20145230 《信息安全系统设计基础》第6周学习总结
教材学习内容总结
Y86指令集体系结构
内容：定义一个指令集体系结构，包括定义各种状态元素、指令集和它们的编码、一组编程规范和异常事件处理。
程序员可见状态
Y86程序中的每条指令都会读取或修改处理器状态的某些部分。
Y86具体包括：8个程序寄存器、3个条件码ZF\SF\OF、程序计数器（PC)。
Y86用虚拟地址引用存储器位置。 程序状态的最后一个部分是状态码Stat，它表明程序执行的总体状态。
Y86指令
IA32指令集的一个子集，只包括四字节整数操作。寻址方式比较少，操作也比较少。
指令编码长度从1个字节到6个字节不等，一条指令含有一个单字节的指令指示符，可能含有一个单字节的寄存器指示符，还可能含有一个四字节的常数字。字段fn指明是某个整数操作（OPL）、数据移动条件（cmovXX）或是分支条件（jXX），所有数值都用十六进制表示
指令编码
每条指令的第一个字节表明指令的类型。这个字节分为两个部分，每部分4位：高4位是代码部分，低4位是功能部分。功能值只有在一组相关指令共用一个代码时才有用。
8个程序寄存器中每个都有相应的0~7的寄存器标识符，程序寄存器存在一个寄存器文件中，这个寄存器文件就是一个小的、以寄存器ID作为地址的随机访问存储器。当需要指明不应访问任何寄存器时，用ID值0xF表示。有的指令没有寄存器操作数（分支指令和call指令），就没有寄存器指示符字节；只需要一个寄存器操作数的指令（irmovl、pushl、popl），将另一个寄存器指示符设为0xF。
指令集的一个重要性质：字节编码必须有唯一的解释。
Y86异常
Y86状态码（在我们的设计中，任何AOK以外的代码都会使处理器停止）
逻辑设计和硬件控制语言HCL
要实现一个数字系统需要三个主要的组成部分：
计算对位进行操作的函数的组合逻辑
存储位的存储器元素
控制存储器元素更新的时钟信号组合电路：将很多的逻辑门组合成一个网，能构建计算块。
多路复用：根据输入控制信号的值，从一组不同的数据信号中选出一个。
构建这些网有两条限制：（1）两个或多个逻辑门的输出不能连接在一起（2）这个网必须是无环的。
HCL表达式和C语言中逻辑表达式的区别：
组合逻辑电路的输出会持续地响应输入的变化；C表达式只有在程序执行过程中被遇到时才会求值。
C的逻辑表达式允许参数是任意整数，0表示FLASE，其他任何值都表示TRUE；逻辑门只对位值0和1进行操作。
C的逻辑表达式可能只被部分求值；组合逻辑没有部分求值的规则，逻辑门只是简单地响应输入的变化。
Y86的顺序实现
各个阶段以及各阶段内执行操作：
取指：从存储器读取指令字节，地址为程序计数器PC的值
译码：从寄存器读入最多两个操作数，得到valA或valB
执行：算术/逻辑单元要么执行指令指明的操作，计算存储器引用的有效地址，要么增加或减少栈指针。得到的值为valE。
访存：将数据写入存储器，或从存储器中读出数据，读出的值为valM。
写回：最多可以写两个结果到寄存器文件
更新PC：将PC设为下一条指令的地址
执行一条指令需要的处理过程：执行指令所表明的操作、计算地址、更新栈指针、确定下一条指令的地址。
对于三种控制转移指令的处理：需要注意位信号Cnd。 在更新PC阶段，检查这个标志，如果这个标志为1，将PC设为valC（跳转目标），如果为0，就设为valP(下一条指令的地址）。
取指阶段：
以PC为第一个字节的地址，一次读6个字节。
icode：控制逻辑块计算指令
ifun：功能码
三个一位的信号（根据icode值计算）：instr_valid：发现不合法的指令；need_regids：包含寄存器指示符字节吗；need_valC：包括常数字吗
后五个字节是寄存器指示符字节和常数字的组合编码。
译码和写回阶段：
都需要访问寄存器文件，根据四个端口的情况，判断应该读哪个寄存器产生信号valA、valB。
寄存器文件，支持同时进行两个读和两个写，每个端口有一个地址连接（寄存器ID）和一个数据连接（32根线路），既可以作为寄存器文件的输出字，又可以作为他的输入字。
执行阶段：
包括算数/逻辑单元（ALU），输出为valE信号。ALU通常作为加法器使用
包括条件码寄存器
每次运行产生：零、符号、溢出、产生信号set_cc
访存阶段
读或者写程序数据。
两个数据块产生存储器地址和存储器输入证据的值，两个产生控制信号表明应该是读还是写。当执行读操作时，数据存储器产生valM。
根据icode,imem_error,instr_valid,dmem_error，从指令执行的结果计算状态码Stat。
更新PC阶段
产生程序计数器的新值，依据指令的类型和是否要选择分支，新的PC可能是valC、valM或者valP。
教材学习中的问题和解决过程
学习的问题就是做练习4.2时它给出了五个字节序列，要我们确定所编码的Y86的指令序列。我不太懂，看了答案，不知道怎么通过这些字节序列就推出其汇编的指令序列。
本周代码托管截图
20145230/IS-design-20145230 - 码云 - 开源中国 http://git.oschina.net/20145230/IS-design-20145230
其他（感悟、思考等，可选）
本周我们学习的内容主要是Y86指令集以及关于它的一些执行过程，本章不仅用了汇编语言来让我们深入了解一条指令完整执行的过程，更用了HCL语言来直观地体现输入与输出的关系。HCL语言看似和我们学的HDL语言差不多，其实也有细微差别，HDL语言是程序描述语言，HCL语言则是控制语言。总之，坚持脚踏实地地完成好每周的任务使我们需要做到的，学好一门课程及语言的捷径就是不断实践、练习！
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 | 2000行 | 20篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 2/2 | 20/20 | 初步了解Linux的一些基本命令 | |
| 第二周 | 1/3 | 15/35 | 了解vim编辑器 | |
| 第三周 | 86/86 | 1/4 | 25/60 | 了解了信息的表示和处理 |
| 第五周 | 79/79 | 1/5 | 30/90 | 了解了程序的机器级表示 |
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| ｜ 第六周 ｜ 56/221 ｜ 1/6 ｜ 30/120 | 了解处理器的体系结构 ｜ |
