的格式、寻址模式、寄存器文件、以及各种算术逻辑单元（ALU）的操作。读者将学习如何阅读汇编语言，理解过程调用约定（如栈帧的建立与销毁），以及如何手动地将高级语言代码反汇编并分析其执行路径。本章的难点在于理解条件分支和跳转指令如何与CPU的流水线机制产生交互。 第3章：处理器微架构：从流水线到乱序执行 本章是理解现代CPU性能的关键。我们从简单的单周期处理器模型出发，逐步引入指令级并行技术：多周期设计、指令流水线（Pipeline Hazards：结构冲突、数据冲突、控制冲突）及其解决方案。随后，我们转向复杂的前沿技术，如分支预测器的原理（静态与动态）、数据前推（Forwarding/Bypassing）以及乱序执行（Out-of-Order Execution）的硬件实现机制。通过分析关键的性能指标（如IPC - Instructions Per Cycle），读者将学会评估不同微架构设计对程序执行速度的影响。 --- 第二部分：内存的层次结构与程序的可见性 现代计算性能的瓶颈往往不在于计算速度，而在于数据访问的速度。本部分专注于内存系统的复杂结构。 第4章：内存层次结构与局部性原理 本章详细阐述了CPU寄存器、L1/L2/L3缓存、主存（DRAM）以及二级存储（SSD/HDD）构成的完整内存金字塔。核心在于深入讲解“空间局部性”和“时间局部性”这两个决定性能的关键因素。我们将分析缓存块（Cache Line）的对齐、替换策略（如LRU的硬件实现）、写回（Write-Back）与写穿（Write-Through）策略，以及多级缓存的一致性问题。 第5章：虚拟内存：抽象、隔离与性能代价 虚拟内存是操作系统对硬件的精妙抽象。本章探讨了虚拟地址到物理地址的转换过程，重点分析了页表（Page Tables）的结构、多级页表的查找机制，以及快表（Translation Lookaside Buffer, TLB）在加速地址翻译中的作用。我们将讨论缺页（Page Fault）的处理流程、内存映射（mmap）的工作原理，以及程序如何通过内存保护机制实现隔离和安全。 第6章：优化数据结构与缓存感知编程 本节将理论应用于实践。读者将学习如何根据底层缓存特性来设计和重构数据结构。例如，如何通过结构体成员的重新排序来减少内存填充（Padding）和提高缓存命中率；如何分析矩阵乘法等循环的访问模式，并应用循环展开（Loop Unrolling）和数据分块（Blocking/Tiling）技术，使算法表现真正达到“缓存友好”。 --- 第三部分：编译与链接：从源代码到可执行文件 理解编译器和链接器的工作流程，是掌握程序生命周期的核心。 第7章：编译器前端：抽象语法树与中间表示 本章概述了编译器的结构，重点关注词法分析、语法分析和语义分析。我们将探讨抽象语法树（AST）的构建，以及编译器如何利用各种中间表示（IR，如SSA形式）来执行机器无关的优化，例如常量折叠、死代码消除和公共子表达式消除。 第8章：代码生成与机器相关的优化 深入探讨编译器后端，即如何将IR转换为目标机器代码。内容包括寄存器分配（Register Allocation）的挑战、指令选择和调度，以及如何利用目标机器的特定指令集来生成高效的代码序列。本章还将涉及函数内联（Inlining）与尾调用优化（Tail Call Optimization）对调用栈的影响。 第9章：链接、加载与运行时环境 本章解释了静态链接器（ld）如何解决符号引用、合并代码段和数据段，生成可重定位目标文件（Relocatable Object Files）。随后，我们探讨动态链接器（Loader）的工作，包括共享库（Shared Libraries/DLLs）的加载机制、地址无关代码（PIC）的原理，以及运行时符号解析的开销。理解这些机制对于调试加载错误和分析程序启动时间至关重要。 --- 第四部分：操作系统、并发与系统级编程 本部分聚焦于系统软件如何管理硬件资源并支持多任务执行。 第10章：进程、线程与并发模型 本章全面对比了进程和线程的概念。我们将深入研究内核如何使用上下文切换（Context Switching）来实现多任务的假象。内容涵盖进程地址空间布局（栈、堆、数据段、代码段的位置）、线程的内核级与用户级实现，以及线程库（如POSIX Threads）的API和底层同步机制。 第11章：同步与互斥：避免竞态条件 并发编程的难点在于正确同步。本章详述了实现互斥访问的关键工具：信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）、条件变量（Condition Variables）以及屏障（Barriers）。更重要的是，我们将分析这些同步原语的底层实现，探讨硬件原子操作（如Compare-and-Swap, CAS）在构建无锁数据结构中的作用，并讨论死锁、活锁和饥饿问题的识别与避免策略。 第12章：I/O系统与网络基础 本章探讨了系统如何进行高效的输入/输出操作。我们对比了中断驱动I/O、DMA（直接内存访问）和现代的异步I/O模型（如epoll, io_uring）。最后，本章将系统级知识扩展到网络栈，分析TCP/IP协议栈在操作系统中的抽象层级，以及系统调用（如`socket()`和`read()`）如何跨越用户空间与内核空间进行数据传输。 --- 总结与展望 本书的最终目标是培养“系统级思考者”。通过对计算各个层次的系统化拆解和重构，读者将能够识别出性能瓶颈的真正来源，预判代码在特定硬件上的行为，并设计出真正具有健壮性和可扩展性的应用程序。这不是一本关于特定语言的教程，而是一部关于计算本质的工程宣言。

评分☆☆☆☆☆

如果计算机科学只能带走一本书的话，我选择这本。 这是本很有趣的书，了解计算机底层技术是件极富挑战同趣味的事情，这样的书籍给人带来极大乐趣。个人认为这样的书籍，计科专业的本科学生越早接触越好，它会让你比别人更早拥有一个系统的计算机知识，更能触类旁通。如果想从事...  

评分☆☆☆☆☆

上个星期终于把csapp看完了。 我买的是中文版的，因为除了貌似评价不错以外，由于涉及到些自己不了解的底层东西，怕是看英文会云里雾里。现在看来，大概不能算是个优点，但是的确能够加快我的看书速度，否则一星期还真不大可能把这书搞定。 对csapp慕名已久，主要在于据说这本...  

评分☆☆☆☆☆

直到今天,大体上看完了这本书,空过了其中四章.因为它们说的是比较以Unix为基础的技术或者是网络技术或者比较深入地讨论了某些细节.它们分别是第八章,异常控制流,第九章,测量程序执行时间,第十二章,网络编程,第十三章,并发编程.花了大约四十天,除了其中有些日子,应该是实实...  

评分☆☆☆☆☆

最新课程：2014年6月30日这门课在Coursera开始第二季，地址https://www.coursera.org/course/hwswinterface，请大家及时关注 如果你觉得这本书过于厚重担心看不下来的话，不妨跟着coursera的Hardware/Software Interface这门课程去听一听。这本书虽然是这门课的超集，但是其中...  

评分☆☆☆☆☆

这是一本多么伟大的书籍！我希望我曾去过卡耐基梅隆大学并参加这门课程。这本书是卡耐基梅隆大学的教授在讲授计算机系统课程后的几年时间里写的。从程序员的观点看（作为标题来说更为恰当），这本书涵盖了广泛的主题范围，包括操作系统，编译器，计算机系统结构，集级编程，内...  

评分☆☆☆☆☆

这本书的魅力在于，它能够让你站在一个全新的角度来审视你所熟悉的编程世界。它不是简单地罗列技术细节，而是将各个技术点巧妙地串联起来，形成一个完整的计算机系统图景，并且始终以程序员的视角出发。我非常欣赏它对虚拟内存系统的详细解释，它不仅仅是讲解了页表和TLB这些概念，更深入地探讨了它们如何影响程序的性能，以及如何通过理解内存访问模式来优化代码。这本书的语言风格也非常精炼且富有洞察力，它用一种非常直观的方式阐述复杂的概念，让原本晦涩的技术变得易于理解。它就像一位经验丰富的向导，带领我一步步探索计算机系统的深层奥秘，让我对“代码是如何运行的”这个问题有了前所未有的清晰认知。我已经迫不及待地想将书中学到的知识应用到我的实际项目中，去解决那些曾经让我头疼的性能问题，并对我的程序有更深入的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于任何想要深入理解计算机系统底层的程序员来说，都是一本不可或缺的宝藏。它以一种非常系统和全面的方式，覆盖了从硬件到操作系统的各个关键组成部分。我尤其喜欢它对进程和线程管理的讲解，它清晰地阐述了进程与线程的区别，以及它们在并发编程中的作用。书中关于同步机制的讨论，如互斥锁、信号量等，也为我解决多线程环境下的竞态条件提供了理论基础和实践指导。它不仅仅是简单地介绍这些概念，更重要的是解释了它们是如何工作的，以及在实际编程中可能遇到的问题和解决方案。我曾经在编写多线程程序时遇到过死锁问题，但在阅读了这本书的相应章节后，我才恍然大悟，并学会了如何避免和解决这类问题。这本书的语言风格也很吸引人，它用一种非常直接、清晰的方式进行阐述，避免了不必要的术语堆砌，让我能够专注于核心内容的理解。它就像一位经验丰富的导师，一步步地引导我探索计算机系统的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

我一直以来都对计算机系统的工作原理充满了好奇，而这本书则以一种前所未有的方式满足了我的求知欲。它以程序员的视角，深入剖析了计算机系统的各个层面，从硬件指令到操作系统内核，再到编译器和链接器。我尤其被书中关于缓存一致性协议的讲解所吸引，它清晰地解释了多处理器系统中，如何保证共享内存的一致性，以及这对于并行编程的重要性。这让我对现代多核处理器的设计有了更深入的理解。书中的例子也非常丰富，而且都紧密结合了实际的编程场景，这使得学习过程既有趣又高效。我经常在阅读的过程中，将书中的概念与我平时遇到的编程问题联系起来，那种豁然开朗的感觉，是其他任何教材都无法给予的。这本书不仅仅是在传授知识，更是在传授一种“理解”计算机系统的方式，一种能够让我看到代码背后运作机制的“慧眼”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排堪称完美，它以一种非常系统的方式，引导读者逐步深入计算机系统的各个层面。我尤其喜欢它在介绍不同主题时的过渡处理，总是能巧妙地将前一个知识点与后一个知识点联系起来，让我感觉学习过程非常流畅，没有出现知识断层。例如，在讲解处理器架构时，它首先介绍了指令集架构，然后是流水线技术，再到缓存层次结构，最后还深入探讨了多核处理器和并行计算。这种层层深入的讲解方式，让我能够清晰地理解每个部分是如何协同工作的。书中的插图和图表也起到了至关重要的作用，它们用直观的方式将复杂的概念可视化，大大降低了理解的难度。我经常会反复回顾那些图表，它们帮助我巩固了对内存模型、进程调度、线程同步等关键概念的理解。这本书不仅仅是一本教材，更像是一本编程的“内功心法”，它教会我如何去“看见”代码在硬件层面是如何运作的。它让我明白了为什么一些看似简单的代码，在实际运行中会有如此大的性能差异，以及如何通过调整代码和理解底层机制来提升程序的效率。我已经迫不及待地想将书中学到的知识应用到我的实际项目中，去解决那些曾经让我头疼的性能问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一本编程圣经，为我打开了通往计算机系统深层理解的大门。它以一种非常独特的方式，将计算机系统的各个组成部分串联起来，并且始终站在程序员的角度进行分析。我尤其喜欢它对网络编程的讲解，它不仅仅是介绍了TCP/IP协议栈的基本原理，更深入探讨了Socket API的使用，以及如何在实际编程中处理网络通信中的各种细节，例如连接管理、数据传输、错误处理等。这让我对网络应用的设计和实现有了更深刻的认识。书中的实例也十分贴切，能够很好地帮助我理解那些抽象的概念。它让我明白了，很多时候我们认为理所当然的编程行为，背后都蕴含着复杂的系统设计和精妙的工程实现。这本书不仅仅教授了知识，更重要的是培养了一种解决问题的思维方式，让我能够更加自信地面对复杂的编程挑战，并能从更深的层次去优化我的程序。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本好的计算机科学教材，应该能够激发读者的学习热情，并且提供清晰、准确的解释。这本书在这两方面都做得非常出色。作者用一种非常易于理解的方式，将那些原本可能非常晦涩难懂的技术概念，变得生动有趣。我特别欣赏它在讲解数据表示和运算时，那种严谨又不失趣味性的描述。它不仅解释了二进制、十六进制等表示方法，更深入探讨了浮点数运算的精度问题，以及这些问题在实际编程中可能带来的影响。通过这本书，我才真正理解了为什么在进行浮点数比较时，不能直接使用“==”运算符。此外，书中对编译器、汇编器、链接器等工具的讲解也让我受益匪浅。它让我看到了，我们编写的高级语言代码，是如何一步步被转换成机器能够执行的指令的。理解这个过程，对于我优化编译过程、解决链接错误，以及更深入地理解程序行为，都起到了至关重要的作用。这本书不仅仅是在传授知识，更是在传授一种“理解”计算机系统的方式，一种能够让我看到代码背后运作机制的“慧眼”。

评分☆☆☆☆☆

这本书是我计算机科学学习过程中遇到的一个里程碑，它以一种极为罕见的方式，将计算机系统的各个组成部分以程序员的视角进行了生动的阐释。我之所以如此推崇它，是因为它能够让我清晰地理解，我所编写的每一行代码，在底层是如何被转化为机器指令，如何在处理器上执行，以及如何与内存、操作系统进行交互。书中对编译器优化的讲解，尤其让我印象深刻，它揭示了编译器是如何通过各种技术来提升程序性能的，这让我对如何编写更高效的代码有了更深刻的认识。我曾经在编写一些对性能要求极高的程序时感到束手无策，但在阅读了这本书的相应章节后，我才恍然大悟，并学会了如何通过调整代码结构和利用编译器提供的优化选项来提升程序的执行效率。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维的启发，它让我对计算机系统产生了更深层次的敬畏和理解。

评分☆☆☆☆☆

在我学习计算机编程的旅程中，这本书扮演了至关重要的角色。它以一种独特而深刻的方式，揭示了计算机系统是如何运作的，并且这种揭示是直接面向程序员的。它不仅仅是关于硬件或操作系统的理论，更是关于这些底层机制如何影响我们的编程实践。我非常欣赏它对链接器工作的详尽讲解，这让我理解了为什么在编译和运行程序时会遇到各种链接错误，以及如何去解决它们。书中关于可执行文件格式的介绍，也让我对程序在磁盘上的存储方式以及加载到内存中的过程有了更清晰的认识。它不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的引导，让我能够站在更高的维度去审视我的代码。我经常在阅读的过程中，将书中的概念与我平时遇到的编程问题联系起来，那种豁然开朗的感觉，是其他任何教材都无法给予的。这本书让我从一个“代码使用者”变成了一个更“懂行”的程序员。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我计算机科学学习道路上的灯塔，在我第一次翻开它的时候，就被它独特的视角深深吸引了。它并非简单地罗列枯燥的理论，而是真正地站在了程序员的立场上，去剖析计算机系统是如何运作的。我一直对底层原理充满好奇，但很多教材都过于抽象，让我难以理解。这本书则不同，它从一个实际编程的场景出发，层层递进地揭示了硬件、操作系统、编译器、链接器等等是如何协同工作的。比如，它关于内存管理的部分，不仅仅是讲了虚拟内存的概念，更重要的是解释了它如何影响程序的性能，以及如何通过理解内存布局来优化代码。我记得书中有一个章节，详细讲解了缓存的工作原理，以及它对程序执行速度的巨大影响。这让我茅塞顿开，之前写的一些性能瓶颈问题，突然都有了清晰的解答。它教会我如何思考，如何从一个更宏观的角度去理解代码在计算机中是如何被执行的，而不是仅仅停留在代码的表面。这本书的例子非常丰富，而且都紧密结合了实际的编程场景，这使得学习过程既有趣又高效。我常常在阅读的过程中，将书中的概念与我平时遇到的编程问题联系起来，那种豁然开朗的感觉，是其他任何教材都无法给予的。它不仅教授了知识，更培养了一种解决问题的思维方式，让我能够更加自信地面对复杂的编程挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度都令人印象深刻，它提供了一个全面且深入的计算机系统视角，从硬件到软件的各个层面都有详尽的阐述。我一直对操作系统内核的工作原理感到好奇，这本书在这方面给予了我极大的满足。它详细介绍了进程的创建、销毁、调度以及内存管理策略，让我对操作系统如何管理和分配资源有了更清晰的认识。特别值得一提的是，书中关于虚拟内存的讲解，不仅解释了其基本原理，还深入探讨了页表、TLB等关键组件，以及它们如何协同工作以实现高效的内存访问。这让我对程序执行时的内存访问过程有了更深刻的理解。这本书的实践性也很强，它通过丰富的示例代码和练习题，帮助我巩固了书中的知识。我发现，通过动手实践，我能够更直观地理解那些理论概念，并将它们应用到实际的编程问题中。这本书的价值在于，它不仅仅提供了知识，更重要的是教会了我如何去思考和解决问题。

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希望这学期18613学完时候这本书也能看完吧 -- 书读完了，课也上完了！所有lab全部满分，mid term 94.7，final 100。在cmu上的最好的课了，无憾矣！

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连击三掌，口吐鲜血，扶墙而出【感觉要看看实践性的东西了

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我终于还是把它领回来了（？ 非常硬核，读完就跪了

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连击三掌，口吐鲜血，扶墙而出【感觉要看看实践性的东西了

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看懂并认为有用的是前两章和最后一章