现代计算机系统与网络（原书第5版）

本书包含五个部分，共18章。第一部分是信息系统中的计算机导论，简要说明组成现代计算机系统的每个组件。其余四个部分分别讲述计算机体系结构的一个方面。第二部分论述计算机中数据的作用和表示方法式。第三部分介绍硬件体系结构和操作的概念，讲解计算机的组件并展示这些组件如何协作起来执行计算机指令，还探讨了CPU、内存和I/O外设之间的交互。第四部分对计算机网络原理进行介绍。第五部分探讨系统软件，即用户和应用程序可访问的、管理计算机系统和组件资源的程序。除了教材中使用的大量实例外，网络补充章节也提供了很多实例研究。

出版者的话 译者序 前言 第一部分　计算机系统概述 第1章　计算机和系统 3 1.0　引言 3 1.1　起点 6 1.2　计算机系统的组成 8 1.2.1　硬件组件 9 1.2.2　软件组件 11 1.2.3　通信组件 12 1.2.4　计算机系统 12 1.3　虚拟化的概念 14 1.4　协议和标准 14 1.5　本书概览 15 1.6　计算机体系结构简史 16 1.6.1　早期工作 17 1.6.2　计算机硬件 18 1.6.3　操作系统 20 1.6.4　通信、网络和互联网 24 小结与回顾 25 扩展阅读 25 复习题 26 习题 26 第2章　系统概念和系统架构简介 27 2.0　引言 27 2.1　系统的一般概念 27 2.2　IT系统的架构 32 2.2.1　分布式处理系统 34 2.2.2　系统架构师的作用 42 2.2.3　谷歌：系统架构实例 42 2.2.4 另一个实例：Facebook的应用架构 45 小结与回顾 46 扩展阅读 47 复习题 47 习题 47 第二部分　计算机中的数据 第3章　数值系统 51 3.0　引言 51 3.1　作为物理表示的数值 51 3.2　不同进制的计数 52 3.3　不同进制下的算术运算 55 3.4　不同进制下的数值转换 57 3.5　十六进制数和算术 59 3.6　特殊转换情况—相关的进制 60 3.7　小数 61 3.8　混合数值转换 65 小结与回顾 65 扩展阅读 66 复习题 66 习题 67 第4章　数据格式 70 4.0　引言 70 4.1　概述 70 4.2　字母字符数据 72 4.3　可视数据 77 4.3.1　位图图像 78 4.3.2　对象图像 81 4.3.3　将字符表示为图像 83 4.3.4　视频图像 84 4.4　音频数据 85 4.5　数据压缩 87 4.6　页面描述语言 89 4.7　计算机内部的数据格式 89 小结与回顾 91 扩展阅读 92 复习题 92 习题 93 第5章　数值数据表示 96 5.0　引言 96 5.1 无符号二进制数和二进制编码的十进制表示 96 5.2　有符号整型数的表示 99 5.2.1　符号-幅值表示法 99 5.2.2 以9为基的十进制补码表示和以1为基的二进制补码表示 101 5.2.3　10的补码和2的补码 105 5.2.4　溢出条件和进位条件 107 5.2.5　其他进制 108 5.2.6　补码数值的规则小结 109 5.3　实数 109 5.3.1　指数记数法回顾 109 5.3.2　浮点数格式 111 5.3.3　规格化和浮点数的格式化 113 5.3.4　编程实例 114 5.3.5　浮点数计算 115 5.3.6　计算机中的浮点数 117 5.3.7　十进制和二进制之间的转换 119 5.4　编程注意事项 120 小结与回顾 120 扩展阅读 121 复习题 121 习题 122 第三部分　计算机体系结构和硬件操作 第6章　“小伙计”计算机 129 6.0　引言 129 6.1　“小伙计”计算机的结构 129 6.2　“小伙计”计算机的操作 130 6.3　一个简单的程序 132 6.4　一个扩展的指令集 133 6.5　指令周期 135 6.6　关于计算机体系结构的说明 138 小结与回顾 138 复习题 138 习题 139 第7章　CPU和内存 141 7.0　引言 141 7.1　CPU的组成 142 7.2　寄存器的概念 143 7.3　内存单元 145 7.3.1　内存的操作 145 7.3.2　内存容量和寻址限制 148 7.3.3　主存的特征和实现 149 7.4　“取-执行”指令周期 150 7.5　总线 153 7.6　指令类型 156 7.6.1 数据移动指令 157 7.6.2　算术指令 159 7.6.3　布尔逻辑指令 159 7.6.4　单操作数操作指令 159 7.6.5　位操作指令 160 7.6.6　移位和循环移位指令 160 7.6.7　程序控制指令 161 7.6.8　栈指令 161 7.6.9　多数据指令 164 7.6.10　其他指令 164 7.7　指令字格式 165 7.8　指令字的需求和约束 166 小结与回顾 168 扩展阅读 169 复习题 169 习题 170 第8章 CPU和内存：设计、增强和实现 172 8.0　引言 172 8.1　CPU的架构 173 8.1.1　概述 173 8.1.2　传统的现代架构 173 8.2　CPU的特征与增强 174 8.2.1　概述 174 8.2.2 “取-执行”周期的时序问题 175 8.2.3　一种改进CPU性能的模型 176 8.2.4 标量和超标量处理器的组成 179 8.3　内存增强 182 8.3.1　宽路径内存访问 183 8.3.2　内存交叉 183 8.3.3　Cache存储器 184 8.4　现代超标量CPU 187 8.5　多处理技术 189 8.6　关于实现的几点评述 191 小结与回顾 192 扩展阅读 192 复习题 193 习题 194 第9章　输入/输出 196 9.0　引言 196 9.1　典型I/O设备的特性 197 9.2　编程式I/O 201 9.3　中断 203 9.3.1　服务中断 203 9.3.2　中断的使用 204 9.3.3　多重中断和优先次序 208 9.4　直接内存访问 211 9.5　I/O控制器 214 小结与回顾 215 扩展阅读 215 复习题 216 习题 216 第10章　计算机外设 218 10.0　引言 218 10.1　存储的层次 219 10.2　固态存储器 220 10.3　磁盘 221 10.4　光盘存储 227 10.5　磁带 229 10.6　显示器 230 10.6.1　显示器的基本设计 230 10.6.2　图形处理单元 232 10.6.3　液晶显示技术 234 10.6.4　OLED显示技术 234 10.7　打印机 235 10.7.1　激光打印机 236 10.7.2　喷墨打印机 236 10.8　用户输入设备 237 10.8.1　键盘 237 10.8.2　点击设备 238 10.8.3　其他字母数字输入方法 238 10.8.4　扫描仪 240 10.8.5　多媒体输入 240 10.8.6　移动设备 241 10.9　网络通信设备 242 小结与回顾 242 扩展阅读 243 复习题 243 习题 244 第11章　现代计算机系统 246 11.0　引言 246 11.1　集成各部分 248 11.2　系统架构 252 11.2.1　基本的系统互连需求 252 11.2.2　总线I/O 254 11.2.3　信道架构 257 11.2.4　分界线模糊化 258 11.3　计算机互连概述 258 11.4　机群 259 11.4.1　概述 259 11.4.2　分类和配置 259 11.4.3　Beowulf机群 261 11.5　高性能计算 262 小结与回顾 262 扩展阅读 263 复习题 263 习题 264 第四部分　网络和数据通信 第12章　网络和数据通信概论 267 12.0　引言 267 12.1 网络对商业过程及用户访问知识和服务的影响 268 12.2　数据通信的简单视图 269 12.3　数据通信的基本概念 271 12.3.1　报文 272 12.3.2　包 272 12.3.3　一般的信道特征 273 12.4　网络 276 12.4.1　网络拓扑 276 12.4.2　网络类型 279 12.4.3　网络互连 290 12.5　标准 292 小结与回顾 293 扩展阅读 293 复习题 294 习题 294 第13章　以太网和TCP/IP网络 296 13.0　引言 296 13.1 TCP/IP、OSI以及其他通信协议模型 296 13.2　程序应用和网络应用 300 13.3　物理层和数据链路层 300 13.3.1　物理层 301 13.3.2　数据链路层 301 13.3.3　基于集线器的以太网 303 13.3.4　交换式以太网 303 13.3.5　无线以太网 304 13.4　网络层 305 13.5　传输层 308 13.6　IP地址 311 13.6.1　IPv4和DHCP 311 13.6.2　IPv6 314 13.7　域名和DNS服务 315 13.8　服务质量 318 13.9　网络安全 319 13.9.1　物理和逻辑访问限制 320 13.9.2　加密 320 13.10　其他协议 320 13.10.1　TCP/IP和OSI的比较 321 13.10.2　其他协议簇和构成 321 13.10.3　基于IP的SCSI 321 13.10.4　蜂窝式技术 322 13.10.5　MPLS 322 13.10.6　SONET/SDH 323 13.10.7　帧中继 323 小结与回顾 323 扩展阅读 324 复习题 324 习题 324 第14章　通信信道技术 327 14.0　引言 327 14.1　通信信道技术概述 327 14.2　信令技术的基础 329 14.2.1　模拟信号技术 330 14.2.2　数字信号技术 336 14.2.3　调制解调器 340 14.3　传输介质和信令方法 340 14.4　其他技术 342 14.4.1　蜂窝式技术 342 14.4.2　WiFi 344 14.4.3　蓝牙 344 小结与回顾 345 扩展阅读 345 复习题 345 习题 346 第五部分　软件组件 第15章　操作系统概论 351 15.0　引言 351 15.1　裸机系统 351 15.2　操作系统的概念 352 15.3　服务和功能 357 15.3.1　用户界面和命令执行服务 358 15.3.2　文件管理 359 15.3.3　输入/输出服务 360 15.3.4　进程控制管理 361 15.3.5　内存管理 361 15.3.6　调度和派遣 362 15.3.7　辅存管理 363 15.3.8　网络和通信支持服务 364 15.3.9　安全和保护服务 364 15.3.10　系统管理支持 365 15.4　组织 368 15.5　计算机系统的类型 370 小结与回顾 373 扩展阅读 373 复习题 374 习题 374 第16章　操作系统的用户视图 376 16.0　引言 376 16.1　用户界面的作用 377 16.2　用户功能和程序服务 378 16.2.1　程序执行 378 16.2.2　文件命令 379 16.2.3　磁盘和其他I/O设备命令 380 16.2.4　安全和数据完整性保护 380 16.2.5 用户间通信和数据共享操作 381 16.2.6　系统状态信息和用户管理 381 16.2.7　程序服务 382 16.3　用户界面的类型 383 16.3.1　命令行界面 383 16.3.2　批处理系统命令 385 16.3.3　图形用户界面 385 16.3.4 非接触手势及基于声音的界面 390 16.3.5　用户界面的权衡 390 16.3.6　软件方面的注意事项 392 16.4 X Window和其他图形显示方法 393 16.5　命令和脚本语言 394 16.5.1　命令语言的构成 397 16.5.2　命令语言启动序列文件 397 16.6　程序服务 397 小结与回顾 399 扩展阅读 399 复习题 399 习题 400 第17章　文件管理 401 17.0　引言 401 17.1　文件的逻辑和物理视图 401 17.2　文件管理系统的功能 405 17.3　逻辑文件访问方法 409 17.3.1　顺序文件访问 410 17.3.2　随机访问 410 17.3.3　索引访问 411 17.4　物理文件存储 411 17.4.1　连续存储分配 411 17.4.2　非连续存储分配 412 17.4.3　索引分配 414 17.4.4　空闲空间管理 416 17.4.5　磁带分配 418 17.4.6　CD、DVD和闪存分配 418 17.5 文件系统、卷、磁盘、分区和存储池 418 17.6　目录结构 420 17.6.1　树形结构目录 422 17.6.2　无环图目录 423 17.7　网络文件访问 426 17.8　存储区域网 427 17.9　文件保护 429 17.10　日志文件系统 430 小结与回顾 430 扩展阅读 431 复习题 431 习题 432 第18章　内部操作系统 434 18.0　引言 434 18.1　基本的操作系统需求 435 18.2　启动操作系统：引导程序 438 18.3　进程和线程 440 18.3.1　进程创建 442 18.3.2　进程状态 443 18.3.3　线程 444 18.4　基本的加载和执行操作 445 18.5　CPU调度和派遣 446 18.5.1　高级调度器 447 18.5.2　派遣技术 447 18.5.3　非抢占式派遣算法 449 18.5.4　抢占式派遣算法 449 18.6　内存管理 450 18.7　虚拟存储 452 18.7.1　概述 452 18.7.2　页和帧 453 18.7.3　虚拟存储的概念 457 18.7.4　页故障 458 18.7.5　工作集与局部性概念 459 18.7.6　页共享 460 18.7.7　页替换算法 461 18.7.8　颠簸 464 18.7.9　页表的实现 464 18.7.10　分段 466 18.7.11　进程隔离 466 18.8　辅存调度 466 18.8.1　先来先服务调度 467 18.8.2　最短距离优先调度 467 18.8.3　扫描调度 467 18.8.4　n步c扫描调度 467 18.9　网络操作系统服务 469 18.10　其他操作系统的问题 470 18.10.1　死锁 470 18.10.2　其他问题 471 18.11　虚拟机 472 小结与回顾 473 扩展阅读 474 复习题 474 习题 475 参考文献一 479

[美]埃夫﹒恩格兰德（Irv Englander） 著：---作者简介--- 埃夫﹒恩格兰德（Irv Englander） 本特利大学荣休教授。他拥有麻省理工学院（MIT）计算机科学博士学位，从事计算机方面的研究已经超过50年，涉及逻辑电路、计算机控制系统、操作系统和应用软件等众多领域。 ---译者简介--- 朱利 西安交通大学软件学院副教授、博士生导师，现任教学科研副院长。主要研究方向包括高等计算机网络和高性能计算，以及软件度量和质量控制。

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