自主练习与检测(下册)

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isbn号码:9787301100585
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具体描述

《深入理解计算机系统》(第三版) 作者: R. E. 布莱德索,A. W. 瓦格纳,R. K. 史密斯 译者: 李明,张伟,王芳 出版社: 机械工业出版社 内容简介: 《深入理解计算机系统》(第三版)是一本经典的计算机科学教材,旨在为读者提供一个全面、深入的视角,剖析现代计算机系统的核心工作原理。本书不仅仅是介绍计算机硬件或软件的单独知识,而是着重于两者如何协同工作,共同构建起我们日常使用的计算环境。全书内容涵盖了从最底层的位、字节到应用软件的宏观结构,深入探讨了计算机系统的各个关键层面。 本书的结构清晰,逻辑严密,将复杂的计算机系统概念分解为易于理解的模块。它强调的是“系统”的整体性,即理解单个组件的知识如何汇聚成一个功能强大的计算实体。对于计算机科学、软件工程、电子工程等相关专业的学生和专业人士而言,这本书是建立坚实理论基础和实践理解的必备读物。 第一部分:概述与数据表示 本书伊始,首先为读者构建了一个宏观的计算机系统图景。它详细阐述了硬件与软件的交互方式,以及程序如何在硬件之上执行。不同于许多只关注高级语言的教材,本书从最基础的二进制表示开始,深入讲解了数据在计算机中的存储和处理方式。 信息表示: 详细讨论了整数(包括有符号和无符号)的二进制表示、补码系统,以及它们在溢出和截断情况下带来的影响。这部分内容为后续理解算术运算的底层机制奠定了基础。 数据类型与内存: 深入探讨了浮点数的IEEE 754标准表示法,包括其精度限制和特殊值处理。同时,讲解了字符编码(如ASCII和Unicode)的演变与应用,以及不同数据类型在内存中的对齐和布局问题。 布尔代数与逻辑门: 虽然是基础内容,但本书以系统化的方式回顾了布尔代数、逻辑运算,并将这些抽象概念与实际的逻辑门电路连接起来,为理解后续的CPU设计打下基础。 第二部分:汇编语言与程序编译 理解程序如何被机器执行是掌握系统层面的关键。《深入理解计算机系统》用了大量的篇幅来剖析高级语言(如C语言)如何被翻译成机器可以执行的指令,以及这些指令如何在处理器上运行。 逻辑运算与过程调用: 详细介绍了x86-64汇编语言的基础指令集,包括数据传送、算术运算和逻辑运算指令。重点解析了过程调用机制,包括栈帧的建立与销毁、参数传递、返回地址的保存与恢复,这是理解函数调用的核心。 编译过程解析: 深入剖析了从源代码到可执行文件的完整编译链条,包括预处理、编译、汇编和链接四个主要阶段。特别强调了静态链接和动态链接的区别与工作原理,以及它们对程序性能和安全性的影响。 栈与堆的管理: 详细描述了程序在内存中的组织结构,特别是运行时栈(Runtime Stack)如何管理局部变量、参数和返回地址。同时,介绍了堆(Heap)的基本概念及其在动态内存分配中的作用。 第三部分:处理器体系结构与性能优化 这一部分聚焦于计算机的“大脑”——中央处理器(CPU)的设计与工作原理,旨在揭示指令是如何被解码、执行和写回的。 数据通路与控制单元: 解释了指令执行的基本数据通路,包括取指、译码、执行、访存和写回等核心步骤。 流水线技术: 深入讲解了指令流水线(Instruction Pipelining)如何提高处理器吞吐量,包括如何处理结构冒险、数据冒险和控制冒险(如分支预测)。对于分支预测技术的详细描述,揭示了现代高性能CPU的复杂性。 乱序执行与性能: 探讨了现代处理器采用的乱序执行(Out-of-Order Execution)机制,解释了它是如何通过重命名寄存器、保留站和重排序缓冲区的操作,来最大化指令级并行性的。 第四部分:存储器层次结构与I/O 计算机系统性能的瓶颈往往不在于计算速度,而在于数据获取的速度。本书对存储器层次结构进行了详尽的剖析,这是理解系统性能的关键。 Cache 工作原理: 详尽阐述了SRAM和DRAM的区别,以及CPU Cache(L1, L2, L3)的工作机制。重点讲解了Cache的映射方式(直映像、组相联、全相联)、块替换策略(如LRU算法)以及写操作策略(写直达与写回)。通过分析局部性原理,说明了为什么Cache能显著提升程序性能。 虚拟内存: 深入剖析了虚拟内存系统的设计,包括地址翻译的机制——从虚拟地址到物理地址的转换过程,页表的结构,以及TLB(Translation Lookaside Buffer)的作用。这部分内容解释了操作系统如何提供进程间的隔离,以及如何有效地管理物理内存。 固态硬盘(SSD)与I/O系统: 介绍了现代存储设备(如SSD)的工作原理,并概述了操作系统如何通过中断和DMA(直接内存访问)机制,实现高效的输入/输出操作。 第五部分:并发与并行 现代计算环境几乎都涉及并发执行。本书从系统层面探讨了如何管理多个任务的执行,以及由此带来的同步与共享数据的问题。 进程与线程: 区分了进程和线程的概念,以及它们在用户级和内核级实现上的差异。探讨了上下文切换的成本与机制。 并发编程的挑战: 重点分析了并发访问共享数据时可能出现的竞争条件(Race Condition)、死锁(Deadlock)等问题。 同步机制: 详细介绍了实现同步的底层机制,如互斥锁(Mutex)、信号量(Semaphore)和条件变量(Condition Variables)。强调了如何使用这些工具来构建正确且高效的并发程序。 第六部分:网络编程与安全 最后,本书将视角扩展到计算机网络和系统安全领域,讲解了数据如何在不同系统间传输,以及如何保护数据不受恶意攻击。 网络应用编程接口(API): 介绍了基于套接字(Sockets)的网络编程模型,解释了TCP和UDP协议在应用层之上的工作方式,以及客户端/服务器编程的基本模式。 网络传输层: 简要回顾了TCP的连接建立、可靠传输和拥塞控制机制,并将其置于整个系统传输的背景下进行分析。 系统级安全: 探讨了常见的系统安全威胁,例如缓冲区溢出(Buffer Overflow)攻击,并说明了现代编译器和操作系统如何通过地址空间布局随机化(ASLR)和栈保护等技术来防御这些攻击。 总结: 《深入理解计算机系统》(第三版)超越了对单个技术领域的孤立介绍,它以一种整合性的视角,系统地展示了硬件、操作系统、编译器和应用程序之间的紧密联系。阅读本书,读者将不再仅仅是C语言的使用者或汇编指令的编写者,而是能真正理解“程序是如何跑起来的”的系统级思考者。本书内容深度适中,理论与实践紧密结合,是构建扎实计算机系统知识体系的理想选择。

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从实用性的角度来看,这本书的价值是无可替代的。它不仅仅停留在理论层面,更注重将知识与实际应用相结合。书中所提供的案例和练习题设计得非常贴合实际工作场景,能够有效地帮助读者将学到的知识转化为解决问题的能力。我尝试着应用书中的一些技巧来处理我目前遇到的挑战,效果立竿见影,这让我对这本书的实用价值深信不疑。它真正做到了学以致用,而不是纸上谈兵。

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我个人对于阅读体验的要求比较高,尤其是工具书或者学习类的书籍,清晰的排版和合理的布局至关重要。这本书在这方面做得非常出色,每一页的留白恰到好处,文字的行距和字号都经过了精心的考量,长时间阅读也不会感到视觉疲劳。而且,书中的结构组织得非常逻辑清晰,章节之间的过渡自然流畅,使得学习过程中的思维连贯性得到了很好的保持。对于复杂的概念,作者常常会配上一些直观的图示或表格,大大降低了理解的难度。

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这本书的语言风格非常吸引我,它不像传统教材那样枯燥乏味,反而带有一种鼓励和引导的亲和力。作者在阐述原理和方法时,总能用通俗易懂的语言进行解释,仿佛一位经验丰富的导师在耳边细细讲解。这种平易近人的叙述方式,极大地激发了我深入学习的兴趣,让我感觉学习过程不再是一种负担,而是一种探索的乐趣。特别是那些关键知识点的总结,既精炼又到位,非常适合快速回顾和巩固。

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这本书的封面设计给我留下了非常深刻的印象,那种设计风格非常独特,色彩搭配和字体选择都显得格外用心。我拿到书的时候,就被它那种沉稳又不失活力的气质所吸引。特别是封面的图案,似乎在暗示着书中所蕴含的知识的深度和广度,让人忍不住想立刻翻开一探究竟。装帧的质量也非常棒,纸张的厚实感和印刷的清晰度都达到了专业水准,这种精良的制作工艺,让人在使用过程中倍感愉悦。

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总的来说,这本书的整体内容编排和知识体系的构建,体现了作者深厚的专业功底和对学习规律的深刻洞察。它不仅为我提供了一个坚实的知识框架,更重要的是,它塑造了一种积极、主动的学习态度。每一次翻阅,我都能从中获得新的启发和思考。这不仅仅是一本工具书,更像是一位沉默的良师益友,在我学习的道路上给予了我持续的支持和指引,是一次非常值得的投资。

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