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出版者:Morgan Kaufmann Pub

作者:Hennessy

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1993-06

价格:USD 64.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781558602236

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
• 计算机组织与设计
• 计算机体系结构
• 数字逻辑
• 汇编语言
• RISC-V
• MIPS
• 计算机硬件
• 处理器
• 存储系统
• 流水线

《深入理解计算机系统：从硬件到软件的旅程》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的计算机系统理解，它将带您踏上一段从最底层的硬件原理到上层应用程序设计的精彩旅程。不同于纯粹的理论讲解，《深入理解计算机系统》注重实际应用，通过生动的例子和详细的解释，揭示计算机是如何工作的。 内容概览： 第一部分：二进制的本质与数据的表示 数据表示： 我们将从最基础的二进制出发，探讨整数、浮点数等不同类型的数据在计算机中是如何存储和表示的。理解这些基本原理是后续所有内容的关键。我们将深入了解不同数据类型的编码方式，以及它们在计算过程中可能遇到的精度问题和限制。 机器级代码： 揭示高级编程语言（如C语言）是如何被翻译成机器能够直接执行的低级指令的。您将学习到汇编语言的基本语法，理解处理器如何执行指令，以及程序在内存中的布局。这部分将帮助您建立起硬件与软件之间的桥梁。 第二部分：处理器的工作原理与性能优化 处理器设计： 探索现代处理器是如何设计的，包括指令流水线、缓存层次结构等技术，它们如何协同工作以提升指令的执行速度。我们将剖析指令集架构（ISA）的重要性，以及不同ISA之间的差异。 性能优化： 学习如何理解和分析程序的性能瓶颈，并掌握一系列优化技术，包括代码重构、循环展开、指令调度等，以充分发挥硬件的潜力。通过理解缓存的工作机制，您可以编写出更高效的代码，减少内存访问延迟。 第三部分：存储系统与I/O 存储器层次结构： 详细介绍从高速缓存（Cache）、主内存（RAM）到二级存储（硬盘、固态硬盘）的整个存储器层次结构。理解数据如何在不同层级之间流动，以及为什么这种分层设计对性能至关重要。 虚拟内存： 深入探讨虚拟内存的概念，它如何让应用程序拥有比实际物理内存更大的地址空间，以及操作系统如何管理物理内存的分配和回收。我们将解析页表、缺页中断等关键机制。 I/O 系统： 了解输入/输出（I/O）设备是如何与处理器和内存交互的，包括中断、直接内存访问（DMA）等技术，以及它们在现代计算机系统中扮演的角色。 第四部分：程序构造与并发 链接： 剖析静态链接和动态链接的过程，理解可执行文件是如何被组织和加载的。我们将探讨符号解析、重定位等概念，以及共享库的工作原理。 并发编程： 介绍并发的基本概念，包括进程和线程。您将学习如何使用多线程和多进程来编写能够同时执行多个任务的程序，以及如何处理并发带来的同步和互斥问题，例如使用互斥锁、信号量等。 网络编程： 探索网络通信的基本原理，了解TCP/IP协议栈，以及如何使用套接字（Socket）进行客户端/服务器通信。我们将构建简单的网络应用程序，理解数据在网络中的传输过程。 本书特色： 理论与实践相结合： 每章都配有大量实际的编程示例和练习，帮助读者将理论知识转化为实践技能。 系统性强： 内容覆盖从最底层的硬件到上层软件的各个环节，构建了一个完整的计算机系统知识体系。 深入浅出： 使用清晰的语言和直观的图示，将复杂的概念变得易于理解。 贴近现实： 关注现代计算机体系结构和技术，帮助读者应对实际开发中的挑战。 适合读者： 计算机科学与技术、软件工程等相关专业的学生。 希望深入理解计算机系统工作原理的程序员、工程师。 对计算机硬件和底层技术感兴趣的任何人。 通过阅读《深入理解计算机系统：从硬件到软件的旅程》，您将不仅能更好地理解您正在编写的代码，更能深刻洞察计算机是如何高效地执行这些代码的，从而成为一个更优秀的开发者。

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整体而言，这本书给人的感觉是“醇厚且耐读”，它不是那种读完一遍就束之高阁的速食品，更像是一本可以伴随职业生涯持续翻阅的参考手册。我欣赏作者在维护技术前沿性和教材经典性之间找到的微妙平衡。在讲解基础概念时，他恪守了计算机科学最核心、最不易变的原理；但在涉及现代CPU设计时，他又巧妙地融入了近些年来的并行计算和能效优化方面的最新进展。这种内容上的“守正出奇”处理，使得这本书既不会因为过于老旧而脱离实际，也不会因为过度追逐热点而显得浮躁。特别是书中对功耗与性能之间矛盾的剖析，非常深刻，它不再仅仅将性能视为唯一指标，而是将能效比作为一个重要的约束条件来讨论设计决策，这无疑更符合当今移动计算和大规模数据中心的需求。对于任何渴望从“使用者”蜕变为“设计者”的读者来说，这本书提供了一套严谨的、经得起时间考验的底层认知框架，其深度和广度足以支撑起未来数年的技术学习和实践。

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这本书的排版设计绝对是值得称赞的亮点之一，它极大地提升了学习的效率和舒适度。在阅读那些涉及大量逻辑门电路、数据通路图和时序图的部分时，作者对图形和文本的配合运用达到了出神入化的地步。图表简洁明了，关键的信号流向和控制逻辑都被用粗细不一的线条和颜色区分开来，即使用一张图表来解释一个复杂的控制单元操作，也不会显得拥挤或混乱。另外，书中提供的习题和课后思考题设置得非常巧妙。它们并非简单的知识点复述，而是要求读者进行设计性的思考，比如“如果你需要设计一个具有特定延迟的ALU，你会如何调整其结构？”这类问题，迫使你将学到的知识应用到实际的“如果”场景中去。这种“学完即练，练即深化”的学习闭环设计，是检验和巩固学习成果的最佳途径。我个人认为，这本书的价值不仅在于它所传授的知识，更在于它提供了一种系统化的、工程化的思维模式，这对于任何希望深入理解计算机系统的学习者来说，都是一笔宝贵的财富。

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这本书的深度和广度都达到了一个令人称赞的平衡点，尤其是在对现代处理器架构的探讨上，展现出了极强的洞察力。我花了大量时间研究其中关于缓存一致性协议和内存层次结构的章节，发现作者在处理这些高度技术性的内容时，表现出了极高的驾驭能力。他不仅详细阐述了 Snooping 协议和 Directory-based 协议的优劣，还结合最新的多核并行处理挑战，对未来可能的发展趋势进行了合理的推测和分析，这种前瞻性思维，在许多同类教材中是难得一见的。阅读体验上，作者的语言风格沉稳而富有节奏感，没有太多花哨的修饰，直击核心，却又不失学术魅力。每当遇到关键的理论模型或设计范式时，总会有配套的、经过精心挑选的实例来佐证，这些实例往往来源于行业内真实发生过的设计取舍，让理论不再是空中楼阁，而是紧密服务于工程实践的工具。读完这部分内容，我感觉自己对高性能计算的基石有了更深刻的理解，不再是停留在表面的“知道有缓存”，而是真正理解了“为什么要有它，以及它如何工作”。

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这本书的封面设计着实让人眼前一亮，那种深沉的蓝与硬朗的黑交织在一起，透着一股理工科特有的严谨和厚重感，让人忍不住想把它捧在手里细细品味一番。翻开扉页，那清晰的字体和合理的版式布局，立刻就传达出一种专业且易于阅读的信号。我特别欣赏作者在结构编排上的匠心独运，从宏观的概念引入，到具体硬件组件的深入剖析，再到指令集的逻辑构建，整个脉络层层递进，逻辑链条异常扎实。阅读过程中，我能清晰地感受到作者对于“如何让复杂的概念变得直观易懂”这件事所付出的努力。例如，在讲解流水线技术时，书中并未采用枯燥的理论堆砌，而是巧妙地运用了类比和图示，将原本抽象的时序关系具象化，即便是初次接触这个领域的读者，也能迅速抓住核心要点。这种细致入微的教学设计，极大地降低了学习门槛，让原本可能令人望而生畏的底层原理，变得触手可及。它更像是一位经验丰富的老教授，循循善诱，步步为营地引导你走进计算机的内在世界，而不是简单地丢给你一堆公式和术语。

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令人印象深刻的是作者在处理底层指令集架构（ISA）时的严谨态度。他没有满足于只介绍某一种主流的ISA，而是将不同设计哲学下的指令集进行了对比分析，这种横向的比较视野极大地拓宽了我的知识边界。例如，在对比 RISC 和 CISC 的设计理念时，作者没有简单地给出“谁更好”的结论，而是深入挖掘了各自在指令编码密度、解码复杂度以及对编译器优化友好度等方面的权衡取舍，这种不偏不倚、基于事实的分析，是构建扎实计算机素养的关键。我尤其喜欢他引入“性能等式”来量化不同架构决策带来的影响的方式，这使得评估设计优劣有了一个可量化的标准，而不是纯粹的主观感受。书中对分支预测机制的讲解，堪称教科书级别——从简单的静态预测到复杂的基于历史的动态预测器，每一步的逻辑演变都交代得清清楚楚，甚至连错误预测的代价和缓解策略都有涉及。这部分内容不仅信息量巨大，而且结构组织得如同一个精密的机械装置，每一个部件（概念）都环环相扣，共同驱动着整个系统的运转。

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