[正版]深入理解计算机系统(原书3版)

                                                    店铺公告

为保障消费者合理购买需求及公平交易机会，避免因非生活消费目的的购买货囤积商品，抬价转售等违法行为发生，店铺有权对异常订单不发货且不进行赔付。异常订单：包括但不限于相同用户ID批量下单，同一用户（指不同用户ID，存在相同/临近/虚构收货地址，或相同联系号码，收件人，同账户付款人等情形的）批量下单（一次性大于5本），以及其他非消费目的的交易订单。 温馨提示：请务必当着快递员面开箱验货，如发现破损，请立即拍照拒收，如验货有问题请及时联系在线客服处理，（如开箱验货时发现破损，所产生运费由我司承担，一经签收即为货物完好，如果您未开箱验货，一切损失就需要由买家承担，所以请买家一定要仔细验货）， 关于退货运费：对于下单后且物流已发货货品在途的状态下，原则上均不接受退货申请，如顾客原因退货需要承担来回运费，如因产品质量问题（非破损问题）可在签收后，联系在线客服。

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4.从程序员视角剖析的实现细节，使读者深刻理解程序的行为，将所有计算机系统的相关知识融会贯通。
5.新版本基于X86-64位处理器
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出版者的话
中文版序一
中文版序二
译者序
前言
关于作者
章　计算机系统漫游1
　1.1　信息就是位 上下文1
　1.2　程序被其他程序翻译成不同的格式3
　1.3　了解编译系统如何工作是大有益处的4
　1.4　处理器读并解释储存在内存中的指令5
　　1.4.1　系统的硬件组成5
　　1.4.2　运行hello程序7
　1.5　高速缓存至关重要9
　1.6　存储设备形成层次结构9
　1.7　操作系统管理硬件10
　　1.7.1　进程11
　　1.7.2　线程12
　　1.7.3　虚拟内存12
　　1.7.4　文件14
　1.8　系统之间利用网络通信14
　1.9　重要主题16
　　1.9.1　Amdahl定律16
　　1.9.2　并发和并行17
　　1.9.3　计算机系统中抽象的重要性19
　1.10　小结20
　参考文献说明20
　练习题答案20
部分
程序结构和执行
　第2章　信息的表示和处理22
　2.1　信息存储24
　　2.1.1　十六进制表示法25
　　2.1.2　字数据大小27
　　2.1.3　寻址和字节顺序29
　　2.1.4　表示字符串34
　　2.1.5　表示代码34
　　2.1.6　布尔代数简介35
　　2.1.7　C语言中的位级运算37
　　2.1.8　C语言中的逻辑运算39
　　2.1.9　C语言中的移位运算40
　2.2　整数表示41
　　2.2.1　整型数据类型42
　　2.2.2　无符号数的编码43
　　2.2.3　补码编码44
　　2.2.4　有符号数和无符号数之间的转换49
　　2.2.5　C语言中的有符号数与无符号数52
　　2.2.6　扩展一个数字的位表示54
　　2.2.7　截断数字56
　　2.2.8　关于有符号数与无符号数的建议58
　2.3　整数运算60
　　2.3.1　无符号加法60
　　2.3.2　补码加法62
　　2.3.3　补码的非66
　　2.3.4　无符号乘法67
　　2.3.5　补码乘法67
　　2.3.6　乘以常数70
　　2.3.7　除以2的幂71
　　2.3.8　关于整数运算的思考74
　2.4　浮点数75
　　2.4.1　二进制小数76
　　2.4.2　IEEE浮点表示78
　　2.4.3　数字示例79
　　2.4.4　舍入83
　　2.4.5　浮点运算85
　　2.4.6　C语言中的浮点数86
　2.5　小结87
　参考文献说明88
　家庭作业88
　练习题答案97
第3章　程序的机器级表示109
　3.1　历史观点110
　3.2　程序编码113
　　3.2.1　机器级代码113
　　3.2.2　代码示例114
　　3.2.3　关于格式的注解117
　3.3　数据格式119
　3.4　访问信息119
　　3.4.1　操作数指示符121
　　3.4.2　数据传送指令122
　　3.4.3　数据传送示例125
　　3.4.4　压入和弹出栈数据127
　3.5　算术和逻辑操作128
　　3.5.1　加载有效地址129
　　3.5.2　一元和二元操作130
　　3.5.3　移位操作131
　　3.5.4　讨论131
　　3.5.5　特殊的算术操作133
　3.6　控制135
　　3.6.1　条件码135
　　3.6.2　访问条件码136
　　3.6.3　跳转指令138
　　3.6.4　跳转指令的编码139
　　3.6.5　用条件控制来实现条件分支…141
　　3.6.6　用条件传送来实现条件分支…145
　　3.6.7　循环149
　　3.6.8　switch语句159
　3.7　过程164
　　3.7.1　运行时栈164
　　3.7.2　转移控制165
　　3.7.3　数据传送168
　　3.7.4　栈上的局部存储170
　　3.7.5　寄存器中的局部存储空间172
　　3.7.6　递归过程174
　3.8　数组分配和访问176
　　3.8.1　基本原则176
　　3.8.2　指针运算177
　　3.8.3　嵌套的数组178
　　3.8.4　定长数组179
　　3.8.5　变长数组181
　3.9　异质的数据结构183
　　3.9.1　结构183
　　3.9.2　联合186
　　3.9.3　数据对齐189
　3.10　在机器级程序中将控制与数据结合起来192
　　3.10.1　理解指针192
　　3.10.2　应用：使用GDB调试器193
　　3.10.3　内存越界引用和缓冲区溢出194
　　3.10.4　对抗缓冲区溢出攻击198
　　3.10.5　支持变长栈帧201
　3.11　浮点代码204
　　3.11.1　浮点传送和转换操作205
　　3.11.2　过程中的浮点代码209
　　3.11.3　浮点运算操作210
　　3.11.4　定义和使用浮点常数212
　　3.11.5　在浮点代码中使用位级操作212
　　3.11.6　浮点比较操作213
　　3.11.7　对浮点代码的观察结论215
　3.12　小结216
　参考文献说明216
　家庭作业216
　练习题答案226
第4章　处理器体系结构243
　4.1　Y86-64指令集体系结构245
　　4.1.1　程序员可见的状态245
　　4.1.2　Y86-64指令245
　　4.1.3　指令编码246
　　4.1.4　Y86-64异常250
　　4.1.5　Y86-64程序251
　　4.1.6　一些Y86-64指令的详情255
　4.2　逻辑设计和硬件控制语言HCL256
　　4.2.1　逻辑门257
　　4.2.2　组合电路和HCL布尔表达式257
　　4.2.3　字级的组合电路和HCL整数表达式258
　　4.2.4　集合关系261
　　4.2.5　存储器和时钟262
　4.3　Y86-64的顺序实现264
　　4.3.1　将处理组织成阶段264
　　4.3.2　SEQ硬件结构272
　　4.3.3　SEQ的时序274
　　4.3.4　SEQ阶段的实现277
　4.4　流水线的通用原理282
　　4.4.1　计算流水线282
　　4.4.2　流水线操作的详细说明284
　　4.4.3　流水线的局限性284
　　4.4.4　带反馈的流水线系统287
　4.5　Y86-64的流水线实现288
　　4.5.1　SEQ ：重新安排计算阶段288
　　4.5.2　插入流水线寄存器289
　　4.5.3　对信号进行重新排列和标号292
　　4.5.4　预测下一个PC293
　　4.5.5　流水线冒险295
　　4.5.6　异常处理306
　　4.5.7　PIPE各阶段的实现308
　　4.5.8　流水线控制逻辑314
　　4.5.9　性能分析322
　　4.5.10　未完成的工作323
　4.6　小结325
　参考文献说明326
　家庭作业327
　练习题答案331
第5章　优化程序性能341
　5.1　优化编译器的能力和局限性342
　5.2　表示程序性能345
　5.3　程序示例347
　5.4　消除循环的低效率350
　5.5　减少过程调用353
　5.6　消除不必要的内存引用354
　5.7　理解现代处理器357
　　5.7.1　整体操作357
　　5.7.2　功能单元的性能361
　　5.7.3　处理器操作的抽象模型362
　5.8　循环展开366
　5.9　提高并行性369
......

和第2版相比，本版内容上*的变化是，从以IA32和x86-64为基础转变为完全以x86-64为基础。主要更新如下：
• 基于x86-64，大量地重写代码，介绍对处理浮点数据的程序的机器级支持。
• 处理器体系结构修改为支持64位字和操作的设计。
• 引入更多的功能单元和更复杂的控制逻辑，使基于程序数据流表示的程序性能模型预测更加可靠。
• 扩充关于用GOT和PLT创建与位置无关代码的讨论，描述了更加强大的链接技术（比如库打桩）。
• 增加了对信号处理程序更细致的描述，包括异步信号安全的函数等。
• 采用*函数，更新了与协议无关和线程安全的网络编程。

Randal E. Bryant   1981年于麻省理工学院获得计算机博士学位，1984年至今一直任教于卡内基-梅隆大学。现任卡内基-梅隆大学计算机科学学院院长、教授，同时还受邀任教于电子和计算机工程系。他从事本科生和研究生计算机系统方面课程的教学近40年。他和O’Hallaron教授一起在卡内基梅隆大学开设了15-213课程“计算机系统导论”，那便是本书的基础。他还是ACM院士、IEEE院士、美国国家工程院院士和美国人文与科学研究院院士。其研究成果被Intel、IBM、Fujitsu和Microsoft等主要计算机制造商使用，他还因研究获得过Semiconductor Research Corporation、ACM、IEEE颁发的多项大奖。
David R. O’Hallaron卡内基梅隆大学电子和计算机工程系教授。在弗吉尼亚大学（University of Virginia）获得计算机科学的博士学位，2007年-2010年为Intel匹兹堡实验室主任。他教授本科生和研究生的计算机系统方面的课程已有20余年，并和Bryant教授一起开设了“计算机系统导论”课程。曾获得CMU计算机学院颁发的Herbert Simon杰出教学奖。他主要从事计算机系统领域的研究，与Quake项目成员一起获得过高性能计算领域中的国际奖项——Gordon Bell奖。他目前的工作重点是研究自动分级（autograding）概念，即评价其他程序质量的程序。

基于该教材的北大“计算机系统导论”课程实施已有五年，得到了学生的广泛赞誉，学生们通过这门课程的学习建立了完整的计算机系统的知识体系和整体知识框架，养成了良好的编程习惯并获得了编写高性能、可移植和健壮的程序的能力，奠定了后续学习操作系统、编译、计算机体系结构等专业课程的基础。北大的教学实践表明，这是一本值得采用的好教材。本书第3版采用*x86-64架构来贯穿各部分知识。我相信，该书的出版将有助于国内计算机系统教学的进一步改进，为培养从事系统级创新的计算机人才奠定很好的基础。
—— 梅 宏 中国科学院院士/发展中国家科学院院士
以低年级开设“深入理解计算机系统”课程为基础，我先后在复旦大学和上海交通大学软件学院主导了激进的教学改革……现在我课题组的青年教师全部是首批经历此教学改革的学生。本科的扎实基础为他们从事系统软件的研究打下了良好的基础……师资力量的补充又为推进更加激进的教学改革创造了条件。
—— 臧斌宇 上海交通大学软件学院院长