20145327 《信息安全系统设计基础》第六周学习总结

教材学习内容总结

现代微处理器可以称得上是人类创造的最复杂的系统之一。一块手指甲大小的硅片上，可以容纳一个完整的高性能处理器、大的高速缓存，以及用来连接到外部设备的逻辑电路。
到目前为止，我们看到的计算机系统只限于机器语言程序级。我们知道处理器必须执行系列指令，每条指令执行某个简单操作，例如两个数相加。指令被编码为由一个或多个字节序列组成的二进制格式。
不同的处理器“家族”,例如intel IA32性能和复杂性不断提高，但是不同的型号在ISA级别上都保持着兼容。一些常见的处理器家族（例如IA32）中的处理器分别由多个厂商提供。因此，ISA在编译器编写者和处理器设计人员之间提供了一个抽象概念层，遍野器编写者只需要允许那些指令，以及他们是如何编码的。

4.1 Y86指令集体系结构

4.1.1 程序员可见的状态

Y86程序中的每条指令都会读取或者修改处理器状态中的某些部分。这称为程序员可见状态。
4.1.2 Y86指令
i(源操作数)r(目的操作数)movl,rrmovl,mrmovl,rmmovl
4.1.3 指令编码
字节编码必须有唯一的解释
每条指令需要1-6个字节不等，每条指令的第一个字节表明指令的类型。
4.1.4 Y86异常
对于Y86，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。在更完整的的设计中，处理器通常会调用一个异常处理程序，这个过程被指定用来处理遇到的某种类型的异常。就像在第8章中讲述的，异常处理程序可以被配置成不同的结果，例如，放弃程序或者调用一个用户自定义的信号处理程序。
4.1.5 Y86程序
Y86可能需要多条指令来执行一条IA32指令所完成的功能。
Y86没有伸缩寻址模式。
4.2 逻辑设计和硬件控制语言HCL

要实现一个数字系统需要三个主要的组成部分：

计算对位进行操作的函数的组合逻辑
存储位的存储器元素
控制存储器元素更新的时钟信号
4.2.1 逻辑门
逻辑门产生的输出，等于它们输入位值的某个布尔函数。

AND &&
OR ||
NOT !
逻辑门只对单个位的数进行操作，而不是整个字。

4.2.2 组合电路和HCL布尔表达式

4.2.3 字级的组合电路和HCL整数表达式

4.2.4 集合关系
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。
4.2.5 存储器和时钟

4.3 y86的顺序(sequential)实现

4.3.1 将处理组织成阶段
通常,处理一条指令包括很多操作。将它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。每一步的具体操作取决于正在执行的指令。创建这样的框架，我们便能设计一个充分利用硬件的处理器。简略描述：
1.针对OPl（整数和逻辑运算），rrmovl（寄存器-寄存器传送）和irmovl（立即数-寄存器传送）

2.针对rmmovl和mrmovl

3.针对pushl和popl

4.针对跳转，call和ret

取指
译码
执行
访存
写回
更新PC
4.3.2 SEQ硬件结构

4.3.3 SEQ的时序
时序控制：程序计数器、条件码寄存器、数据寄存器、寄存器文件。
4.3.4 SEQ阶段的实现