包郵 北京理工 計算機組成原理 第3版第三版 蔣本珊著 清華大學齣版社 21世紀大學本科計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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蔣本珊著 著

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• 21世紀大學本科計
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店鋪： 蘭興達圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302328438

商品編碼：14267961525

包裝：平裝

齣版時間：2013-08-01

《深入理解計算機係統：計算機的硬件與軟件交互之道》 前言 在當今數字時代，計算機已滲透到我們生活的方方麵麵，從日常通訊到復雜的科學研究，無處不在。然而，大多數用戶僅僅停留在“使用”層麵，對計算機背後精密的運作機製知之甚少。這種認知鴻溝，如同隻知其然不知其所以然，限製瞭我們對技術潛力的深度挖掘，也阻礙瞭我們成為更具創造力和解決問題能力的計算者。 《深入理解計算機係統》正是為瞭彌閤這一差距而誕生的。本書並非一本枯燥的技術手冊，而是一次引人入勝的探索之旅，帶領讀者深入計算機的“腹地”，理解硬件與軟件如何協同工作，共同構建起我們賴以生存的數字世界。我們相信，理解計算機的底層原理，不僅是計算機科學專業學生的必修課，對於任何希望在這個技術飛速發展的時代保持競爭力的人來說，都是一項寶貴的財富。 本書的目標是幫助讀者建立起對計算機係統的整體認知，從最基本的二進製位到復雜的操作係統，再到應用程序的執行過程，每一個環節都息息相關。通過揭示這些隱藏的聯係，讀者將能夠更有效地編寫高效、可靠的程序，更好地診斷和解決程序中的問題，並且能夠更深刻地理解各種係統性能的權衡。 第一部分：數據的數字化錶示與運算 本部分將為你揭開計算機世界最基本、最核心的麵紗——二進製。我們將從二進製的定義齣發，深入探討整數（包括無符號整數和補碼錶示的有符號整數）和浮點數在計算機內部是如何存儲和錶示的。你將學習到： 二進製錶示的魅力： 如何將我們熟悉的十進製數字轉化為計算機能識彆的二進製形式，以及反之亦然。我們將解釋位、字節、字等基本概念，它們構成瞭計算機數據的基石。 整數的編碼： 無符號整數和有符號整數（特彆是補碼）的錶示方式及其在加法、減法運算中的原理。你將理解為什麼補碼是現代計算機中處理有符號整數的標準方法，以及它如何簡化瞭算術邏輯單元（ALU）的設計。 浮點數的奧秘： 國際標準IEEE 754如何規範浮點數的錶示。我們將剖析其組成的符號位、指數位和尾數位，理解科學計數法在其中的作用，以及由此帶來的精度問題和特殊值（如NaN、Infinity）的處理。 位運算的強大： 位與、位或、位異或、位非、左移、右移等基本位運算符的含義與應用。你將發現這些看似簡單的操作在實現某些高級算法、數據壓縮、加密技術，甚至是硬件邏輯設計中扮演著至關重要的角色。 字符串的錶示： 不同的字符編碼標準（如ASCII、Unicode）如何將人類可讀的字符映射到二進製序列，以及它們在文本處理中的重要性。 通過本部分的學習，你將不再僅僅將數字視為抽象的概念，而是能夠理解它們在內存中的具體形態，以及計算機如何進行精確的算術運算。這將為你後續深入理解程序執行和內存管理打下堅實的基礎。 第二部分：處理器架構與指令集 理解瞭數據的錶示，我們自然要探究是誰在處理這些數據，以及如何處理。本部分將引領你走進處理器的世界，揭示CPU的內部結構和它所能理解的“語言”——指令集。 指令集架構（ISA）的演進： 從早期的精簡指令集計算機（RISC）到復雜指令集計算機（CISC），以及現代處理器中混閤的策略。你將瞭解不同ISA的設計哲學及其對處理器性能、功耗和開發效率的影響。 流水綫技術的革命： 現代處理器如何通過指令流水綫來提升執行效率。我們將詳細解釋指令的取指、解碼、執行、訪存、寫迴等各個階段，以及如何通過流水綫讓多個指令在不同階段並行處理，從而大幅提高吞吐量。 緩存的智慧： 存儲器訪問速度與處理器速度的巨大差異是性能瓶頸的關鍵。本部分將深入剖析CPU緩存的工作原理，包括多級緩存（L1、L2、L3）、緩存的映射策略（直接映射、全相聯、組相聯）、寫策略（寫迴、寫通）以及緩存一緻性問題。理解緩存將是你寫齣高性能代碼的關鍵。 理解匯編語言： 匯編語言是機器指令的符號化錶示，是連接高級語言和機器碼的橋梁。你將學習如何閱讀和理解簡單的匯編代碼，瞭解通用寄存器、程序計數器（PC）、棧指針（SP）等寄存器的作用，以及函數調用、棧幀的創建與銷毀等底層機製。這不僅能幫助你理解編譯器是如何將高級語言翻譯成機器碼的，更能幫助你進行更底層的程序調試和性能優化。 掌握本部分內容，你將能從硬件的角度理解程序是如何被執行的，並對影響程序速度的關鍵因素有更深刻的認識。 第三部分：內存管理與虛擬內存 數據和指令都需要被存儲和訪問，而內存係統是這一切的核心。本部分將深入探討計算機的內存層次結構，特彆是現代操作係統如何管理內存，以及虛擬內存技術如何擴展瞭我們對內存的感知。 存儲器層次結構： 再次審視存儲器層次結構，強調寄存器、緩存、主內存（RAM）以及二級存儲（硬盤、SSD）之間的性能和容量差異。你將理解為什麼高效的程序設計需要充分利用存儲器層次結構。 動態內存分配： 堆（Heap）是如何工作的？你將學習到 `malloc` 和 `free` 等內存分配函數背後的原理，包括空閑鏈錶、夥伴係統、垃圾迴收等技術。理解這些機製有助於避免內存泄漏和提高內存使用效率。 虛擬內存的概念與實現： 虛擬內存是現代操作係統最關鍵的抽象之一。我們將詳細講解地址翻譯的過程，包括頁錶、頁目錄、TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用。你將理解虛擬地址與物理地址之間的映射關係，以及缺頁中斷（Page Fault）是如何處理的。 內存共享與保護： 虛擬內存不僅擴展瞭內存容量，還提供瞭進程間的隔離和安全。我們將探討不同進程如何擁有獨立的虛擬地址空間，以及如何通過頁錶中的權限位實現對內存的訪問控製。 動態鏈接庫（DLL/Shared Libraries）： 動態鏈接庫如何實現代碼的共享和按需加載，以及它們對程序開發和係統資源利用的影響。 通過本部分的學習，你將能夠更深入地理解程序運行時內存是如何被組織和使用的，並能更好地應對與內存相關的編程挑戰。 第四部分：鏈接 在編寫完源代碼後，離最終的可執行程序還有一步關鍵的旅程——鏈接。本部分將揭示鏈接器的作用，讓你理解多個源文件如何被整閤，以及程序是如何在運行時被加載和執行的。 靜態鏈接： 編譯器如何生成目標文件（.o文件），以及鏈接器（ld）如何將這些目標文件以及庫文件組閤成一個獨立的（靜態鏈接的）可執行文件。你將理解符號解析、重定位等過程。 動態鏈接： 動態鏈接如何允許程序在運行時纔將所需的庫連接起來。你將學習到動態鏈接庫（.so/.dll）的加載過程，以及運行時鏈接器（ld-linux.so）在其中扮演的角色。動態鏈接的好處在於節省內存、便於更新和模塊化開發。 可執行文件的格式： 常見的可執行文件格式（如Linux的ELF格式）的結構，包括代碼段、數據段、符號錶、重定位信息等。理解這些格式有助於深入分析程序結構和進行低級調試。 鏈接是程序構建過程中不可或缺的一環。理解鏈接過程，能夠幫助你更好地組織大型項目，理解不同模塊之間的依賴關係，並為程序的部署和分發打下基礎。 第五部分：係統級I/O 我們編寫的程序最終需要與外部世界進行交互，這通常通過輸入/輸齣（I/O）操作來完成。本部分將聚焦於係統級I/O，帶你領略程序如何與文件、網絡套接字等進行通信。 文件I/O的抽象： 操作係統提供的文件抽象，包括普通文件、目錄、設備文件等。你將學習到標準I/O庫（如 `stdio.h` 中的 `fopen`, `fread`, `fwrite`）的封裝和底層係統調用（如 `open`, `read`, `write`）的原理。 並發I/O與非阻塞I/O： 如何處理多個I/O請求，以及非阻塞I/O模型如何避免程序在等待I/O完成時被阻塞。 網絡編程基礎： 套接字（Socket）作為網絡通信的接口，將揭示客戶端-服務器模型是如何工作的。你將學習到基本的網絡函數（如 `socket`, `bind`, `listen`, `accept`, `connect`, `send`, `recv`），理解TCP和UDP協議的基本差異。 I/O復用技術： `select`, `poll`, `epoll` 等I/O復用技術如何在一個進程中高效地管理大量並發I/O連接。 掌握係統級I/O，你將能夠編寫能夠處理文件讀寫、網絡通信等任務的應用程序，並理解程序與外界交互的底層機製。 第六部分：並發編程 在多核處理器成為主流的今天，利用並發來提高程序性能和響應能力變得尤為重要。本部分將深入探討並發編程的核心概念和實現技術。 進程與綫程： 理解進程（Process）和綫程（Thread）的概念及其區彆。進程是資源獨立的執行單元，而綫程是進程內的執行單元，共享進程資源。 並發編程模型： 介紹進程級並發（如 `fork`）和綫程級並發（如POSIX Threads - Pthreads）。你將學習如何創建和管理多個進程或綫程。 同步機製： 避免並發訪問共享數據導緻的數據競爭和不一緻是並發編程的難點。本部分將詳細講解互斥鎖（Mutexes）、信號量（Semaphores）、條件變量（Condition Variables）等同步原語，以及如何使用它們來保護共享資源。 死鎖與活鎖： 理解死鎖的産生條件以及如何避免死鎖。同時，你也將瞭解活鎖的含義和預防方法。 可伸縮性與性能： 探討如何設計可伸縮的並發程序，以及如何衡量和優化並發程序的性能。 並發編程是現代軟件開發中一個至關重要的領域。通過本部分的學習，你將能夠編寫齣利用多核優勢、高效且健壯的並發程序。 第七部分：性能衡量與優化 “衡量不齣，就無法改進。” 本部分將引導你學習如何科學地衡量程序的性能，並掌握一係列的優化技巧，以編寫齣更快速、更高效的代碼。 性能測量的基本方法： 使用時間測量工具（如 `gettimeofday`）來度量代碼片段的執行時間。理解指令周期、時鍾頻率等基本概念。 性能瓶頸分析： 如何識彆程序中的性能瓶頸，是CPU密集型、內存密集型還是I/O密集型。 代碼優化技巧： 算法優化： 選擇更優的算法和數據結構是最高效的優化手段。 循環優化： 循環展開、循環融閤、計算強度等。 內存訪問優化： 提高緩存命中率，減少訪存延遲。 函數調用優化： 減少不必要的函數調用，內聯函數。 利用並行性： 適當的並發編程和嚮量化指令的使用。 性能分析工具： 介紹一些常用的性能分析工具，如 `perf`, `gprof`, `valgrind` 等，它們能夠幫助你深入洞察程序的性能狀況。 性能的權衡： 理解性能優化往往伴隨著代碼復雜度的增加、可讀性的下降，甚至可能犧牲一些其他方麵的特性（如功耗、內存占用）。 掌握性能衡量與優化的方法，你將能夠寫齣真正高效的程序，並能自信地應對各種性能挑戰。 結語 《深入理解計算機係統》是一次對計算本質的深度探索。本書的內容涵蓋瞭計算機係統的方方麵麵，從最底層的硬件交互到上層的程序設計，旨在幫助讀者建立起完整的知識體係。我們相信，通過對本書內容的學習和實踐，你將不再僅僅是一個計算機的使用者，而是能夠成為一個真正的、洞悉其內在奧秘的計算者。這不僅僅是為瞭應對日益復雜的計算機技術，更是為瞭培養一種嚴謹的、分析性的思維方式，這種思維方式將會在你生活的各個領域中都受益匪淺。 請記住，技術的世界充滿無限可能，而理解的深度，正是開啓這些可能性的鑰匙。祝你在探索計算機係統的旅程中，收獲滿滿！

評分☆☆☆☆☆

作為一名在IT行業摸爬滾打多年的老兵，偶爾會迴顧一下自己最初的學習曆程。這本《包郵 北京理工 計算機組成原理 第3版第三版 蔣本珊著 清華大學齣版社 21世紀大學本科計》讓我想起瞭當年剛接觸計算機時那種探究“為什麼”的純粹。這本書的內容，雖然是針對大學本科的，但其中對計算機係統底層邏輯的剖析，即使是對於有經驗的開發者來說，也能帶來不少啓發。比如，它關於指令集架構的講解，讓我更深刻地理解瞭不同CPU的設計哲學，以及它們在性能和功耗上的權衡。我特彆欣賞書中關於存儲器一緻性模型和並行計算的討論，這在如今多核、分布式計算盛行的時代，顯得尤為重要。書中的一些圖錶和示意圖，設計得非常精巧，能夠直觀地展示齣硬件的內部運作機製，避免瞭純文字帶來的枯燥感。雖然我已不再需要按部就班地學習這些內容，但偶爾翻閱一下，總能溫故知新，或者發現一些當年被我忽略的細節。這本書的價值在於，它能夠幫助我們建立起一個係統性的、從硬件到軟件的思維框架，這對於理解更高級的計算機科學概念是至關重要的。

評分☆☆☆☆☆

剛拿到這本《包郵 北京理工 計算機組成原理 第3版第三版 蔣本珊著 清華大學齣版社 21世紀大學本科計》，迫不及待地翻開。第一感覺是紙質很好，印刷清晰，閱讀體驗很棒。雖然我不是計算機專業的科班齣身，但一直對計算機底層運作原理很感興趣，這本書的齣現正好滿足瞭我的好奇心。內容上，它從最基礎的數字邏輯門開始，循序漸進地講解瞭CPU、存儲器、輸入輸齣設備等核心組件的工作原理。我尤其喜歡它在講解CPU設計時，把復雜的指令集和流水綫技術用圖文並茂的方式呈現齣來，即使是對於我這樣的初學者，也能大緻理解其精妙之處。書中的例子很貼切，比如用一個簡單的加法運算來演示CPU如何一步步執行指令，讓我覺得計算機不再是冰冷的機器，而是按照邏輯精密運轉的智能體。而且，它還涵蓋瞭現代計算機體係結構的發展趨勢，比如多核處理器和緩存技術，這讓我對未來的計算機發展有瞭更深的認識。雖然有些章節涉及到一些公式和定理，但我相信隻要認真理解，最終都能掌握。總的來說，這本書非常適閤有誌於深入瞭解計算機原理的讀者，無論是學生還是業餘愛好者，都能從中獲益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

說實話，第一次捧起這本《包郵 北京理工 計算機組成原理 第3版第三版 蔣本珊著 清華大學齣版社 21世紀大學本科計》，我內心是有些忐忑的。畢竟“計算機組成原理”這個名字聽起來就充滿瞭挑戰。然而，事實證明我的擔憂是多餘的。作者的講解風格非常到位，不是那種枯燥乏味的教科書式敘述，而是帶有一些啓發性和引導性。他似乎很瞭解初學者可能會遇到的睏惑，總能在關鍵的地方給齣清晰的解釋和形象的比喻。我印象最深的是關於存儲器管理的部分，理解瞭虛擬內存、頁式管理等概念後，我纔明白為什麼我們的電腦可以同時運行那麼多程序而不至於崩潰。這本書在理論知識的講解之外，還穿插瞭一些實際的應用案例，比如介紹不同類型的存儲器如何影響計算機的性能，這讓我覺得學到的知識是活的，是可以與實際應用相結閤的。當然，這本書的篇幅還是比較大的，需要花費一定的時間去消化。但我認為，對於想要打下紮實計算機基礎的人來說，這絕對是一本值得投入精力和時間去學習的書籍。它不僅教會瞭我“是什麼”，更重要的是讓我理解瞭“為什麼”。

評分☆☆☆☆☆

我最近在學習一些關於嵌入式係統和硬件加速的內容，因此需要一本能夠打好基礎的計算機組成原理的書籍。在朋友的推薦下，我選擇瞭這本《包郵 北京理工 計算機組成原理 第3版第三版 蔣本珊著 清華大學齣版社 21世紀大學本科計》。這本書的覆蓋麵相當廣，從最基本的邏輯門電路，一直講到高級的處理單元設計。我對其中關於並行處理和流水綫技術的部分尤為感興趣，它詳細解釋瞭如何通過將指令分解為多個階段，同時執行，從而大幅提高處理器的效率。書中還涉及瞭DMA（直接內存訪問）和中斷機製，這對於理解CPU如何高效地與外設進行通信非常有幫助。此外，它對總綫係統和接口技術的講解，也讓我明白不同硬件組件之間是如何協同工作的。這本書的語言風格偏嚮於嚴謹的學術探討，但作者在講解復雜概念時，會輔以大量的圖例和簡化的模型，使得學習過程相對流暢。對於我來說，這本書提供瞭一個很好的理論框架，讓我能夠更好地理解和設計硬件相關的應用。雖然有些內容需要反復琢磨，但總體而言，它是一本非常紮實且有深度的計算機組成原理教材。

評分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻讀計算機科學專業的學生，這本書《包郵 北京理工 計算機組成原理 第3版第三版 蔣本珊著 清華大學齣版社 21世紀大學本科計》是我課程的指定教材之一。說實話，作為專業教材，它的深度和廣度都相當可觀。從數據錶示、指令係統，到CPU的設計、存儲器層次結構，再到I/O係統和總綫，幾乎涵蓋瞭計算機組成原理的所有核心內容。作者在處理復雜概念時，往往會采用多角度的闡釋，例如在講解CPU的流水綫時，不僅提供瞭理論模型，還深入分析瞭如何解決冒險問題，這對於我們理解CPU性能的提升至關重要。書中的一些習題設計得也相當有挑戰性，能夠很好地檢驗我們對知識的掌握程度。我尤其喜歡書中關於計算機性能評估的部分，瞭解瞭IPC、時鍾頻率等指標如何共同決定機器的運算速度，讓我對如何優化程序性能有瞭更深的認識。雖然這是一本偏學術的書籍，但作者的語言風格並沒有讓人望而生畏，反而是在嚴謹的學術基礎上，努力做到清晰易懂。總而言之，對於計算機專業的學生而言，這本書是一本不可或缺的工具書，能夠幫助我們構建起對計算機硬件的全麵認識。