2017-2018-1 20155220 《信息安全系统设计基础》第十四周学习总结

学习目标

找出全书你认为学得最差的一章，深入重新学习一下，要求（期末占5分）：主要学习第四章

总结新的收获
给你的结对学习搭档讲解或请教，并获取反馈
参考上面的学习总结模板，把学习过程通过博客(随笔)发表，博客标题“学号《信息安全系统设计基础》第十四周学习总结”，博客(随笔)要通过作业提交,截至时间本周日 23：59。

教材学习内容总结

Y86指令集体系结构

内容：定义一个指令集体系结构，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

程序员可见状态：

Y86程序中的每条指令都会读取或修改处理器状态的某些部分。
Y86具体包括：8个程序寄存器、3个条件码ZFSFOF、程序计数器（PC)。
Y86用虚拟地址引用存储器位置。程序状态的最后一个部分是状态码Stat，它表明程序执行的总体状态。

Y86指令

指令介绍：

halt：这个指令将会终止指令的执行
nop：这是一个占位指令,他不做任何事,后续为了实现流水线,它有一定的作用
xxmovl：这是一系列的数据传送指令,其中r代表寄存器,m代表存储器,i代表立即数.比如rrmov指令,则代表将一个寄存器的值,赋给另外一个寄存器
opl：操作指令,比如加法,减法等等
jxx：条件跳转指令,根据后面的条件进行跳转
cmovxx：条件传送指令,后面的xx代表的是条件.特别的是,条件传送只发生在两个寄存器之间,不会将数据传送到存储器.
call与ret：方法的调用和返回指令.一个将返回地址入栈,并跳到目标地址.一个将返回地址入PC,并跳到返回地址.
push和pop：入栈和出栈操作

Y86异常

对Y86来说,程序员可见的状态中就有stat状态码,它标志了程序执行的状态.Y86需要有能力根据stat去做一些处理.捕获为了简单起见,这里除了正常执行之外,都将停止指令的执行.真实当中,会有专门的异常处理程序.
Y86有四种不同的状态码:AOK(正常),HTL(执行halt指令),ADR(非法地址)和INS(非法指令).

Y86程序

Y86指令和IA32代码的主要区别在于，它可能需要多条指令来执行一条IA32指令能完成的所有功能。
Y86没有伸缩寻址模式。
以“.”开头的词是汇编器命令，命令.pos0告诉汇编器应该从地址0处开始产生代码。
创建Y86代码的唯一工具是汇编器。
YIS：指令集模拟器
Y86和X86的区别在于,有的时候Y86需要两条指令来达到X86一条指令就可以达成的目的.

逻辑设计和硬件控制语言HCL

逻辑门

逻辑门是数字电路的基本计算元素，它们的输出，等于它们输入位值的某个布尔函数。
逻辑门总是活动的，一旦一个门的输入变化，在短时间内，输出就会跟着变化。。

组合电路和HCL布尔表达式

组合电路：将很多的逻辑门组合成一个网，能构建计算块。
多路复用：根据输入控制信号的值，从一组不同的数据信号中选出一个。
构建这些网有2条限制：
- （1）两个或多个逻辑门的输出不能连接在一起
- （2）这个网必须是无环的。
HCL表达式和C语言中逻辑表达式的区别：
- （1）组合逻辑电路的输出会持续地响应输入的变化；C表达式只有在程序执行过程中被遇到时才会求值。
- （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；逻辑门只对位值0和1进行操作。
- （3）C的逻辑表达式可能只被部分求值；组合逻辑没有部分求值的规则，逻辑门只是简单地响应输入的变化。

字级的组合电路和HCL整数表达式

执行字级计算的组合电力根据输入字的各个为，用逻辑门来计算输出字的各个位。
用中等粗度的线来表示携带字的每个位的线路，用虚线来表示布尔信号结果。
在HCL中，多路复用函数用情况表达式来描述。
算术/逻辑单元是一种很重要的组合电路。

集合关系

判断集合关系的通用格式是：iexpr in {iexpr1，iexpr2，……，iexprk}

存储器和时钟

存储设备都是由同一个时钟控制，两类存储器设备包括：
- 时钟寄存器（寄存器）：储存单个位或字，用时钟信号控制寄存器加载输入值。
- 随机访问储存器（储存器）：储存多个字，用地址选择该读/写哪个字。
硬件和机器级编程中的寄存器有细微差别，分为称为“硬件寄存器”和“程序寄存器”。
- 在硬件中，寄存器直接将它的输入和输出线连接到电路的其他部分；
- 在机器级编程中，寄存器代表的是CPU中为数不多的可寻址的字，这里的地址是寄存器ID。 Y86处理器会用时钟寄存器保存程序计数器(PC)、条件代码（CC）、程序状态（Stat）。
Y86处理器会用时钟寄存器保存程序计数器PC，条件代码CC和程序状态Stat。
处理器有一个随机访问存储器来存储程序数据。
处理器还包括另外一个只读存储器，用来读指令。
在大多数实际系统中，这两个存储器被合并为一个具有双端口的存储器：一个用来读指令，一个用来读或写数据。

Y86的顺序实现

SEQ处理器：每一个时钟周期上，SEQ执行处理一条完整指令所需的所有步骤。

将处理组织成阶段

取址：valP：PC的值加上已取出指令的长度。
译码：读入指令rA和rB字段指明的寄存器。
执行：ALU执行指令指明的操作，计算存储器引用的有效地址，要么增加或者减少栈指针，得到的值为valE；
跳转指令来说，这个阶段会检验条件码和分支条件。
访存：可以将数据写入存储器，或者从存储器读出数据。置为valM。
写回：最多可以写两个结果到寄存器文件。
更新：将PC设置成下一条指令的地址。

SEQ的时序

SEQ的实现包括组合逻辑和两种存储器设备：时钟寄存器（程序计数器和条件码寄存器），随机访问存储器（寄存器文件、指令存储器和数据存储器）。
每个时钟周期，程序计数器都会装在新的指令地址；只有在执行整数运算指令时，才会装载条件码寄存器；只有在执行rmmovl、pushl或call指令时，才会写数据存储器；寄存器文件的两个写端口允许每个时钟周期更新两个程序寄存器。

SEQ阶段的实现

在控制逻辑中必须被显式引用的常数：

1.取指阶段

以PC为第一个字节的地址，一次读6个字节。
icode：控制逻辑块计算指令
ifun：功能码
三个一位的信号（根据icode值计算）：
- instr_valid：发现不合法的指令；
- need_regids：包含寄存器指示符字节码；
- need_valC：包括常数字码
后五个字节是寄存器指示符字节和常数字的组合编码。

2.译码和写回阶段

都需要访问寄存器文件，根据四个端口的情况，判断应该读哪个寄存器产生信号valA、valB。
寄存器文件，支持同时进行两个读和两个写，每个端口有一个地址连接（寄存器ID）和一个数据连接（32根线路），既可以作为寄存器文件的输出字，又可以作为他的输入字。

3.执行阶段

包括算数/逻辑单元（ALU），输出为valE信号。ALU通常作为加法器使用
包括条件码寄存器
每次运行产生：零、符号、溢出、产生信号set_cc

4.访存阶段

读或者写程序数据。
两个数据块产生存储器地址和存储器输入证据的值，两个产生控制信号表明应该是读还是写。当执行读操作时，数据存储器产生valM。
根据icode,imem_error,instr_valid,dmem_error，从指令执行的结果计算状态码Stat。

5.更新PC阶段

产生程序计数器的新值，依据指令的类型和是否要选择分支，新的PC可能是valC、valM或者valP。

课后作业及实现

确定下面的Y86指令序列的字节编码。".pos 0x100”那一行表明这段目标代码的起始地址应该是Ox100。
答案：这段编码有以下特性值得注意:
十进制的15(第2行)的十六进制表示为0x0000000f。以反向顺序来写就是0f 00 00 00。
十进制-3(第5行)的十六进制表示为0xfffffffd。以反向顺序来写就fd ff ff ff。
代码从地址0x100开始。第一条指令需要6个字节，而第二条需要2个字节。因此，循环的目标地址为0x00000108。以反向顺序来写就是08 01 00 00。
确定下列每个字节序列所编码的Y86指令序列。如果序列中有不合法的字节，指出指令序列中不合法值出现的位置。每个序列都先给出了起始地址，冒号，然后是字节序列。
答案：
根据下面的C代码，用Y86代码来实现一个递归求和函数rSumint ：

{    if  (Count <=0)   
         return 0;   
   return *Start+rSum(Start+1，Count-1)
}

答案：
填写下表的右边一栏，这个表描述的是图4-17中目标代码第7行上的popl指令的处理情况:
答案：我们可以看到指令位于地址。0x01c，由两个字节组成，值分别为0xb0和0x08。pushl指令(第6行)将寄存器%esp设为了124，并且将9存放在了这个存储器位置。

代码托管

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）
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	0/0	2/2	5/5
第二周	100/100	3/4	10/15
第三周	100/200	4/5	20/35
第四周	200/400	2/7	25/60
第五周	1000/1400	2/9	35/95
第六周	300/1700	3/12	50/135
第七周	200/1900	2/14	45/180
第八周	200/2100	1/15	55/235
第九周	300/2400	3/18	45/280
第十周	200/2600	0/18	20/300
第十一周	100/2700	2/20	45/345
第十四周	100/2800	1/24	35/445