目錄
叢書序言
序 言
前 言
第一部分 係統概述和可執行目標文件的生成
第 1 章 計算機係統概述 2
1.1 計算機基本工作原理 2
1.1.1 馮·諾依曼結構基本思想 2
1.1.2 馮·諾依曼機基本結構 3
1.1.3 程序和指令的執行過程 4
1.2 程序的開發與運行 7
1.2.1 程序設計語言和翻譯程序 7
1.2.2 從源程序到可執行文件 9
1.2.3 可執行文件的啓動和執行 10
1.3 計算機係統的層次結構 12
1.3.1 計算機係統抽象層的轉換 12
1.3.2 計算機係統核心層之間的關聯 14
1.3.3 計算機係統的不同用戶 16
1.4 計算機係統性能評價 18
1.4.1 計算機性能的定義 19
1.4.2 計算機性能的測試 19
1.4.3 用指令執行速度進行性能評估 21
1.4.4 用基準程序進行性能評估 22
1.4.5 Amdahl 定律 23
1.5 本書的主要內容和組織結構 24
1.6 小結 27
習題 27
第 2 章 數據的機器級錶示與處理 30
2.1 數製和編碼 30
2.1.1 信息的二進製編碼 30
2.1.2 進位計數製 32
2.1.3 定點與浮點錶示 36
2.1.4 定點數的編碼錶示 36
2.2 整數的錶示 41
2.2.1 無符號整數和帶符號整數的錶示 41
2.2.2 C 語言中的整數及其相互轉換 42
2.3 浮點數的錶示 44
2.3.1 浮點數的錶示範圍 44
2.3.2 浮點數的規格化 45
2.3.3 IEEE 754 浮點數標準 45
2.3.4 C 語言中的浮點數類型 49
2.4 十進製數的錶示 51
2.4.1 用 ASCII 碼字符錶示 51
2.4.2 用 BCD 碼錶示 51
2.5 非數值數據的編碼錶示 52
2.5.1 邏輯值 52
2.5.2 西文字符 52
2.5.3 漢字字符 53
2.6 數據的寬度和存儲 55
2.6.1 數據的寬度和單位 55
2.6.2 數據的存儲和排列順序 57
2.7 數據的基本運算 61
2.7.1 按位運算和邏輯運算 61
2.7.2 左移運算和右移運算 61
2.7.3 位擴展運算和位截斷運算 63
2.7.4 整數加減運算 64
2.7.5 整數乘除運算 68
2.7.6 常量的乘除運算 71
2.7.7 浮點數運算 72
2.8 小結 78
習題 79
第 3 章 程序的轉換及機器級錶示 87
3.1 程序轉換概述 87
3.1.1 機器指令及匯編指令 88
3.1.2 指令集體係結構 89
3.1.3 生成機器代碼的過程 89
3.2 IA-32 指令係統概述 94
3.2.1 數據類型及其格式 95
3.2.2 寄存器組織和尋址方式 96
3.2.3 機器指令格式 101
3.3 IA-32 常用指令類型及其操作 103
3.3.1 傳送指令 103
3.3.2 定點算術運算指令 106
3.3.3 按位運算指令 109
3.3.4 控製轉移指令 110
3.3.5 x87 浮點處理指令 115
3.3.6 MMX/SSE 指令集 116
3.4 C 語言程序的機器級錶示 118
3.4.1 過程調用的機器級錶示 118
3.4.2 選擇語句的機器級錶示 132
3.4.3 循環結構的機器級錶示 136
3.5 復雜數據類型的分配和訪問 139
3.5.1 數組的分配和訪問 139
3.5.2 結構體數據的分配和訪問 144
3.5.3 聯閤體數據的分配和訪問 146
3.5.4 數據的對齊 148
3.6 越界訪問和緩衝區溢齣 151
3.6.1 緩衝區溢齣 151
3.6.2 緩衝區溢齣攻擊 153
3.6.3 緩衝區溢齣攻擊的防範 155
3.7 兼容 IA-32 的 64 位係統 158
3.7.1 x86-64 的發展簡史 158
3.7.2 x86-64 的基本特點 159
3.7.3 x86-64 的基本指令和對齊 159
3.7.4 x86-64 的過程調用 161
3.7.5 x86-64 的浮點操作與 SIMD 指令 165
3.8 小結 166
習題 167
第 4 章 程序的鏈接 182
4.1 編譯、匯編和靜態鏈接 182
4.1.1 編譯和匯編 182
4.1.2 可執行目標文件的生成 184
4.2 目標文件格式 186
4.2.1 ELF 目標文件格式 186
4.2.2 可重定位目標文件格式 187
4.2.3 可執行目標文件格式 190
4.2.4 可執行文件的存儲器映像 192
4.3 符號錶和符號解析 193
4.3.1 符號和符號錶 193
4.3.2 符號解析 196
4.3.3 與靜態庫的鏈接 199
4.4 重定位 201
4.4.1 重定位信息 202
4.4.2 重定位過程 202
4.5 動態鏈接 206
4.5.1 動態鏈接的特性 207
4.5.2 程序加載時的動態鏈接 207
4.5.3 程序運行時的動態鏈接 209
4.5.4 位置無關代碼 210
4.6 小結 214
習題 215
第二部分 可執行目標文件的運行
第 5 章 程序的執行 222
5.1 程序執行概述 222
5.1.1 程序及指令的執行過程 222
5.1.2 CPU 的基本功能和組成 224
5.1.3 打斷程序正常執行的事件 226
5.2 數據通路基本結構和工作原理 227
5.2.1 數據通路基本結構 227
5.2.2 數據通路的時序控製 229
5.2.3 總綫式數據通路 230
5.2.4 單周期數據通路 235
5.3 流水綫方式下指令的執行 238
5.3.1 指令流水綫的基本原理 238
5.3.2 適閤流水綫的指令集特徵 241
5.3.3 CISC 和 RISC 風格指令集 242
5.3.4 指令流水綫的實現 245
5.3.5 高級流水綫實現技術 248
5.4 小結 249
習題 250
第 6 章 層次結構存儲係統 253
6.1 存儲器概述 253
6.1.1 存儲器的分類 253
6.1.2 主存儲器的組成和基本操作 255
6.1.3 存儲器的主要性能指標 255
6.1.4 各類存儲元件的特點 256
6.1.5 存儲器的層次結構 257
6.2 主存與 CPU 的連接及其讀寫操作 257
6.2.1 主存芯片技術 257
6.2.2 主存與 CPU 的連接及其讀寫 260
6.2.3 “裝入”指令和“存儲”指令操作過程 263
6.3 硬盤存儲器 266
6.3.1 磁盤存儲器的結構 266
6.3.2 磁盤存儲器的性能指標 268
6.3.3 磁盤存儲器的連接 269
6.3.4 固態硬盤 270
6.4 高速緩衝存儲器 271
6.4.1 程序訪問的局部性 271
6.4.2 cache 的基本工作原理 273
6.4.3 cache 行和主存塊的映射 275
6.4.4 cache 中主存塊的替換算法 281
6.4.5 cache 一緻性問題 282
6.4.6 影響 cache 性能的因素 283
6.4.7 IA-32 的 cache 結構舉例 284
6.4.8 cache 和程序性能 285
6.5 虛擬存儲器 289
6.5.1 虛擬存儲器的基本概念 289
6.5.2 虛擬地址空間 290
6.5.3 虛擬存儲器的實現 291
6.5.4 存儲保護 299
* 6.6 IA-32 + Linux 中的地址轉換 300
6.6.1 邏輯地址到綫性地址的轉換 301
6.6.2 綫性地址到物理地址的轉換 306
* 6.7 實例：Intel Core i7 + Linux 存儲係統 308
6.7.1 Core i7 的層次化存儲器結構 308
6.7.2 Core i7 的地址轉換機製 308
6.7.3 Linux 係統的虛擬存儲管理 311
6.8 小結 314
習題 315
第 7 章 異常控製流 322
7.1 進程與進程的上下文切換 322
7.1.1 程序和進程的概念 322
7.1.2 進程的邏輯控製流 323
7.1.3 進程的上下文切換 325
7.1.4 進程的存儲器映射 326
7.1.5 程序的加載和運行 329
7.2 異常和中斷 332
7.2.1 基本概念 333
7.2.2 異常的分類 334
7.2.3 中斷的分類 337
7.2.4 異常和中斷的響應過程 338
* 7.3 IA-32 + Linux 中的異常和中斷 340
7.3.1 IA-32 的中斷嚮量錶 340
7.3.2 IA-32 的中斷描述符錶 341
7.3.3 IA-32 中異常和中斷的處理 342
7.3.4 Linux 對異常和中斷的處理 344
7.3.5 IA-32 + Linux 的係統調用 348
7.4 小結 350
習題 351
第 8 章 I/O 操作的實現 354
8.1 I/O 子係統概述 354
8.2 用戶空間 I/O 軟件 357
8.2.1 用戶程序中的 I/O 函數 358
8.2.2 文件的基本概念 359
8.2.3 係統級 I/O 函數 361
8.2.4 C 標準 I/O 庫函數 363
8.2.5 用戶程序中的 I/O 請求 368
8.3 I/O 硬件與軟件的接口 370
8.3.1 I/O 設備 370
8.3.2 基於總綫的互連結構 371
8.3.3 I/O 接口的功能和結構 374
8.3.4 I/O 端口及其編址 376
8.3.5 I/O 控製方式 377
8.4 內核空間 I/O 軟件 384
8.4.1 與設備無關的 I/O 軟件 384
8.4.2 設備驅動程序 386
8.4.3 中斷服務程序 387
8.5 小結 389
習題 390
附錄 A 數字邏輯電路基礎 395
附錄 B GCC 的常用命令行選項 409
附錄 C GDB 的常用命令 411
參考文獻 414
· · · · · · (收起)