2018-2019-1 20165202 《信息安全系统设计基础》第四周学习总结

教材学习内容总结

一、处理器体系结构

1. Y86-64指令集体系结构
   1. ISA(Instruction-Set Architecture)指令集体系结构：一个处理器支持的指令和指令的字节集编码。
   2. 内存的理解：一个很大的字节数组，保存着程序和数据。Y86-64用虚拟地址来引用内存位置。硬件和操作系统软件联合起来将虚拟地址翻译成实际或物理地址，指明数据实际存在内存中哪个地方。虚拟内存系统向Y86-64程序提供了一个单一的字节数组映像。

   3. 

   4. 异常：遇到异常时，处理器停止执行指令；异常处理程序可以被配置成不同的结果。
   5. Y86-8需要将常数加载到寄存器，算术指令中不能使用立即数。
2. 逻辑设计和硬件控制语言HCL
   1. 实现一个数字系统的三个主要的组成部分：计算对位进行操作的函数的组合逻辑、存储位的存储器单元，以及控制存储器单元更新的时钟信号。

   2. AND用&&表示，OR用||表示，NOT用!表示。不要与%、|、~混淆，逻辑门只对单个位的数进行操作，而不是整个字。

   3. 情况表达式示例：选择表达式顺序求值，第一个求值为1的情况会被选中。

   int Out=[s: A;    //s为1时Out=A，s为0时，顺序求下一表达式值。1: B;    //s为0时，Out=B。一种指定默认情况的方法。几乎所有情况表达式以此结尾。
   ]

   1. 为了产生时序电路(有状态并且在这个状态上进行计算的系统)，引入按位存储信息的设备。时钟寄存器：存储单个位或字，时钟信号控制寄存器加载输入值。随机访问存储器：存储多个字，用地址来选择该读或该写哪个字，包括处理器的虚拟存储器系统，寄存器文件比如%eax等。
3. Y86的顺序实现
   1.取指：取指阶段从存储器读取指令字节，地址为程序计数器(PC)的值。译码：译码阶段从寄存器文件读入最多两个操作数，得到值valA和/或valB。(有些指令读寄存器%esp)。执行：算数/逻辑单元(ALU)要么执行指令指明的操作(依据ifun)，计算存储器引用的有效地址，要么增加或减少栈指针，得到valE。访存：将数据写入存储器，或者从存储器读出数据，读出的值为valM。写回：(最多)写两个结果到寄存器文件。更新PC：将PC设置成下一条指令的地址。

   1. 

   2. SEQ抽象视图

教材学习中的问题和解决过程

• 问题1：写出xor(异或)信号的HCL表达式，输入为a和b。
• 问题1解决方案：当a和b全为0或者1时，(a || b)和(!a || !b)中必有一个为0，xor的值必为0；当a和b一个为0，一个为1时，(a || b)和(!a || !b)的值均为1，xor为1。表达式：bool xor=(a || b) && (!a || !b)。
• 问题2：如何理解irmovl指令的处理情况？

• 问题2解决方案：(对比跟踪subl指令的执行)

• 问题3：如何理解Y86—64指令？
• 问题3解决方案：
  • 立即数(i)、寄存器(r)、内存(m)
    【指令 修改】
    
    

练习确定下列指令序列的字节编码：

.pos 0x100irmovl $15,%ebxrrmovl %ebx,%ecx
loop:rmmovl %ecx,-3(%ebx)addl %ebx,%ecxjmp loop

贴出两个示例，一个是irmovl v,rB;另一个是jmp Dest

0x100:30f30f00000000000000//f:00 00 00 00 00 00 00 0f->0f 00 00 00 00 00 00 00
0x10a:2031//0x100->0x10a是因为上一条指令共10字节
0x10c:
0x10c:4013fdffffffffffffff//十进制的-3补码转换16进制fffffffffffffffd
0x116:6031
0x118:700c01000000000000//0x10c->0c 10 00 00 00 00 00 00

代码调试中的问题和解决过程

• 问题1：如何搭建Y86编译环境？
• 问题1解决方法：由于没有使用Ubuntu，我在实验楼中完成本次试验。

cd ~/Code/shiyanlou_cs413
wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/413/sim.tar
tar -xvf sim.tar

cd sim
sudo apt-get install bison flex tk

sudo ln -s  /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libtk8.6.so /usr/lib/libtk.so
sudo ln -s  /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libtcl8.6.so /usr/lib/libtcl.so
make

cd y86-code
make asuml.yo
make clean
make all

cat asuml.yo

代码托管

本周y86模拟均在实验楼环境进行

学习进度条

• 计划学习时间:12小时

• 实际学习时间:15小时

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导