计算机科学与技术系 计算机系统基础 课程实验
实验前阅读
- 实验前请先阅读为什么要学习计算机系统基础.
- 如果你在实验过程中遇到了困难, 并打算向我们寻求帮助, 请先阅读提问的智慧这篇文章.
- 如果你发现了实验讲义和材料的错误或者对实验内容有疑问或建议, 请通过邮件的方式联系我们
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- The machine is always right. (机器永远是对的)
- Corollary: If the program does not produce the desired output, it is the programmer's fault.
- Every line of untested code is always wrong. (未测试代码永远是错的)
- Corollary: Mistakes are likely to appear in the "must-be-correct" code.
jyy曾经将它们作为fact提出, 事实上无数程序员(包括你的学长学姐)在实践当中一次又一次验证了它们的正确性, 因此它们在这里作为公理出现. 你可以不相信调试公理, 但你可能会在调试的时候遇到麻烦.
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PA是充满挑战性的, 在实验过程中, 你会看到自己软弱的一面: 没到deadline就不想动手的拖延症, 打算最后抱大腿的侥幸, 面对英文资料的恐惧, 对不熟悉工具的抵触, 遇到问题就请教大神的懒惰, 多次失败而想放弃的念头, 对过去一年自己得过且过的悔恨, 对完成实验的绝望, 对将来的迷茫... 承认自己的软弱, 是成长的第一步; 对这样的自己的不甘, 是改变自己的动力. 做PA不仅仅是做实验, 更重要的是认识并改变那个软弱的自己. 即使不能完成所有的实验内容, 只要你坚持下来, 你就是非常了不起的! 你会看到成长的轨迹, 看到你正在告别过去的自己.
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- 我们都是活生生的人, 从小就被不由自主地教导用最小的付出获得最大的得到, 经常会忘记我们究竟要的是什么. 我承认我完美主义, 但我想每个人心中都有那一份求知的渴望和对真理的向往, "大学"的灵魂也就在于超越世俗, 超越时代的纯真和理想 -- 我们不是要讨好企业的毕业生, 而是要寻找改变世界的力量. -- jyy
- 教育除了知识的记忆之外, 更本质的是能力的训练, 即所谓的training. 而但凡training就必须克服一定的难度, 否则你就是在做重复劳动, 能力也不会有改变. 如果遇到难度就选择退缩, 或者让别人来替你克服本该由你自己克服的难度, 等于是自动放弃了获得training的机会, 而这其实是大学专业教育最宝贵的部分. -- etone
- 这种"只要不影响我现在survive, 就不要紧"的想法其实非常的利己和短视: 你在专业上的技不如人, 迟早有一天会找上来, 会影响到你个人职业生涯的长远的发展; 更严重的是, 这些以得过且过的态度来对待自己专业的学生, 他们的survive其实是以透支大学的信誉为代价的 -- 如果我们一定比例的毕业生都是这种情况, 那么过不了多久, 不但那些混到毕业的学生也没那么容易survive了, 而且那些真正自己刻苦努力的学生, 他们的前途也会受到影响. -- etone
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实验方案
理解"程序如何在计算机上运行"的根本途径是实现一个真正的计算机系统, 但这需要很长的开发周期, 不适宜作为教学实验. 南京大学计算机科学与技术系 计算机系统基础 课程的小型项目(Programming Assignment, PA)将指导学生实现一个功能完备(但经过简化)的x86模拟器NEMU(NJU EMUlator), 通过实现NEMU来探究 程序在计算机上运行 的机理. NEMU受到了QEMU的启发, 结合了GDB调试器的特性, 并去除了大量与课程内容差异较大的部分. PA包括一个准备实验(配置实验环境)以及4部分连贯的实验内容:
- 简易调试器
- 指令系统
- 存储管理
- 中断与I/O
实验环境
- CPU架构: x86-64 or x86-32
- 操作系统: GNU/Linux(推荐ubuntu)
- 编译器: GCC（4.*版本:推荐4.7 or 4.8）
- 编程语言: C语言
如何获得帮助
在学习和实验的过程中, 你会遇到大量的问题. 除了参考课本内容之外, 你需要掌握如何获取其它参考资料.
但在此之前, 你需要适应查阅英文资料. 和以往程序设计课上遇到的问题不同, 你会发现你不太容易搜索到相关的中文资料. 回顾计算机科学层次抽象图, 计算机系统基础处于程序设计的下层, 这意味着, 懂系统基础的人不如懂程序设计的人多, 相应地, 系统基础的中文资料也会比程序设计的中文资料少.
如何适应查阅英文资料? 方法是尝试并坚持查阅英文资料.
搜索引擎, 百科和问答网站
为了查找英文资料, 你应该使用下表中推荐的网站:
| 搜索引擎 | 百科 | 问答网站 | |
|---|---|---|---|
| 推荐使用 | 这里有google搜索镜像 | http://en.wikipedia.org | http://stackoverflow.com |
| 不推荐使用 |
一些说明:
- 一般来说, 百度对英文关键词的处理能力比不上Google.
- 通常来说, 英文维基百科比中文维基百科和百度百科包含更丰富的内容. 为了说明为什么要使用英文维基百科, 请你对比词条
前束范式分别在百度百科, 中文维基百科和英文维基百科中的内容. - stackoverflow是一个程序设计领域的问答网站, 里面除了技术性的问题(What is ":-!!" in C code?)之外, 也有一些学术性(Is there a regular expression to detect a valid regular expression?)和历史相关的问题(Why is the linux kernel not implemented in c++?).
官方手册
官方手册包含了查找对象的所有信息, 关于查找对象的一切问题都可以在官方手册中找到答案. 通常官方手册的内容十分详细, 在短时间内通读一遍基本上不太可能, 因此你需要懂得"如何使用目录来定位你所关心的问题". 如果你希望寻找一些用于快速入门的例子, 你应该使用搜索引擎.
这里列出一些本课程中可能会用到的手册:
- Intel 80386 Programmer's Reference Manual (人手一本的i386手册)
- GCC 4.7.4 Manual
- GDB User Manual
- GNU Make Manual
- System V ABI for i386
- On-line Manual Pager (即man, 这里有一个入门教程)
GNU/Linux入门教程
jyy为我们准备了一个GNU/Linux入门教程, 如果你是第一次使用GNU/Linux, 请阅读这里.