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程序员视角:深入理解计算机系统(第3版)
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更新于2024-06-27
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《计算机系统:程序员的视角》第三版,由Randal E. Bryant和David R. O'Hallaron两位来自卡内基梅隆大学的专家合著,该书是深入理解计算机系统领域的一部经典之作。本书从程序员的角度出发,全面剖析了计算机系统的内部构造、工作原理以及编程实践中与之相关的底层技术。它不仅适合于专业开发者,也是计算机科学教育的重要参考教材。 在第三版中,作者详细探讨了计算机硬件、操作系统、内存管理、处理器架构、并发与并行计算、数据存储以及网络通信等核心概念。通过实例和深入的理论分析,读者能够掌握如何设计高效、可维护的软件,以及如何理解和优化计算机系统的性能。此外,书中还涵盖了现代计算机体系结构的发展趋势,如云计算、虚拟化和物联网等新兴技术的影响。 该书的特点在于其实践导向,强调理论与实践的结合,旨在帮助读者将抽象的概念转化为实际编程中的应用。作者通过清晰的语言和丰富的图示,使复杂的概念变得易于理解,便于读者快速上手并提升技能。书中还包括了大量的习题和案例研究,供读者进行实战演练和深入思考。 《计算机系统:程序员的视角》第三版的出版方是Pearson,这是一家全球知名的学术出版机构,确保了书籍的专业性和权威性。该版本在全球范围内发行,包括多个主要城市和地区,体现了其国际化的影响力。 编辑团队由Marcia J. Horton担任副总裁兼编辑总监,他们共同确保了内容的质量和一致性。从编委会到市场推广,每个环节都有专人负责,反映出出版社对这本书的重视程度。这本书不仅是一本知识宝典,也是一部业界认可的里程碑,对于任何希望在IT领域深入发展的专业人士来说,都是一份不可或缺的学习资源。
资源详情
资源推荐
3.6.6 Implementing Conditional Branches with
Conditional Moves 214
3.6.7 Loops 220
3.6.8 Switch Statements 232
3.7 Procedures 238
3.7.1 The Run-Time Stack 239
3.7.2 Control Transfer 241
3.7.3 Data Transfer 245
3.7.4 Local Storage on the Stack 248
3.7.5 Local Storage in Registers 251
3.7.6 Recursive Procedures 253
3.8 Array Allocation and Access 255
3.8.1 Basic Principles 255
3.8.2 Pointer Arithmetic 257
3.8.3 Nested Arrays 258
3.8.4 Fixed-Size Arrays 260
3.8.5 Variable-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 GDB Debugger
279
3.10.3 Out-of-Bounds Memory References and Buffer
Overflow 279
3.10.4 Thwarting Buffer Overflow Attacks 284
3.10.5 Supporting Variable-Size Stack Frames 290
3.11 Floating-Point Code 293
3.11.1 Floating-Point Movement and Conversion
Operations 296
3.11.2 Floating-Point Code in Procedures 301
3.11.3 Floating-Point Arithmetic Operations 302
3.11.4 Defining and Using Floating-Point Constants 304
3.11.5 Using Bitwise Operations in Floating-Point Code
305
3.11.6 Floating-Point Comparison Operations 306
3.11.7 Observations about Floating-Point Code 309
3.12 Summary 309
Bibliographic Notes 310
Homework Problems 311
Solutions to Practice Problems 325
4 Processor Architecture 351
4.1 The Y86-64 Instruction Set Architecture 355
4.1.1 Programmer-Visible State 355
4.1.2 Y86-64 Instructions 356
4.1.3 Instruction Encoding 358
4.1.4 Y86-64 Exceptions 363
4.1.5 Y86-64 Programs 364
4.1.6 Some Y86-64 Instruction Details 370
4.2 Logic Design and the Hardware Control Language HCL
372
4.2.1 Logic Gates 373
4.2.2 Combinational Circuits and HCL Boolean
Expressions 374
4.2.3 Word-Level Combinational Circuits and HCL
Integer Expressions 376
4.2.4 Set Membership 380
4.2.5 Memory and Clocking 381
4.3 Sequential Y86-64 Implementations 384
4.3.1 Organizing Processing into Stages 384
4.3.2 SEQ Hardware Structure 396
4.3.3 SEQ Timing 400
4.3.4 SEQ Stage Implementations 404
4.4 General Principles of Pipelining 412
4.4.1 Computational Pipelines 412
4.4.2 A Detailed Look at Pipeline Operation 414
4.4.3 Limitations of Pipelining 416
4.4.4 Pipelining a System with Feedback 419
4.5 Pipelined Y86-64 Implementations 421
4.5.1 SEQ+: Rearranging the Computation Stages 421
4.5.2 Inserting Pipeline Registers 422
4.5.3 Rearranging and Relabeling Signals 426
4.5.4 Next PC Prediction 427
4.5.5 Pipeline Hazards 429
4.5.6 Exception Handling 444
4.5.7 PIPE Stage Implementations 447
4.5.8 Pipeline Control Logic 455
4.5.9 Performance Analysis 464
4.5.10 Unfinished Business 468
4.6 Summary 470
4.6.1 Y86-64 Simulators 472
Bibliographic Notes 473
Homework Problems 473
Solutions to Practice Problems 480
5 Optimizing Program Performance 495
5.1 Capabilities and Limitations of Optimizing Compilers
498
5.2 Expressing Program Performance 502
5.3 Program Example 504
5.4 Eliminating Loop Inefficiencies 508
5.5 Reducing Procedure Calls 512
5.6 Eliminating Unneeded Memory References 514
5.7 Understanding Modern Processors 517
5.7.1 Overall Operation 518
5.7.2 Functional Unit Performance 523
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