| 圖書基本信息 | |
| 圖書名稱 | 深入理解計算機係統:英文版 |
| 作者 | 蘭德爾 E.布萊恩特 |
| 定價 | 239.00元 |
| 齣版社 | 機械工業齣版社 |
| ISBN | 9787111561279 |
| 齣版日期 | 2017-04-01 |
| 字數 | 500000 |
| 頁碼 | 1045 |
| 版次 | 1 |
| 裝幀 | 平裝-膠訂 |
| 開本 | 16開 |
| 商品重量 | 0.4Kg |
| 內容簡介 | |
| 本書從程序員的視角詳細闡述計算機係統的本質概念,並展示這些概念如何實實在在地影響應用程序的正確性、性能和實用性。全書共12章,主要包括信息的錶示和處理、程序的機器級錶示、處理器體係結構、優化程序性能、存儲器層次結構、鏈接、異常控製流、虛擬存儲器、係統級I/O、網絡編程、並發編程等內容。書中提供瞭大量的例子和練習題,並給齣部分答案,有助於讀者加深對正文所述概念和知識的理解。 |
| 作者簡介 | |
| Randal E. Bryant 1973年獲得密歇根大學學士學位,隨即就讀麻省理工學院的研究生院,並在1981年獲得計算機博士學位。從1984年至今一直任教於卡內基-梅隆大學,現在是卡內基-梅隆大學計算機科學學院院長、教授,同時受邀任教於工學院電子與計算機工程係。他還是ACM院士、IEEE院士和美國國傢工程院院士。其研究成果獲得過數項大奬,其中包括Semiconductor Research Corporation頒發的兩個發明榮譽奬和一個技術成就奬,ACM頒發的Kanellakis理論與實踐奬,還有IEEE頒發的W. R. G. Baker奬、Emmanuel Piore奬和Phil Kaufman奬。 David R. O,Hallaron 擁有弗吉尼亞大學計算機科學博士學位,現為Intel匹茲堡實驗室主任,卡內基-梅隆大學計算機科學和電子與計算機工程副教授。他曾獲得卡內基-梅隆大學計算機科學學院頒發的Herbert Simon傑齣教學奬,並同Quake項目中其他成員一起獲得瞭高性能計算領域中的高國際奬項——Gordon Bell奬。 |
| 目錄 | |
| Contents Preface xix About the Authors xxxv 1 A Tour of Computer Systems 1 1.1Information Is Bits Context 3 1.2Programs Are Translated by Other Programs into Different Forms 4 1.3It Pays to Understand How Compilation Systems Work 6 1.4Processors Read and Interpret Instructions Stored in Memory 7 1.4.1Hardware Organization of a System 8 1.4.2Running the helloProgram 10 1.5Caches Matter 11 1.6Storage Devices Form a Hierarchy 14 1.7The Operating System Manages the Hardware 14 1.7.1Processes 15 1.7.2Threads 17 1.7.3Virtual Memory 18 1.7.4Files 19 1.8Systems Communicate with Other Systems Using Networks 19 1.9Important Themes 22 1.9.1Amdahl’s Law 22 1.9.2Concurrency and Parallelism 24 1.9.3The Importance of Abstractions in Computer Systems 26 1.10Summary 27 Bibliographic Notes 28 Solutions to Practice Problems 28 Part I Program Structure and Execution 2 Representing and Manipulating Information 31 2.1Information Storage 34 2.1.1Hexadecimal Notation 36 2.1.2Data Sizes 39 2.1.3 Addressing and Byte Ordering 42 2.1.4 Representing Strings 49 2.1.5 Representing Code 49 2.1.6 Introduction to Boolean Algebra 50 2.1.7 Bit-Level Operations in C 54 2.1.8 Logical Operations in C 56 2.1.9 Shift Operations in C 57 2.2 Integer Representations 59 2.2.1 Integral Data Types 60 2.2.2 Unsigned Encodings 62 2.2.3 Two’s-Complement Encodings 64 2.2.4 Conversions between Signed and Unsigned 70 2.2.5 Signed versus Unsigned in C 74 2.2.6 Expanding the Bit Representation of a Number 76 2.2.7 Truncating Numbers 81 2.2.8 Advice on Signed versus Unsigned 83 2.3 Integer Arithmetic 84 2.3.1 Unsigned Addition 84 2.3.2 Two’s-Complement Addition 90 2.3.3 Two’s-Complement Negation 95 2.3.4 Unsigned Multiplication 96 2.3.5 Two’s-Complement Multiplication 97 2.3.6 Multiplying by Constants 101 2.3.7 Dividing by Powers of 2 103 2.3.8 Final Thoughts on Integer Arithmetic 107 2.4 Floating Point 108 2.4.1 Fractional Binary Numbers 109 2.4.2 IEEE Floating-Point Representation 112 2.4.3 Example Numbers 115 2.4.4 Rounding 120 2.4.5 Floating-Point Operations 122 2.4.6 Floating Point in C 124 2.5 Summary 126 Bibliographic Notes 127 Homework Problems 128 Solutions to Practice Problems 143 3 Machine-Level Representation of Programs 163 3.1 A Historical Perspective 166 3.2Program Encodings 169 3.2.1Machine-Level Code 170 3.2.2Code Examples 172 3.2.3Notes on Formatting 175 3.3Data Formats 177 3.4Accessing Information 179 3.4.1Operand Speci.ers 180 3.4.2Data Movement Instructions 182 3.4.3Data Movement Example 186 3.4.4Pushing and Popping Stack Data 189 3.5Arithmetic and Logical Operations 191 3.5.1Load Effective Address 191 3.5.2Unary and Binary Operations 194 3.5.3Shift Operations 194 3.5.4Discussion 196 3.5.5Special Arithmetic Operations 197 3.6Control 200 3.6.1Condition Codes 201 3.6.2Accessing the Condition Codes 202 3.6.3Jump Instructions 205 3.6.4Jump Instruction Encodings 207 3.6.5Implementing Conditional Branches withConditional Control 209 3.6.6Implementing Conditional Branches withConditional Moves 214 3.6.7Loops 220 3.6.8Switch Statements 232 3.7Procedures 238 3.7.1The Run-Time Stack 239 3.7.2Control Transfer 241 3.7.3Data Transfer 245 3.7.4Local Storage on the Stack 248 3.7.5Local Storage in Registers 251 3.7.6Recursive Procedures 253 3.8Array Allocation and Access 255 3.8.1Basic Principles 255 3.8.2Pointer Arithmetic 257 3.8.3Nested Arrays 258 3.8.4Fixed-Size Arrays 260 3.8.5Variable-Size Arrays 262 3.9 Heterogeneous Data Structures 265 3.9.1 Structures 265 3.9.2 Unions 269 3.9.3 Data Alignment 273 3.10 Combining Control and Data in Machine-Level Programs 276 3.10.1 Understanding Pointers 277 3.10.2 Life in the Real World: Using the gdbDebugger 279 3.10.3 Out-of-Bounds Memory References and Buffer Over.ow 279 3.10.4 Thwarting Buffer Over.ow Attacks 284 3.10.5 Supporting Variable-S |
| 編輯推薦 | |
| 文摘 | |
| 序言 | |
這本書的閱讀體驗,簡直是一種“沉浸式”的學習過程。我感覺自己不僅僅是在看書,更像是在和作者進行一場深入的對話。我記得在講解“數據錶示”時,我之前一直以為數字就是數字,字符就是字符,但在書中,我看到瞭它們在計算機內部是如何用二進製位來錶示的,以及不同類型的數據之間是如何進行轉換的。這種對“底層”的理解,讓我對計算機係統有瞭更深刻的認識。我尤其喜歡書中關於“程序編碼”的章節,它讓我明白瞭,我寫的那些高級語言的代碼,是如何一步步地被編譯成機器碼,然後在CPU上執行的。這種對“代碼生命周期”的理解,讓我對程序的運行原理有瞭更清晰的認識。書中還提供瞭大量的代碼示例和實驗,讓我能夠親手去驗證書中的原理。我感覺自己不僅僅是在“讀書”,更像是在“做實驗”,在實踐中加深對知識的理解。這本書讓我看到瞭計算機係統的“骨骼”和“肌肉”,讓我能夠更深入地理解程序是如何在硬件上運行的。
評分我必須說,這本書的內容,是我在計算機領域學習過程中,見過最係統、最深入的講解。它不僅僅是停留在概念層麵,而是深入到每一個細節,讓你明白計算機係統是如何工作的。我記得在講解“處理器體係結構”時,我被其中關於CPU緩存、流水綫、分支預測等技術的講解深深吸引。我之前一直認為,CPU就是個黑盒子,但這本書讓我看到瞭CPU是如何通過各種精巧的設計來提升執行效率的。同時,書中關於“操作係統”的講解,也讓我對進程、綫程、內存管理、文件係統等概念有瞭更深入的理解。我之前以為操作係統就是個簡單的管理程序,但這本書讓我明白瞭,操作係統纔是計算機係統的核心,它負責管理所有的硬件資源,並且為應用程序提供服務。讓我印象深刻的是,作者並沒有停留在理論層麵,而是提供瞭大量的代碼示例和實驗,讓我們能夠親手去驗證書中的原理。它讓我看到瞭計算機係統的“靈魂”,讓我能夠更深入地理解程序是如何在操作係統上運行的。
評分我購買這本書的初衷,其實是抱著一種“查漏補缺”的心態。我之前寫瞭一些代碼,也能跑,也能實現功能,但總感覺心裏沒底,總覺得對底層的運作機製缺乏深入的理解。這本書,就像一個經驗豐富的老者,把我拉到計算機係統的“心髒”邊,一點點地講解這顆心髒是如何跳動的。我記得其中有一章節,詳細闡述瞭操作係統如何管理進程和綫程。這對我來說簡直是醍醐灌頂。我之前一直以為“進程”和“綫程”就是個高級一點的抽象概念,但這本書讓我明白瞭,它們背後涉及到瞭 CPU 時間片的分配、上下文切換的開銷、信號量的機製等等。讀到那些關於調度算法的討論時,我甚至産生瞭一種“原來如此”的恍然大悟。操作係統不再是那個遙不可及的“黑盒子”,而是我代碼運行的真實環境,我能感受到我的程序在其中是如何被分配資源、如何與其他程序競爭資源的。尤其讓我印象深刻的是關於虛擬內存的講解,它把我之前對內存地址的模糊認知,徹底地撥開瞭迷霧。我理解瞭為什麼即使我的物理內存不足,我的程序依然可以運行,也理解瞭頁錶、缺頁中斷這些概念是如何支撐起這個神奇的“虛擬”世界的。這本書的內容,雖然技術性很強,但作者的敘述卻異常的平實和深入,沒有故弄玄虛,隻有紮紮實實的講解。它讓我明白瞭,要寫齣真正優秀的程序,不僅僅是掌握語法和API,更重要的是理解程序運行的底層原理。
評分這本書,絕對是我計算機學習道路上的一個裏程碑。它不僅僅是一本技術書籍,更是一種思維方式的啓濛。我之前在學習編程時,總覺得有些概念很抽象,很難理解,比如指針、內存地址、進程間通信等等。但這本書,用一種非常清晰、有條理的方式,一步步地把我帶入瞭計算機係統的核心。我記得在講解“虛擬內存”時,我之前一直以為內存就是一塊物理空間,程序就是直接往裏麵寫數據。但這本書讓我明白,所謂的“內存地址”,其實是一個虛擬地址,它需要通過頁錶映射到真實的物理地址。這個過程的講解,就像是解開瞭一個我心中長久以來的疑惑。書中關於“I/O”的描述,也讓我大開眼界。我之前總是把I/O看作是簡單的讀寫操作,但這本書讓我理解瞭,I/O的背後涉及到用戶空間和內核空間的切換,涉及到文件描述符、緩衝區、係統調用等一係列復雜的過程。這種深入到底層的理解,讓我對程序的執行效率有瞭更深刻的認識,也讓我明白瞭為什麼有時候I/O操作會成為程序的性能瓶頸。總而言之,這本書讓我看到瞭那些隱藏在“方便”之下的“不方便”,但這種“不方便”正是計算機係統得以高效運行的關鍵。
評分這本書,我真的隻能用“震撼”來形容。拿到它的時候,我帶著一種“想啃硬骨頭”的心態,畢竟名字就透著一股子深奧勁兒。翻開第一頁,我立刻意識到,這玩意兒絕對不是市麵上那種隨便翻翻就能領悟的“速成”寶典。它更像是一把精密的解剖刀,將計算機這個看似神秘的整體,一層層、一毫厘地剖開,讓你看清楚每一個部件是如何協同工作的,每一個指令是如何轉化為物理世界的動作的。我最佩服的是作者的功力,他們能把那些抽象到極緻的概念,用如此清晰、直觀的方式呈現齣來。比如,講到處理器是如何執行指令的,他們不僅僅停留在“CPU就是大腦”這樣的比喻,而是深入到流水綫、緩存、分支預測這些核心機製,用圖示和代碼示例,把整個過程在我腦海裏構建成瞭一個生動的模型。我曾經覺得“內存管理”是個很枯燥的概念,但這本書裏,它變成瞭一場關於地址、指針、堆棧、堆的精彩博弈,讓你理解為什麼會有內存泄露,為什麼程序會崩潰,以及如何纔能寫齣更高效、更穩定的代碼。讀到後麵,我甚至開始重新審視我平時寫的那些看似簡單的代碼,原來在底層,它們承載著如此復雜而精妙的設計。這本書不僅僅是知識的堆砌,更是思維方式的重塑,它逼迫你去思考“為什麼”,去追溯事物的本質,去理解那些被隱藏在“方便”之下的復雜性。我感覺自己不再是那個隻會敲打代碼的“搬磚工”,而是開始具備瞭一點點“工程師”的視野。
評分這本書帶給我的,是一種“頓悟”的體驗。我之前在學習編程時,總覺得有些概念很抽象,很難理解,比如指針、內存地址、進程間通信等等。但這本書,用一種非常清晰、有條理的方式,一步步地把我帶入瞭計算機係統的核心。我記得在講解“虛擬內存”時,我之前一直以為內存就是一塊物理空間,程序就是直接往裏麵寫數據。但這本書讓我明白,所謂的“內存地址”,其實是一個虛擬地址,它需要通過頁錶映射到真實的物理地址。這個過程的講解,就像是解開瞭一個我心中長久以來的疑惑。書中關於“I/O”的描述,也讓我大開眼界。我之前總是把I/O看作是簡單的讀寫操作,但這本書讓我理解瞭,I/O的背後涉及到用戶空間和內核空間的切換,涉及到文件描述符、緩衝區、係統調用等一係列復雜的過程。這種深入到底層的理解,讓我對程序的執行效率有瞭更深刻的認識,也讓我明白瞭為什麼有時候I/O操作會成為程序的性能瓶頸。總而言之,這本書讓我看到瞭那些隱藏在“方便”之下的“不方便”,但這種“不方便”正是計算機係統得以高效運行的關鍵。
評分這本書的內容,實在是太豐富、太有深度瞭。我之前一直認為,學習計算機知識,隻要會寫代碼,會用框架就行瞭。但這本書,徹底顛覆瞭我的認知。它讓我明白,一個真正的計算機工程師,需要對計算機係統的每一個層麵都有所瞭解。我花瞭很長時間去啃讀“性能優化”相關的章節,例如關於CPU緩存、指令流水綫、內存訪問模式等內容的講解。我之前寫的程序,有時候會慢得離譜,但我總是找不到原因,或者隻能憑感覺去改。而這本書,提供瞭一套係統性的方法論,讓我理解瞭程序性能的瓶頸到底齣在哪裏,以及如何通過調整代碼的結構、優化數據訪問方式來提升效率。書中關於“並發與綫程”的討論,也讓我受益匪淺。我之前在寫多綫程程序時,經常會遇到各種詭異的bug,比如死鎖、競態條件等。這本書不僅解釋瞭這些問題的根源,還提供瞭非常有效的解決方案,讓我能夠更自信地編寫並發程序。讓我印象深刻的是,作者並沒有停留在理論層麵,而是提供瞭大量的代碼示例和實驗,讓我們能夠親手去驗證書中的原理。我感覺自己不僅僅是在“讀書”,更像是在“做實驗”,在實踐中加深對知識的理解。
評分我必須承認,這本書的難度相當大,但其價值也同樣巨大。它不是那種可以讓你快速學會一門新技術的“速成手冊”,而是一本需要你靜下心來,反復琢磨、深入思考的“思想啓迪錄”。我記得在閱讀關於“網絡編程”的章節時,我被其中關於TCP協議的工作原理,以及Socket API的實現細節所深深吸引。我之前一直認為,網絡通信就是發送和接收數據包,但這本書讓我看到瞭TCP三次握手、四次揮手的工作流程,以及滑動窗口、擁塞控製等機製是如何保證數據傳輸的可靠性和效率的。這種對底層協議的深入理解,讓我對網絡應用程序的設計有瞭全新的認識。同時,書中關於“並發編程”的講解,也讓我對綫程安全、鎖、原子操作等概念有瞭更深刻的理解。我之前在編寫多綫程程序時,經常會遇到一些難以捉摸的bug,但這本書讓我明白瞭這些bug的根源,並且提供瞭有效的解決方案。它讓我明白瞭,要寫齣健壯的並發程序,不僅僅是使用綫程,更重要的是理解綫程之間的交互和同步機製。
評分我被這本書所提供的“全局視角”深深吸引。我之前接觸到的計算機知識,往往是零散的、碎片化的。我可能知道如何編寫一個Web應用,如何使用數據庫,但我對這些應用是如何在底層運行的,是如何與操作係統、硬件進行交互的,卻知之甚少。這本書,就像一個精美的地圖,將計算機係統的各個組成部分——硬件、操作係統、編譯器、網絡——都繪製瞭齣來,並且詳細地講解瞭它們之間的關係和協作方式。我特彆喜歡書中關於“鏈接”那一章節的講解,它讓我理解瞭靜態鏈接和動態鏈接的區彆,以及共享庫是如何工作的。我之前一直認為,我寫的代碼就是我寫的那幾行,但這本書讓我明白瞭,我的代碼實際上是與其他大量的庫代碼“組閤”在一起,最終形成一個可執行的程序。這種對“整體”的認知,讓我對計算機係統有瞭更宏觀的理解,也讓我能夠更好地進行係統設計和故障排查。這本書不僅僅是技術細節的堆砌,更是一種思維方式的啓濛,它鼓勵我去思考“大局”,去理解事物之間的相互聯係。
評分坦白說,在讀這本書之前,我對計算機底層技術可以說是“一竅不通”。我習慣於使用高級語言,習慣於依賴庫函數,很少去想代碼編譯成機器碼之後是什麼樣子,數據在內存中是如何組織的,網絡傳輸又是如何實現的。這本書,就像一束強光,照亮瞭我知識的盲區。它不僅僅是一本“技術手冊”,更像是一堂嚴謹的“計算機科學入門課”。我記得在講解程序是如何被編譯和鏈接時,我被其中涉及到的匯編語言、目標文件、符號錶、重定位等概念震撼瞭。我從來沒有想過,我寫的幾行C代碼,在經過編譯器和鏈接器的“雕琢”之後,會變成如此復雜的機器指令序列,然後在內存中占據特定的位置。這本書讓我看到瞭代碼的“前世今生”,明白瞭“hello world”這樣簡單的程序,背後也隱藏著如此多的工程細節。我對“數據錶示”那一章尤其著迷,它讓我理解瞭整數、浮點數是如何在計算機中存儲的,以及為什麼會發生溢齣、精度丟失這樣的問題。這本書讓我明白,我們司空見慣的數字,在計算機內部,其實是由一串串的二進製位構成的,而對這些位進行正確的解釋和操作,是編寫可靠程序的關鍵。這本書的內容,讓我對計算機係統有瞭一種全新的、更深刻的敬畏感。
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