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出版者:人民郵電齣版社

作者:白建軍

出品人:

頁數:424

译者:

出版時間:1999-10-1

價格:39.00

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787115081643

叢書系列:

圖書標籤:

• OpenGL
• 圖形學
• 計算機圖形學
• 遊戲開發
• C++
• 編程實例
• DirectX
• 渲染
• 可視化
• 技術圖書

《深入理解計算機係統：從硬件到軟件的架構透視》 圖書簡介 在信息技術飛速發展的今天，軟件與硬件的邊界日益模糊，構建高效、可靠、可擴展的係統，要求從業者具備跨越不同技術層次的綜閤視野。本書《深入理解計算機係統：從硬件到軟件的架構透視》，並非一本關注特定圖形API或編程範式的教程，而是一部旨在為讀者構建堅實底層基礎、揭示現代計算機係統運行核心機製的權威著作。它將帶領讀者穿梭於晶體管的物理世界與應用程序的邏輯空間之間，剖析數據如何在這些層次間高效流轉，以及軟件設計如何受限於底層硬件的特性。 第一部分：信息的二進製基礎與處理器架構 本部分將從最底層的視角切入，構建讀者對計算機工作原理的直觀理解。我們不會討論任何圖形編程的細節，而是聚焦於信息本身是如何被編碼和處理的。 1. 數據錶示與運算： 深入探討整數（有符號與無符號）、浮點數（IEEE 754標準）、字符編碼（如ASCII與Unicode）的內部結構。重點分析在不同錶示法下，如何安全且高效地進行算術運算，尤其關注溢齣、截斷和捨入誤差在實際編程中的影響。我們將詳細解析二進製補碼的實現機製，以及這些底層選擇如何影響高級語言中的類型轉換行為。 2. 機器級代碼與指令集： 介紹典型的x86-64或ARM指令集架構（ISA）的概覽，重點關注指令的格式、尋址模式以及操作數的處理方式。本書不涉及任何OpenGL的API調用，而是專注於匯編語言層麵，展示高級語言（如C/C++）是如何被編譯器翻譯成一係列可執行的機器指令的。讀者將學會如何使用反匯編工具，觀察循環、函數調用和條件分支在匯編層麵的真實麵貌。 3. 處理器結構與性能： 探討現代高性能處理器的核心組件，包括算術邏輯單元（ALU）、控製單元、寄存器堆棧。我們將深入講解指令級並行性（ILP）的概念，包括流水綫技術（Pipelining）、超標量（Superscalar）執行以及分支預測（Branch Prediction）的工作原理。通過這些分析，讀者將理解為何改變代碼的結構（如調整循環的展開方式）能夠在不改變程序邏輯的前提下，顯著提升運行速度。 第二部分：存儲器層次結構與程序的性能調優 性能的瓶頸往往隱藏在數據訪問的時延中。本部分將全麵解構計算機的存儲器層次結構，從寄存器到磁盤，分析數據在不同介質間的移動和緩存策略。 1. 存儲器層次結構： 詳細闡述寄存器、L1/L2/L3緩存、主存（DRAM）和輔助存儲器（SSD/HDD）之間的性能、容量和成本權衡。重點分析緩存的工作機製，包括塊（Block）的組織、映射策略（直接映射、組相聯、全相聯）以及替換策略（如LRU的近似實現）。 2. 虛擬內存係統： 深入講解虛擬內存的概念，它如何為每個進程提供一個獨立的、私有的地址空間。分析內存管理單元（MMU）的角色，包括頁錶（Page Tables）的結構、多級頁錶的實現，以及TLB（轉換後援緩衝器）在加速地址翻譯中的關鍵作用。本書將詳述缺頁中斷（Page Fault）的處理流程，以及這如何影響程序的啓動和運行時行為。 3. 程序的局部性與優化： 強調程序代碼的“時間局部性”和“空間局部性”對緩存命中率的決定性影響。通過具體的C代碼示例（而非圖形代碼），展示如何通過數據結構重排（如結構體數組與數組結構體的對比）、循環優化（如矩陣轉置）來最大化緩存的利用率，從而實現“內存訪問友好”的程序設計。 第三部分：鏈接、加載與係統調用 本部分關注程序從源代碼到可執行文件的完整生命周期，以及程序運行時如何與操作係統內核進行交互。 1. 目標文件與鏈接過程： 剖析ELF（Executable and Linkable Format）或PE等目標文件格式的結構，包括代碼段（.text）、數據段（.data, .bss）和符號錶。詳細解釋編譯、匯編、鏈接（靜態鏈接與動態鏈接）的完整過程，著重分析重定位（Relocation）的原理，以及共享庫（Shared Libraries）是如何在運行時被加載和解析的。 2. 進程與地址空間布局： 描述一個C程序被加載到內存中時的具體布局，包括代碼區、數據區、堆（Heap）和棧（Stack）的相對位置和增長方嚮。詳細對比堆（動態內存分配）和棧（局部變量、函數調用）的管理機製，並分析內存分配器（如malloc/free）的內部算法和碎片化問題。 3. 進程控製與I/O： 介紹操作係統內核（Kernel）的角色，以及用戶程序如何通過係統調用（System Calls）請求服務。重點分析進程的創建（fork/exec）、狀態管理和進程間通信（IPC）的基本機製。對標準I/O操作（如文件讀寫）如何通過內核緩衝區和文件描述符實現的原理進行深入探討。 第四部分：並發編程與同步 現代係統必須能高效地處理多個任務，本部分將從硬件綫程模型齣發，探討構建健壯並發程序的方法。 1. 綫程模型與並發： 區分進程與綫程，介紹Pthreads或其他原生綫程模型的API。分析多核處理器上的並發執行模型，以及底層硬件如何通過緩存一緻性協議（Cache Coherence Protocols）來協調多個CPU核心對共享內存的訪問。 2. 同步機製與競態條件： 詳細剖析並發編程中最危險的問題——競態條件（Race Conditions）。介紹實現互斥訪問的底層同步原語，包括互斥鎖（Mutexes）、信號量（Semaphores）和條件變量（Condition Variables）。重點分析這些機製在實現時是如何利用硬件提供的原子性操作（如Test-and-Set或Compare-and-Swap）來保證正確性的。 3. 內存一緻性模型： 介紹現代處理器和編譯器為瞭追求性能而對內存操作順序進行的“重排”（Reordering）。解釋順序一緻性（Sequential Consistency）與更寬鬆的內存模型之間的區彆，以及程序員如何使用內存屏障（Memory Barriers/Fences）來強製執行特定的操作順序，從而編寫齣跨平颱可靠的並發代碼。 總結 《深入理解計算機係統：從硬件到軟件的架構透視》是一本為係統程序員、編譯器開發者、高性能計算工程師以及所有對“計算機如何真正工作”抱有濃厚興趣的讀者量身定製的深度參考書。它摒棄瞭錶麵的API使用技巧，轉而深入挖掘支撐所有軟件運行的底層邏輯和工程權衡，是邁嚮高級係統設計與性能優化的必經之路。

評分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

這本《Open GL 編程實例》的排版實在令人眼前一亮，那種清晰的布局和適中的字號，讓長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。裝幀質量也很棒，封麵設計簡約而不失專業感，拿在手裏沉甸甸的，透露著一種可靠的質感。尤其值得稱贊的是，書中對每一個代碼示例的注釋都做得極其詳盡，即便是初學者也能順著思路一步步理解作者的意圖。不同於市麵上很多教科書那種枯燥乏味的理論堆砌，這本書非常注重“實例”二字，每一個章節的理論講解後，緊跟著的就是一個完整、可運行的小項目，這對於實踐導嚮的學習者來說簡直是福音。我特彆喜歡它對性能優化的探討部分，很多教科書隻是點到為止，但這本書卻深入剖析瞭不同渲染管綫設置對幀率的影響，並給齣瞭實際優化建議，這對我目前工作中遇到的渲染瓶頸問題提供瞭直接的思路。翻閱目錄時，就能感覺到作者在內容組織上的深思熟慮，從基礎的矩陣變換到復雜的著色器編程，過渡得非常自然，仿佛帶著讀者進行瞭一場精心設計的旅程，而不是生硬地灌輸知識點。

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閱讀體驗方麵，這本書的語言風格非常務實且富有條理，沒有過多花哨的辭藻，直擊技術核心。它采用瞭非常清晰的模塊化結構，每個技術點都被拆分成易於消化的單元。例如，在講解矩陣變換的章節，作者並沒有將所有變換（平移、鏇轉、縮放）一股腦地塞在一起，而是分彆用不同的子標題進行詳盡闡述，最後再通過一個綜閤實例展示它們如何協同工作，這種遞進式的教學方法極大地降低瞭學習的認知負荷。此外，書中對於OpenGL API的調用順序和狀態管理描述得極其精確，對於經常在不同版本的OpenGL規範中迷失方嚮的開發者來說，這本書提供瞭一個非常穩定的參考坐標係。它沒有停留在舊版本的函數簽名上，而是明確指齣瞭新版API的優勢和遷移路徑，這使得這本書在未來幾年內仍然具有很高的時效性和參考價值，避免瞭學習過時的知識。

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說實話，一開始我對市麵上又一本OpenGL的書持保留態度，畢竟這個領域資料不少，但拿起這本《Open GL 編程實例》後，我的疑慮很快就打消瞭。這本書的視角非常獨特，它沒有沉溺於過時的固定管綫（Fixed-Function Pipeline）的細節，而是直接將重點放在瞭現代OpenGL的編程範式上，特彆是對可編程管綫（Programmable Pipeline）的講解，簡直是教科書級彆的示範。作者似乎深諳初學者在麵對Shader語言時那種無助感，所以在講解GLSL（OpenGL Shading Language）的部分，采用瞭類比和對比的方式，將復雜的嚮量和矩陣運算用日常的幾何概念進行瞭解釋，使得原本抽象的數學操作變得直觀易懂。另外，書中對資源管理（如紋理加載、緩衝區對象的使用）的討論也遠超預期，它不僅僅告訴你“怎麼做”，更闡述瞭“為什麼這麼做”纔是最佳實踐。這種深度和廣度兼備的講解方式，讓這本書不僅僅是一本工具書，更像是一位經驗豐富的資深工程師在手把手地指導你如何構建健壯且高效的3D應用。

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我對這本書的“實例”部分感到非常驚喜，它們絕非那種簡單的“畫個三角形”的入門級玩具程序。每一個實例都像是一個微型的工程模塊，比如書中關於深度緩衝區的應用實例，就精確地模擬瞭場景遮擋的復雜邏輯，並且附帶瞭詳細的步驟解析，講解瞭深度測試的原理和調試技巧。書中對光照模型的處理也十分到位，從最基礎的環境光、漫反射到復雜的鏡麵反射（Specular Mapping），作者都分彆構建瞭獨立的Demo來展示效果的差異和代碼實現的關鍵點。我尤其欣賞作者在錯誤處理上的態度，書中明確指齣瞭在不同操作係統或驅動環境下可能遇到的兼容性問題，並給齣瞭相應的排查方法，這在很多純理論書籍中是看不到的。這種“預判”讀者可能遇到的睏難並提供解決方案的做法，體現瞭作者極高的專業素養和對讀者群體的深度理解。這本書的價值，在於它提供的不僅僅是代碼，更是一種解決實際問題的思維框架。

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這本書的價值體現在它對“生態係統”的關注，而不僅僅是API本身。在涉及紋理和模型加載的章節，它沒有僅僅停留在OpenGL本身的接口上，而是巧妙地引入瞭外部庫（如GLFW或SDL）的集成方法，並說明瞭這些外部工具如何簡化窗口創建和輸入處理的復雜性。這種將OpenGL置於一個真實應用環境中的講解方式，讓讀者能夠迅速地將書中學到的知識應用到實際的項目啓動階段。更深入的是，它對數據流的把控非常到位，清晰地勾勒齣瞭CPU端數據如何高效地上傳到GPU，以及GPU端數據如何被Shader有效利用的全過程。我個人認為，對於那些希望從“僅僅會調用OpenGL函數”提升到“理解圖形渲染管綫底層機製”的工程師而言，這本書無疑是不可多得的良師益友。它提供的是一種係統性的工程視角，而不是零散的知識點集閤。

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不夠詳細，看看還行

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