叢書序言
序　　言
前　　言
[0第0]一部分　系統概述和可執行目標文[亻牛]的生成
[0第0]1章　計算[1機1]系統概述2
1.1　計算[1機1]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[1機1]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[亻牛]9
1.2.3　可執行文[亻牛]的啟動和執行10
1.3　計算[1機1]系統的層次結構12
1.3.1　計算[1機1]系統抽象層的轉換12
1.3.2　計算[1機1]系統核心層之間的關聯14
1.3.3　計算[1機1]系統的不同用戶16
1.4　計算[1機1]系統性能[0評0]價18
1.4.1　計算[1機1]性能的定義19
1.4.2　計算[1機1]性能的測試19
1.4.3　用指令執行速度進行性能[0評0]估21
1.4.4　用基準程序進行性能[0評0]估22
1.4.5　Amdahl定律23
1.5　本書的[1主1]要內容和組織結構24
1.6　小結27
習題27
[0第0]2章　數據的[1機1]器級表示與處理30
2.1　數制和編碼30
2.1.1　信息的二進制編碼30
2.1.2　進位計數制32
2.1.3　定點與浮點表示36
2.1.4　定點數的編碼表示36
2.2　整數的表示41
2.2.1　無符號整數和帶符號整數的表示41
2.2.2　C語言中的整數及其相互轉換42
2.3　浮點數的表示44
2.3.1　浮點數的表示范圍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　十進制數的表示51
2.4.1　用ASCII碼字符表示51
2.4.2　用BCD碼表示51
2.5　非數值數據的編碼表示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
[0第0]3章　程序的轉換及[1機1]器級表示87
3.1　程序轉換概述87
3.1.1　[1機1]器指令及匯編指令88
3.1.2　指令集體系結構89
3.1.3　生成[1機1]器代碼的過程89
3.2　IA-32指令系統概述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　[1機1]器指令格式101
3.3　IA-32常用指令類型及其[*]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　控制轉移指令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[1機1]器級表示118
3.4.1　過程調用的[1機1]器級表示118
3.4.2　選擇語句的[1機1]器級表示132
3.4.3　循環結構的[1機1]器級表示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　聯合體數據的分配和訪問146
3.5.4　數據的對齊148
3.6　越界訪問和緩沖區溢出151
3.6.1　緩沖區溢出151
3.6.2　緩沖區溢出攻[1擊1]153
3.6.3　緩沖區溢出攻[1擊1]的防范155
3.7　兼容IA-32的64位系統158
3.7.1　x86-64的發展簡[0史0]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[*]作與SIMD指令165
3.8　小結166
習題167
[0第0]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[亻牛]的生成184
4.2　目標文[亻牛]格式186
4.2.1　ELF目標文[亻牛]格式186
4.2.2　可重定位目標文[亻牛]格式187
4.2.3　可執行目標文[亻牛]格式190
4.2.4　可執行文[亻牛]的存儲器映像192
4.3　符號表和符號解析193
4.3.1　符號和符號表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
[0第0]二部分　可執行目標文[亻牛]的運行
[0第0]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[亻牛]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　數據通路的時序控制229
5.2.3　總線式數據通路230
5.2.4　單周期數據通路235
5.3　流水線方式下指令的執行238
5.3.1　指令流水線的基本原理238
5.3.2　適合流水線的指令集特征241
5.3.3　CISC和RISC風格指令集242
5.3.4　指令流水線的實現245
5.3.5　高級流水線實現技術248
5.4　小結249
習題250
[0第0]6章　層次結構存儲系統253
6.1　存儲器概述253
6.1.1　存儲器的分類253
6.1.2　[1主1]存儲器的組成和基本[*]作255
6.1.3　存儲器的[1主1]要性能指標255
6.1.4　各類存儲元[亻牛]的特點256
6.1.5　存儲器的層次結構257
6.2　[1主1]存與CPU的連接及其讀寫[*]作257
6.2.1　[1主1]存芯片技術257
6.2.2　[1主1]存與CPU的連接及其讀寫260
6.2.3　“裝入”指令和“存儲”指令[*]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　高速緩沖存儲器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[1主1]存塊的映[身寸]275
6.4.4　cache中[1主1]存塊的替換算[0法0]281
6.4.5　cache一致性問題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　邏輯地址到線性地址的轉換301
6.6.2　線性地址到物理地址的轉換306
*6.7　實例：Intel Core i7+Linux存儲系統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[1機1]制308
6.7.3　Linux系統的虛擬存儲管理311
6.8　小結314
習題315
[0第0]7章　異常控制流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　進程的邏輯控制流323
7.1.3　進程的上下文切換325
7.1.4　進程的存儲器映[身寸]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的中斷向量表340
7.3.2　IA-32的中斷描述符表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的系統調用348
7.4　小結350
習題351
[0第0]8章　I/O[*]作的實現354
8.1　I/O子系統概述354
8.2　用戶空間I/O軟[亻牛]357
8.2.1　用戶程序中的I/O函數358
8.2.2　文[亻牛]的基本概念359
8.2.3　系統級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[亻牛]與軟[亻牛]的接口370
8.3.1　I/O設備370
8.3.2　基于總線的互連結構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控制方式377
8.4　內核空間I/O軟[亻牛]384
8.4.1　與設備無關的I/O軟[亻牛]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