2018-2019-1 20165336《資訊安全系統設計基礎》第四周學習總結

1.教材學到的知識點

• Y86-64中程式設計師（彙編程式設計師、編譯器等）可見的狀態包括程式暫存器、條件碼、程式狀態、程式計數器（PC）、記憶體
• Y86-64中有15個程式暫存器分別是%eax %ecx %edx %ebx %esp %ebp %esi %eadi ZF SF OF PC Stat DMEM
• Y86-64指令支援的整數操作的長度是8位元組
• Y86-64的指令編碼長度是1-10位元組，指令編碼長度從1-6個位元組不等。一條指令含有一個單位元組的指令指示符，可能含有一個單位元組的暫存器指示符，還可能含有一個四位元組的常數字
• Y86-64中共有7個跳轉指令，分別為jmp、jle、jl、je、jne、jge、jg。
• Y86-64的狀態碼AOK表示正常操作，3表示遇到非法地址，HLT 處理器執行halt命令，ADR 遇到非法地址，INS 遇到非法指令
• 實現一個數字系統需要三個主要的組成部分：計算對位進行操作的函式的組合邏輯、儲存位的儲存器元素，以及控制儲存器元素更新的時鐘訊號。

• 與、或、非三種邏輯閘可以用一種門（與非門， 或者 或非門）實現。

• 多路複用器。多路複用器根據輸入控制訊號的值，從一組不同的資料訊號中選出一個。
• ALU是一種組合電路，暫存器是一種時序電路，區分在有沒有時鐘。
• 每當每個時鐘到達上沿時，值才會從暫存器的輸入傳送到輸出。我們的Y86處理器會用時鐘暫存器儲存程式計數器（PC）、條件程式碼（CC）和程式狀態（Stat）。
• 暫存器檔案有兩個讀埠，還有一個寫埠。這樣一個多埠隨機訪問儲存器允許同時進行多個讀和寫操作。向暫存器檔案寫入字是由時鐘訊號控制的。
• Y86-64中，指令執行分為6個階段取指（fetch）、譯碼（decode）、執行（execute）、訪存（memory）、寫回（write）、更新PC（PC update）
• 在執行階段，算數/邏輯單元（ALU）要麼執行指令指明的操作（根據ifun的值），計算儲存器引用的有效地址，要麼增加或減少棧指標。得到的值我們稱為valE。在此，也可能設定條件碼。對一條跳轉指令來說，這個階段會檢驗條件碼和分支條件，看是不是應該選擇分支
• rrmovl是暫存器-暫存器傳送，irmovq是立即數-暫存器傳送，不需要訪存。

• 在SEQ+中，建立狀態暫存器來儲存在一條指令執行過程中計算出來的訊號。然後，當一個新的時鐘週期開始時，這些訊號值通過同樣的邏輯來計算當前指令的PC。
  SEQ+中對狀態元素的改變稱為電路重定時，在SEQ+的各個階段之間插入了流水線暫存器，並對訊號重新排列。

教材學習中的問題和解決過程

書中例題指令編碼問題：需要掌握Y86-64指令集，Y86-64指令集的功能碼，Y86-64程式暫存器識別符號

考試錯題總結

• 1.4.在Y86-64中，對一條跳轉指令，決定是不是應該選擇分支的階段是（）
  A . fetch
  B . decode
  C . execute
  D . memory
  E . write back
  F . PC update
  正確答案： C
  解析：在執行階段，算數/邏輯單元（ALU）要麼執行指令指明的操作（根據ifun的值），計算儲存器引用的有效地址，要麼增加或減少棧指標。得到的值我們稱為valE。在此，也可能設定條件碼。對一條跳轉指令來說，這個階段會檢驗條件碼和分支條件，看是不是應該選擇分支。

• 2.圖中的程式碼說明異常處理的細節問題是（）
  A . 同時多條指令引起異常
  B . 指令執行引起異常，後來由於分支預測錯誤，取消了該指令
  C . 不同階段更新系統狀態的不同部分
  D . 與流水線無關的異常
  正確答案： B
  解析：在這個程式中，流水線會預測選擇分支，因此他會取出並以一個值為0xFF的位元組作為指令。譯碼階段會因此發現一個非法指令異常。稍後，流水線會發現不應該選擇分支，因此根本就不應該取出位於地址0x00e的指令。流水線控制邏輯會取消該指令，但是我們想要避免出現異常。