书籍摘要

《Computer Systems: A Programmer’s Perspective, Third Edition》是由Randal E. Bryant和David R. O'Hallaron合著的计算机系统经典教材。本书从程序员的视角出发，深入探讨了计算机系统的各个层面，旨在帮助读者理解计算机系统的底层工作原理，从而编写出更高效、更可靠的程序。

书籍内容概述

第一部分：程序结构与执行

• 第1章：计算机系统概述
  本章通过“hello, world”程序的生命周期，介绍了计算机系统的基本概念，包括信息的表示、程序的翻译过程、处理器的工作原理、缓存的重要性以及存储设备的层次结构。
• 第2章：信息的表示与操作
  深入讨论了计算机中信息的存储方式，包括整数和浮点数的表示方法、位级操作以及C语言中的相关特性。本章还探讨了计算机算术的特性，如溢出问题及其对程序正确性的影响。
• 第3章：程序的机器级表示
  介绍了x86-64机器语言，包括指令编码、数据格式、访问信息的方式以及控制流的实现。通过分析C语言程序的机器级代码，读者可以更好地理解程序的运行机制。

第二部分：处理器设计与性能优化

• 第4章：处理器架构
  本章介绍了处理器的基本设计，包括组合逻辑和时序逻辑的设计，以及如何通过流水线技术提高处理器性能。
• 第5章：程序性能优化
  讨论了如何通过代码优化提高程序性能，包括循环展开、指令级并行性增强等技术。本章还介绍了现代处理器的工作模型及其对性能的影响。

第三部分：存储系统

• 第6章：存储层次结构
  详细介绍了存储系统的层次结构，包括缓存、主存和磁盘存储的特性及其对程序性能的影响。本章还探讨了如何通过优化程序的局部性来提高存储性能。

第四部分：系统软件与运行时环境

• 第7章：链接
  讨论了静态链接和动态链接的过程，包括可重定位对象文件、符号解析、重定位以及共享库的使用。
• 第8章：异常控制流
  介绍了异常处理、进程控制、信号处理以及非局部跳转等概念，帮助读者理解程序在运行时的行为。
• 第9章：虚拟内存
  详细讨论了虚拟内存的管理机制，包括地址空间、页面置换算法、内存映射以及动态存储分配。

第五部分：输入/输出与网络编程

• 第10章：系统级I/O
  介绍了Unix I/O模型，包括文件操作、缓冲I/O、文件元数据以及I/O重定向等。
• 第11章：网络编程
  讨论了网络编程的基本概念，包括客户端-服务器模型、套接字接口以及Web服务器的实现。
• 第12章：并发编程
  介绍了并发编程的基本概念，包括多线程、线程安全、同步机制以及并发程序的性能优化。

适用对象

本书适合计算机科学和计算机工程专业的本科生和研究生，也适用于有一定编程基础的自学者。通过学习本书，读者可以深入理解计算机系统的内部工作机制，从而编写出更高效、更安全的程序。

特色与优势

• 从程序员视角出发：本书以程序员的需求为核心，帮助读者理解计算机系统的底层实现及其对程序性能和正确性的影响。
• 实践与理论结合：书中包含大量实践问题和练习，帮助读者通过动手实践巩固所学知识。
• 内容全面：涵盖了从硬件到软件、从单核到多核、从本地到网络的各个方面，为读者提供了一个完整的计算机系统知识体系。
• 与时俱进：随着计算机技术的快速发展，本书不断更新，以反映最新的硬件和软件技术。

总之，《Computer Systems: A Programmer’s Perspective, Third Edition》是一本全面、深入且实用的教材，适合每一位希望深入了解计算机系统的程序员和计算机科学爱好者。