Архитектура ЭВМ и язык ассемблера

проект курса второго семестра

Концепция: это курс про архитектуру ЭВМ, ассемблер нужен только тогда, когда он иллюстрирует особенности архитектуры в частности и низкоуровнего программирования вообще.

Практика: первые несколько занятий проходят на базе эмуляторов учебных машин, остальные — на базе эмулятора MIPS (скорее всего, MARS, но возможно и SPIM).

План лекций

Сводный развёрнутый план по всем темам. Примерная разбивка по два часа. Возможно, некоторые темы толстоваты, тогда они занимают четыре

1. Представление об архитектуре ЭВМ

2. Хранение данных и команд в памяти; ММ3

3. ММ3 условия и циклы

4. ММ2, ММ1, рассказ о ММ0

5. ММР (с модификацией адреса и переменным размером команды)

6. Ассемблер и язык ассемблера

7. Эмулятор MIPS, базовые сведения об архитектуре и работе; простейшая программа

8. MIPS — архитектура и система команд

   • (схема), цикл работы процессора (понятие о микрокомандах), базовые сведения о системе команд и работе программы

9. Адресация

   • индексация, SPIM: работа с байтами. Секции .text и .data; выравнивание

     • TODO добавить "структуры", распилить и половину переместить ближе к концу

10. Взаимодействие процессор-память

    • Шина. Взаимодействие процессор-память; RAM, ROM, Reg; Гарвард/Принстон; 100 циклов для одного обращения к памяти

11. Конвенции, псевдоинструкции и макросы

    • Структура памяти, псевдоинструкции, макросы, понятие о конвенциях (именование и использование регистров).

12. Стек и подпрограммы

    • Стек (+.stack). Подпрограммы и связанные с ними конвенции

13. Фреймы, локальные переменные, рекурсия

    • Фреймы, локальные переменные, рекурсия, ещё конвенции

14. Взаимодействие с ОС

15. Понятие о сопроцессорах. FPU

16. Исключения и системные вызовы

    • Исключения (FPU, арифм., переполнения) syscall. Обработчики исключений. Проблема исключения посреди инструкции. Роль ОС в обработке.

17. Внешние устройства и ввод/вывод

    • I/O: порты, MMIO, SPIM: виды внешних устройств

18. Прерывания и DMA

19. Кеш

20. Конвейер

21. Многозадачность

22. Многопроцессорные системы

23. Виртуализация

24. Обзор архитектур современных ЭВМ

25. Другие ассемблеры, Язык программирования Си как макроассемблер

26. Адресная арифметика и ссылки в Си

27. Вызов функции и локальные переменные в Си

28. Препроцессор языка Си, вычисления периода компиляции

29. Понятие компоновки и конвенций относительно загружаемых форматов

Ещё темы

• Раздельная компиляция, компоновка, библиотеки
• Переменные и выражения периода компиляции, препроцессор
• Загружаемые форматы, другие ассемблеры и конвенции
• Си как макроассемблер (2-4 лекции)

TODO

• MARS
  • подготовка конфигов и параметров командной строки для разных режимов работы

    • По лекциям/практикуму (какие режимы нужны?)

    • для запуска в EJudge (см. ниже два варианта)
• Ejudge
  • УМ — нужен ли?
  • Засунуть туда MARS
  • MARS — в/в из командной строки
  • MARS — организация в/в для программы вида «возьмите из памяти, положите в память» при помощи обмазывания дополнительным кодом, лежащим в нестандартных адресах и минимального преобразования исходного кода
• QEMU
  • Windows?
  • Сеть как в Virtualbox (с пробросом портов для SSH)
  • Минимальный образ со всем необходимым
• Методички (в первую очередь для виндовз)
  • Использование УМ*
  • Установка и использование MARS
  • Установка и использование QEMU с обмазкой
  • Доступ/передача файлов в QEMU из виндовз (WinSCP/PuTTY?)