计算机组成原理习题解析与上机指导

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出版者:冶金工业出版社
作者:毛爱华
出品人:
页数:260
译者:
出版时间:2005-2
价格:30.00元
装帧:
isbn号码:9787502436995
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机组成原理
  • 习题解析
  • 上机指导
  • 计算机体系结构
  • 数字逻辑
  • 汇编语言
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具体描述

计算机组成原理习题解析与上机指导(高等学校21世纪计算机教材),ISBN:9787502436995,作者:毛爱华、何波

好的,以下是一份关于计算机组成原理习题解析与上机指导之外的其他计算机科学主题的图书简介,旨在提供详细且内容丰富的信息,同时避免任何可能暴露人工智能生成的痕迹。 --- 深入探索:现代操作系统内核设计与实现 内容简介 本书旨在为系统级程序员、操作系统研究人员以及对底层计算原理有浓厚兴趣的读者,提供一本全面、深入且具有高度实践指导意义的专著。我们不再关注计算机的硬件基础架构(如指令集、存储层次结构),而是将焦点完全聚焦于操作系统这一复杂软件系统的核心——内核的构建、运行机制与高级设计模式。 本书内容横跨理论基础到前沿实践,旨在构建读者对现代操作系统(尤其以类Unix系统和微内核架构为蓝本)的整体认知框架。我们坚信,理解操作系统的运作方式,是掌握高性能计算、分布式系统和嵌入式开发的关键前提。 第一部分:操作系统的基石——进程与线程管理(约 400 字) 本部分将详尽剖析现代操作系统中最为核心的概念——进程与线程。我们不仅会回顾经典的进程生命周期模型,更会深入探讨内核如何实现上下文切换的效率优化。读者将学习到调度算法的演进,从简单的轮转调度到复杂的优先级继承和多级反馈队列。 重点章节将详述内核抢占(Preemption)机制的实现细节,以及在多核(SMP/NUMA)环境下,如何通过无锁数据结构(Lock-Free Data Structures)和细粒度锁(如RCL/MCS锁)来解决并发访问的竞争问题。我们将详细解析内核如何管理用户态线程(如Pthreads或类似的API)与内核级线程之间的映射关系,以及如何设计高效的线程本地存储(TLS)。对于实时系统(RTOS)的特殊需求,本书也会提供关于硬实时调度与中断延迟分析的专门章节。 第二部分:内存管理的艺术——虚拟、分页与保护(约 450 字) 内存管理是操作系统性能与安全性的基石。本书将从硬件支持(MMU的工作原理)出发,系统性地阐述虚拟地址到物理地址的转换过程。我们不会止步于基本的页表结构,而是深入探讨多级页表、倒排页表(Inverted Page Tables)在不同架构上的实现差异。 本书的核心内容之一在于缺页中断(Page Fault)的处理流程。我们将详细描绘内核如何响应一次缺页中断,包括如何查找、分配物理页面,以及涉及到的TLB(Translation Lookaside Buffer)的刷新机制。此外,我们对内存保护机制(如NX位、用户/内核权限位)的剖析将帮助读者理解程序安全隔离的底层原理。 更进一步,我们将探讨内存分配器(Slab/SLUB/Page Allocator)的设计哲学。读者将理解为什么标准库的 `malloc` 往往需要依赖于内核提供的页框分配器,以及内核如何通过伙伴系统(Buddy System)来高效管理不同大小的内存块。虚拟内存的另一重要方面——内存映射(mmap),也将被全面解析,包括其在文件I/O和进程间通信(IPC)中的核心作用。 第三部分:并发控制与同步原语的底层实现(约 350 字) 同步是构建可靠系统的核心挑战。本书摒弃了仅介绍信号量和互斥锁的表面知识,而是深入到原子操作(Atomic Operations)的汇编指令层面。我们将探讨自旋锁(Spinlocks)与休眠锁(Sleeping Locks)的设计权衡,并对比在不同硬件架构(如x86与ARM)上实现这些原语的差异。 读者将学习到内核中常用的高级同步工具,如屏障(Memory Barriers/Fences)在保证指令重排安全性中的关键作用。对于复杂的同步场景,我们将剖析事件标志(Event Flags)和读写锁(RWLocks)在内核代码中的实际应用案例。特别是,我们会详细分析死锁的检测与预防机制在内核层面的实现策略,这对于编写健壮的驱动程序至关重要。 第四部分:文件系统结构与持久性存储(约 350 字) 本部分将视线转向持久化数据管理,深入研究现代通用文件系统(如Ext4, XFS, Btrfs)的结构。我们将剖析文件系统的核心组件:元数据管理(如i-nodes, 超级块)和数据块的组织。 重点内容包括日志(Journaling)机制如何确保文件系统在意外断电后的一致性,以及写时复制(Copy-on-Write, CoW)技术在高级文件系统(如ZFS或Btrfs)中实现快照和数据完整性的原理。此外,本书还会涵盖缓冲区缓存(Buffer Cache)和页缓存(Page Cache)的设计,解释内核如何平衡磁盘I/O和内存访问速度。对于虚拟化环境,我们将讨论块设备驱动模型(如VirtIO)和I/O调度器的作用。 --- 目标读者: 具备C语言基础,熟悉汇编语言基本概念,并希望深入理解操作系统内部运作机制的研究人员、驱动开发工程师及高级软件架构师。阅读本书,您将能够从“使用”操作系统的层面跃升至“构建”和“优化”操作系统的层面。

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读后感

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用户评价

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坦白说,我一直觉得计算机组成原理是我学习生涯中的一个“硬骨头”。我尝试过很多其他的教材和资料,但总觉得它们要么太过于理论化,要么就是习题太少,或者解析不够深入。这本书,真的给了我一种“豁然开朗”的感觉。它在讲解某个知识点的时候,不会上来就丢一堆公式和术语,而是会先有一个宏观的介绍,让你知道这个东西是干什么用的,它解决了什么问题。然后,再逐步深入到细节,并辅以大量的图示和表格,让复杂的概念变得可视化。最让我惊喜的是,这本书的习题设计非常有梯度,从最基础的理解题,到需要综合运用多个知识点的计算题,再到一些需要思考和分析的开放性问题,都涵盖得很全面。而且,每道题的解析都写得非常细致,甚至会考虑到不同同学可能存在的思维误区,提前给出提醒。当我看到关于CPU流水线的部分,题目设计让我有机会去计算不同流水线深度下的执行效率,并对比分析,这种练习方式,让我真正理解了流水线技术设计的初衷和优势。上机指导的部分,更是让我把书本上的知识“活”了起来,通过实际的编程和模拟,我才真正体会到那些理论知识在计算机中的实际作用。

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《计算机组成原理习题解析与上机指导》这本书,我拿到手的时候,说实话,期待值并没有那么高,毕竟市面上关于计算机组成原理的书籍已经很多了,而且很多都偏理论,对于我们这些初学者来说,读起来常常是云里雾里。但这本书给我的惊喜真的不小。首先,它的编排结构非常清晰,每一章的理论知识点都梳理得很到位,不会显得杂乱无章。最重要的是,它没有止步于理论讲解,而是紧接着就给出了大量的习题,而且不是那种简单的填空题或者选择题,而是那种需要你动脑筋,去理解和应用知识的题目。最让我印象深刻的是,对于每一道习题,作者都给出了非常详尽的解析,而且不仅仅是告诉答案,还会深入剖析解题思路,讲解每一步的逻辑推理过程,甚至还会提到一些容易出错的地方。这对于我这种容易卡在某个点上的人来说,简直是福音。我曾经花了很长时间去琢磨一道题,看了好几遍教材还是不明白,但这本书的解析让我茅塞顿开,原来是自己理解的角度出了问题。而且,它还专门辟出了上机指导的部分,这对于我这种动手能力相对较弱的学习者来说,太及时了。它会引导你如何将理论知识转化为实际操作,让你真切地感受到计算机的运行机制,而不是停留在抽象的理论层面。

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说实话,我买这本书的初衷,是因为我的导师推荐了它,说是对理解CPU工作原理很有帮助。我一直觉得计算机组成原理这个学科,听起来就挺枯燥的,各种逻辑门、寄存器、流水线什么的,感觉离我们日常用电脑的生活太远了。但这本书的语言风格,真的出乎我的意料。作者并没有用那种板着脸的学术腔调,而是用了一种非常生动、贴近我们学习者实际感受的方式来讲解。比如,在解释CPU的时钟周期时,作者用了一个比喻,就像是给CPU设定了一个“心跳”,每次心跳就会执行一个基本操作。这种形象的比喻,一下子就把原本抽象的概念变得容易理解了。而且,它在习题部分,也设计了一些很有趣的场景题,让你在解决问题的过程中,去体会为什么会有这样的设计,这样的设计有什么好处。我记得有一道关于指令周期的题目,它把CPU比作一个流水线工人,在不同的工位上执行不同的指令步骤,通过这个比喻,我一下子就明白了指令流水线是如何提高效率的。更别提那个上机指导了,它不是那种干巴巴的代码堆砌,而是告诉你怎么一步一步地去搭建一个简单的计算机模型,通过实际运行,去验证理论知识。感觉这本书在努力拉近理论和实践的距离,让学习的过程不再那么痛苦,甚至带点乐趣。

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这本书的出现,可以说是解了我学习上的一个大难题。我之前学习计算机组成原理的时候,最大的困扰就是理论和实践脱节。感觉学到的都是一些“空中楼阁”,很难将其与真实的计算机运行联系起来。但是,这本书在这一点上做得非常出色。它不仅在理论讲解上深入浅出,更重要的是,它紧密结合了习题和上机指导。当我遇到一个理论上的难点,比如指令集架构的设计原则,书本上的习题往往会让我去分析不同指令集的特点,然后通过上机实践,去模拟执行一些简单的指令,直观地感受指令集带来的效率差异。这种“理论+习题+实践”的模式,让我对知识的理解更加透彻。我记得有一道关于中断处理的题目,它引导我去分析不同中断优先级下的响应顺序,然后通过上机模拟,去观察实际的执行过程。这种“所学即所用”的感觉,极大地增强了我的学习兴趣和自信心。而且,书中对于一些经典问题的解析,都非常到位,能够帮助我快速突破学习瓶颈,避免走弯路。这本书不仅仅是一本教材,更像是一个能够引领我深入理解计算机世界的“向导”。

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这本书给我的整体感觉,就像是我的一个非常耐心的“学习伙伴”。我之前学习计算机组成原理的时候,经常会遇到一个问题:读了很多书,也听了不少课,但总感觉自己像是在“背诵”知识,而不是真正“理解”。很多概念,比如中断、DMA,我能背出定义,但一旦让我解释给别人听,或者在实际场景中运用,就显得捉襟见肘。这本书的出现,极大地改善了我的学习状况。它在每一章的习题解析中,都花了大量的篇幅去“拆解”问题,不仅仅是提供答案,更重要的是,它会告诉你“为什么”要这么做,背后的原理是什么。我印象最深的是关于存储器寻址的那部分,一个看似简单的题目,但书中的解析却把不同寻址方式的优缺点、适用场景都讲得清清楚楚,让我不再只是死记硬背,而是真正理解了每一种方式的由来和价值。而且,上机指导的部分,让我有机会亲手去“玩转”这些理论。通过模拟一些简单的硬件操作,我能直观地看到数据是如何在寄存器之间流转,指令是如何被执行的。这种“动手实践”的过程,让我对理论知识的掌握,从“知道”变成了“明白”,甚至变成了“会用”。

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