包邮 北京理工 计算机组成原理 第3版第三版 蒋本珊著 清华大学出版社 21世纪大学本科计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蒋本珊著 著

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店铺： 兰兴达图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302328438

商品编码：14267961525

包装：平装

出版时间：2013-08-01

《深入理解计算机系统：计算机的硬件与软件交互之道》 前言 在当今数字时代，计算机已渗透到我们生活的方方面面，从日常通讯到复杂的科学研究，无处不在。然而，大多数用户仅仅停留在“使用”层面，对计算机背后精密的运作机制知之甚少。这种认知鸿沟，如同只知其然不知其所以然，限制了我们对技术潜力的深度挖掘，也阻碍了我们成为更具创造力和解决问题能力的计算者。 《深入理解计算机系统》正是为了弥合这一差距而诞生的。本书并非一本枯燥的技术手册，而是一次引人入胜的探索之旅，带领读者深入计算机的“腹地”，理解硬件与软件如何协同工作，共同构建起我们赖以生存的数字世界。我们相信，理解计算机的底层原理，不仅是计算机科学专业学生的必修课，对于任何希望在这个技术飞速发展的时代保持竞争力的人来说，都是一项宝贵的财富。 本书的目标是帮助读者建立起对计算机系统的整体认知，从最基本的二进制位到复杂的操作系统，再到应用程序的执行过程，每一个环节都息息相关。通过揭示这些隐藏的联系，读者将能够更有效地编写高效、可靠的程序，更好地诊断和解决程序中的问题，并且能够更深刻地理解各种系统性能的权衡。 第一部分：数据的数字化表示与运算 本部分将为你揭开计算机世界最基本、最核心的面纱——二进制。我们将从二进制的定义出发，深入探讨整数（包括无符号整数和补码表示的有符号整数）和浮点数在计算机内部是如何存储和表示的。你将学习到： 二进制表示的魅力： 如何将我们熟悉的十进制数字转化为计算机能识别的二进制形式，以及反之亦然。我们将解释位、字节、字等基本概念，它们构成了计算机数据的基石。 整数的编码： 无符号整数和有符号整数（特别是补码）的表示方式及其在加法、减法运算中的原理。你将理解为什么补码是现代计算机中处理有符号整数的标准方法，以及它如何简化了算术逻辑单元（ALU）的设计。 浮点数的奥秘： 国际标准IEEE 754如何规范浮点数的表示。我们将剖析其组成的符号位、指数位和尾数位，理解科学计数法在其中的作用，以及由此带来的精度问题和特殊值（如NaN、Infinity）的处理。 位运算的强大： 位与、位或、位异或、位非、左移、右移等基本位运算符的含义与应用。你将发现这些看似简单的操作在实现某些高级算法、数据压缩、加密技术，甚至是硬件逻辑设计中扮演着至关重要的角色。 字符串的表示： 不同的字符编码标准（如ASCII、Unicode）如何将人类可读的字符映射到二进制序列，以及它们在文本处理中的重要性。 通过本部分的学习，你将不再仅仅将数字视为抽象的概念，而是能够理解它们在内存中的具体形态，以及计算机如何进行精确的算术运算。这将为你后续深入理解程序执行和内存管理打下坚实的基础。 第二部分：处理器架构与指令集 理解了数据的表示，我们自然要探究是谁在处理这些数据，以及如何处理。本部分将引领你走进处理器的世界，揭示CPU的内部结构和它所能理解的“语言”——指令集。 指令集架构（ISA）的演进： 从早期的精简指令集计算机（RISC）到复杂指令集计算机（CISC），以及现代处理器中混合的策略。你将了解不同ISA的设计哲学及其对处理器性能、功耗和开发效率的影响。 流水线技术的革命： 现代处理器如何通过指令流水线来提升执行效率。我们将详细解释指令的取指、解码、执行、访存、写回等各个阶段，以及如何通过流水线让多个指令在不同阶段并行处理，从而大幅提高吞吐量。 缓存的智慧： 存储器访问速度与处理器速度的巨大差异是性能瓶颈的关键。本部分将深入剖析CPU缓存的工作原理，包括多级缓存（L1、L2、L3）、缓存的映射策略（直接映射、全相联、组相联）、写策略（写回、写通）以及缓存一致性问题。理解缓存将是你写出高性能代码的关键。 理解汇编语言： 汇编语言是机器指令的符号化表示，是连接高级语言和机器码的桥梁。你将学习如何阅读和理解简单的汇编代码，了解通用寄存器、程序计数器（PC）、栈指针（SP）等寄存器的作用，以及函数调用、栈帧的创建与销毁等底层机制。这不仅能帮助你理解编译器是如何将高级语言翻译成机器码的，更能帮助你进行更底层的程序调试和性能优化。 掌握本部分内容，你将能从硬件的角度理解程序是如何被执行的，并对影响程序速度的关键因素有更深刻的认识。 第三部分：内存管理与虚拟内存 数据和指令都需要被存储和访问，而内存系统是这一切的核心。本部分将深入探讨计算机的内存层次结构，特别是现代操作系统如何管理内存，以及虚拟内存技术如何扩展了我们对内存的感知。 存储器层次结构： 再次审视存储器层次结构，强调寄存器、缓存、主内存（RAM）以及二级存储（硬盘、SSD）之间的性能和容量差异。你将理解为什么高效的程序设计需要充分利用存储器层次结构。 动态内存分配： 堆（Heap）是如何工作的？你将学习到 `malloc` 和 `free` 等内存分配函数背后的原理，包括空闲链表、伙伴系统、垃圾回收等技术。理解这些机制有助于避免内存泄漏和提高内存使用效率。 虚拟内存的概念与实现： 虚拟内存是现代操作系统最关键的抽象之一。我们将详细讲解地址翻译的过程，包括页表、页目录、TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用。你将理解虚拟地址与物理地址之间的映射关系，以及缺页中断（Page Fault）是如何处理的。 内存共享与保护： 虚拟内存不仅扩展了内存容量，还提供了进程间的隔离和安全。我们将探讨不同进程如何拥有独立的虚拟地址空间，以及如何通过页表中的权限位实现对内存的访问控制。 动态链接库（DLL/Shared Libraries）： 动态链接库如何实现代码的共享和按需加载，以及它们对程序开发和系统资源利用的影响。 通过本部分的学习，你将能够更深入地理解程序运行时内存是如何被组织和使用的，并能更好地应对与内存相关的编程挑战。 第四部分：链接 在编写完源代码后，离最终的可执行程序还有一步关键的旅程——链接。本部分将揭示链接器的作用，让你理解多个源文件如何被整合，以及程序是如何在运行时被加载和执行的。 静态链接： 编译器如何生成目标文件（.o文件），以及链接器（ld）如何将这些目标文件以及库文件组合成一个独立的（静态链接的）可执行文件。你将理解符号解析、重定位等过程。 动态链接： 动态链接如何允许程序在运行时才将所需的库连接起来。你将学习到动态链接库（.so/.dll）的加载过程，以及运行时链接器（ld-linux.so）在其中扮演的角色。动态链接的好处在于节省内存、便于更新和模块化开发。 可执行文件的格式： 常见的可执行文件格式（如Linux的ELF格式）的结构，包括代码段、数据段、符号表、重定位信息等。理解这些格式有助于深入分析程序结构和进行低级调试。 链接是程序构建过程中不可或缺的一环。理解链接过程，能够帮助你更好地组织大型项目，理解不同模块之间的依赖关系，并为程序的部署和分发打下基础。 第五部分：系统级I/O 我们编写的程序最终需要与外部世界进行交互，这通常通过输入/输出（I/O）操作来完成。本部分将聚焦于系统级I/O，带你领略程序如何与文件、网络套接字等进行通信。 文件I/O的抽象： 操作系统提供的文件抽象，包括普通文件、目录、设备文件等。你将学习到标准I/O库（如 `stdio.h` 中的 `fopen`, `fread`, `fwrite`）的封装和底层系统调用（如 `open`, `read`, `write`）的原理。 并发I/O与非阻塞I/O： 如何处理多个I/O请求，以及非阻塞I/O模型如何避免程序在等待I/O完成时被阻塞。 网络编程基础： 套接字（Socket）作为网络通信的接口，将揭示客户端-服务器模型是如何工作的。你将学习到基本的网络函数（如 `socket`, `bind`, `listen`, `accept`, `connect`, `send`, `recv`），理解TCP和UDP协议的基本差异。 I/O复用技术： `select`, `poll`, `epoll` 等I/O复用技术如何在一个进程中高效地管理大量并发I/O连接。 掌握系统级I/O，你将能够编写能够处理文件读写、网络通信等任务的应用程序，并理解程序与外界交互的底层机制。 第六部分：并发编程 在多核处理器成为主流的今天，利用并发来提高程序性能和响应能力变得尤为重要。本部分将深入探讨并发编程的核心概念和实现技术。 进程与线程： 理解进程（Process）和线程（Thread）的概念及其区别。进程是资源独立的执行单元，而线程是进程内的执行单元，共享进程资源。 并发编程模型： 介绍进程级并发（如 `fork`）和线程级并发（如POSIX Threads - Pthreads）。你将学习如何创建和管理多个进程或线程。 同步机制： 避免并发访问共享数据导致的数据竞争和不一致是并发编程的难点。本部分将详细讲解互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）、条件变量（Condition Variables）等同步原语，以及如何使用它们来保护共享资源。 死锁与活锁： 理解死锁的产生条件以及如何避免死锁。同时，你也将了解活锁的含义和预防方法。 可伸缩性与性能： 探讨如何设计可伸缩的并发程序，以及如何衡量和优化并发程序的性能。 并发编程是现代软件开发中一个至关重要的领域。通过本部分的学习，你将能够编写出利用多核优势、高效且健壮的并发程序。 第七部分：性能衡量与优化 “衡量不出，就无法改进。” 本部分将引导你学习如何科学地衡量程序的性能，并掌握一系列的优化技巧，以编写出更快速、更高效的代码。 性能测量的基本方法： 使用时间测量工具（如 `gettimeofday`）来度量代码片段的执行时间。理解指令周期、时钟频率等基本概念。 性能瓶颈分析： 如何识别程序中的性能瓶颈，是CPU密集型、内存密集型还是I/O密集型。 代码优化技巧： 算法优化： 选择更优的算法和数据结构是最高效的优化手段。 循环优化： 循环展开、循环融合、计算强度等。 内存访问优化： 提高缓存命中率，减少访存延迟。 函数调用优化： 减少不必要的函数调用，内联函数。 利用并行性： 适当的并发编程和向量化指令的使用。 性能分析工具： 介绍一些常用的性能分析工具，如 `perf`, `gprof`, `valgrind` 等，它们能够帮助你深入洞察程序的性能状况。 性能的权衡： 理解性能优化往往伴随着代码复杂度的增加、可读性的下降，甚至可能牺牲一些其他方面的特性（如功耗、内存占用）。 掌握性能衡量与优化的方法，你将能够写出真正高效的程序，并能自信地应对各种性能挑战。 结语 《深入理解计算机系统》是一次对计算本质的深度探索。本书的内容涵盖了计算机系统的方方面面，从最底层的硬件交互到上层的程序设计，旨在帮助读者建立起完整的知识体系。我们相信，通过对本书内容的学习和实践，你将不再仅仅是一个计算机的使用者，而是能够成为一个真正的、洞悉其内在奥秘的计算者。这不仅仅是为了应对日益复杂的计算机技术，更是为了培养一种严谨的、分析性的思维方式，这种思维方式将会在你生活的各个领域中都受益匪浅。 请记住，技术的世界充满无限可能，而理解的深度，正是开启这些可能性的钥匙。祝你在探索计算机系统的旅程中，收获满满！

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刚拿到这本《包邮 北京理工 计算机组成原理 第3版第三版 蒋本珊著 清华大学出版社 21世纪大学本科计》，迫不及待地翻开。第一感觉是纸质很好，印刷清晰，阅读体验很棒。虽然我不是计算机专业的科班出身，但一直对计算机底层运作原理很感兴趣，这本书的出现正好满足了我的好奇心。内容上，它从最基础的数字逻辑门开始，循序渐进地讲解了CPU、存储器、输入输出设备等核心组件的工作原理。我尤其喜欢它在讲解CPU设计时，把复杂的指令集和流水线技术用图文并茂的方式呈现出来，即使是对于我这样的初学者，也能大致理解其精妙之处。书中的例子很贴切，比如用一个简单的加法运算来演示CPU如何一步步执行指令，让我觉得计算机不再是冰冷的机器，而是按照逻辑精密运转的智能体。而且，它还涵盖了现代计算机体系结构的发展趋势，比如多核处理器和缓存技术，这让我对未来的计算机发展有了更深的认识。虽然有些章节涉及到一些公式和定理，但我相信只要认真理解，最终都能掌握。总的来说，这本书非常适合有志于深入了解计算机原理的读者，无论是学生还是业余爱好者，都能从中获益匪浅。

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说实话，第一次捧起这本《包邮 北京理工 计算机组成原理 第3版第三版 蒋本珊著 清华大学出版社 21世纪大学本科计》，我内心是有些忐忑的。毕竟“计算机组成原理”这个名字听起来就充满了挑战。然而，事实证明我的担忧是多余的。作者的讲解风格非常到位，不是那种枯燥乏味的教科书式叙述，而是带有一些启发性和引导性。他似乎很了解初学者可能会遇到的困惑，总能在关键的地方给出清晰的解释和形象的比喻。我印象最深的是关于存储器管理的部分，理解了虚拟内存、页式管理等概念后，我才明白为什么我们的电脑可以同时运行那么多程序而不至于崩溃。这本书在理论知识的讲解之外，还穿插了一些实际的应用案例，比如介绍不同类型的存储器如何影响计算机的性能，这让我觉得学到的知识是活的，是可以与实际应用相结合的。当然，这本书的篇幅还是比较大的，需要花费一定的时间去消化。但我认为，对于想要打下扎实计算机基础的人来说，这绝对是一本值得投入精力和时间去学习的书籍。它不仅教会了我“是什么”，更重要的是让我理解了“为什么”。

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我最近在学习一些关于嵌入式系统和硬件加速的内容，因此需要一本能够打好基础的计算机组成原理的书籍。在朋友的推荐下，我选择了这本《包邮 北京理工 计算机组成原理 第3版第三版 蒋本珊著 清华大学出版社 21世纪大学本科计》。这本书的覆盖面相当广，从最基本的逻辑门电路，一直讲到高级的处理单元设计。我对其中关于并行处理和流水线技术的部分尤为感兴趣，它详细解释了如何通过将指令分解为多个阶段，同时执行，从而大幅提高处理器的效率。书中还涉及了DMA（直接内存访问）和中断机制，这对于理解CPU如何高效地与外设进行通信非常有帮助。此外，它对总线系统和接口技术的讲解，也让我明白不同硬件组件之间是如何协同工作的。这本书的语言风格偏向于严谨的学术探讨，但作者在讲解复杂概念时，会辅以大量的图例和简化的模型，使得学习过程相对流畅。对于我来说，这本书提供了一个很好的理论框架，让我能够更好地理解和设计硬件相关的应用。虽然有些内容需要反复琢磨，但总体而言，它是一本非常扎实且有深度的计算机组成原理教材。

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作为一名在IT行业摸爬滚打多年的老兵，偶尔会回顾一下自己最初的学习历程。这本《包邮 北京理工 计算机组成原理 第3版第三版 蒋本珊著 清华大学出版社 21世纪大学本科计》让我想起了当年刚接触计算机时那种探究“为什么”的纯粹。这本书的内容，虽然是针对大学本科的，但其中对计算机系统底层逻辑的剖析，即使是对于有经验的开发者来说，也能带来不少启发。比如，它关于指令集架构的讲解，让我更深刻地理解了不同CPU的设计哲学，以及它们在性能和功耗上的权衡。我特别欣赏书中关于存储器一致性模型和并行计算的讨论，这在如今多核、分布式计算盛行的时代，显得尤为重要。书中的一些图表和示意图，设计得非常精巧，能够直观地展示出硬件的内部运作机制，避免了纯文字带来的枯燥感。虽然我已不再需要按部就班地学习这些内容，但偶尔翻阅一下，总能温故知新，或者发现一些当年被我忽略的细节。这本书的价值在于，它能够帮助我们建立起一个系统性的、从硬件到软件的思维框架，这对于理解更高级的计算机科学概念是至关重要的。

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我是一名正在攻读计算机科学专业的学生，这本书《包邮 北京理工 计算机组成原理 第3版第三版 蒋本珊著 清华大学出版社 21世纪大学本科计》是我课程的指定教材之一。说实话，作为专业教材，它的深度和广度都相当可观。从数据表示、指令系统，到CPU的设计、存储器层次结构，再到I/O系统和总线，几乎涵盖了计算机组成原理的所有核心内容。作者在处理复杂概念时，往往会采用多角度的阐释，例如在讲解CPU的流水线时，不仅提供了理论模型，还深入分析了如何解决冒险问题，这对于我们理解CPU性能的提升至关重要。书中的一些习题设计得也相当有挑战性，能够很好地检验我们对知识的掌握程度。我尤其喜欢书中关于计算机性能评估的部分，了解了IPC、时钟频率等指标如何共同决定机器的运算速度，让我对如何优化程序性能有了更深的认识。虽然这是一本偏学术的书籍，但作者的语言风格并没有让人望而生畏，反而是在严谨的学术基础上，努力做到清晰易懂。总而言之，对于计算机专业的学生而言，这本书是一本不可或缺的工具书，能够帮助我们构建起对计算机硬件的全面认识。