計算機組織與設計（第二版） pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:碁峰

作者:David A. Patterson

出品人:

页数:0

译者:曾志光

出版时间:2000

价格:0

装帧:

isbn号码:9789575663964

丛书系列:

图书标签:

microarchitecture
MIPS
J.L.Hennessy
D.A.Patterson
900+_pages
#2104.computer_architecture
#210.CS
计算机组成原理
计算机体系结构
数字逻辑
汇编语言
计算机硬件
冯·诺依曼体系
存储系统
指令集
流水线
缓存

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具体描述

《数据结构与算法分析：C语言描述（第三版）》图书简介本书旨在为读者系统地介绍数据结构与算法的核心概念、设计原理与实现技术，特别侧重于使用C语言作为实现工具，帮助读者建立扎实的计算机科学基础。全书内容涵盖了从基础数据结构到高级算法分析的广泛领域，力求在理论深度与工程实践之间取得良好的平衡。第一部分：基础与分析第1章绪论：计算思维与问题求解本章首先引入了计算思维的重要性，阐述了什么是数据结构和算法，以及它们在现代计算机科学中的核心地位。我们探讨了问题求解的步骤，从抽象到具体的过程。重点介绍了算法效率的度量标准，包括时间复杂度和空间复杂度，并详细解释了大O记法（$O$）、$Omega$记法（$Omega$）和$Theta$记法（$Theta$）的数学定义和实际应用。通过分析简单的算法实例（如线性搜索和常数时间操作），读者将初步掌握如何量化和比较不同算法的性能。第2章线性表：基础数据结构的构建线性表是最基本的一维数据结构。本章详细讨论了线性表的两种主要实现方式：顺序存储（数组）和链式存储（单链表、双向链表、循环链表）。对于每种实现，我们都会深入分析插入、删除、查找等基本操作的时间复杂度和空间开销。特别地，对于链表，我们详细讲解了指针操作的细节，以及如何处理边界条件（如空表、头节点和尾节点）。本章还包括了线性表的应用场景，例如栈（Stack）和队列（Queue）的抽象数据类型（ADT）定义及其基于链表的实现。第3章栈与队列：受限的线性结构栈（LIFO，后进先出）和队列（FIFO，先进先出）是算法设计中极为常用的结构。本章首先定义了它们的ADT，然后探讨了基于数组（需要处理溢出问题）和基于链表（动态分配内存）的实现。对于栈，我们通过实例展示了其在表达式求值（中缀转后缀）、括号匹配等经典问题中的应用。对于队列，则重点讲解了循环队列的实现，以提高数组空间的利用率，并引入了双端队列（Deque）的概念。第二部分：树形结构第4章树：递归与分层结构树是具有层次关系的非线性数据结构。本章从树的术语（根、节点、度、深度、叶子）开始，然后着重讨论了二叉树（Binary Tree）的特性。我们详尽阐述了三种主要的遍历算法：前序遍历、中序遍历和后序遍历，并证明了如何仅通过中序遍历和前序（或后序）遍历来唯一确定一棵二叉树的结构。此外，本章还介绍了树的存储结构，包括指针表示法和双亲表示法。第5章二叉搜索树（BST）二叉搜索树是实现高效查找、插入和删除操作的关键结构。本章定义了BST的严格性质：左子树所有节点值小于根节点，右子树所有节点值大于根节点。我们分析了在平均情况和最坏情况下（即树退化为链表时）这些基本操作的性能。本章的重点在于，如何通过保持树的平衡来规避最坏情况的发生，为后续的平衡树（如AVL树和红黑树）打下理论基础。第6章树的平衡化：AVL树与红黑树导论为了保证操作效率的稳定性，本章深入探讨了自平衡二叉搜索树。首先介绍AVL树，重点讲解了旋转操作（LL, RR, LR, RL）如何通过局部调整来维持树的高度平衡，确保任何操作的时间复杂度都在$O(log n)$。随后，我们简要介绍了红黑树的五个基本性质，并讨论了插入和删除操作如何通过颜色调整和旋转来维护这些性质，虽然实现细节复杂，但其在标准库（如C++ STL中的`std::map`）中的重要性不言而喻。第7章堆（Heap）：优先级的实现堆是一种特殊的树形数据结构，它满足堆序性质（最大堆或最小堆）。本章详细描述了堆的数组表示法，并着重讲解了如何利用“上滤（Heapify-Up）”和“下滤（Heapify-Down）”操作来维护堆的性质。堆在实现优先队列（Priority Queue）中扮演核心角色。本章的另一重要应用是堆排序（Heapsort）算法，分析了它如何利用堆结构实现一个$O(n log n)$时间复杂度的原地（in-place）排序算法。第三部分：图与高级算法第8章图结构与基本遍历图（Graph）是表示复杂关系网络的强大工具。本章首先定义了图的术语（顶点、边、权重、有向/无向、连通性）。我们系统地介绍了图的两种主要存储方式：邻接矩阵和邻接表，并比较了它们在稀疏图和稠密图中的优劣。接着，我们详细讲解了两种核心的图遍历算法：广度优先搜索（BFS）和深度优先搜索（DFS），并分析了它们在连通分量查找和拓扑排序中的应用。第9章图的连通性与路径查找本章聚焦于图中最著名的应用问题。我们深入研究了最小生成树（MST）算法，包括普里姆算法（Prim's Algorithm）和克鲁斯卡尔算法（Kruskal's Algorithm），并使用贪心策略分析了它们的正确性与时间复杂度。对于最短路径问题，我们分别讲解了迪杰斯特拉算法（Dijkstra's Algorithm）（用于非负权图）和贝尔曼-福特算法（Bellman-Ford Algorithm）（用于处理负权边，并能检测负权环路）。第10章排序算法的深入分析除了前面介绍的堆排序，本章对几种关键的内部排序算法进行了详尽的比较和分析。我们复习了插入排序和选择排序（$O(n^2)$）的机制。随后，我们重点分析了更高效的基于分治思想的快速排序（Quicksort），探讨了如何选择好的枢轴（Pivot）以避免最坏情况，并讨论了其平均$O(n log n)$的性能。最后，我们介绍了归并排序（Merge Sort），强调其稳定的$O(n log n)$性能，并讨论了其递归实现中的空间开销。第11章散列表（Hash Table）：平均常数时间查找散列表是实现平均$O(1)$查找时间的关键。本章首先介绍了散列函数（Hash Function）的设计原则和常用方法（如除法、乘法）。随后，我们详细讨论了处理冲突（Collision）的两种主要技术：链地址法（Separate Chaining）和开放定址法（Open Addressing），包括线性探测、二次探测和双重散列。本章的最后部分会分析负载因子（Load Factor）对性能的影响，以及散列表在数据库索引和缓存系统中的广泛应用。第12章外部存储与文件排序导论当数据量超过内存容量时，我们需要考虑外部存储设备。本章简要介绍了文件I/O的基本概念，并侧重于外部排序。我们分析了多路归并排序的原理，讨论了如何通过优化“顺合并”和“冷合并”策略来最小化磁带或磁盘的寻道次数，这是处理超大数据集排序的经典方法。附录：C语言回顾与高级编程技巧附录部分为C语言的快速回顾，重点强调指针、结构体和动态内存分配（`malloc`, `free`）在实现复杂数据结构（特别是链表和树）时的关键作用。同时，提供了一些实用的C语言编程技巧，如宏定义、类型定义，以确保读者能够顺利地将书中的算法转化为高效、健壮的C代码。本书通过严谨的数学分析和丰富的C语言示例代码，旨在培养读者对算法复杂性的深刻理解，并掌握实现高效软件系统的核心数据结构技术。

作者简介

加州大学伯克利分校计算机科学系教授，美国国家工程研究院院士，lEEE和ACM会员，曾因成功的启发式教育方法被IEEE授予James H.MIAligan，Jr.教育奖章。他因为对RISC技术的贡献而荣获1 995年IEEE技术成就奖。在RAID技术方面的成就为他赢得了1999年lEEE Reyrlold Johnson信息存储奖。2000年他和John L Henrlessy分享了冯·诺伊曼奖。

斯坦福大学校长，IEEE和ACM会士，美国国家工程研究院院士及美国科学艺术研究院院士。Hen rlessy教授因为在RISC技术方面做出了突出贡献而荣获2001年的Eckert—MatJchly奖章，他也是2001年SeymIour Cray计算机工程奖得主，并且和David A.Pattersorl分享了2000年的冯·诺伊曼奖。

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

感觉这本书一遍下来并不能看通透,比如第四章的流水线那里,我开始看不下去了. 以下为部分摘抄. 发展趋势:并行的处理方式. 1.4如何衡量机器的性能呢? .cpu时间: 用户cpu时间系统cpu时间具体的衡量cpu性能: cpu时间=指令数*cpi*时钟周期 1.5 功耗墙功耗=负载电容*开...

评分☆☆☆☆☆

在书的 "3.5.1 浮点表示" 一节有个翻译错误，可能影响对 IEEE 浮点数表示法的理解。原文："Placing the exponent before the significand also simplifies the SORTING of floating-point numbers using integer comparison instructions, since numbers with bigger exponen...

评分☆☆☆☆☆

本来想通过定量方法来学体系结构结果去看了看UC berkeley的课程还是用的这本书看了berkeley这个课程的作业和项目我想我还是先老老实实的夯实基础吧

评分☆☆☆☆☆

书写得非常好。基本上看完了前六章，看完作者所述计算机指令和关于cpu的叙述后，发现cpu真的很简单，我想这正说明作者的很高水平，由Mips的cpu的主要发明人之一来叙述cpu，确实能够把关于cpu的细节说清楚。比我原先学过的清华郑纬民那本《计算机系统结构》强多了那本书学完之后...

用户评价

评分☆☆☆☆☆

要说这本书的“文风”，那可以说是极其务实，近乎于一种严谨的工程师的口吻。它没有华丽的辞藻，所有的论述都基于清晰的数学模型和可验证的工程事实。我最喜欢它的地方在于，它始终坚持从“为什么”到“怎么做”的逻辑链条。比如，在讨论浮点运算时，它不仅介绍了IEEE 754标准，更重要的是解释了为什么采用现在这种指数和尾数分离的表示方式，以及这种选择在硬件实现上带来的权衡（比如NaN和无穷大的处理）。这种“设计背后的哲学”的揭示，使得这本书的知识点不再是孤立的规则，而是一套相互关联的决策系统。它教会我的不是记住知识，而是学会像一个架构师那样思考问题：在资源有限（功耗、面积、时钟周期）的约束下，如何做出最优的折衷方案。阅读这本书的过程，就像是跟随一位经验丰富的大师，一步步拆解一台复杂机器的蓝图，理解每一个螺丝钉和齿轮的必要性。它真正培养的是一种自上而下、层层递进的系统分析能力，这种能力远比掌握几条汇编指令要宝贵得多。

评分☆☆☆☆☆

这本书，说实话，拿到手里沉甸甸的，封面上那朴实无华的“计算系统导论”几个大字，就给人一种扎实可靠的感觉，而不是那种浮夸的、追求时髦术语的书。我当初买它，主要是为了搞清楚CPU内部到底是怎么一回事，毕竟在学校里学那些高层语言和算法，感觉知识点都是漂浮在空中，没有个坚实的硬件基础，总觉得心里没底。这本书从最底层的逻辑门开始讲起，循序渐进地构建起一个完整的计算机体系结构视图。它没有急于抛出那些让人眼花缭乱的流水线和缓存一致性协议，而是花了大篇幅去解释为什么需要这些复杂的机制。比如，它把数据通路和控制单元的配合，讲得就像是一场精密的工厂流水线作业，每个环节的延迟、资源的竞争，都分析得清清楚楚。我特别欣赏作者在讲解二进制和补码运算时的那种耐心，很多教科书往往一笔带过，但这里却配有大量的图例和具体的例子，让你能真正从硬件层面理解负数的表示和加减运算是如何通过电路实现的。读完前几章，我感觉自己对计算机的“内功心法”有了更深的体会，不再满足于仅仅会“使用”计算机，而是开始思考“如何让它跑得更快、更有效率”的问题，这对于一个想深入研究底层开发的工程师来说，是至关重要的第一步。它真的不是一本用来快速“速成”的书，更像是一本需要你静下心来，泡上一壶茶，才能慢慢品味其中的精妙的武功秘籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容组织，简直就是一场结构主义的盛宴。我之前看的几本教材，要么是堆砌概念，要么就是把软硬件的衔接讲得含糊不清，让人总是在猜测作者的意图。但这本《计算机组织与设计》，它就像一个技艺高超的建筑师，先打地基，再建框架，最后才进行精装修。它把指令集架构（ISA）的抽象层次讲得非常清晰，让你明白汇编语言是如何精确地映射到硬件操作的。最让我印象深刻的是关于存储器的层次结构那一部分。作者没有仅仅停留在L1、L2、L3缓存的速度和容量对比上，而是深入剖析了局部性原理是如何指导缓存设计决策的。他用非常直观的方式解释了什么是时间局部性和空间局部性，并通过模拟实验的数据展示，说明为什么增加缓存的关联度（Associativity）能有效减少缺页率。此外，它对I/O系统的介绍也远超出了我对传统“中断驱动”的理解。它详细讲解了DMA（直接内存访问）如何解放CPU，以及现代系统中总线仲裁和并发控制的重要性。读到这部分，我仿佛能听到数据流在主板上高速穿梭的声音，那种对整个系统协同工作的把握感，是其他书籍难以给予的。这种由浅入深、逻辑严密的写作风格，让我在面对复杂系统设计问题时，总能找到一个清晰的切入点去分析和拆解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的视角非常国际化和前沿，它并没有沉溺于介绍上个世纪的经典架构，而是紧密结合了当下高性能计算的需求。它对并行计算和多核处理器的介绍，简直是教科书级别的。作者没有简单地把多核看作是“把几个单核拼在一起”，而是深入探讨了并行性的挑战，比如负载均衡、同步原语（锁、信号量）的底层实现，以及内存一致性模型（如顺序一致性、释放一致性）对程序员意味着什么。尤其是关于指令级并行（ILP）的讨论，从经典的超标量（Superscalar）到乱序执行（Out-of-Order Execution），作者用大量的图例清晰地描绘了指令发射、重排序和写回的复杂过程。我尤其欣赏它在介绍现代CPU性能瓶颈时所持有的客观态度——它没有过度神化并行化，反而强调了功耗墙和访存墙带来的严峻挑战。这让我在阅读时，时刻保持着对“工程妥协”的敬畏之心。对于任何一个想从事编译器优化、高性能算法设计或者嵌入式系统开发的人来说，这本书提供的关于“如何榨干硅片性能”的底层视角，是无价之宝。

评分☆☆☆☆☆

我必须得说，这本书的习题设计简直是“魔鬼”级别的，但也正因为如此，它的学习价值才被最大化了。我通常看书都是“一看就懂，一做就懵”，但这本书的每一章末尾的练习题，都不是那种套路化的名词解释或者公式代入。很多题目是需要你进行实际的、小规模的系统级设计的推演。比如，有一道题要求你根据给定的时序图，去设计一个简化的MIPS处理器中控制单元的有限状态机（FSM），计算特定指令的CPI（Cycles Per Instruction）。这迫使我必须把前文讲到的数据通路、指令译码、时序控制等所有知识点融会贯通起来，而不是孤立地去记忆某个定义。这种“做中学”的体验，是阅读纯理论书籍无法比拟的。我记得光是调试那道FSM的状态转换图，我就花了整整一个周末。虽然过程很痛苦，但一旦你成功推导出正确的控制信号序列时，那种豁然开朗的感觉，远比通过考试来得实在。这本书不是那种读完后你可以随手丢到一边，然后过一个月就忘得差不多的教材；它更像是一套需要反复“操练”的工具书，每次重温，都会因为自身经验的积累而带来新的理解深度。

评分☆☆☆☆☆