Материалы лекций 2021

Лекция 1
Обзор лекции

Цели курса.

Зачем нужно знать устройство компьютера и язык ассемблера?

История вычислительной техники.

Архитектура фон Неймана. Основные компоненты компьютера.

Упрощенная схема выполнения инструкции (команды), такт работы.

Основные термины и понятия: машинная команда, адресность ЭВМ, типы операндов…

Слайды

Лекция 2
Архитектура IA-32: 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. Упрощенный процесс построения программы. Основные команды арифметических операций.
Слайды

Лекция 4
Регистр флагов, беззнаковое и знаковое переполнения.
Условная и безусловная передача управления. Коды условий.
Разбор задачи на восстановление управляющих операторов языка Си.
Слайды

Лекция 5
Проблемы организации вызова функций. Аппаратная поддержка стека. Пример ассемблерной программы: отображение вызова функции языка Си в язык ассемблера.
Слайды

Лекция 6
Различные группы команд в архитектуре IA-32. Команды «быстрой» арифметики.
Побитовые логические инструкции. Инструкции сдвига и вращения.
Разбор задачи на восстановление выражения языка Си.
Реализация арифметических операций над 64-разрядными целыми в архитектуре IA-32.
Слайды

Лекция 7
Операции над данными типа _Bool.
Реализация управляющих операторов языка Си. goto-форма представления ветвлений и циклов. Условная передача данных, конвейерные вычисление, опустошение конвейера.
Слайды

Лекция 8
Особенности реализации операторов цикла на языке ассемблера.
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.
Массивы: одномерные, многомерные, многоуровневые. Расположение в памяти, способы работы с отдельными элементами.
Особенности работы компилятора с двумерными массивами: примеры простых оптимизаций: примеры машинно-независимой и машинно-зависимой оптимизации.
Слайды

Лекция 10
Структуры, расположение в памяти, доступ к отдельным полям. Выравнивание полей. Объединения. Задачи на вычисление размера типа данных.
Слайды

Лекция 11
Соглашение о вызове функций cdecl, организация рекурсии.
Двоичный интерфейс приложения.
Инициализация окружения Си-программы. Функции _start и main.
Выравнивание границ фреймов. Организация вызова функций стандартной библиотеки языка Си из ассемблерного кода.
Слайды

Лекция 12
Оптимизация и ABI: вызов функций без указателя фрейма.
Соглашение stdcall.
Соглашение fastcall.
Соглашение вызова функции в архитектуре x86-64, ключевые отличия от соглашений вызова IA-32.
Вызов листовой функции.
“Красная зона”.
Вызов нелистовой функций.
Модели памяти.
Слайды

Лекция 13
Программные дефекты, перехват управления, эксплуатация ошибок.
Пример №1: чтение того, чего нет.
Пример №2: 1+1≠2.
Пример №3: Назад-в-стандартную-библиотеку.
Переполнение буфера и методы защиты от эксплуатации ошибок данного класса на этапах компиляции и выполнения.
Слайды

Лекция 14
Куча. Управление динамической памятью.
Пропускная способность и эффективность расходования. Внутренняя и внешняя фрагментация.
Освобождение блока динамической памяти.
Управление свободными блоками: неявный список.
Управление свободными блоками: явный список.
Управление свободными блоками: раздельные списки.
Слайды
Видео
Видео консультации

Лекция 15
Представление дробных чисел, числа с фиксированной точкой.
Рациональные числа.
Представление чисел с плавающей точкой. Стандарт IEEE 754. Нормализованные числа. Денормализованные и особые числа.
Операции над числами с плавающей точкой. Округление чисел. Стандарт IEEE 754 и математические свойства чисел.
Язык Си и числа с плавающей точкой.
Сопроцессор FPU x87: аппаратный стек регистров.
Слайды

Лекция 16
Сопроцессор FPU x87: управляющий регистр, регистр состояния, регистр тегов.
Арифметические операции над числами с плавающей точкой. Исключения при вычислениях и их маскирование.
Числа с плавающей точкой в языке Си: типы, доступ к результатам сравнения чисел. Числа с плавающей точкой в языке Си: передача в качестве параметров функции, возвращаемое значение.
Слайды

Лекция 17
Система программирования языка Си. Программные инструменты, используемые при разработке Си-программ.
Компиляция.
Схема работы ассемблера.
Статическая компоновка программы.
Типы объектных файлов (модулей). Формат ELF.
Разрешение символов. Перемещение кода.
Обработка компоновщиком нескольких символов с одинаковыми именами: сильные и слабые символы, COMMON-символы.
Перебазирование ссылок во время статической компоновки.

Лекция 18
Статические библиотеки, компоновка со статическими библиотеками.
Загрузка исполняемого объектного файла.
Динамические разделяемые библиотеки.
Позиционно независимый код. Глобальная таблица смещений (GOT).
Генерация ассемблером позиционно независимого кода.
Перебазирование ссылок, обращающихся к данным посредством GOT.
Ленивое связывание функций.
Вызов функции через таблицу связывания (plt).
Загрузка динамически скомпонованного исполняемого файла.