Computer Systems Fundamentals With Basic

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出版者:Harcourt School
作者:Edward G. Martin
出品人:
页数:496
译者:
出版时间:1990-1
价格:USD 57.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780030325946
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机系统
  • 计算机基础
  • 数字逻辑
  • 汇编语言
  • 操作系统
  • 计算机组成原理
  • 系统编程
  • 基础编程
  • 计算机体系结构
  • 硬件原理
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具体描述

《计算机系统基础(附 BASIC 语言示例)》 内容概述: 本书深入浅出地探讨了计算机系统的核心组成与运作原理,旨在为读者构建起坚实的计算机科学理论基础。从最基础的硬件构成,如中央处理器(CPU)、内存(RAM)、存储设备(硬盘、固态硬盘)以及输入/输出(I/O)设备,到更抽象的软件层面,包括操作系统、数据结构、算法以及程序设计等,本书都进行了详尽的阐述。通过将理论知识与经典的 BASIC 语言编程示例相结合,读者不仅能够理解计算机系统的“是什么”,更能掌握“如何”利用编程去实现和控制这些系统。 第一部分:硬件基础——计算机的骨架 1. 数字逻辑与二进制世界: 逻辑门: 首先,我们将从最基本的逻辑门(AND, OR, NOT, XOR等)入手,理解它们如何处理二进制信号,并构建出更复杂的逻辑电路。这部分将解释计算机内部信息是如何以0和1的形式进行表示和运算的。 组合逻辑与时序逻辑: 进而,我们将学习如何利用逻辑门组合成执行特定功能的电路,例如加法器、多路选择器等(组合逻辑),以及如何引入时钟信号来控制操作顺序和状态存储的电路,如触发器、寄存器等(时序逻辑)。 二进制算术: 深入探讨二进制数的表示方法(原码、补码),以及在计算机中执行加减乘除等算术运算的原理。 2. 中央处理器(CPU)——计算机的“大脑”: 指令集架构(ISA): 介绍CPU如何理解和执行机器指令,以及指令集的不同类型(RISC, CISC)及其特点。 CPU内部结构: 详细讲解CPU的各个核心组件,包括算术逻辑单元(ALU)负责计算,控制单元(CU)负责协调和调度,以及寄存器用于临时存储数据。 流水线技术: 阐述流水线技术如何通过并行处理指令的不同阶段来提高CPU的执行效率。 内存管理单元(MMU): 解释MMU如何管理CPU与内存之间的地址转换和访问权限,为虚拟内存奠定基础。 3. 内存(RAM)与存储系统——数据的家园: 内存层次结构: 探讨从CPU寄存器、高速缓存(Cache L1, L2, L3)到主内存(RAM)的内存层次结构,理解不同层级内存的速度、容量和成本差异。 RAM技术: 介绍DRAM(动态随机存取存储器)和SRAM(静态随机存取存储器)的工作原理及其在计算机系统中的应用。 存储设备: 讲解硬盘驱动器(HDD)和固态硬盘(SSD)的工作原理,包括磁介质存储、闪存技术以及它们在数据持久化存储中的作用。 I/O子系统: 介绍输入/输出设备(键盘、鼠标、显示器、打印机等)如何与计算机进行数据交互,包括总线(Bus)、中断(Interrupt)和直接内存访问(DMA)等机制。 第二部分:软件之魂——赋予硬件生命 1. 操作系统(OS)——管理计算机的“总管”: 操作系统的角色与功能: 详细阐述操作系统的核心职责,包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理以及用户接口。 进程与线程: 深入理解进程(Process)的概念,以及如何通过多线程(Thread)实现并发执行,提升系统吞吐量。 内存管理策略: 介绍分页(Paging)、分段(Segmentation)等内存管理技术,以及虚拟内存(Virtual Memory)如何扩展可用内存空间。 文件系统: 讲解文件系统的组织结构(目录、文件)和常用操作,以及磁盘空间的分配与管理。 设备驱动程序: 阐述设备驱动程序在连接硬件与操作系统之间的桥梁作用。 2. 数据结构与算法——高效处理信息的蓝图: 基本数据结构: 介绍数组(Array)、链表(Linked List)、栈(Stack)、队列(Queue)、树(Tree)和图(Graph)等基本数据结构,理解它们如何组织和存储数据。 算法分析: 学习如何评估算法的效率,包括时间复杂度(Time Complexity)和空间复杂度(Space Complexity),引入大O符号(Big O notation)。 常用算法: 探讨排序算法(如冒泡排序、快速排序)、搜索算法(如二分查找)以及图算法(如广度优先搜索BFS、深度优先搜索DFS)等。 BASIC 语言实践: 通过 BASIC 语言实现这些数据结构和算法,让读者在实践中加深理解。例如,使用 BASIC 数组实现栈和队列,使用 BASIC 链表处理动态数据,或者用 BASIC 编写简单的排序和查找程序。 3. 程序设计基础——用代码指挥计算机: 编程语言的抽象层次: 从机器语言、汇编语言到高级语言,理解不同层次的抽象以及它们之间的转换关系。 BASIC 语言入门: 本书将以 BASIC 语言作为实践工具,详细介绍 BASIC 的语法结构,包括变量、数据类型、运算符、控制流语句(IF-THEN-ELSE, FOR-NEXT, WHILE-WEND)、子程序(GOSUB-RETURN, SUB-END SUB)以及输入/输出操作。 结构化编程: 强调模块化、顺序、选择和循环等结构化编程思想,编写清晰、可维护的代码。 BASIC 示例与应用: 通过一系列精心设计的 BASIC 示例,演示如何利用编程解决实际问题,例如简单的计算器、文本处理、数据统计、游戏开发等。这些示例将紧密结合前面介绍的硬件和软件概念,例如,如何用 BASIC 模拟一个简单的内存访问过程,或者如何用 BASIC 实现一个文件查找的功能。 第三部分:系统交互与展望 1. 网络基础——连接世界的桥梁: 网络协议: 简要介绍TCP/IP协议族的基本概念,如IP地址、端口号、TCP和UDP协议。 网络通信: 解释数据包的传输过程,以及客户端-服务器(Client-Server)模型的通信方式。 BASIC 与网络: 可能会涉及如何使用 BASIC 语言进行简单的网络通信实验(如果 BASIC 版本支持)。 2. 计算机系统的演进与未来: 摩尔定律: 探讨集成电路的发展趋势以及对计算能力的影响。 多核处理器与并行计算: 介绍现代处理器如何通过多核技术实现并行计算。 新兴技术: 展望云计算、大数据、人工智能等新兴技术对计算机系统提出的挑战和带来的机遇。 学习目标: 通过学习本书,读者将能够: 理解计算机系统的基本硬件组成及其工作原理。 掌握操作系统在管理计算机资源中的关键作用。 熟悉常用的数据结构和算法,并能分析其效率。 熟练运用 BASIC 语言编写程序,实现简单的计算和控制逻辑。 建立起计算机系统从底层硬件到上层应用的整体认知框架。 为进一步深入学习计算机科学的各个分支奠定坚实的基础。 本书适合计算机科学专业的初学者、希望了解计算机工作原理的爱好者,以及需要通过编程实践来巩固理论知识的学习者。通过理论与实践相结合的方式,本书旨在激发读者对计算机科学的兴趣,并培养其解决问题的能力。

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