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出版者:

作者:卓骏 编

出品人:

页数:310

译者:

出版时间:2008-6

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787030220141

丛书系列:

图书标签:

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好的，这里有一份关于一本名为《深入理解现代计算机体系结构：从底层硬件到操作系统内核》的图书简介。 --- 图书简介：《深入理解现代计算机体系结构：从底层硬件到操作系统内核》 导言：跨越鸿沟，构建全面的技术视野 在信息技术飞速迭代的今天，软件开发者、系统工程师乃至数据科学家，常常在应用层与底层硬件之间感受到知识的鸿沟。我们依赖于快速的硬件性能，却鲜少探究其背后的运行机制；我们熟练使用操作系统提供的接口，却对内核如何调度资源、管理内存知之甚少。本书《深入理解现代计算机体系结构：从底层硬件到操作系统内核》旨在填补这一空白，为读者提供一个全面、深入且实践驱动的视角，透视现代计算系统的核心构成与工作原理。 本书并非对某一特定编程语言或框架的教程，而是聚焦于构建坚实的“计算素养”——理解指令如何在处理器中执行，内存层次结构如何影响程序性能，以及操作系统如何抽象和管理这一切。我们相信，只有真正理解了这些基础，才能写出高效、健壮且具有前瞻性的软件。 第一部分：晶体管之上的世界——处理器与指令集架构（ISA） 本部分将带领读者从物理层面出发，逐步构建起对现代处理器的认知。我们将从最基本的电子元件——晶体管——的开关特性开始，介绍它们如何组合成逻辑门（AND, OR, NOT），进而构成更复杂的组合逻辑电路与时序逻辑电路。 深入剖析微处理器核心： 流水线与超标量执行： 详细解释现代CPU如何通过指令流水线技术提高吞吐量，并深入探讨超标量架构中指令级并行（ILP）的实现机制，包括指令调度、重排序缓冲（ROB）和投机执行（Speculative Execution）。我们将分析分支预测单元（BPU）的工作原理，以及如何应对由此带来的正确性挑战，例如指令回滚机制。 存储器层次结构与缓存系统： 计算机性能的瓶颈往往不在于CPU的运算速度，而在于数据获取的速度。本章将详述L1、L2、L3缓存的设计哲学，包括直接映射、组相联、全相联的组织方式，以及写分配、写穿透、写回等缓存一致性协议（如MESI协议）。读者将学习如何通过代码优化，如数据局部性重排和缓存行对齐，来最大化缓存命中率。 指令集架构（ISA）的演进： 我们将对比精简指令集计算机（RISC）与复杂指令集计算机（CISC）的设计哲学，重点分析当前主流的x86-64和ARMv8架构。内容包括寄存器组织、寻址模式、以及现代编译器如何将高级语言编译成高效的机器码序列。特别地，我们将探讨向量化指令（如SSE/AVX）在并行计算中的应用。 第二部分：内存的抽象与管理——虚拟内存与地址翻译 计算机程序需要一个稳定、连续的地址空间来运行，但物理内存是有限且碎片化的。本部分的核心在于解释操作系统如何通过虚拟内存这一核心机制，为每个进程提供一个一致的“假象”。 虚拟内存的基石： 分页机制详解： 深入讲解分页（Paging）如何将虚拟地址空间分割成页（Pages），并映射到物理内存的页帧（Page Frames）。我们将详细剖析页表（Page Table）的多级结构，以及内存管理单元（MMU）在硬件层面如何实现快速的地址翻译，包括TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用与失效处理。 页面置换算法与缺页中断： 当物理内存不足时，操作系统必须决定哪些页面应该被换出到磁盘（交换空间）。本书将对比经典的OPT、FIFO、LRU及其在硬件或软件中的近似实现（如Clock算法）。同时，我们将剖析缺页中断（Page Fault）的完整处理流程，理解其从硬件触发到操作系统内核响应的全过程。 内存保护与隔离： 虚拟内存不仅用于抽象，更是实现进程间隔离的关键。我们将探讨权限位（User/Supervisor Mode）和访问控制列表（ACLs）如何在硬件层面保障一个进程的代码和数据不被其他进程非法访问，确保系统的稳定性和安全性。 第三部分：操作系统的核心——进程、线程与调度 操作系统是硬件与用户程序之间的桥梁，它的核心职责在于公平、高效地分配有限的CPU时间和I/O资源。本部分将专注于操作系统的调度机制和并发模型。 并发与调度的艺术： 进程与线程的生命周期： 详细区分进程（Process）和线程（Thread）的定义、资源占用和上下文切换（Context Switching）的成本。我们将分析PCB（进程控制块）和TCB（线程控制块）的结构，理解内核如何保存和恢复程序的执行状态。 CPU调度算法的实战分析： 刨析从批处理时代的FCFS到分时系统的RR（Round Robin），再到现代Linux内核采用的CFS（Completely Fair Scheduler）。本书将用量化的指标（如周转时间、等待时间、响应时间）来评估不同调度策略的优劣，并讨论实时系统（RTOS）对调度延迟的特殊要求。 并发控制与同步原语： 探讨多线程环境下数据竞争的危害，并系统性地介绍同步机制：互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、管程（Monitor）和条件变量（Condition Variables）。我们将深入分析死锁的四个必要条件，以及如何通过资源排序或银行家算法（Banker's Algorithm）来预防或避免死锁的发生。 第四部分：I/O系统与设备交互 现代计算系统的性能同样受制于数据如何在CPU、内存和外部设备之间流动。本部分将揭示I/O系统的复杂性。 中断与轮询的平衡： 比较轮询（Polling）和中断驱动（Interrupt-Driven）I/O的效率差异。我们将分析硬件中断控制器（PIC/APIC）的工作流程，以及中断处理程序（ISR）的设计原则，特别是如何最小化中断处理时间以避免“中断风暴”。 DMA（直接内存访问）机制： 解释DMA控制器如何使得外设能够在不占用CPU干预的情况下直接读写系统内存，从而极大地解放了CPU资源，是实现高性能I/O的关键。 文件系统的数据持久化： 简要介绍文件系统的抽象层，包括i节点（inode）结构、目录查找过程，以及日志（Journaling）机制如何保证文件系统在意外断电后的一致性。 结语：面向性能的系统设计 本书的最终目标是培养一种系统性的思维方式。掌握这些底层知识后，读者将能够从硬件视角审视软件设计决策的后果，例如：为什么缓存未命中会导致性能急剧下降？为什么同步原语的选择会影响整体吞吐量？ 《深入理解现代计算机体系结构》适合于计算机科学专业的学生、有志于从事操作系统、编译器、嵌入式系统或高性能计算（HPC）的工程师。通过本书的学习，您将建立起一座坚实的桥梁，连接您所编写的代码与最终运行它的物理机器之间。

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这本书的装帧设计相当引人注目，封面的色彩搭配和字体选择都透露出一种专业又不失活力的气息。刚拿到手的时候，我就被它那种沉甸甸的质感吸引了，感觉内容一定非常扎实。内页的排版也很清晰，字号和行距都考虑到了长时间阅读的舒适度，这一点对于需要深度钻研的读者来说至关重要。我特别欣赏它在章节划分上的逻辑性，从宏观的理论框架到具体的实操步骤，过渡得非常自然流畅，让人有一种循序渐进、步步为营的阅读体验。比如在介绍某个核心概念时，作者并没有急于抛出复杂的模型，而是先用一个贴近生活的案例来铺垫，然后再层层深入地解析背后的原理，这种教学方法极大地降低了理解的门槛。而且，书中的插图和图表设计得非常用心，不是那种简单的示意图，而是经过精心制作的数据可视化呈现，能让人一眼就抓住关键信息，这一点在学习复杂理论时简直是救星。我甚至觉得，这本书放在书架上本身就是一种装饰，它传递出一种对知识的尊重和对阅读体验的重视，体现了出版方在细节上的不懈追求。翻阅初体验下来，我对它在内容深度上的表现已经充满了期待，希望它能真正带来知识上的飞跃。

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说实话，我本来对这种偏理论性的书籍有些望而却步，总担心内容会过于陈旧或者晦涩难懂，但这本书完全打破了我的固有印象。它的叙事节奏感非常好，像是一部精心编排的交响乐，高潮迭起，张弛有度。作者非常擅长用富有画面感的语言来描绘抽象的理论场景，使得原本冰冷的模型和公式一下子变得生动起来，具有了生命力。例如，在描述一个市场渗透策略时，作者的笔触仿佛是一位导演在调度一场复杂的商业战役，每个环节的衔接都清晰可见，让人读完后脑海中立刻就能构建出清晰的实施蓝图。更让我惊喜的是，书中对新兴趋势的关注度非常高，没有固步自封于传统的框架，而是积极地将最新的技术和思维模式融入其中进行阐释，这确保了这本书的生命力和时效性。我甚至在某些章节读出了哲学思辨的味道，它促使我不仅仅停留在“如何操作”的层面，而是开始思考“为什么我们要做这个操作”的终极商业目标。这种由表及里的引导，是这本书最迷人的地方之一。

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这本书的整体阅读体验，可以概括为一种深度的“智力激发”。它不像那种快餐式的成功学读物，读完后热血沸腾但转眼即忘；它更像是一块磨刀石，不断地在打磨读者的思维锋利度。每一次翻阅，我都能发现新的层次和新的解读角度，这得益于作者在内容组织上所体现出的极高密度和广度。很多看似简单的概念，在作者的笔下，都延伸出了复杂的社会学、心理学和经济学背景支撑，这极大地拓宽了我对这个领域的认知边界。我体会到，作者在撰写时，是站在一个非常高的学术和行业交叉点上俯瞰全局的，所以他给出的建议往往是具备战略高度的，而不是仅仅停留在战术层面。这本书的价值不在于教你一套死板的流程，而在于培养你构建自己流程的能力。读完之后，我感觉自己的思考框架被重新构建了，看问题不再是非黑即白，而是充满了各种可能性和变量的复杂系统。这是一本真正能够改变一个人看待商业世界方式的书籍，它的影响力是深远而持久的。

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这本书的文字风格极其严谨，每一个术语的界定都精准到位，丝毫没有含糊不清的地方。我尤其赞赏作者在论述过程中展现出的那种批判性思维，它不仅仅是知识的搬运工，更像是知识的引导者。在解析一些市场现象时，作者会引用多方的观点进行对比分析，然后给出自己基于现有研究的独立判断，这使得全书的论述显得尤为客观和可信。阅读过程中，我常常需要停下来，反复咀嚼某些论点的逻辑推导过程，那种被清晰的逻辑链条所引导的感觉非常棒，仿佛在跟随一位经验丰富的导师进行一对一的深度研讨。书中穿插的那些深度案例分析，不仅仅是简单地描述“发生了什么”，更重要的是剖析了“为什么会这样”，以及“如果是我会怎么做”，这种前瞻性和反思性让这本书的价值远远超出了教材的范畴，更像是一本实战手册的理论基石。我感觉作者对这个领域的理解已经深入骨髓，才能写出如此滴水不漏的论述，对于想要建立扎实知识体系的读者来说，这是一本不可多得的宝典。

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从实用性的角度来看，这本书的处理方式非常“接地气”，它没有将理论束之高阁，而是努力寻找理论与实践之间的那条最短、最有效的连接线。书中在关键知识点后附带的“实践检验”小节，设计得非常巧妙，它不是简单的习题，而是引导读者去思考在真实商业环境中如何应用刚刚学到的工具或框架。我发现自己不再是单纯地被动接受信息，而是被鼓励主动去进行知识转化和创造。比如，它对某个数据分析模型的讲解，不仅给出了公式，还详细说明了在不同数据质量下如何调整模型参数，甚至还预警了潜在的“采坑点”，这种近乎“保姆式”的贴心指导，对于初入行业的学习者来说，简直是太及时雨了。我感觉作者仿佛是一位资深顾问，坐在我旁边，随时准备在我犯错前给出善意的提醒。这种高度的实战导向，让我在阅读时就充满了做项目的冲动，而不是仅仅满足于知识的积累，这才是真正高效的学习方式。

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