20145222《信息安全系统设计基础》第三周学习总结

20145222《信息安全系统设计基础》第三周学习总结

教材学习内容总结（信息的表示和处理）

信息存储

• 虚拟存储器：计算机级程序将存储器视为一个非常大的字节数组
• 地址：存储器每个字节的唯一数字标识
• 程序对象：程序数据、指令和控制信息
• 十六进制表示法
  • 以0X或0x开头的数字常量常被认定为十六进制的值
  • 十进制->十六进制：反复地用16除x，余数从最低位开始计
• 字：
  • 每个计算机都有一个字长，指明整数和指针数据的标称大小。因为虚拟地址是以这样的一个字来编码的，所以字长最重要的系统参数就是虚拟地址空间的最大大小。
  • 对于一个字长为w位的机器而言，虚拟地址的范围为0~2^{w-1,程序最多访问2}w字节。
• 寻址和字节顺序
  • 小端法：最低有效字节在最前面的的方式
  • 大端法：最高有效字节在最前面的方式
• 布尔代数：
  - 逻辑运算：
  - 所有逻辑运算都可以用与、或、非表达（最大式、最小式）而与或非可以用“与非”或“或非”表达，所以，只要一个与非门，就可以完成所有的逻辑运算
  - 逻辑运算符：逻辑与（&&）；逻辑或（||）；逻辑非（！）
  - 位运算：结果是位向量；按位与（&） 二进制每一位遇0为0；按位或（|） 二进制每一位遇1为1；按位异或（^） 0^0=0，01=1，1^0=1，11=0；按位取反（~） 二进制每一位取反
  - 掩码运算：掩码是位运算的重要应用，这里掩码是一个特定位模式，表示从一个字中选择一个位的集合。对特定位可以置一，可以清零。

整数表示

• 无符号数编码：对于长度为w的位向量，都有一个唯一的值与之对应；反过来，在0~2^w-1之间的每一个整数都有一个唯一的长度为w的位向量二进制表示与之对应。
• 补码编码：补码形式是最常见的有符号数的计算机表示方式；将字的最高有效位解释为负权 B2T(W)函数为：B2T（x） = -x(w-1)2^(w-1)+∑xi2i(求和从i=0到i=w-2)
• 有符号数和无符号数之间的转换：
  - 处理同样字长的有符号数和无符号数之间相互转换的一般规则：数值可能会改变，但是位模式不变。
  - c语言允许无符号数和有符号数之间的转换，转换的原则是底层的位表示不变。
• 扩展一个数字的位表示：
  - 零扩展：无符号数
  - 符号扩展：有符号数
  - short转换成usigned时，先转换大小，转换成int，再变成无符号数
• 截断数字：将一个w位的数截断为一个k位数字时，我们会丢弃高w-k位，等于计算x mod2^k

整数运算

• 无符号数加法：
  - 无符号计算可以看作一种模形式的运算
  - 无符号加法等价于计算和模2^w
  - 溢出：完整的整数结果不能放到数据类型的字长限制中去
  - 当且仅当s<w，发生了溢出，溢出则s=x+y-2^w
• 补码加法：负溢出，加2^{w；正溢出，减2}w。
• 补码的非：除-2^（w-1）的补码为本身之外，其他补码都为-x
• 补码乘法：和无符号乘法运算的位级相同
• 乘以常数：x<k相当于x*2^k mod2^{w；对于无符号变量x>>k相当于x/2}k

浮点数

• 浮点表示对形如 V=x*2^y 的有理数进行编码；适用于:非常大的数字（|V|>>0）、非常接近于0的数字（|V|<<1）、实数运算的近似值；IEEE浮点标准：IEEE标准754。
• 二进制小数：二进制点左边第i位，权为2^{i；右边第i位，权为(1/2)}i；增加二进制表示的长度可以提高表示的精度。
• IEEE浮点格式：
  - 表示形式：V=(-1)^s * M * 2^E
  - 符号：s决定这个数是正还是负。0的符号位特殊情况处理。
  - 尾数：M是一个二进制小数，范围为1_2-ε或者01-ε，ε=(1/2)^n。
  - 阶码：E对浮点数加权，权重是2的E次幂（可能为负数）。
• C语言中的浮点数：
  - int转换成float，数字不被溢出，但是可能被舍入
  - int/float转换成double，能保留精确数值
  - double转换成float，值可能被溢出，还可能被舍入
  - float/double转换成int，值将会向零舍入

教材学习中的问题和解决过程

在练习十进制与十六进制的转换时，将Perl语言脚本直接写进c文件中，发现根本编译不出。如下截图：

在看了卢肖明同学的关于Perl语言脚本运行方法后，明白了Perl语言是另外一种语言，根据小明同学提供的方法最终实现了十进制与十六进制的转换。

本周代码托管截图

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	4000行	30篇	400小时
第一周	0/0	2/3	10/20	掌握了几个命令
第二周	0/0	1/4	8/28	熟练了vim编辑器的操作
第三周	40/40	1/5	12/40	开始敲代码了

参考资料

• 《深入理解计算机系统V2》学习指导