計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論

目　　錄
前言
第1章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述　1
1.1　計(jì)算機(jī)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(jī)基本結(jié)構(gòu)　2
1.1.3　程序和指令的執(zhí)行過(guò)程　4
1.2　程序的開(kāi)發(fā)與運(yùn)行　7
1.2.1　程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(dòng)和執(zhí)行　11
1.3　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)　12
1.3.1　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)抽象層的轉(zhuǎn)換　12
1.3.2　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心層之間的關(guān)聯(lián)　14
1.3.3　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不同用戶　17
1.4　本書(shū)的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)　19
1.5　小結(jié)　21
習(xí)題　22
第2章　 語(yǔ)言程序　23
2.1　C語(yǔ)言概述　23
2.2　變量和常量及其類(lèi)型　24
2.2.1　C程序中的變量及其類(lèi)型　24
2.2.2　C程序中的常量及其類(lèi)型　25
2.3　表達(dá)式及運(yùn)算符　26
2.3.1　C語(yǔ)言表達(dá)式中的運(yùn)算符　26
2.3.2　C語(yǔ)言程序中的運(yùn)算　27
2.4　控制結(jié)構(gòu)和函數(shù)調(diào)用　29
2.4.1　C語(yǔ)言中的控制結(jié)構(gòu)　29
2.4.2　C語(yǔ)言中的函數(shù)調(diào)用　30
2.4.3　變量的作用域及其存儲(chǔ)分配　32
2.4.4　C標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)函數(shù)　35
2.5　小結(jié)　37
習(xí)題　37
第3章　數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)表示　39
3.1　二進(jìn)制編碼和進(jìn)位計(jì)數(shù)制　39
3.1.1　信息的二進(jìn)制編碼　39
3.1.2　進(jìn)位計(jì)數(shù)制　40
3.1.3　進(jìn)位計(jì)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(diǎn)數(shù)的編碼表示　44
3.2.2　無(wú)符號(hào)整數(shù)和帶符號(hào)整數(shù)的表示　49
3.2.3　C語(yǔ)言中的整數(shù)及其相互轉(zhuǎn)換　49
3.3　浮點(diǎn)數(shù)的表示　52
3.3.1　浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍　52
3.3.2　浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化　53
3.3.3　IEEE 754浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)　53
3.3.4　C語(yǔ)言中的浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)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(chǔ)　62
3.5.1　數(shù)據(jù)的寬度和長(zhǎng)度單位　62
3.5.2　數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和排列順序　64
3.5.3　數(shù)據(jù)擴(kuò)展和數(shù)據(jù)截?cái)嗖僮鳌?9
3.6　小結(jié)　70
習(xí)題　70
第4章　數(shù)據(jù)的基本運(yùn)算　74
4.1　布爾代數(shù)和邏輯運(yùn)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(yùn)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(biāo)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(yùn)算　80
4.3.1　補(bǔ)碼加減運(yùn)算器　80
4.3.2　無(wú)符號(hào)整數(shù)加減運(yùn)算　83
4.3.3　帶符號(hào)整數(shù)加減運(yùn)算　84
4.3.4　對(duì)整數(shù)加減運(yùn)算結(jié)果的解釋　85
4.4　整數(shù)的乘運(yùn)算　86
4.4.1　無(wú)符號(hào)數(shù)乘法運(yùn)算　87
4.4.2　原碼乘法運(yùn)算　88
4.4.3　補(bǔ)碼乘法運(yùn)算　89
4.4.4　兩種整數(shù)乘的關(guān)系　90
4.5　整數(shù)的除運(yùn)算　92
4.5.1　無(wú)符號(hào)數(shù)除法運(yùn)算　93
4.5.2　原碼除法運(yùn)算　94
4.5.3　補(bǔ)碼除法運(yùn)算　96
4.6　整數(shù)常量的乘除運(yùn)算　97
4.7　浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算　98
4.7.1　浮點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算　99
4.7.2　浮點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算　104
4.7.3　浮點(diǎn)運(yùn)算異常和精度　105
4.8　小結(jié)　107
習(xí)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(jī)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(jī)器代碼的過(guò)程　116
5.2　IA-32指令系統(tǒng)概述　122
5.2.1　數(shù)據(jù)類(lèi)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(jī)器指令格式　132
5.3　IA-32常用指令類(lèi)型　133
5.3.1　傳送指令　133
5.3.2　定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算指令　137
5.3.3　按位運(yùn)算指令　140
5.3.4　程序執(zhí)行流控制指令　142
5.3.5　x87浮點(diǎn)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(jiǎn)史　152
5.4.2　x86-64的基本特點(diǎn)　153
5.4.3　x86-64的基本指令　154
5.5　小結(jié)　157
習(xí)題　157
第6章　程序的機(jī)器級(jí)表示　160
6.1　過(guò)程調(diào)用的機(jī)器級(jí)表示　160
6.1.1　IA-32中過(guò)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(guò)程調(diào)用　171
6.1.5　非靜態(tài)局部變量的存儲(chǔ)分配　173
6.1.6　x86-64的過(guò)程調(diào)用　176
6.2　流程控制語(yǔ)句的機(jī)器級(jí)表示　181
6.2.1　選擇語(yǔ)句的機(jī)器級(jí)表示　182
6.2.2　循環(huán)結(jié)構(gòu)的機(jī)器級(jí)表示　186
6.3　復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型的分配和訪問(wèn)　189
6.3.1　數(shù)組的分配和訪問(wèn)　189
6.3.2　結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)的分配和訪問(wèn)　193
6.3.3　聯(lián)合體數(shù)據(jù)的分配和訪問(wèn)　196
6.3.4　數(shù)據(jù)的對(duì)齊　198
6.4　越界訪問(wèn)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(xí)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(yù)處理、編譯和匯編　223
7.1.2　可執(zhí)行目標(biāo)文件的生成　225
7.2　目標(biāo)文件格式　227
7.2.1　ELF目標(biāo)文件格式　227
7.2.2　可重定位目標(biāo)文件格式　228
7.2.3　可執(zhí)行目標(biāo)文件格式　232
7.2.4　可執(zhí)行文件的存儲(chǔ)器映射　234
7.3　符號(hào)表和符號(hào)解析　236
7.3.1　符號(hào)和符號(hào)表　236
7.3.2　符號(hào)解析　239
7.3.3　與靜態(tài)庫(kù)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(guò)程　247
7.5　動(dòng)態(tài)鏈接　251
7.5.1　動(dòng)態(tài)鏈接的特性　251
7.5.2　程序加載時(shí)的動(dòng)態(tài)鏈接　252
7.5.3　程序運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)鏈接　253
7.5.4　位置無(wú)關(guān)代碼　255
7.6　小結(jié)　260
習(xí)題　260
第8章　程序的加載和執(zhí)行　266
8.1　進(jìn)程與可執(zhí)行文件的加載　266
8.1.1　程序和進(jìn)程的概念　266
8.1.2　Linux系統(tǒng)的虛擬地址空間　267
8.1.3　進(jìn)程的存儲(chǔ)器映射　270
8.1.4　程序的加載過(guò)程　271
8.2　進(jìn)程的控制　274
8.2.1　進(jìn)程的邏輯控制流　275
8.2.2　進(jìn)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(guò)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(xí)題　284
附錄A　gcc的常用命令行選項(xiàng)　287
附錄B　GDB的常用命令　288
參考文獻(xiàn)　291