Лекция 1. Цели курса. Организация курса: лекции и семинарские занятия, литература и информационная поддержка, правила выставления оценок.
История вычислительной техники. Архитектура фон Неймана. Основные компоненты компьютера. Машинная команда, типы операндов, адресность ЭВМ, такт работы. Представление машинной команды, ассемблерная инструкция. Упрощенная схема выполнения инструкции (команды). Слайды
Лекция 2. Архитектура IA32: основные регистры, форматы команд. IA-32 и ее связь с архитектурами 8086 и Intel64. Выполнение простейших ассемблерных инструкций: пересылка данных и арифметические операции. Формат команды. Слайды
Лекция 3. Ассемблер nasm. Организация ассемблерной программы, секции кода и данных. Арифметические операции и регистр флагов. Слайды
Лекция 4. Условная и безусловная передача управления. Коды условий. Пример ассемблерной программы: условные и безусловные переходы. Разбор задачи на восстановление управляющих операторов языка Си. Проблемы организации вызова функций. Аппаратная поддержка стека. Слайды
Лекция 5. Пример ассемблерной программы: отображение вызова функции языка Си в язык ассемблера.
Различные группы команд в архитектуре IA-32. Команды «быстрой» арифметики. Слайды
Лекция 6. Реализация арифметических операций над 64-разрядными целыми в архитектуре IA-32. Побитовые логические инструкции. Инструкции сдвига и вращения. Разбор задачи на восстановление выражения языка Си. Слайды
Лекция 7. Операции над отдельными битами. Операции над данными типа _Bool. Реализация управляющих операторов языка Си. goto-форма представления ветвлений и циклов. Условная передача данных. Особенности реализации операторов цикла на языке ассемблера. Слайды
Лекция 8. Организация цикла с помощью инструкции LOOP. Различные способы отображения оператора switch в язык ассемблера: последовательность if-else, таблица переходов, дерево выбора. Слайды
Лекция 9. Отображение операторов разыменования указателя и взятия адреса из языка Си в язык ассемблера. Пример работы с указателями. Одномерные массивы и указатели. Адресная арифметика. Слайды
Лекция 10. Массивы: одномерные, многомерные, многоуровневые. Расположение в памяти, способы работы с отдельными элементами. Особенности работы компилятора с массивами: примеры простых оптимизаций: примеры машинно-независимой и машинно-зависимой оптимизации. Обратная задача на определение размера массива.
Структуры, расположение в памяти, доступ к отдельным полям. Выравнивание полей. Слайды
Лекция 11. Коллоквиум 1.
Объединения. Битовые поля. Задачи на вычисление размера типа данных. Слайды
Лекция 12. Соглашение о вызове функций cdecl, организация рекурсии. Оптимизация и ABI: вызов функций без указателя фрейма. Соглашения stdcall и fastcall. Возвращаемое значение в соглашении cdecl, возврат структур из функции в компиляторе. Слайды
Лекция 13. Инициализация окружения Си-программы. Функции _start и main. Выравнивание фреймов в стеке. Организация вызова функций стандартной библиотеки языка Си из ассемблерного кода.
Функции с переменным числом параметров. Слайды
Лекция 14. Соглашение вызова функции в архитектуре x86-64, отличия от IA-32.
Ассемблерные вставки в Си-программах.
Перехват управления. Выполнение произвольного кода, шелл-код. Слайды
Лекция 15. Эксплуатация ошибок. Переполнение буфера и методы защиты от эксплуатации ошибок на этапах компиляции и выполнения.
Управление динамической памятью. Пропускная способность и эффективность расходования. Внутренняя и внешняя фрагментация. Управление свободными блоками: неявный список. Слайды
Лекция 16. Управление свободными блоками: явный список, раздельные списки. Сборка мусора. Алгоритм пометок (Mark and Sweep).
Типовые ошибки при работе с памятью.
Представление чисел с плавающей точкой. Стандарт IEEE 754. Нормализованные числа. Слайды
Лекция 17. Денормализованные и особые числа. Операции над числами с плавающей точкой. Округление чисел.
Сопроцессор FPU x87: аппаратный стек регистров, управляющий регистр, регистр состояния, регистр тегов. Арифметические операции над числами с плавающей точкой. Исключения при вычислениях и их маскирование. Слайды
Лекция 18. Числа с плавающей точкой в языке Си: типы, доступ к результатам сравнения чисел, передача в качестве параметров функции, возвращаемое значение.
Организация аппаратного обеспечения компьютера. Логические вентили. Закон Мура. Слайды
Лекция 19. Коллоквиум №2.
Закон Гроша. Устройство оперативной памяти. Статическая и динамическая память. Расслоение памяти. Слайды
Лекция 20. Энергонезависимая память.
Шины, их характеристики. Примеры шин: фронтальная шина, PCI, USB, SATA, … Блокировка шины памяти.
Устройство НЖМД: организация, емкость, временные характеристики доступа. Слайды
Лекция 21. Организация ввода/вывода через пространство портов и через память. Пример периферийного устройства: WatchDog. Слайды
Лекция 22. Твердотельные диски.
Тенденции в развитии запоминающих устройств. Принципиальные ограничения в развитии вычислительной техники: “Memory Wall” и “Power Wall”.
Локальность в программах. Иерархическая организация памяти, кэширование. Кэш-память: способы организации. Кэш прямого отображения. N-канальный ассоциативный кэш. Полностью ассоциативный кэш. Метрики производительности кэша. Способы оценки производительности компьютеров и программ. Аппаратные средства измерения времени. Синтетический тест: оценка производительности памяти современного компьютера. Слайды
Лекция 23. Режимы работы современного процессора архитектуры Intel64/AMD64. CISC и RISC архитектуры. Обратная совместимость процессоров. Начальная загрузка компьютера: BIOS, ACPI, UEFI.
Многозадачная работа компьютера: требования к аппаратуре. Аппарат защиты памяти. Прерывания. Пользовательский и привилегированный режимы работы ЦПУ. Слайды
Лекция 24.Системные вызовы.
Система программирования языка Си. Программные инструменты, используемые при разработке Си-программ. Схема работы ассемблера. Статическая компоновка программы. Схема работы компоновщика: разрешение символов и перемещение кода. Типы объектных файлов (модулей). Формат ELF.
Обработка компоновщиком нескольких символов с одинаковыми именами: сильные и слабые символы. Загрузка исполняемого файла в память. Слайды