计算机系统核心概念及软硬件实现

主要表述 pep8 的体系结构,比较详细,看的时候只要把握大概就好了.在做习题的时候会加深理解的.

讲述了冯诺伊曼机器的执行步骤,具体如下: 加载机器语言程序 初始化 PC 和 SP do{ 取下一条指令 指令指示符解码 递增 PC 执行取出的指令 } while (没有执行停止指令)

描述了怎么样使用机器码给 pep8 编程 可以跳过,之后在 Asmb5 层进行编程

讲述了汇编层如何进行栈寻址的,以及数据出栈入栈的操作 要翻译程序的局部变量,编译器要:

• 用 SUBSP 分配内存
• 用栈相对寻址访问局部变量
• 用 ADDSP 释放存储

讲述了 pep8 的 8 个条件分支指令,每个条件分支检测 4 个状态位 N,Z,V,C 中的一个或者两个. 之后描述了如何用这个 8 个分支指令来实现 C++的 if 语句,if/else 语句,while 循环,do 循环,for 循环

C++层面的函数调用如何在汇编层面完成

• 无参空函数的调用 以无参空函数为例子讲解了汇编层面的 CALL 指令和 RETn 指令如何配合完成函数调用的.
• 全局变量翻译传值调用参数 具体步骤如下:
  1. 调用压入实参(执行 SUBSP)
  2. 调用压入返回地址(执行 CALL)
  3. 被调用分配局部变量(执行 SUBSP)
  4. 被调用执行它的函数体
  5. 被调用释放局部变量,弹出返回地址(执行 RETn)
  6. 调用弹出实参(执行 ADDSP)
• 用局部变量翻译传值调用参数 和全局变量不同的地方在于使用栈相对寻址的
• 翻译非空函数调用 较前两个多了压入返回值的存储空间和释放返回值储存空间这一步.
• 用全局变量翻译传引用调用参数 和传值调用最大的不同在于,传引用调用会把实参的地址压入栈中,然后通过栈相对间接寻址找到操作数
• 用局部变量翻译传引用调用参数 通过把栈指针的值与局部变量的栈相对值相加,得到局部变量的绝对地址,然后同全局变量翻译
• 翻译布尔类型 C++直到 1996 年都没有 bool 类型

• 作为全局变量的数组 使用.BLOCK n 给数组分配储存空间,n 是数组占用的总字节数 通过把索引乘以每个单元的字节数装入变址寄存器来访问数组元素,使用变址寻址
• 作为局部变量的数组 使用 SUBSP 对数组进行分配,用 ADDSP 释放 通过把索引装入变址寄存器来访问数组元素,把索引乘以每个单元的字节数,使用栈变址寻址
• 作为参数传递的数组 考虑到效率,C++中对于数组默认是传引用调用 数组第一个元素的地址压入运行时栈,对于局部数组,使用 MOVSPA 后面采用立即数寻址的 ADDA, 对于全局数组,使用立即数寻址的 LDA 通过把索引装入变址寄存器来访问数组元素,将索引乘以每个单元的字节数,使用栈变址间接寻址
• 翻译 switch 语句 编译器生成转移表,然后使用变址寻址的方式进行寻址

讲述编译器怎样翻译指针和结构(struct)

• 翻译全局指针 用.BLOCK 2 给指针分配储存空间,因为一个地址占用 2 字节 在 heap 中分配指针指向的单元 用直接寻址访问指针 用间接寻址访问指针指向的单元
• 翻译局部指针 使用 SUBSP 在运行时栈给指针分配储存空间,用 ADDSP 释放储存空间 用栈相对寻址访问指针 用栈相对间接寻址访问指针指向的单元
• 翻译结构 在 Asmb5 层结构非常像数组,结构的字段名对应该字段距离结构第一个字节的偏移量. 结构的每个字段等于它距离结构第一个字节的偏移量 用.BLOCK n 给结构分配储存空间,n 是结构占用的总字节数 用立即数寻址把字段的偏移量装入变址寄存器,后面跟一条使用变址寻址方式的指令来访问结构的字段.
• 翻译链式数据结构 结点的字段名等于字段距离节点第一个字节的偏移量,把偏移量装入变址寄存器 访问结点字段的指令使用栈变址间接寻址的

操作系统必须把适当的程序装载到主存并把 CPU 的控制交给这个程序来执行

某些在 ISA3 层没有的指令,当计算机取出具有这样一些操作码的指令时,会触发陷阱,调用操作系统提供的接口,来进行操作

中断分为两种

• 同步中断 每次执行进程中断时是同时发生的,中断和代码是同步的.
• 异步中断 执行时发生的时间不可预测,常见的原因是超时,I/O 完成
  • 超时 分时系统只会让进程运行一定的时间间隔,之后中断运行下一个进程
  • I/O 完成 当进程请求 I/O 操作时,会触发中断,运行下一个进程,I/O 操作完成时,中断第二个进程,继续执行第一个进程

由于 HOL6 的赋值操作不是原子性的,进程间共享内存会导致出现预期以外的行为,所以需要设置临界区 critical section 即进程在执行该区域时,其他进程不能访问 临界区需要两段额外的代码段, 入口段和出口段.

• 入口段 测试其他进程是否在执行临界区
• 出口段 通知其他进程,该进程已经出了临界区

操作系统负责维护磁盘上的文件,连接起 HOL6 或 Asmb5 层程序员看到的文件的逻辑组织和文件在磁盘上的无力组织 存储分配技术

• 连续 操作系统使文件的无力组织与逻辑组织相匹配,把文件连续地放在一个磁道相邻的块中
• 链接 把文件储存在物理上分散在磁盘上的块中,每个块的最后几个字节保留给下一块的地址
• 索引 把一个文件所有的块都放进一个列表中