| 图书基本信息 | |
| 图书名称 | 深入理解计算机系统:英文版 |
| 作者 | 兰德尔 E.布莱恩特 |
| 定价 | 239.00元 |
| 出版社 | 机械工业出版社 |
| ISBN | 9787111561279 |
| 出版日期 | 2017-04-01 |
| 字数 | 500000 |
| 页码 | 1045 |
| 版次 | 1 |
| 装帧 | 平装-胶订 |
| 开本 | 16开 |
| 商品重量 | 0.4Kg |
| 内容简介 | |
| 本书从程序员的视角详细阐述计算机系统的本质概念,并展示这些概念如何实实在在地影响应用程序的正确性、性能和实用性。全书共12章,主要包括信息的表示和处理、程序的机器级表示、处理器体系结构、优化程序性能、存储器层次结构、链接、异常控制流、虚拟存储器、系统级I/O、网络编程、并发编程等内容。书中提供了大量的例子和练习题,并给出部分答案,有助于读者加深对正文所述概念和知识的理解。 |
| 作者简介 | |
| Randal E. Bryant 1973年获得密歇根大学学士学位,随即就读麻省理工学院的研究生院,并在1981年获得计算机博士学位。从1984年至今一直任教于卡内基-梅隆大学,现在是卡内基-梅隆大学计算机科学学院院长、教授,同时受邀任教于工学院电子与计算机工程系。他还是ACM院士、IEEE院士和美国国家工程院院士。其研究成果获得过数项大奖,其中包括Semiconductor Research Corporation颁发的两个发明荣誉奖和一个技术成就奖,ACM颁发的Kanellakis理论与实践奖,还有IEEE颁发的W. R. G. Baker奖、Emmanuel Piore奖和Phil Kaufman奖。 David R. O,Hallaron 拥有弗吉尼亚大学计算机科学博士学位,现为Intel匹兹堡实验室主任,卡内基-梅隆大学计算机科学和电子与计算机工程副教授。他曾获得卡内基-梅隆大学计算机科学学院颁发的Herbert Simon杰出教学奖,并同Quake项目中其他成员一起获得了高性能计算领域中的高国际奖项——Gordon Bell奖。 |
| 目录 | |
| 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 |
| 编辑推荐 | |
| 文摘 | |
| 序言 | |
这本书的内容,实在是太丰富、太有深度了。我之前一直认为,学习计算机知识,只要会写代码,会用框架就行了。但这本书,彻底颠覆了我的认知。它让我明白,一个真正的计算机工程师,需要对计算机系统的每一个层面都有所了解。我花了很长时间去啃读“性能优化”相关的章节,例如关于CPU缓存、指令流水线、内存访问模式等内容的讲解。我之前写的程序,有时候会慢得离谱,但我总是找不到原因,或者只能凭感觉去改。而这本书,提供了一套系统性的方法论,让我理解了程序性能的瓶颈到底出在哪里,以及如何通过调整代码的结构、优化数据访问方式来提升效率。书中关于“并发与线程”的讨论,也让我受益匪浅。我之前在写多线程程序时,经常会遇到各种诡异的bug,比如死锁、竞态条件等。这本书不仅解释了这些问题的根源,还提供了非常有效的解决方案,让我能够更自信地编写并发程序。让我印象深刻的是,作者并没有停留在理论层面,而是提供了大量的代码示例和实验,让我们能够亲手去验证书中的原理。我感觉自己不仅仅是在“读书”,更像是在“做实验”,在实践中加深对知识的理解。
评分我必须承认,这本书的难度相当大,但其价值也同样巨大。它不是那种可以让你快速学会一门新技术的“速成手册”,而是一本需要你静下心来,反复琢磨、深入思考的“思想启迪录”。我记得在阅读关于“网络编程”的章节时,我被其中关于TCP协议的工作原理,以及Socket API的实现细节所深深吸引。我之前一直认为,网络通信就是发送和接收数据包,但这本书让我看到了TCP三次握手、四次挥手的工作流程,以及滑动窗口、拥塞控制等机制是如何保证数据传输的可靠性和效率的。这种对底层协议的深入理解,让我对网络应用程序的设计有了全新的认识。同时,书中关于“并发编程”的讲解,也让我对线程安全、锁、原子操作等概念有了更深刻的理解。我之前在编写多线程程序时,经常会遇到一些难以捉摸的bug,但这本书让我明白了这些bug的根源,并且提供了有效的解决方案。它让我明白了,要写出健壮的并发程序,不仅仅是使用线程,更重要的是理解线程之间的交互和同步机制。
评分这本书的阅读体验,简直是一种“沉浸式”的学习过程。我感觉自己不仅仅是在看书,更像是在和作者进行一场深入的对话。我记得在讲解“数据表示”时,我之前一直以为数字就是数字,字符就是字符,但在书中,我看到了它们在计算机内部是如何用二进制位来表示的,以及不同类型的数据之间是如何进行转换的。这种对“底层”的理解,让我对计算机系统有了更深刻的认识。我尤其喜欢书中关于“程序编码”的章节,它让我明白了,我写的那些高级语言的代码,是如何一步步地被编译成机器码,然后在CPU上执行的。这种对“代码生命周期”的理解,让我对程序的运行原理有了更清晰的认识。书中还提供了大量的代码示例和实验,让我能够亲手去验证书中的原理。我感觉自己不仅仅是在“读书”,更像是在“做实验”,在实践中加深对知识的理解。这本书让我看到了计算机系统的“骨骼”和“肌肉”,让我能够更深入地理解程序是如何在硬件上运行的。
评分我必须说,这本书的内容,是我在计算机领域学习过程中,见过最系统、最深入的讲解。它不仅仅是停留在概念层面,而是深入到每一个细节,让你明白计算机系统是如何工作的。我记得在讲解“处理器体系结构”时,我被其中关于CPU缓存、流水线、分支预测等技术的讲解深深吸引。我之前一直认为,CPU就是个黑盒子,但这本书让我看到了CPU是如何通过各种精巧的设计来提升执行效率的。同时,书中关于“操作系统”的讲解,也让我对进程、线程、内存管理、文件系统等概念有了更深入的理解。我之前以为操作系统就是个简单的管理程序,但这本书让我明白了,操作系统才是计算机系统的核心,它负责管理所有的硬件资源,并且为应用程序提供服务。让我印象深刻的是,作者并没有停留在理论层面,而是提供了大量的代码示例和实验,让我们能够亲手去验证书中的原理。它让我看到了计算机系统的“灵魂”,让我能够更深入地理解程序是如何在操作系统上运行的。
评分这本书,绝对是我计算机学习道路上的一个里程碑。它不仅仅是一本技术书籍,更是一种思维方式的启蒙。我之前在学习编程时,总觉得有些概念很抽象,很难理解,比如指针、内存地址、进程间通信等等。但这本书,用一种非常清晰、有条理的方式,一步步地把我带入了计算机系统的核心。我记得在讲解“虚拟内存”时,我之前一直以为内存就是一块物理空间,程序就是直接往里面写数据。但这本书让我明白,所谓的“内存地址”,其实是一个虚拟地址,它需要通过页表映射到真实的物理地址。这个过程的讲解,就像是解开了一个我心中长久以来的疑惑。书中关于“I/O”的描述,也让我大开眼界。我之前总是把I/O看作是简单的读写操作,但这本书让我理解了,I/O的背后涉及到用户空间和内核空间的切换,涉及到文件描述符、缓冲区、系统调用等一系列复杂的过程。这种深入到底层的理解,让我对程序的执行效率有了更深刻的认识,也让我明白了为什么有时候I/O操作会成为程序的性能瓶颈。总而言之,这本书让我看到了那些隐藏在“方便”之下的“不方便”,但这种“不方便”正是计算机系统得以高效运行的关键。
评分这本书带给我的,是一种“顿悟”的体验。我之前在学习编程时,总觉得有些概念很抽象,很难理解,比如指针、内存地址、进程间通信等等。但这本书,用一种非常清晰、有条理的方式,一步步地把我带入了计算机系统的核心。我记得在讲解“虚拟内存”时,我之前一直以为内存就是一块物理空间,程序就是直接往里面写数据。但这本书让我明白,所谓的“内存地址”,其实是一个虚拟地址,它需要通过页表映射到真实的物理地址。这个过程的讲解,就像是解开了一个我心中长久以来的疑惑。书中关于“I/O”的描述,也让我大开眼界。我之前总是把I/O看作是简单的读写操作,但这本书让我理解了,I/O的背后涉及到用户空间和内核空间的切换,涉及到文件描述符、缓冲区、系统调用等一系列复杂的过程。这种深入到底层的理解,让我对程序的执行效率有了更深刻的认识,也让我明白了为什么有时候I/O操作会成为程序的性能瓶颈。总而言之,这本书让我看到了那些隐藏在“方便”之下的“不方便”,但这种“不方便”正是计算机系统得以高效运行的关键。
评分这本书,我真的只能用“震撼”来形容。拿到它的时候,我带着一种“想啃硬骨头”的心态,毕竟名字就透着一股子深奥劲儿。翻开第一页,我立刻意识到,这玩意儿绝对不是市面上那种随便翻翻就能领悟的“速成”宝典。它更像是一把精密的解剖刀,将计算机这个看似神秘的整体,一层层、一毫厘地剖开,让你看清楚每一个部件是如何协同工作的,每一个指令是如何转化为物理世界的动作的。我最佩服的是作者的功力,他们能把那些抽象到极致的概念,用如此清晰、直观的方式呈现出来。比如,讲到处理器是如何执行指令的,他们不仅仅停留在“CPU就是大脑”这样的比喻,而是深入到流水线、缓存、分支预测这些核心机制,用图示和代码示例,把整个过程在我脑海里构建成了一个生动的模型。我曾经觉得“内存管理”是个很枯燥的概念,但这本书里,它变成了一场关于地址、指针、堆栈、堆的精彩博弈,让你理解为什么会有内存泄露,为什么程序会崩溃,以及如何才能写出更高效、更稳定的代码。读到后面,我甚至开始重新审视我平时写的那些看似简单的代码,原来在底层,它们承载着如此复杂而精妙的设计。这本书不仅仅是知识的堆砌,更是思维方式的重塑,它逼迫你去思考“为什么”,去追溯事物的本质,去理解那些被隐藏在“方便”之下的复杂性。我感觉自己不再是那个只会敲打代码的“搬砖工”,而是开始具备了一点点“工程师”的视野。
评分我购买这本书的初衷,其实是抱着一种“查漏补缺”的心态。我之前写了一些代码,也能跑,也能实现功能,但总感觉心里没底,总觉得对底层的运作机制缺乏深入的理解。这本书,就像一个经验丰富的老者,把我拉到计算机系统的“心脏”边,一点点地讲解这颗心脏是如何跳动的。我记得其中有一章节,详细阐述了操作系统如何管理进程和线程。这对我来说简直是醍醐灌顶。我之前一直以为“进程”和“线程”就是个高级一点的抽象概念,但这本书让我明白了,它们背后涉及到了 CPU 时间片的分配、上下文切换的开销、信号量的机制等等。读到那些关于调度算法的讨论时,我甚至产生了一种“原来如此”的恍然大悟。操作系统不再是那个遥不可及的“黑盒子”,而是我代码运行的真实环境,我能感受到我的程序在其中是如何被分配资源、如何与其他程序竞争资源的。尤其让我印象深刻的是关于虚拟内存的讲解,它把我之前对内存地址的模糊认知,彻底地拨开了迷雾。我理解了为什么即使我的物理内存不足,我的程序依然可以运行,也理解了页表、缺页中断这些概念是如何支撑起这个神奇的“虚拟”世界的。这本书的内容,虽然技术性很强,但作者的叙述却异常的平实和深入,没有故弄玄虚,只有扎扎实实的讲解。它让我明白了,要写出真正优秀的程序,不仅仅是掌握语法和API,更重要的是理解程序运行的底层原理。
评分我被这本书所提供的“全局视角”深深吸引。我之前接触到的计算机知识,往往是零散的、碎片化的。我可能知道如何编写一个Web应用,如何使用数据库,但我对这些应用是如何在底层运行的,是如何与操作系统、硬件进行交互的,却知之甚少。这本书,就像一个精美的地图,将计算机系统的各个组成部分——硬件、操作系统、编译器、网络——都绘制了出来,并且详细地讲解了它们之间的关系和协作方式。我特别喜欢书中关于“链接”那一章节的讲解,它让我理解了静态链接和动态链接的区别,以及共享库是如何工作的。我之前一直认为,我写的代码就是我写的那几行,但这本书让我明白了,我的代码实际上是与其他大量的库代码“组合”在一起,最终形成一个可执行的程序。这种对“整体”的认知,让我对计算机系统有了更宏观的理解,也让我能够更好地进行系统设计和故障排查。这本书不仅仅是技术细节的堆砌,更是一种思维方式的启蒙,它鼓励我去思考“大局”,去理解事物之间的相互联系。
评分坦白说,在读这本书之前,我对计算机底层技术可以说是“一窍不通”。我习惯于使用高级语言,习惯于依赖库函数,很少去想代码编译成机器码之后是什么样子,数据在内存中是如何组织的,网络传输又是如何实现的。这本书,就像一束强光,照亮了我知识的盲区。它不仅仅是一本“技术手册”,更像是一堂严谨的“计算机科学入门课”。我记得在讲解程序是如何被编译和链接时,我被其中涉及到的汇编语言、目标文件、符号表、重定位等概念震撼了。我从来没有想过,我写的几行C代码,在经过编译器和链接器的“雕琢”之后,会变成如此复杂的机器指令序列,然后在内存中占据特定的位置。这本书让我看到了代码的“前世今生”,明白了“hello world”这样简单的程序,背后也隐藏着如此多的工程细节。我对“数据表示”那一章尤其着迷,它让我理解了整数、浮点数是如何在计算机中存储的,以及为什么会发生溢出、精度丢失这样的问题。这本书让我明白,我们司空见惯的数字,在计算机内部,其实是由一串串的二进制位构成的,而对这些位进行正确的解释和操作,是编写可靠程序的关键。这本书的内容,让我对计算机系统有了一种全新的、更深刻的敬畏感。
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