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計算機系統導論 版權信息
- ISBN：9787111730934
- 條形碼：9787111730934 ; 978-7-111-73093-4
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
計算機系統導論 本書特色
本書主要面向應用型大學計算機類專業學生，從程序員的視角出發，圍繞可執行文件的生成、加載和執行，重點介紹如何利用計算機系統相關知識來編寫更有效的程序。
計算機系統導論 內容簡介
本書主要面向應用型大學計算機類專業學生，從程序員的視角出發，圍繞可執行文件的生成、加載和執行，重點介紹如何利用計算機系統相關知識來編寫更有效的程序。全書將每個環節涉及的硬件和軟件的基本概念關聯起來，幫助學生建立完整的層次框架，從而加強“系統觀”。本書共分8章，涵蓋計算機系統基礎、高級語言程序、數據的機器級表示、數據的基本運算、指令集體系結構、程序的機器級表示、程序的鏈接、程序的加載和執行等內容。本書內容詳盡、概念清楚、實例豐富，適合作為高等學校計算機專業計算機系統相關課程的教材，也適合相關專業的研究生和技術人員閱讀參考。
計算機系統導論 目錄
目 錄
前言
第1章 計算機系統概述 1
1.1 計算機基本工作原理 1
1.1.1 馮·諾依曼結構基本思想 1
1.1.2 馮·諾依曼模型機基本結構 2
1.1.3 程序和指令的執行過程 4
1.2 程序的開發與運行 7
1.2.1 程序設計語言和翻譯程序 7
1.2.2 從源程序到可執行文件 9
1.2.3 可執行文件的啟動和執行 11
1.3 計算機系統的層次結構 12
1.3.1 計算機系統抽象層的轉換 12
1.3.2 計算機系統核心層之間的關聯 14
1.3.3 計算機系統的不同用戶 17
1.4 本書的主要內容和組織結構 19
1.5 小結 21
習題 22
第2章 高級語言程序 23
2.1 C語言概述 23
2.2 變量和常量及其類型 24
2.2.1 C程序中的變量及其類型 24
2.2.2 C程序中的常量及其類型 25
2.3 表達式及運算符 26
2.3.1 C語言表達式中的運算符 26
2.3.2 C語言程序中的運算 27
2.4 控制結構和函數調用 29
2.4.1 C語言中的控制結構 29
2.4.2 C語言中的函數調用 30
2.4.3 變量的作用域及其存儲分配 32
2.4.4 C標準I/O庫函數 35
2.5 小結 37
習題 37
第3章 數據的機器級表示 39
3.1 二進制編碼和進位計數制 39
3.1.1 信息的二進制編碼 39
3.1.2 進位計數制 40
3.1.3 進位計數制之間數據的轉換 41
3.2 整數的表示 44
3.2.1 定點數的編碼表示 44
3.2.2 無符號整數和帶符號整數的表示 49
3.2.3 C語言中的整數及其相互轉換 49
3.3 浮點數的表示 52
3.3.1 浮點數的表示范圍 52
3.3.2 浮點數的規格化 53
3.3.3 IEEE 754浮點數標準 53
3.3.4 C語言中的浮點數類型 57
3.4 非數值數據的編碼表示 59
3.4.1 位串或邏輯值 59
3.4.2 西文字符 59
3.4.3 漢字字符 60
3.5 數據的寬度和存儲 62
3.5.1 數據的寬度和長度單位 62
3.5.2 數據的存儲和排列順序 64
3.5.3 數據擴展和數據截斷操作 69
3.6 小結 70
習題 70
第4章 數據的基本運算 74
4.1 布爾代數和邏輯運算 74
4.1.1 布爾代數 74
4.1.2 邏輯電路基礎 76
4.2 基本運算電路 77
4.2.1 多路選擇器 77
4.2.2 全加器和加法器 77
4.2.3 帶標志信息加法器 78
4.2.4 算術邏輯部件 79
4.3 整數加減運算 80
4.3.1 補碼加減運算器 80
4.3.2 無符號整數加減運算 83
4.3.3 帶符號整數加減運算 84
4.3.4 對整數加減運算結果的解釋 85
4.4 整數的乘運算 86
4.4.1 無符號數乘法運算 87
4.4.2 原碼乘法運算 88
4.4.3 補碼乘法運算 89
4.4.4 兩種整數乘的關系 90
4.5 整數的除運算 92
4.5.1 無符號數除法運算 93
4.5.2 原碼除法運算 94
4.5.3 補碼除法運算 96
4.6 整數常量的乘除運算 97
4.7 浮點數運算 98
4.7.1 浮點數加減運算 99
4.7.2 浮點數乘除運算 104
4.7.3 浮點運算異常和精度 105
4.8 小結 107
習題 108
第5章 指令集體系結構 113
5.1 程序轉換概述 113
5.1.1 機器指令與匯編指令 113
5.1.2 指令集體系結構概述 115
5.1.3 生成機器代碼的過程 116
5.2 IA-32指令系統概述 122
5.2.1 數據類型及格式 123
5.2.2 寄存器組織 124
5.2.3 操作數的尋址方式 128
5.2.4 機器指令格式 132
5.3 IA-32常用指令類型 133
5.3.1 傳送指令 133
5.3.2 定點算術運算指令 137
5.3.3 按位運算指令 140
5.3.4 程序執行流控制指令 142
5.3.5 x87浮點處理指令 147
5.3.6 MMX/SSE指令集 150
5.4 兼容IA-32的64位系統 152
5.4.1 x86-64的發展簡史 152
5.4.2 x86-64的基本特點 153
5.4.3 x86-64的基本指令 154
5.5 小結 157
習題 157
第6章 程序的機器級表示 160
6.1 過程調用的機器級表示 160
6.1.1 IA-32中過程的調用約定 160
6.1.2 變量的作用域和生存期 164
6.1.3 按值傳遞參數和按地址傳遞
參數 166
6.1.4 遞歸過程調用 171
6.1.5 非靜態局部變量的存儲分配 173
6.1.6 x86-64的過程調用 176
6.2 流程控制語句的機器級表示 181
6.2.1 選擇語句的機器級表示 182
6.2.2 循環結構的機器級表示 186
6.3 復雜數據類型的分配和訪問 189
6.3.1 數組的分配和訪問 189
6.3.2 結構體數據的分配和訪問 193
6.3.3 聯合體數據的分配和訪問 196
6.3.4 數據的對齊 198
6.4 越界訪問和緩沖區溢出 201
6.4.1 緩沖區溢出 201
6.4.2 緩沖區溢出攻擊 203
6.4.3 緩沖區溢出攻擊的防范 206
6.5 小結 209
習題 210
第7章 程序的鏈接 223
7.1 編譯、匯編和靜態鏈接 223
7.1.1 預處理、編譯和匯編 223
7.1.2 可執行目標文件的生成 225
7.2 目標文件格式 227
7.2.1 ELF目標文件格式 227
7.2.2 可重定位目標文件格式 228
7.2.3 可執行目標文件格式 232
7.2.4 可執行文件的存儲器映射 234
7.3 符號表和符號解析 236
7.3.1 符號和符號表 236
7.3.2 符號解析 239
7.3.3 與靜態庫的鏈接 243
7.4 重定位 246
7.4.1 重定位信息 246
7.4.2 重定位過程 247
7.5 動態鏈接 251
7.5.1 動態鏈接的特性 251
7.5.2 程序加載時的動態鏈接 252
7.5.3 程序運行時的動態鏈接 253
7.5.4 位置無關代碼 255
7.6 小結 260
習題 260
第8章 程序的加載和執行 266
8.1 進程與可執行文件的加載 266
8.1.1 程序和進程的概念 266
8.1.2 Linux系統的虛擬地址空間 267
8.1.3 進程的存儲器映射 270
8.1.4 程序的加載過程 271
8.2 進程的控制 274
8.2.1 進程的邏輯控制流 275
8.2.2 進程的上下文切換 276
8.3 程序執行與CPU基本組成 278
8.3.1 程序及指令的執行過程 278
8.3.2 打斷程序正常執行的事件 280
8.3.3 CPU的基本功能和組成 281
8.4 小結 283
習題 284
附錄A gcc的常用命令行選項 287
附錄B GDB的常用命令 288
參考文獻 291
前言
第1章 計算機系統概述 1
1.1 計算機基本工作原理 1
1.1.1 馮·諾依曼結構基本思想 1
1.1.2 馮·諾依曼模型機基本結構 2
1.1.3 程序和指令的執行過程 4
1.2 程序的開發與運行 7
1.2.1 程序設計語言和翻譯程序 7
1.2.2 從源程序到可執行文件 9
1.2.3 可執行文件的啟動和執行 11
1.3 計算機系統的層次結構 12
1.3.1 計算機系統抽象層的轉換 12
1.3.2 計算機系統核心層之間的關聯 14
1.3.3 計算機系統的不同用戶 17
1.4 本書的主要內容和組織結構 19
1.5 小結 21
習題 22
第2章 高級語言程序 23
2.1 C語言概述 23
2.2 變量和常量及其類型 24
2.2.1 C程序中的變量及其類型 24
2.2.2 C程序中的常量及其類型 25
2.3 表達式及運算符 26
2.3.1 C語言表達式中的運算符 26
2.3.2 C語言程序中的運算 27
2.4 控制結構和函數調用 29
2.4.1 C語言中的控制結構 29
2.4.2 C語言中的函數調用 30
2.4.3 變量的作用域及其存儲分配 32
2.4.4 C標準I/O庫函數 35
2.5 小結 37
習題 37
第3章 數據的機器級表示 39
3.1 二進制編碼和進位計數制 39
3.1.1 信息的二進制編碼 39
3.1.2 進位計數制 40
3.1.3 進位計數制之間數據的轉換 41
3.2 整數的表示 44
3.2.1 定點數的編碼表示 44
3.2.2 無符號整數和帶符號整數的表示 49
3.2.3 C語言中的整數及其相互轉換 49
3.3 浮點數的表示 52
3.3.1 浮點數的表示范圍 52
3.3.2 浮點數的規格化 53
3.3.3 IEEE 754浮點數標準 53
3.3.4 C語言中的浮點數類型 57
3.4 非數值數據的編碼表示 59
3.4.1 位串或邏輯值 59
3.4.2 西文字符 59
3.4.3 漢字字符 60
3.5 數據的寬度和存儲 62
3.5.1 數據的寬度和長度單位 62
3.5.2 數據的存儲和排列順序 64
3.5.3 數據擴展和數據截斷操作 69
3.6 小結 70
習題 70
第4章 數據的基本運算 74
4.1 布爾代數和邏輯運算 74
4.1.1 布爾代數 74
4.1.2 邏輯電路基礎 76
4.2 基本運算電路 77
4.2.1 多路選擇器 77
4.2.2 全加器和加法器 77
4.2.3 帶標志信息加法器 78
4.2.4 算術邏輯部件 79
4.3 整數加減運算 80
4.3.1 補碼加減運算器 80
4.3.2 無符號整數加減運算 83
4.3.3 帶符號整數加減運算 84
4.3.4 對整數加減運算結果的解釋 85
4.4 整數的乘運算 86
4.4.1 無符號數乘法運算 87
4.4.2 原碼乘法運算 88
4.4.3 補碼乘法運算 89
4.4.4 兩種整數乘的關系 90
4.5 整數的除運算 92
4.5.1 無符號數除法運算 93
4.5.2 原碼除法運算 94
4.5.3 補碼除法運算 96
4.6 整數常量的乘除運算 97
4.7 浮點數運算 98
4.7.1 浮點數加減運算 99
4.7.2 浮點數乘除運算 104
4.7.3 浮點運算異常和精度 105
4.8 小結 107
習題 108
第5章 指令集體系結構 113
5.1 程序轉換概述 113
5.1.1 機器指令與匯編指令 113
5.1.2 指令集體系結構概述 115
5.1.3 生成機器代碼的過程 116
5.2 IA-32指令系統概述 122
5.2.1 數據類型及格式 123
5.2.2 寄存器組織 124
5.2.3 操作數的尋址方式 128
5.2.4 機器指令格式 132
5.3 IA-32常用指令類型 133
5.3.1 傳送指令 133
5.3.2 定點算術運算指令 137
5.3.3 按位運算指令 140
5.3.4 程序執行流控制指令 142
5.3.5 x87浮點處理指令 147
5.3.6 MMX/SSE指令集 150
5.4 兼容IA-32的64位系統 152
5.4.1 x86-64的發展簡史 152
5.4.2 x86-64的基本特點 153
5.4.3 x86-64的基本指令 154
5.5 小結 157
習題 157
第6章 程序的機器級表示 160
6.1 過程調用的機器級表示 160
6.1.1 IA-32中過程的調用約定 160
6.1.2 變量的作用域和生存期 164
6.1.3 按值傳遞參數和按地址傳遞
參數 166
6.1.4 遞歸過程調用 171
6.1.5 非靜態局部變量的存儲分配 173
6.1.6 x86-64的過程調用 176
6.2 流程控制語句的機器級表示 181
6.2.1 選擇語句的機器級表示 182
6.2.2 循環結構的機器級表示 186
6.3 復雜數據類型的分配和訪問 189
6.3.1 數組的分配和訪問 189
6.3.2 結構體數據的分配和訪問 193
6.3.3 聯合體數據的分配和訪問 196
6.3.4 數據的對齊 198
6.4 越界訪問和緩沖區溢出 201
6.4.1 緩沖區溢出 201
6.4.2 緩沖區溢出攻擊 203
6.4.3 緩沖區溢出攻擊的防范 206
6.5 小結 209
習題 210
第7章 程序的鏈接 223
7.1 編譯、匯編和靜態鏈接 223
7.1.1 預處理、編譯和匯編 223
7.1.2 可執行目標文件的生成 225
7.2 目標文件格式 227
7.2.1 ELF目標文件格式 227
7.2.2 可重定位目標文件格式 228
7.2.3 可執行目標文件格式 232
7.2.4 可執行文件的存儲器映射 234
7.3 符號表和符號解析 236
7.3.1 符號和符號表 236
7.3.2 符號解析 239
7.3.3 與靜態庫的鏈接 243
7.4 重定位 246
7.4.1 重定位信息 246
7.4.2 重定位過程 247
7.5 動態鏈接 251
7.5.1 動態鏈接的特性 251
7.5.2 程序加載時的動態鏈接 252
7.5.3 程序運行時的動態鏈接 253
7.5.4 位置無關代碼 255
7.6 小結 260
習題 260
第8章 程序的加載和執行 266
8.1 進程與可執行文件的加載 266
8.1.1 程序和進程的概念 266
8.1.2 Linux系統的虛擬地址空間 267
8.1.3 進程的存儲器映射 270
8.1.4 程序的加載過程 271
8.2 進程的控制 274
8.2.1 進程的邏輯控制流 275
8.2.2 進程的上下文切換 276
8.3 程序執行與CPU基本組成 278
8.3.1 程序及指令的執行過程 278
8.3.2 打斷程序正常執行的事件 280
8.3.3 CPU的基本功能和組成 281
8.4 小結 283
習題 284
附錄A gcc的常用命令行選項 287
附錄B GDB的常用命令 288
參考文獻 291
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計算機系統導論 作者簡介
袁春風，南京大學計算機科學與技術系二級教授，CCF杰出教育獎和寶鋼優秀教師獎獲得者，南京大學趙世良講座教授。目前兼任中國開放指令生態（RISC-V）聯盟人才發展組組長、中國計算機學會體系結構專委會委員、江蘇省計算機學會體系結構專委會副主任、教育部計算機類專業教指委計算機系統專家委員會委員及計算機專業系統能力培養實施方案工作組成員。 主要研究領域為大數據與并行處理技術、Web信息檢索與文本挖掘技術等，在相關領域承擔科研項目50多項，發表科研論文100多篇，兩次獲江蘇省科技進步二等獎，并獲江蘇省優秀軟件一等獎。先后主持國家級精品課程和國家級精品資源共享課“計算機組成原理”，主持的“計算機系統基礎”系列慕課中2門為國家級線上一流課程、1門為CMOOC聯盟優秀課程，主持1門江蘇省線下一流課程“計算機系統基礎”。先后主編成套國家級規劃教材《計算機組成與系統結構》及《計算機組成與系統結構習題解答與教學指導》、“十二五”江蘇省重點建設教材《計算機系統基礎》和“十三五”江蘇省重點建設教材《計算機組成與設計》。獲得1項國家級教學成果二等獎、2項江蘇省教學成果特等獎、1項江蘇省優秀多媒體課件特等獎、1項江蘇省網絡課件大賽一等獎。
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