计算机软件技术基础

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出版者:兵器工业
作者:陈娟娟,杨健主编
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:
价格:29.0
装帧:
isbn号码:9787801725967
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机软件技术
  • 软件工程
  • 编程基础
  • 数据结构
  • 算法
  • 计算机科学
  • 软件开发
  • 编程入门
  • 基础教程
  • 计算机
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具体描述

探秘数字世界的基石:深入解析前沿的数字系统架构与高效能计算 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的视角,用以理解和掌握构建现代数字系统的核心技术与设计哲学。我们聚焦于高性能计算(HPC)的底层原理、现代分布式系统的架构演进,以及数据密集型应用背后的关键算法与优化策略。不同于侧重于软件开发流程或特定应用编程接口(API)的传统教材,本书致力于剖析驱动当前信息技术革命的“硬核”基础设施和计算范式。 第一部分:超越冯·诺依曼瓶颈——现代计算架构的演进与挑战 本部分将系统地梳理和解析支撑起万亿级计算能力的硬件基础及其面临的物理极限。我们首先回顾了经典冯·诺依曼体系结构的设计思想,并着重分析了其在处理大规模并行数据流时遇到的“内存墙”和“功耗墙”问题。 随后,本书将详尽探讨异构计算模型的兴起与主导地位。内容涵盖了图形处理器(GPU)的并行计算范式(如CUDA/OpenCL模型),张量处理单元(TPU)在矩阵运算中的高效设计,以及现场可编程门阵列(FPGA)在特定领域加速中的应用潜力。我们将深入剖析SIMD、SIMT等并行指令集架构(ISA)的底层工作机制,并结合实际案例,展示如何有效地将串行算法重构为适合大规模并行执行的计算任务。 此外,我们还将详细讨论非易失性内存(NVM)技术的最新进展及其对内存层级的冲击。从3D XPoint到新型电阻式存储器(RRAM),我们将分析这些技术如何改变数据持久化和访问延迟的传统认知,以及操作系统和编译器需要做出的相应适配。 第二部分:分布式系统的拓扑与一致性难题 在数据量呈指数级增长的背景下,单机系统已无法满足需求。本部分专注于大规模分布式计算系统的设计艺术与工程实践。 我们将从基础的网络拓扑结构入手,对比分析局域网(LAN)与广域网(WAN)环境下的通信延迟、带宽限制与可靠性考量。重点章节将聚焦于分布式一致性协议的深度解析。费效比分析CAP定理的实际意义,并详尽对比Paxos、Raft等主流共识算法的实现细节、性能权衡与故障恢复机制。读者将能够清晰理解,在不同的业务场景下,应选择强调线性一致性、顺序一致性还是最终一致性的设计路径。 系统地讲解分布式事务处理的复杂性,包括两阶段提交(2PC)、三阶段提交(3PC)的局限性,以及更现代的、基于日志复制和状态机复制的解决方案。我们还将探讨分布式存储系统的演变,从早期的块存储到面向对象存储,再到现代的、基于一致性哈希(Consistent Hashing)和纠删码(Erasure Coding)的分布式文件系统(如HDFS的演进方向)和键值存储(NoSQL数据库的核心机制)。 第三部分:高效能数据流处理与中间件的底层逻辑 现代应用往往是数据驱动的,因此,如何高效、低延迟地流动和处理海量数据至关重要。本部分将剥离应用层的封装,深入研究支撑数据处理的核心中间件的内部构造。 消息队列(MQ)部分,我们将超越简单的生产者/消费者模型,探讨基于日志的高吞吐量系统(如Kafka)如何利用顺序I/O、零拷贝(Zero-Copy)技术和分区机制来实现卓越的性能。我们将分析其分区分配策略、副本同步机制以及在故障转移时的日志截断与恢复流程。 在流处理领域,本书将对比批处理(如MapReduce的深层原理)与实时流处理的根本区别。我们会详细介绍窗口(Windowing)机制(如滚动窗口、会话窗口)的数学定义与实现细节,以及处理事件时间(Event Time)与处理时间(Processing Time)差异所带来的挑战。 此外,本书还将对现代数据库的查询优化器进行剖析。重点关注代价模型(Cost Model)的构建、查询计划的生成(如基于规则和基于探索的优化),以及索引结构(如B+树、LSM-Tree)在不同工作负载下的读写性能差异。 第四部分:面向性能的系统级优化与安全基线 高效能计算不仅仅是硬件堆砌,更依赖于软件对硬件特性的深刻理解和利用。本部分将提供一套系统的性能调优和安全加固的思维框架。 我们将探讨操作系统内核与计算资源的交互。这包括进程调度算法(如CFS的运行机制)、内存管理中的虚拟内存、页表(Page Table)的层次结构,以及I/O子系统的中断处理与DMA(直接内存访问)机制如何最小化CPU干预。 性能分析工具(如Perf、Valgrind)的使用将被提升到架构分析层面。读者将学习如何通过分析缓存未命中率(Cache Miss Rate)、分支预测失误(Branch Misprediction)和流水线停滞(Pipeline Stall)等低级指标,来指导代码重构。 最后,我们将讨论系统安全性的硬件基础。从CPU层面的侧信道攻击(如Spectre/Meltdown)原理,到虚拟化技术(如硬件辅助虚拟化)中的隔离机制,再到可信执行环境(TEE)的设计,本书确保读者不仅能够构建高性能系统,还能理解其安全边界的构建逻辑。 目标读者 本书面向有志于深入理解和设计大规模、高吞吐量计算基础设施的系统工程师、高级软件架构师、计算机科学专业的研究生以及对底层计算原理充满好奇心的技术爱好者。阅读本书需要具备扎实的计算机科学基础知识,包括操作系统、数据结构与算法的深刻理解。本书强调的是“为什么是这样”而非简单的“如何使用”,旨在培养读者解决未来计算挑战的系统级洞察力。

作者简介

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读后感

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用户评价

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老实说,我之前对“软件技术”的理解仅限于“会写代码”。我以为只要掌握了某种编程语言,就可以解决所有问题。然而,这本书彻底纠正了我的这种想法。它让我明白,编程语言只是工具,而真正的技术基础在于对计算机工作原理的深刻理解,以及对软件设计思想的掌握。作者在书中用大量篇幅阐述了“数据通信”和“并发处理”这两个非常重要的概念。他用非常形象的方式,将复杂的网络传输协议和多线程的协作机制进行了解释,让我不再觉得这些概念遥不可及。我尤其喜欢他对于“同步”和“异步”的对比分析,这让我明白了为什么在某些场景下,需要等待,而在另一些场景下,可以同时进行。这本书没有给我灌输“要怎么做”,而是引导我“为什么这么做”,让我从根本上理解了软件技术的设计哲学。它不仅仅是一本技术手册,更像是一次关于如何构建高效、稳定、可扩展软件的思维启蒙。

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作为一名对技术充满热情但又缺乏系统性学习的爱好者,我常常在各种技术信息中感到迷茫。我读过一些零散的文章,了解过一些表面的概念,但总感觉像是在打游击战,缺乏一个清晰的全局观。这本书就像是一盏明灯,为我照亮了前进的方向。它没有冗长的理论说教,也没有高深的数学公式,而是用一种非常务实的态度,一步步地引导我理解软件技术的核心脉络。我最欣赏的是作者对“计算机如何执行指令”这一过程的细致讲解。从二进制的底层逻辑,到CPU的工作流程,再到内存的管理,每一个环节都介绍得十分到位,而且充满了趣味性。我之前总觉得计算机就是个黑盒子,但读完这一部分,我仿佛能看到它内部“大脑”的运转。而且,书中还触及了一些关于软件开发流程和团队协作的内容,这对于我这样希望将兴趣转化为实际项目的学习者来说,非常有价值。它让我明白了,技术不仅仅是冰冷的指令,更是人类智慧和协作的结晶。

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我必须承认,在翻开这本书之前,我对“软件技术基础”这个概念的理解是相当模糊的。我一直以为它就是一些编程语言的语法规则,或者是一些系统命令的集合。但这本书彻底颠覆了我的认知。它让我明白了,软件技术的基础远不止于此,它更关乎的是一种解决问题的思维模式,一种构建逻辑的能力,以及对计算机工作原理的深刻洞察。作者在书中花费了大量的篇幅来阐述“抽象”和“模块化”这两个核心概念,并且通过大量的图示和案例分析,将这些抽象的概念具象化。我特别受启发的是关于“接口”的设计理念,它让我理解了为何不同的软件组件能够协同工作,以及如何才能构建出可维护、可扩展的系统。这本书并没有直接教我如何写出“漂亮”的代码,而是教我如何“思考”得更“漂亮”。它让我意识到,掌握基础知识,并非意味着死记硬背,而是要理解其背后的逻辑和原理,并将其运用到解决实际问题中。这本书带来的不仅仅是知识的增长,更是一种认知上的飞跃,让我对未来的学习方向有了更清晰的规划。

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我是一名正在准备进入IT行业的学生,在学习过程中,我一直在寻找一本能够帮助我建立扎实基础的书籍。市面上相关的教材很多,但很多都过于强调某个特定领域,或者内容陈旧,无法跟上技术发展的步伐。这本书让我眼前一亮。它没有陷入对某种编程语言的过度解读,而是聚焦于那些普适性的、跨越语言和平台的底层原理。作者对“操作系统”的讲解尤其让我印象深刻,它让我理解了为何我们需要操作系统,以及操作系统在软件运行中扮演的关键角色。书中对于“进程”和“线程”的管理机制,以及“内存管理”的策略,都解释得非常清晰,而且用了很多实际的例子来佐证。读完这一章,我感觉我对程序的运行环境有了更深刻的理解,也明白了为什么有时候程序会“卡死”或者“崩溃”。此外,书中还涉及了一些关于“网络协议”和“数据库基础”的内容,这些都是现代软件开发不可或缺的组成部分,让我觉得这本书的知识覆盖面非常广,而且紧扣时代脉搏。

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这本书绝对是我近期阅读过的最令人印象深刻的一本。我一直对计算机科学的底层运作原理充满好奇,但许多相关的书籍要么过于抽象,要么技术性太强,让人望而却步。然而,这本书却以一种非常易于理解的方式,逐步揭开了计算机软件技术神秘的面纱。作者在介绍基础概念时,并没有直接抛出枯燥的定义,而是巧妙地结合了许多生动形象的比喻和生活中的例子。比如,在讲解算法时,他就用了一个整理房间的类比,将复杂的逻辑过程变得直观而有趣。我尤其喜欢他对于数据结构的部分,没有仅仅停留在理论层面,而是深入浅出地分析了不同数据结构的优缺点以及它们在实际应用中的场景。读完这一部分,我感觉自己对如何高效地组织和管理信息有了全新的认识。而且,书中还包含了一些有趣的编程小技巧和思维方式,这些都是在学校课堂上很难学到的。整体而言,这本书的叙事方式流畅,语言也十分接地气,即使是对计算机完全陌生的读者,也能从中获得极大的启发和收获。它不仅仅是一本技术书籍,更像是一次引人入胜的思维导览。

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