計算機等級考試教程:操作係統(三 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:機械工業齣版社

作者:

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1998-03

價格:25.00

裝幀:平裝

isbn號碼:9787111049883

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機等級考試
• 操作係統
• 三級
• 教材
• 教程
• 考研
• 計算機基礎
• Windows
• Linux
• 知識點

《深入理解計算機係統：從硬件到軟件的全麵剖析》 書籍簡介 本書旨在為讀者構建一個全麵、深入且實用的計算機係統知識框架。它不僅僅是關於操作係統的某個特定考試或某個特定版本的教程，而是聚焦於計算機係統設計和實現的底層原理、核心組件以及它們之間復雜的交互機製。我們的目標是讓讀者不僅知道“如何做”，更深刻理解“為什麼是這樣”，從而具備應對未來技術變革的堅實基礎。 第一部分：信息錶示與程序設計基礎 本部分將係統地探討計算機處理信息的基本方式。我們從最底層的數字錶示開始，詳細闡述整數和浮點數的二進製編碼（包括補碼、IEEE 754標準），這對於理解計算的精度和局限性至關重要。隨後，內容將轉嚮程序如何轉化為機器可以執行的指令。我們將深入講解匯編語言的結構，包括指令集架構（ISA）的概念，例如x86-64的通用寄存器、數據傳輸指令、算術邏輯單元（ALU）操作，以及控製流指令（如跳轉和循環）。 接著，本書會詳盡分析編譯過程的各個階段：預處理、編譯、匯編和鏈接。特彆地，我們將花費大量篇幅解析鏈接器的作用，區分靜態鏈接和動態鏈接，並解釋共享對象（Shared Objects）和地址重定位是如何在運行時構造齣可執行程序的內存映像。這為理解操作係統如何加載和執行程序奠定瞭基礎。 第二部分：處理器體係結構與性能優化 本章聚焦於現代中央處理器（CPU）的內部工作原理，這是理解程序執行效率的關鍵。我們將從經典的馮·諾依曼和哈佛架構齣發，過渡到現代高性能處理器的設計。重點內容包括： 指令級並行（ILP）：深入探討指令流水綫（Pipeline）的工作原理，分析數據冒險、控製冒險以及結構冒險，以及它們如何通過轉發（Forwarding）和分支預測機製來緩解。 層次化存儲結構：詳細介紹寄存器、高速緩存（Cache）的多個級彆（L1, L2, L3）的設計哲學。我們將剖析緩存的組織方式（直接映射、組相聯、全相聯），替換策略（如LRU），以及寫迴/寫穿透策略。理解緩存的局部性原理（時間局部性和空間局部性）是編寫高效代碼的基石。 虛擬內存的硬件支持：探討內存管理單元（MMU）的角色，特彆是頁錶（Page Table）的結構、多級頁錶的優勢，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）在加速地址翻譯中的關鍵作用。 第三部分：操作係統核心服務與抽象 本部分開始從硬件層麵躍升到軟件層麵，探討操作係統提供的核心抽象機製。我們不會局限於特定操作係統的API，而是探究支撐這些API的通用概念。 進程與綫程管理：清晰區分進程（Process）與綫程（Thread）的概念，闡述進程的上下文切換（Context Switching）開銷和機製。我們會深入分析內核如何維護進程控製塊（PCB）以及各種調度算法（如優先級調度、輪轉法、多級反饋隊列）的設計目標和適用場景。 並發與同步：這是理解多任務和多核編程難點的核心。本書將全麵覆蓋並發編程中遇到的挑戰，如競態條件（Race Conditions）和死鎖（Deadlock）。我們將係統地介紹同步機製的實現細節，包括互斥鎖（Mutex）、信號量（Semaphore）、條件變量（Condition Variables）以及屏障（Barriers）。對於復雜的同步問題，我們將探討如何使用原子操作（Atomic Operations）來實現無鎖數據結構。 內存管理：虛擬地址空間：詳述操作係統如何為每個進程創建和維護獨立的、私有的虛擬地址空間。我們將分析內存分配的哲學，如堆（Heap）的動態分配（`malloc`/`free`的底層實現，如分離適配器或夥伴係統），以及棧（Stack）的自動管理。重點討論缺頁中斷（Page Fault）的處理流程，以及內核如何利用置換算法（如最優、FIFO、LRU的近似實現）來管理物理內存。 第四部分：持久性存儲與I/O係統 本部分關注數據如何在斷電後依然存在，以及係統如何與外部世界進行交互。 文件係統：我們將探討文件係統的組織結構，包括i節點（inode）的使用、目錄結構的實現、以及數據塊的分配策略。我們會比較不同文件係統的設計思想（如日誌文件係統JFS/Ext4的日誌機製如何保證數據一緻性）。 I/O硬件與驅動：解析I/O設備的通用接口標準。重點介紹I/O傳輸的三種主要方式：程序控製I/O、中斷驅動I/O和直接內存訪問（DMA）。理解DMA如何解放CPU，使得數據可以在設備和內存之間直接傳輸，是掌握高性能I/O的關鍵。 網絡編程基礎：雖然不是純粹的操作係統主題，但網絡通信是現代係統不可或缺的一部分。本書將簡要介紹TCP/IP協議棧的層次結構，重點放在Socket接口之上，解釋內核如何管理套接字緩衝區以及I/O多路復用技術（如`select`, `poll`, `epoll`）的原理和性能優勢，它們是構建高並發網絡服務的基礎。 本書的編寫風格側重於原理的深度挖掘和實踐的聯係，通過大量的係統調用層麵的剖析和關鍵算法的僞代碼展示，幫助讀者建立起一套紮實、貫穿硬件、操作係統內核到應用層編程的係統級視野。掌握這些知識，將使讀者能夠高效地調試復雜的係統級錯誤、優化程序性能，並對任何新興的係統架構變化做齣快速而準確的判斷。

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說實話，我對市麵上很多考試用書都持保留態度，總覺得它們要麼過於理論化，要麼就是應試技巧的堆砌，缺乏真正的深度和廣度。但這本書給我的感覺完全不同。它的內容不僅緊密圍繞考試大綱，更重要的是，它深入淺齣地剖析瞭操作係統背後的核心原理。作者在講解內存管理時，並沒有停留在簡單的分頁和分段概念上，而是詳細探討瞭虛擬內存的工作機製、缺頁中斷的處理過程，甚至還涉及瞭一些現代操作係統中關於TLB和Cache的優化策略。這種深度分析，對於想要真正掌握操作係統，而不僅僅是通過考試的人來說，簡直是福音。書中對係統調用和內核態/用戶態切換的描述也相當到位，結閤一些實際的程序執行流程圖，使得讀者能夠清晰地理解操作係統是如何為用戶程序提供服務的。這種兼顧廣度和深度的內容設置，讓這本書的價值遠遠超齣瞭一個簡單的“考試教程”的範疇，更像是一本高質量的入門級專業參考書。

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從學習的迭代和更新角度來看，這本書也展現齣瞭極強的時效性和前瞻性。雖然它是一本針對特定考試等級的教程，但它並沒有固步自封於過時的知識點。在涉及到並發控製和同步機製的部分，作者巧妙地融入瞭現代多核處理器環境下需要考慮的原子操作和內存屏障等概念的初步介紹，雖然篇幅不長，但足以讓讀者意識到操作係統技術正在不斷發展。這對於我們這些希望知識體係能跟上時代步伐的學習者來說，非常重要。它沒有強行灌輸太多前沿但考試不考的內容，而是以一種非常剋製和恰當的方式，提供瞭通往更深層次學習的“窗口”。這使得這本書不僅能在短期內幫助我們通過考試，更能為我們未來深入學習分布式係統或嵌入式係統打下堅實、與時俱進的基礎。它真正做到瞭“麵嚮考試，立足未來”的定位。

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這本書的語言風格非常平實、嚴謹，沒有那種故作高深的學術腔調，也沒有過於隨意的網絡用語，找到瞭一種非常恰當的平衡點。作者在闡述技術細節時，用詞精準，邏輯鏈條清晰，即便是麵對像死鎖預防和檢測這樣比較棘手的問題，也能用非常清晰的步驟和準確的術語來引導讀者逐步理解。特彆是對於那些計算機專業基礎相對薄弱的讀者來說，這種清晰、不繞彎子的敘述方式簡直是救星。我個人感覺，閱讀這本書的過程，就像是跟隨一位經驗豐富的導師在進行一對一的輔導。他知道哪裏容易齣錯，會在哪裏提前做鋪墊和提醒。比如在介紹中斷處理流程時，他特意加入瞭對“中斷嚮量錶”作用的強調，並解釋瞭它如何保證係統響應的確定性。這種前瞻性的指導，讓我在學習過程中始終保持著清晰的脈絡感，極大地減少瞭重復閱讀和自我修正的成本。

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我特彆欣賞這本書在案例分析和習題設計上的獨到匠心。很多教程的習題都是陳詞濫調，換湯不換藥，做完一套就覺得沒什麼意思瞭。但這裏的習題明顯經過瞭精心設計，很多題目都模擬瞭真實的工作場景，需要讀者綜閤運用多個知識點纔能解答。比如，在文件係統那一章，有一個綜閤題要求我們分析在多用戶並發訪問共享文件時，可能齣現的數據不一緻問題，並要求設計一個簡單的同步機製來解決。這種考察綜閤分析和解決實際問題的能力的題目，遠比那種死記硬背概念的題目要有價值得多。而且，書後附帶的參考答案和詳細解析也非常詳盡，不僅僅告訴我們正確答案是什麼，更重要的是解釋瞭為什麼其他選項是錯誤的，這種“刨根問底”的講解方式，極大地幫助我們糾正瞭思維誤區。這種注重實踐應用的學習方式，讓我感覺自己不僅僅是在“備考”，更是在“構建”自己的專業知識體係。

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這套教材的排版和設計真是讓人眼前一亮，拿到手的時候就感覺很舒服。封麵設計簡潔大氣，用色也非常專業，給人一種嚴謹又不失活力的感覺。內頁的字體選擇很閤理，大小適中，閱讀起來絲毫沒有壓力。更值得稱贊的是，書中大量的圖示和流程圖，對理解復雜的操作係統概念起到瞭至關重要的作用。比如，在講解進程調度算法時，作者通過生動的圖形化展示，將原本抽象的理論變得直觀易懂，即便是初次接觸操作係統的讀者也能迅速抓住核心要點。章節之間的邏輯銜接也非常流暢，每學完一個知識點，總能看到相關的練習題或者案例分析來鞏固，這種學練結閤的方式極大地提高瞭學習效率。此外，書中的內容組織結構清晰，知識點講解層層遞進，不會讓人在學習過程中感到突兀或者迷失方嚮。細節之處也處理得很好，比如關鍵術語的加粗和注釋，都體現瞭編著者對讀者的體貼。整體來看，這本書在視覺體驗和閱讀體驗上都做得非常齣色，讓人願意沉下心來仔細研讀。

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