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袁春风，唐杰，苏丰，路通，汪亮 著

图书标签:

• 计算机系统基础
• 计算机组成原理
• 计算机体系结构
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• 习题解答
• 教学指导
• 高等教育
• 计算机科学
• 考研
• 辅导书籍

店铺： 旷氏文豪图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111554813

商品编码：16183324716

YL9728  9787111554813 9787111464778

计算机系统基础习题解答与教学指导

《计算机系统基础习题解答与教学指导》作为《计算机系统基础》教材的教学指导用书，主要对每个章节的教学目标和内容安排、主要内容提要、基本术语解释、常见问题解答等给出系统性的说明和描述，并在此基础上提供了大量的单项选择题及其参考答案、分析应用题及其分析解答，其中涉及计算机系统概述、数据的机器级表示与处理、程序的转换及机器级表示、程序的链接、程序的执行流程、存储器层次结构、异常和中断机制以及输入/输出子系统等计算机系统的核心内容。
前言 
第1章　计算机系统概述 1 
1.1　教学目标和内容安排 1 
1.2　主要内容提要 2 
1.3　基本术语解释 3 
1.4　常见问题解答 8 
1.5　单项选择题 10 
1.6　分析应用题 13 
第2章　数据的机器级表示与处理 19 
2.1　教学目标和内容安排 19 
2.2　主要内容提要 20 
2.3　基本术语解释 22 
2.4　常见问题解答 27 
2.5　单项选择题 33 
2.6　分析应用题 42 
第3章　程序的转换及机器级表示 77 
3.1　教学目标和内容安排 77 
3.2　主要内容提要 79 
3.3　基本术语解释 81 
3.4　常见问题解答 88 
3.5　单项选择题 93 
3.6　分析应用题 108 
第4章　程序的链接 135 
4.1　教学目标和内容安排 135 
4.2　主要内容提要 136 
4.3　基本术语解释 137 
4.4　常见问题解答 140 
4.5　单项选择题 142 
4.6　分析应用题 149 
第5章　程序的执行 159 
5.1　教学目标和内容安排 159 
5.2　主要内容提要 160 
5.3　基本术语解释 163 
5.4　常见问题解答 168 
5.5　单项选择题 174 
5.6　分析应用题 178 
第6章　层次结构存储系统 186 
6.1　教学目标和内容安排 186 
6.2　主要内容提要 187 
6.3　基本术语解释 191 
6.4　常见问题解答 200 
6.5　单项选择题 206 
6.6　分析应用题 214 
第7章　异常控制流 236 
7.1　教学目标和内容安排 236 
7.2　主要内容提要 237 
7.3　基本术语解释 241 
7.4　常见问题解答 243 
7.5　单项选择题 248 
7.6　分析应用题 252 
第8章　I/O操作的实现 257 
8.1　教学目标和内容安排 257 
8.2　主要内容提要 259 
8.3　基本术语解释 262 
8.4　常见问题解答 269 
8.5　单项选择题 276 
8.6　分析应用题 285

计算机系统基础

《计算机系统基础》主要介绍与计算机系统相关的核心概念，解释这些概念如何相互关联并*终影响程序执行的结果和性能。本书共分8章，主要内容包括数据的表示和运算、程序的转换及机器级表示、程序的链接、程序的执行、存储器层次结构、虚拟存储器、异常控制流和I/O操作的实现等。本书内容详尽，反映现实，概念清楚，通俗易懂，实例丰富，并提供大量典型习题供读者练习。本书可以作为计算机**本科或大专院校学生计算机系统方面的基础性教材，也可以作为有关**研究生或计算机技术人员的参考书。
前言
1部分　系统概述和可执行目标文件的生成
第1章　计算机系统概述
1.1　计算机的发展历程
1.1.1　电子计算机的诞生
1.1.2　1代计算机
1.1.3　第二代计算机
1.1.4　第三代计算机
1.1.5　第四代计算机
1.2　计算机系统的基本功能和基本组成
1.2.1　计算机系统的基本功能
1.2.2　计算机硬件
1.2.3　计算机软件
1.3　程序开发与执行过程
1.3.1　从源程序到可执行程序
1.3.2　可执行文件的启动和执行
1.3.3　程序中每条指令的执行
1.4　计算机系统的层次结构
1.4.1　计算机系统抽象层的转换
1.4.2　计算机系统的不同用户
1.5　计算机系统性能评价
1.5.1　计算机性能的定义
1.5.2　计算机性能的测试
1.5.3　用指令执行速度进行性能评估
1.5.4　用基准程序进行性能评估
1.6　本书的主要内容和组织结构
1.7　小结
习题
第2章　数据的机器级表示与处理
2.1　数制和编码
2.1.1　信息的二进制编码
2.1.2　进位计数制
2.1.3　定点与浮点表示
2.1.4　定点数的编码表示
2.2　整数的表示
2.2.1　无符号整数和带符号整数的表示
2.2.2　C语言中的整数及其相互转换
2.3　浮点数的表示
2.3.1　浮点数的表示范围
2.3.2　浮点数的规格化
2.3.3　IEEE 754浮点数标准
2.3.4　C语言中的浮点数类型
2.4　十进制数的表示
2.4.1　用ASCII码字符表示
2.4.2　用BCD码表示
2.5　非数值数据的编码表示
2.5.1　逻辑值
2.5.2　西文字符
2.5.3　汉字字符
2.6　数据的宽度和存储
2.6.1　数据的宽度和单位
2.6.2　数据的存储和排列顺序
2.7　数据的基本运算
2.7.1　按位运算和逻辑运算
2.7.2　左移运算和右移运算
2.7.3　位扩展运算和位截断运算
2.7.4　整数加减运算
2.7.5　整数乘除运算
2.7.6　常量的乘除运算
2.7.7　浮点数运算
2.8　小结
习题
第3章　程序的转换及机器级表示
3.1　程序转换概述
3.1.1　机器指令及汇编指令
3.1.2　指令集体系结构
3.1.3　生成机器代码的过程
3.2　IA-32指令系统概述
3.2.1　数据类型及其格式
3.2.2　寄存器组织和寻址方式
3.3　IA-32常用指令类型及其操作
3.3.1　传送指令
3.3.2　定点算术运算指令
3.3.3　按位运算指令
3.3.4　控制转移指令
3.3.5　x87浮点处理指令
3.3.6　MMX/SSE指令集
3.4　C语言程序的机器级表示
3.4.1　过程调用的机器级表示
3.4.2　选择语句的机器级表示
3.4.3　循环结构的机器级表示
3.5　复杂数据类型的分配和访问
3.5.1　数组的分配和访问
3.5.2　结构体数据的分配和访问
3.5.3　联合体数据的分配和访问
3.5.4　数据的对齐
3.6　越界访问和缓冲区溢出
3.6.1　缓冲区溢出攻击
3.6.2　缓冲区溢出攻击的防范
3.7　兼容IA-32的64位系统
3.7.1　x86-64的发展简史
3.7.2　x86-64的基本特点
3.7.3　x86-64的基本指令和对齐
3.8　小结
习题
第4章　程序的链接
4.1　编译、汇编和静态链接
4.1.1　编译和汇编
4.1.2　可执行目标文件的生成
4.2　目标文件格式
4.2.1　ELF目标文件格式
4.2.2　可重定位目标文件格式
4.2.3　可执行目标文件格式
4.3　符号表和符号解析
4.3.1　符号和符号表
4.3.2　符号解析
4.3.3　与静态库的链接
4.4　重定位
4.4.1　重定位信息
4.4.2　重定位过程
4.5　可执行文件的加载
4.6　动态链接
4.6.1　动态链接的特性
4.6.2　程序加载时的动态链接
4.6.3　程序运行时的动态链接
4.7　小结
习题
第二部分　可执行目标文件的运行
第5章　程序的执行
5.1　程序执行概述
5.1.1　程序及指令的执行过程
5.1.2　CPU的基本功能和组成
5.1.3　打断程序正常执行的事件
5.2　数据通路基本结构和工作原理
5.2.1　数据通路基本结构
5.2.2　数据通路的时序控制
5.2.3　数据通路基本工作原理
5.3　流水线方式下指令的执行
5.3.1　指令流水线的基本原理
5.3.2　适合流水线的指令集特征
5.3.3　CISC和RISC风格指令集
5.3.4　指令流水线的实现
5.3.5　**流水线实现技术
5.4　小结
习题
第6章　层次结构存储系统
6.1　存储器概述
6.1.1　存储器的分类
6.1.2　主存储器的组成和基本操作
6.1.3　存储器的主要性能指标
6.1.4　各类存储元件的特点
6.1.5　存储器的层次结构
6.2　主存与CPU的连接及其读写操作
6.2.1　主存模块的连接和读写操作
6.2.2　"装入"指令和"存储"指令操作过程
6.3　磁盘存储器
6.3.1　磁盘存储器的结构
6.3.2　磁盘存储器的性能指标
6.3.3　磁盘存储器的连接
6.3.4　固态硬盘
6.4　高速缓冲存储器
6.4.1　程序访问的局部性
6.4.2　cache的基本工作原理
6.4.3　cache行和主存块的映射
6.4.4　cache中主存块的替换算法
6.4.5　cache一致性问题
6.4.6　影响cache性能的因素
6.4.7　IA-32的cache结构举例
6.4.8　cache和程序性能
6.5　虚拟存储器
6.5.1　虚拟存储器的基本概念
6.5.2　虚拟地址空间
6.5.3　虚拟存储器的实现
6.5.4　存储保护
*6.6　IA-32/Linux中的地址转换
6.6.1　逻辑地址到线性地址的转换
6.6.2　线性地址到物理地址的转换
6.7　小结
习题
第7章　异常控制流
7.1　进程与进程的上下文切换
7.1.1　程序和进程的概念
7.1.2　进程的逻辑控制流
7.1.3　进程的上下文切换
7.1.4　进程的私有地址空间
7.1.5　程序的加载和运行
7.2　异常和中断
7.2.1　基本概念
7.2.2　异常的分类
7.2.3　中断的分类............

《计算的基石：理解现代计算机的内在运作》 一、 现代计算的脉络与核心挑战 在信息爆炸的时代，我们无时无刻不被计算机技术所包围。从智能手机到超级计算机，从云计算到物联网，它们深刻地改变着我们的生活、工作乃至思维方式。然而，在这看似触手可及的便利背后，是极其复杂和精密的工程设计与科学原理。大多数人仅仅停留在“使用者”的层面，享受着计算机带来的高效与便捷，却鲜少探究其“心脏”的跳动，理解“大脑”的思考。 《计算的基石：理解现代计算机的内在运作》正是为渴望深入理解计算机底层机制的读者量身打造。本书并非一本单纯的编程语言教程，也不是对某个特定应用软件的拆解，而是将目光聚焦于计算的本质，带领读者穿越纷繁的应用层，抵达支撑这一切的坚实基石。我们致力于揭示计算机系统是如何从最基础的逻辑门电路，一步步构建起能够执行复杂任务的庞大机器。 现代计算机系统是一个多层次、高度集成的复杂体系。要理解它，就必须理解这个体系中各个层级之间的紧密联系与相互依赖。从硬件层面，我们有微处理器、内存、存储设备、输入输出接口等核心组件，它们协同工作，执行着抽象的指令。再往上，是操作系统，它扮演着硬件与应用软件之间的桥梁，负责管理和调度系统资源。然后是各种各样的软件，从系统软件到应用软件，它们通过操作系统的调度，最终实现用户的各种需求。 然而，这种多层次的抽象，也带来了理解上的鸿沟。很多时候，我们遇到的计算机问题，往往并非出在某个应用软件的bug，也并非是操作系统本身的设计缺陷，而是深藏在硬件与软件交互的某个薄弱环节，或是对底层机制的误解所导致。例如，一个程序运行缓慢，可能是内存访问效率低下；一个网络传输延迟，可能与CPU的指令流水线阻塞有关；一个看似简单的文件读写操作，背后却牵涉到磁盘的寻道、读写头、缓存以及文件系统的管理。 本书的核心目标，就是弥合这种理解上的鸿沟，帮助读者建立起对计算机系统“全景式”的认知。我们将从最基本的计算模型出发，逐步深入到计算机硬件的构造，再到操作系统如何管理硬件资源，最终理解软件是如何被执行的。在这个过程中，我们将力求深入浅出，用清晰的语言和直观的例子，将抽象的概念具象化，让读者不仅“知其然”，更“知其所以然”。 二、 探索计算的起源：从逻辑到指令 本书的开篇，将带领读者追溯计算的哲学根源。我们将从最基础的逻辑门电路（AND, OR, NOT）开始，理解它们如何作为构建一切数字电路的基石。读者将学习到，简单的逻辑运算是如何组合起来，形成更复杂的逻辑功能，最终实现算术运算，例如加法、减法等。这一过程将帮助读者理解，为什么计算机能够进行精确的数学计算，并且认识到二进制在数字计算中的核心地位。 紧接着，我们将引入“计算模型”的概念。例如，图灵机模型，它虽然是一个抽象的数学模型，却为我们理解计算的极限和可计算性奠定了基础。我们将探讨指令集架构（ISA），这是连接软件和硬件的关键接口。读者将了解，CPU是如何理解和执行这些由二进制代码组成的指令的，例如数据传送指令、算术指令、逻辑指令、分支指令等等。我们将剖析一条指令的执行过程，包括取指、译码、执行、写回等阶段，揭示CPU内部的微观运作。 内存的组织与管理也是本书重点关注的内容。读者将深入了解内存的层次结构，从CPU内部的高速缓存（Cache）到主内存（RAM），再到外部存储设备。我们将探讨内存的地址空间、寻址方式，以及CPU如何高效地访问内存中的数据。理解内存的工作原理，对于理解程序的性能至关重要，例如缓存命中率、缺页中断等概念，都将得到详细的解释。 三、 操作系统：现代计算的指挥官 有了硬件基础，我们便可以将目光转向操作系统的核心功能。操作系统是管理计算机硬件资源、为上层应用程序提供服务的基础软件。本书将深入剖析操作系统的几个关键组成部分，帮助读者理解它们是如何协同工作的。 1. 进程管理：多任务的艺术 在现代计算机上，我们常常可以同时运行多个应用程序，而操作系统是如何做到这一点的呢？本书将详细阐述“进程”的概念，理解进程的生命周期、状态转换以及进程间通信（IPC）的机制。读者将学习到CPU调度算法，例如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（Round Robin）等，理解操作系统如何公平有效地分配CPU时间给各个进程。同时，我们将探讨线程的概念，以及它与进程的区别和联系，理解并发与并行。 2. 内存管理：资源的有序分配 内存是计算机系统中宝贵的资源，操作系统如何有效地管理它，避免冲突并提高利用率，是至关重要的。本书将深入介绍内存分配的各种技术，包括连续分配、分页、分段等。读者将理解虚拟内存的概念，以及它如何通过内存映射和页面置换算法，让程序拥有比实际物理内存更大的地址空间，从而提高系统的稳定性和可用性。我们将分析内存碎片、内存泄漏等常见问题，并探讨相应的解决方案。 3. 文件系统：数据的有序存储与检索 文件系统是操作系统中负责管理和组织硬盘等存储设备上的数据的核心部分。本书将解释文件系统的基本结构，例如目录、文件、inode等概念。读者将了解文件是如何在磁盘上存储的，以及如何进行查找、读写、创建、删除等操作。我们将探讨文件系统的性能优化技术，例如缓存、日志等，以及文件系统的安全性问题，例如权限管理。 4. I/O管理：连接物理世界与数字世界 输入输出（I/O）设备是计算机与外部世界进行交互的桥梁，例如键盘、鼠标、显示器、网络接口、硬盘等。操作系统如何统一管理这些多样的I/O设备，并为应用程序提供一致的接口，是本书的另一个重点。我们将探讨I/O设备的驱动程序、中断机制、DMA（直接内存访问）等技术，理解I/O操作是如何被高效执行的。 四、 软件的执行与性能优化 理解了硬件与操作系统的基础后，我们将进一步探讨软件是如何在计算机系统中执行的，以及如何对其进行性能优化。 1. 程序是如何被执行的：从源代码到机器码 本书将简要回顾编译器、汇编器和链接器的作用，解释源代码是如何一步步被转换成可以在CPU上执行的机器码的。我们将理解可执行文件的结构，以及操作系统如何加载和执行程序。 2. 理解性能瓶颈：CPU、内存与I/O的协同 在实际应用中，程序的性能往往受到CPU速度、内存访问速度、I/O操作速度等多种因素的影响。本书将提供分析和定位性能瓶颈的方法，帮助读者理解程序运行缓慢的原因可能隐藏在哪个层面。我们将讨论缓存一致性、指令流水线、分支预测等CPU内部优化技术，以及它们对程序性能的影响。 3. 并发与并行：提升计算效率的利器 随着多核处理器的普及，理解并发与并行的概念，并学会利用它们来提升程序性能变得尤为重要。本书将区分并发与并行，并介绍实现它们的技术，例如多线程编程、多进程编程等。我们将探讨并发编程中可能遇到的挑战，例如竞态条件、死锁等，并介绍相应的同步机制，例如锁、信号量等。 五、 走向未来：计算机系统的演进与挑战 最后，本书将带领读者展望计算机系统的未来发展趋势。我们将简要介绍云计算、分布式系统、并行计算架构等前沿领域，以及它们对传统计算机系统模型提出的挑战和带来的机遇。理解计算机系统的基础，将使读者能够更好地理解这些新兴技术，并为未来的学习和研究打下坚实的基础。 《计算的基石：理解现代计算机的内在运作》 旨在为所有对计算机内部工作原理感到好奇的读者提供一个清晰、全面且深入的视角。无论您是计算机科学专业的学生，还是希望提升技术理解能力的开发者，亦或是对数字世界充满探索欲的普通爱好者，本书都将是您开启计算系统之旅的理想伙伴。通过掌握这些基石性的知识，您将能够更自信地驾驭复杂的计算技术，更深刻地理解现代社会的数字化进程，并为未来的技术创新做好准备。

评分☆☆☆☆☆

这本书对我来说，简直是一场及时雨！我是一名计算机科学的入门学生，之前看《计算机系统基础》这本原著的时候，真的是摸不着头脑。概念太多，抽象的地方也很难理解，经常在一些底层原理上卡壳。后来偶然发现了这套配套辅导，立刻抱着试试看的心态入手了。没想到，效果出奇地好！习题解答部分，不仅给出了答案，更重要的是详细解析了每一步的思路和背后的逻辑，让我恍然大悟，原来之前困扰我的问题，答案就在这里，而且理解起来并不难。教学指导的部分更是锦上添花，它用更通俗易懂的语言重新阐述了教材中的核心概念，还穿插了一些形象的比喻和实际案例，让那些枯燥的技术术语变得鲜活起来。特别是关于内存管理和CPU调度那几章，我之前看得云里雾里，看了教学指导后，感觉整个世界都亮了。而且，这本书的排版也很舒服，重点突出，逻辑清晰，学习起来效率非常高。对于像我这样想要扎实掌握计算机系统基础知识的同学来说，这套书绝对是必备神器，强烈推荐！

评分☆☆☆☆☆

我对这套《计算机系统基础》的配套辅导真是爱不释手，简直是我学习路上的“神助攻”！作为一名想深入了解计算机底层运行机制的业余爱好者，我一直被原著教材的深度和广度所折服，但也因为其艰深晦涩而屡屡碰壁。这套辅导的出现，恰好填补了我在理解上的鸿沟。习题解答部分，我最看重的是它对解题思路的层层剥离，很多时候，一道题的答案固然重要，但更重要的是理解“为什么是这个答案”，以及如何思考才能得出这个答案。这本书在这方面做得非常出色，它会引导我一步步分析问题，从基础概念出发，到最终得出解决方案，中间的过程清晰可见。教学指导部分则更像是导师在耳边细语，它用一种非常友好的方式讲解了教材中那些“硬骨头”，比如指令集架构、链接器的工作原理等，让我这种非科班出身的人也能逐渐领悟其中的精髓。这本书的语言风格也很有特色，既严谨又不失趣味性，不会让人产生畏难情绪。总而言之，这套辅导不仅是学习原著的辅助工具，更是一次系统且有效的知识梳理和巩固过程，极大地提升了我的学习体验和效果。

评分☆☆☆☆☆

我必须得说，这套《计算机系统基础》的配套辅导，完全超出了我的预期。我是一名对计算机底层运作原理充满好奇的学生，经常在阅读原著教材时，因为一些细节上的疑惑而停滞不前。这套辅导的出现，就像在黑暗中点亮了一盏明灯。习题解答部分，我最喜欢它对每一个解题步骤的详细拆解，它会告诉你为什么需要这么做，而不是直接给出结果。很多时候，我之前做错的题目，原因就在于对某个概念的理解不够透彻，而这本书的解析正好弥补了这一块的不足。它会把抽象的概念具体化，让我能清晰地看到每一个指令是如何被CPU执行的，数据是如何在内存和寄存器之间传递的。教学指导部分更是锦上添花，它用一种非常引人入胜的方式讲解了教材中那些看似枯燥乏味的理论。我特别喜欢它在解释进程和线程的切换时，用到的那些生动形象的比喻，让原本复杂抽象的概念变得异常容易理解。而且，它还会提供一些额外的思考题和拓展阅读的建议，这对于想要深入研究的学生来说，是非常宝贵的资源。总而言之，这套辅导不仅巩固了我对原著内容的理解，更激发了我对计算机系统更深层次的探索欲望。我强烈推荐任何正在学习《计算机系统基础》或者对计算机底层原理感兴趣的读者入手这套书。

评分☆☆☆☆☆

作为一个已经工作了几年，但感觉计算机基础知识有些薄弱的工程师，我一直在寻找一本能够帮助我系统回顾和巩固计算机系统基础知识的书籍。偶然间发现了这套《计算机系统基础》配套辅导，可以说是“踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫”。原著教材的深度毋庸置疑，但对于已经离开校园一段时间的我来说，重新拾起来确实有些吃力。这套辅导的价值在于它能够精准地“触碰”到那些容易被遗忘或模糊的知识点。习题解答部分，它提供的不仅仅是答案，更多的是解题思路的“脉络”。我喜欢它对于一些复杂问题的剖析，能够层层递进，直到原理的根本。例如，在分析一段汇编代码的执行效率时，它会从指令周期、CPU流水线等角度进行讲解，而不是仅仅给出简单的优化建议。而教学指导部分，则更像是一位经验丰富的老前辈，用一种更成熟、更精炼的方式提炼出教材中的精华。它能快速地帮我回忆起之前学过的概念，并以一种新的角度去理解它们。对于那些需要实际操作或代码实现的章节，它也提供了非常实用的指导，让我能够将理论知识与实践联系起来。这套书的价值在于它的“高屋建瓴”和“切中要害”，能够帮助我快速地找回学习的节奏，并对计算机系统有更深刻的认知。

评分☆☆☆☆☆

老实说，刚拿到《计算机系统基础》原著时，我还有点打退堂鼓。作为一名跨专业转型的学生，我对计算机的理解还停留在应用层面，对于其内部的运作原理，我几乎一无所知。教材里的各种图表、公式和术语，一开始让我望而生畏。幸运的是，我很快就发现了这套配套的辅导书籍。让我惊喜的是，它并没有简单地重复教材的内容，而是以一种全新的视角来解读。习题解答部分，它不仅仅是给出答案，更像是给我打开了一扇通往问题核心的窗户，让我明白了每道题背后的考点，以及如何从理论出发，一步步推导出正确的结果。特别是那些涉及位操作和底层优化的题目，之前的我只能死记硬背，现在通过它的解析，我终于理解了其中的逻辑。而教学指导部分，则像是一位经验丰富的老师，将那些晦涩的概念分解成易于理解的小块，用更具象的例子来阐释，比如如何通过模拟来理解缓存的工作方式，或者如何用类比来解释进程和线程的区别。这种循序渐进、深入浅出的讲解方式，让我对计算机系统的工作原理产生了浓厚的兴趣，也更有信心去攻克原著中更难的部分。这套书的出现，极大地降低了我学习计算机系统基础的门槛，让我能够更自信、更高效地进行学习。