2017-2018-1 20155301 《信息安全系統設計基礎》第7周學習總結

2017-2018-1 20155301 《信息安全系統設計基礎》第7周學習總結

教材學習內容總結

• 作為我們處理器實現的運行實例，因為受x86-64指令集的啟發，它被俗稱為“x86”，所以我們稱我們的指令集為“Y86-64”，與“x86-64”相比，Y86-64指令集的數據類型、指令和尋址方式都要少一些。它的字節級編碼也比較簡單，機器代碼沒有相應的x86-64代碼緊湊，不過設計他的CPU譯碼邏輯也要簡單一些。
• 定義Y86指令集體系結構：包括定義各種狀態元素、指令集和它們的編碼、一組編程規范和異常事件處理。
• Y86-64的狀態類似于x86-64。有15個程序寄存器：%rax、%rcx、%rdx、%rbx、%rsp、%rbp、%rsi、%rdi和%r8到%r14。
• 內存從概念上來說就是一個很大的字節數組，保存著程序和數據。
• 下圖給出了Y86-64 ISA中各個指令的簡單描述。Y86-64指令集基本上是x86-64指令集的一個子集。它只包括8字節整數操作，尋址方式較少，操作也較少。

• x86-64的movq指令分成了4個不同的指令：irmovq、rrmovq、mrmovq、rmmovq分別顯示地指明源和目的的格式。源可以是立即數(i)、寄存器(r)或內存(m)。目的可以是寄存器(r)或內存(m)。兩個內存傳送指令中的內存引用方式是簡單的基址和偏移量形式。
• 有4個整數操作指令，如下圖中的OPq。它們是addq、subq、andq和xorq。它們只對寄存器數據進行操作，而x86-64還允許對內存數據進行這些操作，這些指令會設置3個條件碼ZF、SF和OF。
• 7個跳轉指令是jmp、jle、jl、je、jne、jge、jg。
• 有6個條件傳送指令：cmovle、cmovl、cmove、cmovne、cmovge、cmovg。這些指令的格式與寄存器-寄存器傳送指令rrmovq一樣，但是只有當條件碼滿足所需要的約束時，才會更新目的寄存器的值。
• call指令將返回地址入棧，然后跳到目的地址。ret指令從這樣的調用中返回。
• pushq和popq指令實現了入棧和出棧，就像在x86-64中一樣。
• halt指令停止指令的執行。x86-64中有一個與之相當的指令hlt。x86-64的應用程序不允許使用這條指令，因為他會導致整個系統暫停運行。
• 每個指令需要1~10個不等的字節。每條指令的第一個字節表明指令的類型。這個字節分為兩部分，每部分4位：高4位是代碼部分，低4位是功能部分。
• 在指令編碼中以及在我們的硬件設計中，當需要指明不應該訪問任何寄存器時，就用ID值0xF來表示。

數字	寄存器名字	數字	寄存器名字
0	%rax	8	%r8
1	%rcx	9	%r9
2	%rdx	A	%r10
3	%rbx	B	%r11
4	%rsp	C	%r12
5	%rbp	D	%r13
6	%rsi	E	%r14
7	%rdi	F	無寄存器

-Y86-64異常，對于Y86-64來說，程序員可見的狀態包括狀態碼State,它描述程序執行的總體狀態。當遇到這些異常的時候，我們就簡單地讓處理器停止執行指令

值	名字	含義
1	AOK	正常操作
2	HLT	遇到器執行halt指令
3	ADR	遇到非法地址
4	INS	遇到非法指令

• 邏輯設計和硬件控制語言HCL，在硬件設計中，用電子電路來計算對位進行運算的函數，以及在各種存儲器單元中存儲位，邏輯1是用1.0伏特左右的高電壓表示的，而邏輯0是用0.0伏特左右的低電壓表示的。
• AND用&&表示，OR用||表示，而NOT用！表示，我們用這些符號而不用C語言中的位運算符&、|和~，這是因為邏輯們只對單個位的數進行操作。

• 將很多的邏輯們組合成一個網，就能構建計算塊，稱為組合電路。如何構建這些網有幾個限制：
  1.每個邏輯們的輸入必須連接到下述選項之一：

  1）一個系統輸入（成為主輸入）

  2）某個存儲單元的輸出

  3）某個邏輯門的輸出。

  2.兩個或多個邏輯們的輸出不能連接在一起。否則它們可能會實現上的信號矛盾，可能會導致一個不合法的電壓或電路故障。

  3.這個網必須是無環的，也就是在網中不能有路經經過一系列的門而形成一個回路，這樣的回路會導致該網絡計算的函數有歧義。
• HCL表達式很清楚地表明了組合邏輯電路和C語言中邏輯表達式的對應之處。它們都是用布爾操作來對輸入進行計算的函數，但是有以下區別：
  1.因為組合電路是由一系列的邏輯門組成，它的屬性輸出會持續地響應輸入的變化，如果電路的輸入變化了，在一定的延遲之后，輸出也會相應地變化，而C表達式只會在程序執行過程中被遇到時才進行求值。
  2.C的邏輯表達式允許參數是任意整數，0表示FLASE，其他任何值都表示TRUE，而邏輯門只對位值0和1進行操作。
  3.C的邏輯表達式有個屬性就是它們可能只被部分求值。如果一個AND或OR操作的結果只用對第一個參數求值就能確定，那么就不會對第二個參數求值了。
• 在處理器設計中，很多時候都需要將一個信號與許多可能匹配的信號做比較，以此來檢測正在處理的某個指令代碼是否屬于某一類指令代碼。
• 時鐘寄存器存儲單個位或字。時鐘信號控制寄存器加載輸入值。
• 隨機訪問存儲器存儲多個字，用地址來選擇該讀或該寫哪個字。

• 通常，處理一條指令包括很多操作，將他們組織成某個特殊的階段序列，即使指令的動作差異很大，但所有的指令都遵循統一的序列。下面是關于各個階段以及各階段內執行操作的簡略描述：
  1.取指：取指階段從內存讀取指令字節，地址為程序計數器(PC)的值。從指令中抽取出指令指示符字節的兩個四位部分，稱為icode和ifun。它可能去出一個寄存器值指示符字節，指明一個或兩個寄存器操作數指示符rA和rB。他還可能取出一個四字節常數字valC。他按順序方式計算當前指令的下一跳指令的地址valP。
  2.譯碼：譯碼階段從寄存器文件讀入最多兩個操作數，得到值valA和/或valB。通常，他讀入指令rA和rB字段指明的寄存器，不過有些指令是讀寄存器%rsp的。

  3.執行：在執行階段，算術\邏輯單元要么執行指令指明的操作，計算內存引用的有效地址，要么增加或減少棧指針。得到的值我們稱為value。在此，也可能設置條件碼。對一條條件傳送指令來說，這個階段會檢驗條件碼和傳送條件，如果條件成立，則更新目標寄存器。

  4.訪存：訪存階段可以將數據寫入內存，或者從內存中讀出數據。讀出的值為valM。

  5.寫回：寫回階段最多可以寫兩個結果到寄存器文件。

  6.更新PC：將PC設置成下一條指令的地址。

• SEQ階段的實現
  在控制邏輯中必須被顯式引用的常數：（常數值都是大寫的）

nop指令只是簡單的經過各個階段，除了將PC加1，不進行任何處理。halt指令是處理器狀態被設置為HLT，導致處理器停止運行。
實驗樓環境

教材學習中的問題和解決過程

代碼調試中的問題和解決過程

代碼托管

上周考試錯題總結

• 錯題1及原因，理解情況
• 錯題2及原因，理解情況
• ...

結對及互評

點評模板：

• 博客中值得學習的或問題：
  • xxx
  • xxx
  • ...
• 代碼中值得學習的或問題：
  • xxx
  • xxx
  • ...
• 其他

本周結對學習情況

[20155317](http://www.cnblogs.com/wxwddp/p/7671075.html)
![image](http://note.youdao.com/favicon.ico)
- 結對學習內容- XXXX- XXXX- ...

其他（感悟、思考等，可選）

xxx
xxx

學習進度條

	代碼行數（新增/累積）	博客量（新增/累積）	學習時間（新增/累積）	重要成長
目標	5000行	30篇	400小時
第一周	200/200	2/2	20/20
第二周	300/500	2/4	18/38
第三周	500/1000	3/7	22/60
第四周	300/1300	2/9	30/90

嘗試一下記錄「計劃學習時間」和「實際學習時間」，到期末看看能不能改進自己的計劃能力。這個工作學習中很重要，也很有用。
耗時估計的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，訓練次數多了，X、Y就接近了。

參考：軟件工程軟件的估計為什么這么難，軟件工程 估計方法

• 計劃學習時間:XX小時

• 實際學習時間:XX小時

• 改進情況：

(有空多看看現代軟件工程 課件
軟件工程師能力自我評價表)

參考資料

• 《深入理解計算機系統V3》學習指導
• ...