計算機軟件技術基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:兵器工業

作者:陳娟娟，楊健主編

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出版時間:

價格:29.0

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isbn號碼:9787801725967

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機軟件技術
• 軟件工程
• 編程基礎
• 數據結構
• 算法
• 計算機科學
• 軟件開發
• 編程入門
• 基礎教程
• 計算機

探秘數字世界的基石：深入解析前沿的數字係統架構與高效能計算 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且高度實用的視角，用以理解和掌握構建現代數字係統的核心技術與設計哲學。我們聚焦於高性能計算（HPC）的底層原理、現代分布式係統的架構演進，以及數據密集型應用背後的關鍵算法與優化策略。不同於側重於軟件開發流程或特定應用編程接口（API）的傳統教材，本書緻力於剖析驅動當前信息技術革命的“硬核”基礎設施和計算範式。 第一部分：超越馮·諾依曼瓶頸——現代計算架構的演進與挑戰 本部分將係統地梳理和解析支撐起萬億級計算能力的硬件基礎及其麵臨的物理極限。我們首先迴顧瞭經典馮·諾依曼體係結構的設計思想，並著重分析瞭其在處理大規模並行數據流時遇到的“內存牆”和“功耗牆”問題。 隨後，本書將詳盡探討異構計算模型的興起與主導地位。內容涵蓋瞭圖形處理器（GPU）的並行計算範式（如CUDA/OpenCL模型），張量處理單元（TPU）在矩陣運算中的高效設計，以及現場可編程門陣列（FPGA）在特定領域加速中的應用潛力。我們將深入剖析SIMD、SIMT等並行指令集架構（ISA）的底層工作機製，並結閤實際案例，展示如何有效地將串行算法重構為適閤大規模並行執行的計算任務。 此外，我們還將詳細討論非易失性內存（NVM）技術的最新進展及其對內存層級的衝擊。從3D XPoint到新型電阻式存儲器（RRAM），我們將分析這些技術如何改變數據持久化和訪問延遲的傳統認知，以及操作係統和編譯器需要做齣的相應適配。 第二部分：分布式係統的拓撲與一緻性難題 在數據量呈指數級增長的背景下，單機係統已無法滿足需求。本部分專注於大規模分布式計算係統的設計藝術與工程實踐。 我們將從基礎的網絡拓撲結構入手，對比分析局域網（LAN）與廣域網（WAN）環境下的通信延遲、帶寬限製與可靠性考量。重點章節將聚焦於分布式一緻性協議的深度解析。費效比分析CAP定理的實際意義，並詳盡對比Paxos、Raft等主流共識算法的實現細節、性能權衡與故障恢復機製。讀者將能夠清晰理解，在不同的業務場景下，應選擇強調綫性一緻性、順序一緻性還是最終一緻性的設計路徑。 係統地講解分布式事務處理的復雜性，包括兩階段提交（2PC）、三階段提交（3PC）的局限性，以及更現代的、基於日誌復製和狀態機復製的解決方案。我們還將探討分布式存儲係統的演變，從早期的塊存儲到麵嚮對象存儲，再到現代的、基於一緻性哈希（Consistent Hashing）和糾刪碼（Erasure Coding）的分布式文件係統（如HDFS的演進方嚮）和鍵值存儲（NoSQL數據庫的核心機製）。 第三部分：高效能數據流處理與中間件的底層邏輯 現代應用往往是數據驅動的，因此，如何高效、低延遲地流動和處理海量數據至關重要。本部分將剝離應用層的封裝，深入研究支撐數據處理的核心中間件的內部構造。 消息隊列（MQ）部分，我們將超越簡單的生産者/消費者模型，探討基於日誌的高吞吐量係統（如Kafka）如何利用順序I/O、零拷貝（Zero-Copy）技術和分區機製來實現卓越的性能。我們將分析其分區分配策略、副本同步機製以及在故障轉移時的日誌截斷與恢復流程。 在流處理領域，本書將對比批處理（如MapReduce的深層原理）與實時流處理的根本區彆。我們會詳細介紹窗口（Windowing）機製（如滾動窗口、會話窗口）的數學定義與實現細節，以及處理事件時間（Event Time）與處理時間（Processing Time）差異所帶來的挑戰。 此外，本書還將對現代數據庫的查詢優化器進行剖析。重點關注代價模型（Cost Model）的構建、查詢計劃的生成（如基於規則和基於探索的優化），以及索引結構（如B+樹、LSM-Tree）在不同工作負載下的讀寫性能差異。 第四部分：麵嚮性能的係統級優化與安全基綫 高效能計算不僅僅是硬件堆砌，更依賴於軟件對硬件特性的深刻理解和利用。本部分將提供一套係統的性能調優和安全加固的思維框架。 我們將探討操作係統內核與計算資源的交互。這包括進程調度算法（如CFS的運行機製）、內存管理中的虛擬內存、頁錶（Page Table）的層次結構，以及I/O子係統的中斷處理與DMA（直接內存訪問）機製如何最小化CPU乾預。 性能分析工具（如Perf、Valgrind）的使用將被提升到架構分析層麵。讀者將學習如何通過分析緩存未命中率（Cache Miss Rate）、分支預測失誤（Branch Misprediction）和流水綫停滯（Pipeline Stall）等低級指標，來指導代碼重構。 最後，我們將討論係統安全性的硬件基礎。從CPU層麵的側信道攻擊（如Spectre/Meltdown）原理，到虛擬化技術（如硬件輔助虛擬化）中的隔離機製，再到可信執行環境（TEE）的設計，本書確保讀者不僅能夠構建高性能係統，還能理解其安全邊界的構建邏輯。 目標讀者 本書麵嚮有誌於深入理解和設計大規模、高吞吐量計算基礎設施的係統工程師、高級軟件架構師、計算機科學專業的研究生以及對底層計算原理充滿好奇心的技術愛好者。閱讀本書需要具備紮實的計算機科學基礎知識，包括操作係統、數據結構與算法的深刻理解。本書強調的是“為什麼是這樣”而非簡單的“如何使用”，旨在培養讀者解決未來計算挑戰的係統級洞察力。

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我必須承認，在翻開這本書之前，我對“軟件技術基礎”這個概念的理解是相當模糊的。我一直以為它就是一些編程語言的語法規則，或者是一些係統命令的集閤。但這本書徹底顛覆瞭我的認知。它讓我明白瞭，軟件技術的基礎遠不止於此，它更關乎的是一種解決問題的思維模式，一種構建邏輯的能力，以及對計算機工作原理的深刻洞察。作者在書中花費瞭大量的篇幅來闡述“抽象”和“模塊化”這兩個核心概念，並且通過大量的圖示和案例分析，將這些抽象的概念具象化。我特彆受啓發的是關於“接口”的設計理念，它讓我理解瞭為何不同的軟件組件能夠協同工作，以及如何纔能構建齣可維護、可擴展的係統。這本書並沒有直接教我如何寫齣“漂亮”的代碼，而是教我如何“思考”得更“漂亮”。它讓我意識到，掌握基礎知識，並非意味著死記硬背，而是要理解其背後的邏輯和原理，並將其運用到解決實際問題中。這本書帶來的不僅僅是知識的增長，更是一種認知上的飛躍，讓我對未來的學習方嚮有瞭更清晰的規劃。

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我是一名正在準備進入IT行業的學生，在學習過程中，我一直在尋找一本能夠幫助我建立紮實基礎的書籍。市麵上相關的教材很多，但很多都過於強調某個特定領域，或者內容陳舊，無法跟上技術發展的步伐。這本書讓我眼前一亮。它沒有陷入對某種編程語言的過度解讀，而是聚焦於那些普適性的、跨越語言和平颱的底層原理。作者對“操作係統”的講解尤其讓我印象深刻，它讓我理解瞭為何我們需要操作係統，以及操作係統在軟件運行中扮演的關鍵角色。書中對於“進程”和“綫程”的管理機製，以及“內存管理”的策略，都解釋得非常清晰，而且用瞭很多實際的例子來佐證。讀完這一章，我感覺我對程序的運行環境有瞭更深刻的理解，也明白瞭為什麼有時候程序會“卡死”或者“崩潰”。此外，書中還涉及瞭一些關於“網絡協議”和“數據庫基礎”的內容，這些都是現代軟件開發不可或缺的組成部分，讓我覺得這本書的知識覆蓋麵非常廣，而且緊扣時代脈搏。

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這本書絕對是我近期閱讀過的最令人印象深刻的一本。我一直對計算機科學的底層運作原理充滿好奇，但許多相關的書籍要麼過於抽象，要麼技術性太強，讓人望而卻步。然而，這本書卻以一種非常易於理解的方式，逐步揭開瞭計算機軟件技術神秘的麵紗。作者在介紹基礎概念時，並沒有直接拋齣枯燥的定義，而是巧妙地結閤瞭許多生動形象的比喻和生活中的例子。比如，在講解算法時，他就用瞭一個整理房間的類比，將復雜的邏輯過程變得直觀而有趣。我尤其喜歡他對於數據結構的部分，沒有僅僅停留在理論層麵，而是深入淺齣地分析瞭不同數據結構的優缺點以及它們在實際應用中的場景。讀完這一部分，我感覺自己對如何高效地組織和管理信息有瞭全新的認識。而且，書中還包含瞭一些有趣的編程小技巧和思維方式，這些都是在學校課堂上很難學到的。整體而言，這本書的敘事方式流暢，語言也十分接地氣，即使是對計算機完全陌生的讀者，也能從中獲得極大的啓發和收獲。它不僅僅是一本技術書籍，更像是一次引人入勝的思維導覽。

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作為一名對技術充滿熱情但又缺乏係統性學習的愛好者，我常常在各種技術信息中感到迷茫。我讀過一些零散的文章，瞭解過一些錶麵的概念，但總感覺像是在打遊擊戰，缺乏一個清晰的全局觀。這本書就像是一盞明燈，為我照亮瞭前進的方嚮。它沒有冗長的理論說教，也沒有高深的數學公式，而是用一種非常務實的態度，一步步地引導我理解軟件技術的核心脈絡。我最欣賞的是作者對“計算機如何執行指令”這一過程的細緻講解。從二進製的底層邏輯，到CPU的工作流程，再到內存的管理，每一個環節都介紹得十分到位，而且充滿瞭趣味性。我之前總覺得計算機就是個黑盒子，但讀完這一部分，我仿佛能看到它內部“大腦”的運轉。而且，書中還觸及瞭一些關於軟件開發流程和團隊協作的內容，這對於我這樣希望將興趣轉化為實際項目的學習者來說，非常有價值。它讓我明白瞭，技術不僅僅是冰冷的指令，更是人類智慧和協作的結晶。

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老實說，我之前對“軟件技術”的理解僅限於“會寫代碼”。我以為隻要掌握瞭某種編程語言，就可以解決所有問題。然而，這本書徹底糾正瞭我的這種想法。它讓我明白，編程語言隻是工具，而真正的技術基礎在於對計算機工作原理的深刻理解，以及對軟件設計思想的掌握。作者在書中用大量篇幅闡述瞭“數據通信”和“並發處理”這兩個非常重要的概念。他用非常形象的方式，將復雜的網絡傳輸協議和多綫程的協作機製進行瞭解釋，讓我不再覺得這些概念遙不可及。我尤其喜歡他對於“同步”和“異步”的對比分析，這讓我明白瞭為什麼在某些場景下，需要等待，而在另一些場景下，可以同時進行。這本書沒有給我灌輸“要怎麼做”，而是引導我“為什麼這麼做”，讓我從根本上理解瞭軟件技術的設計哲學。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一次關於如何構建高效、穩定、可擴展軟件的思維啓濛。

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