2017-2018-1 20155313 《信息安全系统设计基础》第七周学习总结
2017-2018-1 20155313 《信息安全系统设计基础》第七周学习总结
本周学习内容
1.ISA
1.1 定义
一个处理器支持的指令和指令的字节级编码就是这个处理器的ISA，包括很多个部分：
- 指令集
- 指令集编码
- 基本数据类型
- 一组编程规范
- 寄存器
- 寻址模式
- 存储体系
- 异常事件处理
- 中断
- 外部I/O
不同的处理器家族，例如Intel IA32、IBM/Freescale PowerPC和ARM，都有不同的ISA。
1.2 作用
ISA在编译器编写者（CPU软件）和处理器设计人员（CPU硬件）之间提供了一个抽象层：
处理器设计者：依据ISA来设计处理器
处理器使用者：依据ISA就知道CPU选用的指令集，就知道自己可以使用哪些指令以及遵循哪些规范
定义处理器上的软件如何构建，这是ISA的最重要内涵，现代处理器都是支持高级语言编程、操作系统等等特性，ISA要定义出指令集内的指令是如何支撑起C语言里堆栈、过程调用，操作系统里异常、中断，多媒体平台里数字图像处理、3D加速等等。
2.指令集（Instruction set）
2.1 定义
通常会把CPU的扩展指令集称为”CPU的指令集”（因为基本的，类似加减的指令似乎是必须被CPU所支持的指令）。每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令集。
指令集可分为复杂指令集(CISC:sisk)和精简指令集(RISC:risk)两部分，这部分暂不继续讨论了。
Intel的MMX(Multi Media Extended)、SSE、 SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。
2.2 指令
一条二进制机器指令由：指令码（操作码）+操作数组成。
操作码用来说明：指令的功能和执行的操作；
操作数说明：操作所涉及的源和目的数据的位置；
源：立即数（即指令中包含的常亮）、寄存器、存储器、I/O端口等；
3.HCL（硬件控制语言）
HCL（hardware control language,硬件控制语言），编程语言，用来模拟计算机逻辑。
HCL具有一些硬件硬件描述语言的特性，允许用户描述布尔函数和字级选择操作。另一方面,它缺乏很多在真正的HDL（Hardware Description Language，硬件描述语言）中能找到的特性。例如，声明寄存器和其他存储元素的方法，循环和条件构造，模块定义和实例化的能力，以及位提取和插入操作。
3.1 基本逻辑设计——逻辑门
逻辑门是数字电路的基本计算元素，它们产生的输出，等于它们输入位值的某个布尔函数。如下图：
①、这三个逻辑门和我们前面讲C语言运算符是对应的。但是要注意区别：
逻辑门只对单个位进行操作，而不是整个字。这很好理解，因为硬件识别的是高低电平。
②、逻辑门总是活动的，一旦一个门的输入变化了，在很短的时间内，输出就会相应的变化。
3.2 高级逻辑设计——组合电路
上面说的都是单个逻辑门，只能执行很简单的计算，如果遇到稍微复杂点的，就不能计算了，这时候组合电路就出现了。
将很多逻辑门组合成一个网所构建的计算块称为组合电路。构建这个网有两个限制：
①、两个或多个逻辑门的输出不能连在一起。否则它们可能会导致线上的信号矛盾，可能会导致一个不合法的电压或电路故障。
②、这个网必须是无环的，也就是在网中不能有路径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。
我在网上给了几个非常有用的简单组合电路例子：
1、== 表达式（单个位）
上图用HCL来写就是：eq = (a && b) || (!a && !b)。这个表达式的结果分析，只有a 和 b 都为 0 或者都为 1 的时候，输出才为1。而这个对应于我们高级编程语言中的 a == b 表达式。
2、HCL表达式：(a && s) || (b && !s)
对于上面电路的结果，我们分析如果s为1，则结果为a，否则结果为b。
本周学习问题总结
问题1：HCL表达式和 C语言逻辑表达式的区别
问题1解决：
区别有以下三点：
①、逻辑门是持续输出的，如果电路的输入变化了，在一定的延迟之后，输出也会相应的变化，而C表达式是在执行到的时候才会求值。
②、两者操作的值不同，逻辑门只对值 0 和值 1 进行操作，而C 逻辑表达式允许参数是任意整数，0表示false，其它任意值都表示true。
③、C 逻辑表达式存在短路，比如对于a && b这个符号来说，C语言中的规定是如果前者为假，则后者不会再计算。而HCL当中没有这种说法。
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 | 20篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 100/100 | 1/1 | 5/5 | |
| 第二周 | 100/200 | 2/3 | 5/10 | |
| 第三周 | 100/300 | 2/5 | 5/15 | |
| 第四周 | 100/400 | 1/6 | 5/20 | |
| 第六周 | 100/500 | 1/7 | 5/25 | |
| 第七周 | 100/600 | 1/8 | 5/30 |
