Introduction to Computing Systems from B pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Mcgraw Hill Higher Education

作者:Patt; Patel

出品人:

页数:576

译者:

出版时间:2003-11-21

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780071245012

丛书系列:

图书标签:

• 计算机系统
• 计算机导论
• 计算机科学
• 数字逻辑
• 汇编语言
• 操作系统
• 计算机体系结构
• 硬件
• 软件
• 编程基础

深入探索现代计算的基石：硬件、软件与系统的交织 本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，剖析现代计算系统的核心原理、结构设计及其在不同应用场景中的实现方式。我们聚焦于那些构成今天数字世界的底层逻辑和物理实现，旨在帮助读者建立坚实的计算机科学基础，并为进一步的专业研究或工程实践打下坚实的基础。 本书的内容组织围绕计算系统的三大核心支柱展开：信息表示与抽象、系统级硬件架构、以及复杂软件的构建与优化。我们避开了对单一编程语言或特定应用（如Web开发或数据库管理）的深入探讨，而是着眼于跨越所有计算领域都适用的、更基础的、跨越硬件与软件边界的知识体系。 --- 第一部分：信息与计算的本质——从比特到抽象 本部分首先从最基本的层面——信息和数据表示——入手。我们将详细探讨二进制系统如何成为所有数字计算的通用语言。读者将学习到定点数和浮点数的精确表示方法，理解它们在计算机内部如何映射到物理硬件，以及由此产生的精度限制和溢出问题。对于数字逻辑设计至关重要的布尔代数、逻辑门及其组合与时序电路的构建，也将被系统性地介绍。 随后，我们将转向指令集架构（ISA）的底层设计哲学。这部分内容不会拘泥于某一个特定的ISA（如x86或ARM）的全部细节，而是着重于RISC（精简指令集计算机）与CISC（复杂指令集计算机）的设计权衡。我们将分析指令的编码、寻址模式的设计，以及指令流水线如何通过并行执行来提高吞吐量。理解ISA是理解编译器如何将高级代码转化为机器可执行指令的关键桥梁。 信息的抽象层次是理解复杂系统的核心。我们探讨如何通过数据结构的设计，有效地组织和操作数据。这包括对线性结构（如栈、队列、链表）和非线性结构（如树、图、哈希表）的深入分析，重点在于评估它们在时间复杂度和空间复杂度上的性能表现。这些抽象不仅是软件设计的基石，也是理解操作系统内存管理和文件系统设计的基础。 --- 第二部分：计算系统的物理实现——硬件的组织与运作 这一部分将带领读者进入计算机硬件的“心脏地带”，探索CPU、存储器和I/O系统是如何协同工作的。我们不会仅仅停留在概念层面，而是深入到微架构的细节。 中央处理单元（CPU）的设计是本部分的核心。我们将详细剖析流水线技术的原理，包括数据冒险、控制冒险及其解决方案（如分支预测和暂停）。性能的提升往往依赖于更深层次的并行化，因此，超标量处理器、指令级并行性（ILP）的利用，以及多核处理器的设计挑战也将被探讨。我们还会触及缓存层次结构，理解L1、L2、L3缓存的工作机制、一致性协议以及如何通过空间局部性和时间局部性原理优化内存访问性能。 存储器系统的设计对整体性能至关重要。本书将全面覆盖从易失性存储器（DRAM）的工作原理到非易失性存储器（NAND Flash/SSD）的读写特性。特别是，我们将分析虚拟内存管理的机制，包括页表结构、地址转换过程（TLB的作用），以及操作系统如何利用硬件支持来实现进程间的隔离和高效的内存共享。 输入/输出（I/O）系统的处理机制是连接计算核心与外部世界的桥梁。我们将研究中断和异常处理的流程，理解直接内存访问（DMA）如何解放CPU进行高效的数据传输。对于不同类型的I/O设备（如网络接口卡、存储控制器），其背后的总线结构和协议（如PCIe）的设计原则也将被详细阐述。 --- 第三部分：连接硬件与应用的桥梁——系统软件的构建 计算系统的真正威力在于其软件层面如何有效地驾驭底层硬件。本部分专注于系统软件，特别是操作系统和编译器的核心功能。 操作系统被视为管理和抽象硬件资源的复杂软件。我们将深入探讨进程与线程的概念、上下文切换的成本，以及并发控制的方法（如互斥锁、信号量、管程）。资源调度是操作系统的核心职责，本书将详细分析不同调度算法（如时间片轮转、优先级调度）的优缺点及其对系统响应时间和吞吐量的影响。文件系统的设计，包括日志记录、索引节点（inode）结构和数据块分配策略，也将被系统地解析。 编译原理是实现从高级语言到高效机器码转换的关键。本书将覆盖从词法分析、语法分析到语义分析的整个前端过程。重点将放在代码生成与优化阶段，探讨寄存器分配、常量折叠、循环展开等重要的机器无关和机器相关的优化技术，以及它们如何直接影响最终程序的执行效率。理解编译器如何“看到”和重构代码，对于编写高性能软件至关重要。 最后，我们将讨论安全与可信计算的基础。在系统级层面，如何通过硬件特性（如内存保护、地址空间布局随机化ASLR）和操作系统机制来防御常见的攻击向量。理解这些安全边界的构建，是设计健壮系统的先决条件。 --- 结语 本书的结构设计旨在提供一个自底向上、循序渐进的学习路径。通过对信息表示的精确理解，对硬件架构的深入剖析，以及对系统软件复杂性的掌握，读者将能够超越对特定工具的使用，真正理解计算系统的工作方式，从而具备分析、设计和优化下一代计算系统的能力。本书不局限于理论推导，而是通过大量设计实例和性能考量来展示理论如何转化为现实世界的工程决策。

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虽然很惭愧，我其实没有读完这本书，只是在大一的时候看了一部分，但是可以说即使这样，这本书对我来说，影响也是巨大的。时光荏苒，已经马上大四了，回顾这几年学的知识，我发现关于计算机的许多专业课的核心内容其实都已经涵盖到这本巨著里了。 比如说我们要学习的数字电子技...  

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无意间发现有人推荐这本书，看了它的介绍，发现讲的是很基础的东西，花一天时间粗略的看了一遍，我的主要关心点在高级语言在汇编、ISA、机器码的实现。出乎意料的讲的很明白。虽然不够深入，但是却能给人一个整体的概念，C程序如何一步一步的硬件实现。 感觉有点像是把数电、计...  

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内容与《编码》相似，都是从底层到高层，一步步地带你了解计算机。 但是《编码》却更像是用来消遣、娱乐、科普的书。 而这本《计算机系统概论》呢，就是彻彻底底的教材啦。 说道习题，这个部分有太多的错误啦！ 前面5章，好像没发现啥错误之类，也可能是我忘记了。 但是第5...

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坦率地说，这本书的价值远超其作为一本教材的定位。它更像是一份关于现代计算基础设施的“操作手册”和“设计哲学指南”。我发现自己不仅在阅读技术细节，更是在学习一种系统性的思维模式。作者非常擅长引导读者去思考“瓶颈”在哪里，以及如何通过软件或硬件层面的调整来突破这些限制。比如，当讨论到存储设备访问延迟时，书中对不同存储介质（从SRAM到磁盘）的性能差异做了细致的对比分析，并立刻将这些差异与软件设计中的缓存策略联系起来。这种无缝的软硬结合分析，使得阅读过程充满了发现的乐趣。我感到我的“技术直觉”得到了显著的增强，不再满足于仅仅让程序跑起来，而是追求让它跑得“漂亮”——即最高效、最稳定地运行。对于那些希望从应用层深入到底层，真正掌握系统控制权的技术人员来说，这本书提供的视角是无可替代的。

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这本书的叙事风格非常“务实”，它没有过多地渲染计算机科学的“高大上”，而是直接将读者带到问题的核心。我特别欣赏作者在讲解复杂交互时所采用的类比和图示，它们极大地降低了初学者的认知负荷。举个例子，在描述I/O操作如何通过中断和DMA（直接内存访问）来解放CPU的流程时，我脑中立刻浮现出了一幅高效的工厂生产线画面，极大地加深了对系统并发处理能力的理解。对于我这种非科班出身，但对技术充满好奇的业余爱好者来说，这种注重实际效果和性能影响的讲解方式是极其友好的。它让我体会到，编写高效的代码不仅仅是算法上的优化，更是一种对整个计算环境的精妙调度和管理。读完后，我对编写任何与性能相关的代码都会多一份敬畏之心，因为我知道，一行简单的命令背后，牵动着复杂的硬件协作。这是一种对计算本质的回归和尊重。

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这本书的问世，无疑是为那些渴望深入理解现代计算机底层运作的初学者和爱好者们铺设了一条清晰的道路。我一直对那些抽象的理论和复杂的硬件知识感到望而生畏，总觉得它们高高在上，难以触及。然而，当我翻开这本书时，那种强烈的疏离感奇迹般地消散了。作者似乎拥有一种魔力，能够将那些晦涩难懂的概念，比如指令集架构、内存层次结构以及数据如何在不同层级间高效流转的原理，化解为一幅幅生动易懂的画面。它不像某些教科书那样堆砌术语，而是注重构建一个完整的认知框架。通过大量的实例和循序渐进的讲解，我开始真正理解为什么我们在编写代码时需要考虑效率，为什么不同的编程语言在底层执行时会有性能上的差异。这种由表及里的洞察力，极大地拓宽了我对“计算”这个概念的理解深度。我尤其欣赏它在系统设计哲学上的探讨，这不仅仅是教你“如何做”，更重要的是让你明白“为何要如此设计”，这对于未来任何想成为系统级工程师的人来说，都是无价的财富。

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阅读完这本书后，我最大的感受是，它为我“重塑”了对计算机科学的认知。过去，我总以为编程就是与高级语言的语法和API打交道，但这本书让我回到了“硅片”的层面，去审视0和1是如何被赋予生命的。它详尽地阐述了从软件指令到硬件执行的完整链条，那种感觉就像是拿到了一份精确的、关于我们日常使用的数字设备的“解剖报告”。我特别喜欢其中对于CPU流水线和缓存一致性协议的描述，那种精密的工程美学让人叹为观止。我以前写的多线程程序经常出现难以排查的竞态条件，但现在我能更清晰地在脑海中模拟出数据在不同核心间争抢资源时的场景，这直接帮助我优化了我的并发编程实践。这本书的深度并非一蹴而就，它要求读者投入相当的专注力，但回报是巨大的——你不再是一个只会使用工具的匠人，而是一个理解工具本质的架构师。对于那些准备迎接嵌入式系统或高性能计算挑战的人来说，这本书提供的基础知识是坚不可摧的基石。

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说实话，市面上关于计算机系统的入门读物很多，但大多要么过于偏重理论而缺乏实操感，要么过于关注某一特定平台的技术细节，导致知识的普适性不高。这本书的平衡做得极其出色。它没有陷入特定芯片厂商的私有标准泥潭，而是专注于那些跨越不同硬件平台的通用原理。我曾试图通过阅读大量的技术白皮书来拼凑这些知识点，但效果往往是碎片化且令人沮丧的。这本书就像一位经验丰富、耐心十足的导师，它用清晰的逻辑将这些分散的概念串联起来，形成一张严密且具有弹性的知识网。例如，它对虚拟内存管理机制的讲解，不仅清晰地解释了地址翻译的过程，还深入探讨了操作系统在实现这些机制时所做的权衡和取舍。这种对“为什么这样设计”的深入剖析，远比死记硬背“这是什么”要来得深刻和持久。这本书无疑是那种值得反复翻阅、每次都能带来新感悟的经典之作。

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