計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)（第2版）

CONTENTS
目　　錄
叢書序言
序　　言
前　　言
第一部分　系統(tǒng)概述和可執(zhí)行目標文件的生成
第1章　計算機系統(tǒng)概述2
　1.1　計算機基本工作原理2
　　　1.1.1　馮·諾依曼結(jié)構(gòu)基本思想2
　　　1.1.2　馮·諾依曼機基本結(jié)構(gòu)3
　　　1.1.3　程序和指令的執(zhí)行過程4
　1.2　程序的開發(fā)與運行7
　　　1.2.1　程序設(shè)計語言和翻譯程序7
　　　1.2.2　從源程序到可執(zhí)行文件9
　　　1.2.3　可執(zhí)行文件的啟動和執(zhí)行10
　1.3　計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)12
　　　1.3.1　計算機系統(tǒng)抽象層的轉(zhuǎn)換12
　　　1.3.2　計算機系統(tǒng)核心層之間的關(guān)聯(lián)14
　　　1.3.3　計算機系統(tǒng)的不同用戶16
　1.4　計算機系統(tǒng)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(zhí)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(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)24
　1.6　小結(jié)27
　習(xí)題27
第2章　數(shù)據(jù)的機器級表示與處理30
　2.1　數(shù)制和編碼30
　　　2.1.1　信息的二進制編碼30
　　　2.1.2　進位計數(shù)制32
　　　2.1.3　定點與浮點表示36
　　　2.1.4　定點數(shù)的編碼表示36
　2.2　整數(shù)的表示41
　　　2.2.1　無符號整數(shù)和帶符號整數(shù)的表示41
　　　2.2.2　C語言中的整數(shù)及其相互轉(zhuǎn)換42
　2.3　浮點數(shù)的表示44
　　　2.3.1　浮點數(shù)的表示范圍44
　　　2.3.2　浮點數(shù)的規(guī)格化45
　　　2.3.3　IEEE 754浮點數(shù)標準45
　　　2.3.4　C語言中的浮點數(shù)類型49
　2.4　十進制數(shù)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(shù)值數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的寬度和存儲55
　　　2.6.1　數(shù)據(jù)的寬度和單位55
　　　2.6.2　數(shù)據(jù)的存儲和排列順序57
　2.7　數(shù)據(jù)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(shù)加減運算64
　　　2.7.5　整數(shù)乘除運算68
　　　2.7.6　常量的乘除運算71
　　　2.7.7　浮點數(shù)運算72
　2.8　小結(jié)78
　習(xí)題79
第3章　程序的轉(zhuǎn)換及機器級表示87
　3.1　程序轉(zhuǎn)換概述87
　　　3.1.1　機器指令及匯編指令88
　　　3.1.2　指令集體系結(jié)構(gòu)89
　　　3.1.3　生成機器代碼的過程89
　3.2　IA-32指令系統(tǒng)概述94
　　　3.2.1　數(shù)據(jù)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(shù)運算指令106
　　　3.3.3　按位運算指令109
　　　3.3.4　控制轉(zhuǎn)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語言程序的機器級表示118
　　　3.4.1　過程調(diào)用的機器級表示118
　　　3.4.2　選擇語句的機器級表示132
　　　3.4.3　循環(huán)結(jié)構(gòu)的機器級表示136
　3.5　復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的分配和訪問139
　　　3.5.1　數(shù)組的分配和訪問139
　　　3.5.2　結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)的分配和訪問144
　　　3.5.3　聯(lián)合體數(shù)據(jù)的分配和訪問146
　　　3.5.4　數(shù)據(jù)的對齊148
　3.6　越界訪問和緩沖區(qū)溢出151
　　　3.6.1　緩沖區(qū)溢出151
　　　3.6.2　緩沖區(qū)溢出攻擊153
　　　3.6.3　緩沖區(qū)溢出攻擊的防范155
　3.7　兼容IA-32的64位系統(tǒng)158
　　　3.7.1　x86-64的發(fā)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(diào)用161
　　　3.7.5　x86-64的浮點操作與SIMD指令165
　3.8　小結(jié)166
　習(xí)題167
第4章　程序的鏈接182
　4.1　編譯、匯編和靜態(tài)鏈接182
　　　4.1.1　編譯和匯編182
　　　4.1.2　可執(zhí)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(zhí)行目標文件格式190
　　　4.2.4　可執(zhí)行文件的存儲器映像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(tài)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(tài)鏈接206
　　　4.5.1　動態(tài)鏈接的特性207
　　　4.5.2　程序加載時的動態(tài)鏈接207
　　　4.5.3　程序運行時的動態(tài)鏈接209
　　　4.5.4　位置無關(guān)代碼210
　4.6　小結(jié)214
　習(xí)題215
第二部分　可執(zhí)行目標文件的運行
第5章　程序的執(zhí)行222
　5.1　程序執(zhí)行概述222
　　　5.1.1　程序及指令的執(zhí)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(zhí)行的事件226
　5.2　數(shù)據(jù)通路基本結(jié)構(gòu)和工作原理227
　　　5.2.1　數(shù)據(jù)通路基本結(jié)構(gòu)227
　　　5.2.2　數(shù)據(jù)通路的時序控制229
　　　5.2.3　總線式數(shù)據(jù)通路230
　　　5.2.4　單周期數(shù)據(jù)通路235
　5.3　流水線方式下指令的執(zhí)行238
　　　5.3.1