2017-2018-1 20155301 《信息安全系统设计基础》第7周学习总结

2017-2018-1 20155301 《信息安全系统设计基础》第7周学习总结

教材学习内容总结

• 作为我们处理器实现的运行实例，因为受x86-64指令集的启发，它被俗称为“x86”，所以我们称我们的指令集为“Y86-64”，与“x86-64”相比，Y86-64指令集的数据类型、指令和寻址方式都要少一些。它的字节级编码也比较简单，机器代码没有相应的x86-64代码紧凑，不过设计他的CPU译码逻辑也要简单一些。
• 定义Y86指令集体系结构：包括定义各种状态元素、指令集和它们的编码、一组编程规范和异常事件处理。
• Y86-64的状态类似于x86-64。有15个程序寄存器：%rax、%rcx、%rdx、%rbx、%rsp、%rbp、%rsi、%rdi和%r8到%r14。
• 内存从概念上来说就是一个很大的字节数组，保存着程序和数据。
• 下图给出了Y86-64 ISA中各个指令的简单描述。Y86-64指令集基本上是x86-64指令集的一个子集。它只包括8字节整数操作，寻址方式较少，操作也较少。

• x86-64的movq指令分成了4个不同的指令：irmovq、rrmovq、mrmovq、rmmovq分别显示地指明源和目的的格式。源可以是立即数(i)、寄存器(r)或内存(m)。目的可以是寄存器(r)或内存(m)。两个内存传送指令中的内存引用方式是简单的基址和偏移量形式。
• 有4个整数操作指令，如下图中的OPq。它们是addq、subq、andq和xorq。它们只对寄存器数据进行操作，而x86-64还允许对内存数据进行这些操作，这些指令会设置3个条件码ZF、SF和OF。
• 7个跳转指令是jmp、jle、jl、je、jne、jge、jg。
• 有6个条件传送指令：cmovle、cmovl、cmove、cmovne、cmovge、cmovg。这些指令的格式与寄存器-寄存器传送指令rrmovq一样，但是只有当条件码满足所需要的约束时，才会更新目的寄存器的值。
• call指令将返回地址入栈，然后跳到目的地址。ret指令从这样的调用中返回。
• pushq和popq指令实现了入栈和出栈，就像在x86-64中一样。
• halt指令停止指令的执行。x86-64中有一个与之相当的指令hlt。x86-64的应用程序不允许使用这条指令，因为他会导致整个系统暂停运行。
• 每个指令需要1~10个不等的字节。每条指令的第一个字节表明指令的类型。这个字节分为两部分，每部分4位：高4位是代码部分，低4位是功能部分。
• 在指令编码中以及在我们的硬件设计中，当需要指明不应该访问任何寄存器时，就用ID值0xF来表示。

数字	寄存器名字	数字	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	无寄存器

-Y86-64异常，对于Y86-64来说，程序员可见的状态包括状态码State,它描述程序执行的总体状态。当遇到这些异常的时候，我们就简单地让处理器停止执行指令

值	名字	含义
1	AOK	正常操作
2	HLT	遇到器执行halt指令
3	ADR	遇到非法地址
4	INS	遇到非法指令

• 逻辑设计和硬件控制语言HCL，在硬件设计中，用电子电路来计算对位进行运算的函数，以及在各种存储器单元中存储位，逻辑1是用1.0伏特左右的高电压表示的，而逻辑0是用0.0伏特左右的低电压表示的。
• AND用&&表示，OR用||表示，而NOT用！表示，我们用这些符号而不用C语言中的位运算符&、|和~，这是因为逻辑们只对单个位的数进行操作。

• 将很多的逻辑们组合成一个网，就能构建计算块，称为组合电路。如何构建这些网有几个限制：
  1.每个逻辑们的输入必须连接到下述选项之一：

  1）一个系统输入（成为主输入）

  2）某个存储单元的输出

  3）某个逻辑门的输出。

  2.两个或多个逻辑们的输出不能连接在一起。否则它们可能会实现上的信号矛盾，可能会导致一个不合法的电压或电路故障。

  3.这个网必须是无环的，也就是在网中不能有路经经过一系列的门而形成一个回路，这样的回路会导致该网络计算的函数有歧义。
• HCL表达式很清楚地表明了组合逻辑电路和C语言中逻辑表达式的对应之处。它们都是用布尔操作来对输入进行计算的函数，但是有以下区别：
  1.因为组合电路是由一系列的逻辑门组成，它的属性输出会持续地响应输入的变化，如果电路的输入变化了，在一定的延迟之后，输出也会相应地变化，而C表达式只会在程序执行过程中被遇到时才进行求值。
  2.C的逻辑表达式允许参数是任意整数，0表示FLASE，其他任何值都表示TRUE，而逻辑门只对位值0和1进行操作。
  3.C的逻辑表达式有个属性就是它们可能只被部分求值。如果一个AND或OR操作的结果只用对第一个参数求值就能确定，那么就不会对第二个参数求值了。
• 在处理器设计中，很多时候都需要将一个信号与许多可能匹配的信号做比较，以此来检测正在处理的某个指令代码是否属于某一类指令代码。
• 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。

• 通常，处理一条指令包括很多操作，将他们组织成某个特殊的阶段序列，即使指令的动作差异很大，但所有的指令都遵循统一的序列。下面是关于各个阶段以及各阶段内执行操作的简略描述：
  1.取指：取指阶段从内存读取指令字节，地址为程序计数器(PC)的值。从指令中抽取出指令指示符字节的两个四位部分，称为icode和ifun。它可能去出一个寄存器值指示符字节，指明一个或两个寄存器操作数指示符rA和rB。他还可能取出一个四字节常数字valC。他按顺序方式计算当前指令的下一跳指令的地址valP。
  2.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。通常，他读入指令rA和rB字段指明的寄存器，不过有些指令是读寄存器%rsp的。

  3.执行：在执行阶段，算术\逻辑单元要么执行指令指明的操作，计算内存引用的有效地址，要么增加或减少栈指针。得到的值我们称为value。在此，也可能设置条件码。对一条条件传送指令来说，这个阶段会检验条件码和传送条件，如果条件成立，则更新目标寄存器。

  4.访存：访存阶段可以将数据写入内存，或者从内存中读出数据。读出的值为valM。

  5.写回：写回阶段最多可以写两个结果到寄存器文件。

  6.更新PC：将PC设置成下一条指令的地址。

• SEQ阶段的实现
  在控制逻辑中必须被显式引用的常数：（常数值都是大写的）

nop指令只是简单的经过各个阶段，除了将PC加1，不进行任何处理。halt指令是处理器状态被设置为HLT，导致处理器停止运行。
实验楼环境

教材学习中的问题和解决过程

代码调试中的问题和解决过程

代码托管

上周考试错题总结

• 错题1及原因，理解情况
• 错题2及原因，理解情况
• ...

结对及互评

点评模板：

• 博客中值得学习的或问题：
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• 代码中值得学习的或问题：
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本周结对学习情况

[20155317](http://www.cnblogs.com/wxwddp/p/7671075.html)
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- 结对学习内容- XXXX- XXXX- ...

其他（感悟、思考等，可选）

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学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
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

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:XX小时

• 实际学习时间:XX小时

• 改进情况：

(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
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