計算機系統(tǒng)導論

目　　錄
前言
第1章　計算機系統(tǒng)概述　1
1.1　計算機基本工作原理　1
1.1.1　馮·諾依曼結(jié)構(gòu)基本思想　1
1.1.2　馮·諾依曼模型機基本結(jié)構(gòu)　2
1.1.3　程序和指令的執(zhí)行過程　4
1.2　程序的開發(fā)與運行　7
1.2.1　程序設(shè)計語言和翻譯程序　7
1.2.2　從源程序到可執(zhí)行文件　9
1.2.3　可執(zhí)行文件的啟動和執(zhí)行　11
1.3　計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)　12
1.3.1　計算機系統(tǒng)抽象層的轉(zhuǎn)換　12
1.3.2　計算機系統(tǒng)核心層之間的關(guān)聯(lián)　14
1.3.3　計算機系統(tǒng)的不同用戶　17
1.4　本書的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)　19
1.5　小結(jié)　21
習題　22
第2章　 語言程序　23
2.1　C語言概述　23
2.2　變量和常量及其類型　24
2.2.1　C程序中的變量及其類型　24
2.2.2　C程序中的常量及其類型　25
2.3　表達式及運算符　26
2.3.1　C語言表達式中的運算符　26
2.3.2　C語言程序中的運算　27
2.4　控制結(jié)構(gòu)和函數(shù)調(diào)用　29
2.4.1　C語言中的控制結(jié)構(gòu)　29
2.4.2　C語言中的函數(shù)調(diào)用　30
2.4.3　變量的作用域及其存儲分配　32
2.4.4　C標準I/O庫函數(shù)　35
2.5　小結(jié)　37
習題　37
第3章　數(shù)據(jù)的機器級表示　39
3.1　二進制編碼和進位計數(shù)制　39
3.1.1　信息的二進制編碼　39
3.1.2　進位計數(shù)制　40
3.1.3　進位計數(shù)制之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換　41
3.2　整數(shù)的表示　44
3.2.1　定點數(shù)的編碼表示　44
3.2.2　無符號整數(shù)和帶符號整數(shù)的表示　49
3.2.3　C語言中的整數(shù)及其相互轉(zhuǎn)換　49
3.3　浮點數(shù)的表示　52
3.3.1　浮點數(shù)的表示范圍　52
3.3.2　浮點數(shù)的規(guī)格化　53
3.3.3　IEEE 754浮點數(shù)標準　53
3.3.4　C語言中的浮點數(shù)類型　57
3.4　非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼表示　59
3.4.1　位串或邏輯值　59
3.4.2　西文字符　59
3.4.3　漢字字符　60
3.5　數(shù)據(jù)的寬度和存儲　62
3.5.1　數(shù)據(jù)的寬度和長度單位　62
3.5.2　數(shù)據(jù)的存儲和排列順序　64
3.5.3　數(shù)據(jù)擴展和數(shù)據(jù)截斷操作　69
3.6　小結(jié)　70
習題　70
第4章　數(shù)據(jù)的基本運算　74
4.1　布爾代數(shù)和邏輯運算　74
4.1.1　布爾代數(shù)　74
4.1.2　邏輯電路基礎(chǔ)　76
4.2　基本運算電路　77
4.2.1　多路選擇器　77
4.2.2　全加器和加法器　77
4.2.3　帶標志信息加法器　78
4.2.4　算術(shù)邏輯部件　79
4.3　整數(shù)加減運算　80
4.3.1　補碼加減運算器　80
4.3.2　無符號整數(shù)加減運算　83
4.3.3　帶符號整數(shù)加減運算　84
4.3.4　對整數(shù)加減運算結(jié)果的解釋　85
4.4　整數(shù)的乘運算　86
4.4.1　無符號數(shù)乘法運算　87
4.4.2　原碼乘法運算　88
4.4.3　補碼乘法運算　89
4.4.4　兩種整數(shù)乘的關(guān)系　90
4.5　整數(shù)的除運算　92
4.5.1　無符號數(shù)除法運算　93
4.5.2　原碼除法運算　94
4.5.3　補碼除法運算　96
4.6　整數(shù)常量的乘除運算　97
4.7　浮點數(shù)運算　98
4.7.1　浮點數(shù)加減運算　99
4.7.2　浮點數(shù)乘除運算　104
4.7.3　浮點運算異常和精度　105
4.8　小結(jié)　107
習題　108
第5章　指令集體系結(jié)構(gòu)　113
5.1　程序轉(zhuǎn)換概述　113
5.1.1　機器指令與匯編指令　113
5.1.2　指令集體系結(jié)構(gòu)概述　115
5.1.3　生成機器代碼的過程　116
5.2　IA-32指令系統(tǒng)概述　122
5.2.1　數(shù)據(jù)類型及格式　123
5.2.2　寄存器組織　124
5.2.3　操作數(shù)的尋址方式　128
5.2.4　機器指令格式　132
5.3　IA-32常用指令類型　133
5.3.1　傳送指令　133
5.3.2　定點算術(shù)運算指令　137
5.3.3　按位運算指令　140
5.3.4　程序執(zhí)行流控制指令　142
5.3.5　x87浮點處理指令　147
5.3.6　MMX/SSE指令集　150
5.4　兼容IA-32的64位系統(tǒng)　152
5.4.1　x86-64的發(fā)展簡史　152
5.4.2　x86-64的基本特點　153
5.4.3　x86-64的基本指令　154
5.5　小結(jié)　157
習題　157
第6章　程序的機器級表示　160
6.1　過程調(diào)用的機器級表示　160
6.1.1　IA-32中過程的調(diào)用約定　160
6.1.2　變量的作用域和生存期　164
6.1.3　按值傳遞參數(shù)和按地址傳遞
參數(shù)　166
6.1.4　遞歸過程調(diào)用　171
6.1.5　非靜態(tài)局部變量的存儲分配　173
6.1.6　x86-64的過程調(diào)用　176
6.2　流程控制語句的機器級表示　181
6.2.1　選擇語句的機器級表示　182
6.2.2　循環(huán)結(jié)構(gòu)的機器級表示　186
6.3　復雜數(shù)據(jù)類型的分配和訪問　189
6.3.1　數(shù)組的分配和訪問　189
6.3.2　結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)的分配和訪問　193
6.3.3　聯(lián)合體數(shù)據(jù)的分配和訪問　196
6.3.4　數(shù)據(jù)的對齊　198
6.4　越界訪問和緩沖區(qū)溢出　201
6.4.1　緩沖區(qū)溢出　201
6.4.2　緩沖區(qū)溢出攻擊　203
6.4.3　緩沖區(qū)溢出攻擊的防范　206
6.5　小結(jié)　209
習題　210
第7章　程序的鏈接　223
7.1　編譯、匯編和靜態(tài)鏈接　223
7.1.1　預處理、編譯和匯編　223
7.1.2　可執(zhí)行目標文件的生成　225
7.2　目標文件格式　227
7.2.1　ELF目標文件格式　227
7.2.2　可重定位目標文件格式　228
7.2.3　可執(zhí)行目標文件格式　232
7.2.4　可執(zhí)行文件的存儲器映射　234
7.3　符號表和符號解析　236
7.3.1　符號和符號表　236
7.3.2　符號解析　239
7.3.3　與靜態(tài)庫的鏈接　243
7.4　重定位　246
7.4.1　重定位信息　246
7.4.2　重定位過程　247
7.5　動態(tài)鏈接　251
7.5.1　動態(tài)鏈接的特性　251
7.5.2　程序加載時的動態(tài)鏈接　252
7.5.3　程序運行時的動態(tài)鏈接　253
7.5.4　位置無關(guān)代碼　255
7.6　小結(jié)　260
習題　260
第8章　程序的加載和執(zhí)行　266
8.1　進程與可執(zhí)行文件的加載　266
8.1.1　程序和進程的概念　266
8.1.2　Linux系統(tǒng)的虛擬地址空間　267
8.1.3　進程的存儲器映射　270
8.1.4　程序的加載過程　271
8.2　進程的控制　274
8.2.1　進程的邏輯控制流　275
8.2.2　進程的上下文切換　276
8.3　程序執(zhí)行與CPU基本組成　278
8.3.1　程序及指令的執(zhí)行過程　278
8.3.2　打斷程序正常執(zhí)行的事件　280
8.3.3　CPU的基本功能和組成　281
8.4　小結(jié)　283
習題　284
附錄A　gcc的常用命令行選項　287
附錄B　GDB的常用命令　288
參考文獻　291