About this course: 本课程主要介绍高级语言程序中的数据类型及其运算、语句和过程调用等是如何在计算机系统中实现的。主要包含三个主题：（1）表示。不同数据类型（如带符号整数、无符号整数、浮点数、数组、结构等）数据在寄存器或存储器中的表示和存储；指令的格式、编码及其在存储器中的存储；存储地址（指针）的表示。（2）转换。高级语言程序中的过程（函数调用）、循环、选择等语句与机器级代码之间的对应关系。（3）链接。多个可重定位目标文件如何链接生成可执行目标文件并加载到系统中。 通过本课程的学习，使学习者能从程序员角度认识计算机系统，能够建立高级语言程序、ISA、OS、编译器、链接器等之间的相互关联，对指令在硬件上的执行过程和指令的底层硬件执行机制有一定的认识和理解，从而增强在程序调试、性能提升、程序移植和健壮性等方面的能力，并为后续的“计算机组成与设计”、“操作系统”、“编译原理”、“计算机体系结构”等课程打下坚实基础。 学完本课程后，学习者将对以下问题有比较深刻的认识，并能解决相关实际问题。 ----程序中处理的数据在机器中如何表示和运算？ ----程序中各类控制语句对应的机器级代码结构是怎样的？ ----多个程序模块是如何链接起来形成可执行目标文件的？ ----机器级代码及构成机器级代码的指令是如何在机器上执行的？
Created by: Nanjing University
Taught by: 袁春风, 教授
计算机科学与技术系
| Commitment | 3-5 hours/week |
| Language | Chinese (Simplified), Subtitles: English |
| How To Pass | Pass all graded assignments to complete the course. |
| User Ratings |
Syllabus
WEEK 1
WEEK1
首先，通过介绍C语言程序的具体实例，来说明高级语言程序的执行结果与编程语言之外的计算机系统其他方面有关，从而使学生明白为何要学习“计算机系统基础”课程；然后，介绍计算机系统基本组成与基本功能、程序开发和执行过程、计算机系统层次结构等概述性内容；最后，简要说明本课程的主要学习内容。
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- Video: W1-1 C语言程序举例
- Video: W1-2-1 冯•诺依曼结构主要思想
- Video: W1-2-2 现代计算机结构模型及工作原理
- Video: W1-3-1 从机器语言到高级编程语言
- Video: W1-3-2 程序的开发和执行及其支撑环境
- Video: W1-4-1 编程语言和计算机系统层次
- Video: W1-4-2 现代计算机系统的层次结构
- Video: W1-5 本课程的主要学习内容
- Peer Review: 第1周 计算机系统概述
Graded: 第1周 计算机系统概述
WEEK 2
WEEK2
首先，介绍进位计数制和编码的基本概念；然后，介绍定点数的编码表示，在此基础上介绍带符号整数和无符号整数的表示；接着，介绍浮点数的编码表示，主要包括IEEE 754单精度和双精度浮点格式标准；随后介绍逻辑值、西文字符和汉字等非数值数据的编码表示；最后，介绍数据的宽度和存储。
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- Video: W2-1-1 10进制数和2进制数
- Video: W2-1-2 2,8,10,16进制数之间的转换
- Video: W2-2-1 原码和移码表示
- Video: W2-2-2 模运算系统和补码表示
- Video: W2-2-3 补码和真值的对应关系
- Video: W2-3-1 无符号整数和带符号整数
- Video: W2-3-2 C语言程序中整数举例
- Video: W2-4-1 浮点数的表示范围
- Video: W2-4-2 IEEE 754中规格化数的表示
- Video: W2-4-3 IEEE 754中特殊数的表示
- Video: W2-5 非数值数据的编码表示
- Video: W2-6 数据宽度和存储容量的单位
- Video: W2-7 数据存储时的字节排列
- Peer Review: 第2周 数据的表示和存储
Graded: 第2周 数据的表示和存储
WEEK 3
WEEK3
首先，介绍布尔代数和数字逻辑电路的基础性内容；然后，介绍C语言中的按位运算以及逻辑运算；接着，介绍高级语言中的整数加减运算及其对应的底层实现电路。
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- Video: W3-1-1 布尔代数和基本逻辑电路
- Video: W3-1-2 无符号数加法器
- Video: W3-1-3 整数加, 减运算器和ALU
- Video: W3-2 从C表达式到逻辑电路
- Video: W3-3 C语言中的各类运算
- Video: W3-4-1 加减运算生成的标志信息
- Video: W3-4-2 加减运算溢出公式及举例
- Peer Review: 第3周 运算电路基础
Graded: 第3周 运算电路基础
WEEK 4
WEEK4
基于运算电路基础，介绍高级语言中的整数乘除运算与底层实现之间的关系；然后介绍浮点数的运算，特别是浮点运算中的精度问题。
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- Video: W4-1 整数乘法运算
- Video: W4-2 整数除法运算
- Video: W4-3-1 浮点加减运算
- Video: W4-3-2 浮点运算的精度
- Video: W4-3-3 浮点运算精度举例
- Peer Review: 第4周 乘除运算及浮点数运算
Graded: 第4周 乘除运算及浮点数运算
WEEK 5
WEEK5
首先，介绍高级语言程序与机器级代码之间的关系，以及机器级代码与指令集体系结构（ISA）的关系；然后，介绍IA-32指令系统的概述性内容，包括寄存器组织、寻址方式和指令格式等。
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- Video: W5-1-1 程序和指令的关系
- Video: W5-1-2 目标代码和ISA
- Video: W5-2-1 Intel处理器概述
- Video: W5-2-2 IA-32的寄存器组织
- Video: W5-2-3 IA-32的寻址方式
- Video: W5-2-4 高级语言程序中寻址举例
- Video: W5-2-5 IA-32机器指令格式
- Peer Review: 第5周 IA-32指令系统概述
Graded: 第5周 IA-32指令系统概述
WEEK 6
WEEK6
主要介绍IA-32指令系统中常用的几类指令，包括传送、定点算术运算、按位运算、控制转移、x87浮点运算指令，最后简要介绍了MMX及SSE指令集。
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- Video: W6-1-1 常用传送指令
- Video: W6-1-2 传送指令执行过程
- Video: W6-2-1 常用定点运算指令
- Video: W6-2-2 加法运算的底层实现举例
- Video: W6-2-3 加法指令和乘法指令举例
- Video: W6-3-1 逻辑运算和移位指令
- Video: W6-3-2 按位运算指令举例
- Video: W6-4-1 条件转移指令举例
- Video: W6-4-2 条件设置指令举例
- Video: W6-5-1 x87 FPU常用指令
- Video: W6-5-2 x87浮点处理指令举例
- Video: W6-6 MMX及SSE指令集
- Peer Review: 第6周 IA-32指令类型
Graded: 第6周 IA-32指令类型
WEEK 7
WEEK7
主要介绍C语言程序中各类语句被转换为机器级代码后的机器级表示，包括过程（函数）调用的机器级表示、选择和循环语句的机器级表示。
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- Video: W7-1-1 过程调用概述
- Video: W7-1-2 过程（函数）的机器级代码结构
- Video: W7-1-3 过程调用的参数传递
- Video: W7-1-4 过程调用举例
- Video: W7-1-5 递归过程调用举例
- Video: W7-1-6 过程调用举例
- Video: W7-2 选择结构的机器级表示
- Video: W7-3 循环结构的机器级表示
- Peer Review: 第7周 C语言语句的机器级表示
Graded: 第7周 C语言语句的机器级表示
WEEK 8
WEEK8
主要介绍C语言程序中数组和指针类型的分配和访问、结构和联合数据类型的分配和访问、数据的对齐存放。最后介绍越界访问和缓冲区溢出攻击。
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- Video: W8-1-1 数组的分配与访问
- Video: W8-1-2 数组与指针的关系
- Video: W8-1-3 指针数组和多维数组
- Video: W8-2-1 结构类型的分配和访问
- Video: W8-2-2 联合类型的分配和访问
- Video: W8-3-1 数据的对齐方式
- Video: W8-3-2 数据对齐方式举例
- Video: W8-4 越界访问和缓冲区溢出攻击
- Peer Review: 第8周 复杂数据类型的机器级表示
Graded: 第8周 复杂数据类型的机器级表示
WEEK 9
WEEK9
首先，介绍了x86-64指令系统的概述性内容；然后，介绍了与IA-32指令不同的几种x86-64基本指令；最后，介绍了x86-64中过程（函数）调用的具体的实现。
8 videos
- Video: W9-1-1 x86-64指令系统概述1
- Video: W9-1-2 x86-64指令系统概述2
- Video: W9-2-1传送指令
- Video: W9-2-2 算术逻辑运算指令
- Video: W9-2-3 x86-64逆向工程举例
- Video: W9-3-1 x86-64过程调用的参数传递方式
- Video: W9-3-2 x86-64过程调用举例
- Video: W9-3-3 IA-32和x86-64的比较举例
- Peer Review: 第9周 x86-64指令系统
Graded: 第9周 x86-64指令系统
WEEK 10
WEEK10
首先，介绍了在生成可执行文件的过程中所涉及到的概述性内容；然后，介绍了目标文件格式的基本内容；最后，分别介绍ELF文件格式中的可重定位文件格式（链接视图）和可执行文件格式（执行视图）。
8 videos
- Video: W10-1-1 可执行文件生成过程概述
- Video: W10-1-2 链接器的由来
- Video: W10-2-1 链接过程的本质
- Video: W10-2-2 目标文件的两种视图
- Video: W10-3-1 可重定位文件概述
- Video: W10-3-2 ELF头和节头表
- Video: W10-4-1 可执行文件概述
- Video: W10-4-2 程序头表和存储器映像
- Peer Review: 第10周 链接概述和目标文件格式
Graded: 第10周 链接概述和目标文件格式
WEEK 11
WEEK11
主要内容包括符号的概念、符号表的结构、静态库和静态链接、符号解析。
6 videos
- Video: W11-1-1 符号和符号表的基本概念
- Video: W11-1-2 全局符号的强弱特性
- Video: W11-1-3 多重符号定义举例
- Video: W11-2-1 静态共享库的创建
- Video: W11-2-2 符号解析过程
- Video: W11-2-3 链接顺序问题
- Peer Review: 第11周 符号及符号解析
Graded: 第11周 符号及符号解析
WEEK 12
WEEK12
主要内容包括符号的重定位、可执行文件的加载、共享库和动态链接以及位置无关代码（PIC）。
8 videos
- Video: W12-1-1 重定位的基本概念
- Video: W12-1-2 PC相对地址重定位
- Video: W12-1-3 绝对地址重定位
- Video: W12-1-4 符号重定位举例
- Video: W12-2 可执行文件的加载
- Video: W12-3-1 共享库和动态链接概述
- Video: W12-3-2 模块内引用和模块间数据引用
- Video: W12-3-3 模块间的调用或跳转
- Peer Review: 第12周 重定位及动态链接
Graded: 第12周 重定位及动态链接
Graded: 期末考试试题
FAQs
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Ratings and Reviews
太棒啦，讲的很详细，对于深入理解也起到了推动作用，比本校老师讲的好很多。
一开始我打了三星，后来决定改成五星，仔细想了一下，这门课还是很不错的，讲的很细，但是可能是不太适应mooc这个平台。具体表现形式为
1.内容非常多，难以消化
2.作业设置不能保证学习效果
特别是第二点。习惯了上mooc的我非常不习惯。
对于第一点来说的话。如果时间充足。可以一点一点看。时间不充足的话。最好是只看自己需要的部分。要不然会非常头疼的
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据说NJU的这门课主要部分是在实验，就像cmu一样，这里不提供lab，不过提供视频就不错啦，咱还是自己去cmu做lab吧
参照CSAPP学习
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非常好，不是计算机专业的，听起来还是很容易的，讲的很清晰。
第三周第一节课，有一个段话口误，把“或”说成了“与”，就是下面这段。
"所以这个输出完全是等于Ai，那么这个Ai 和刚才我们讲过的这个0，因为这样输入是0，所以这样输出是0。 和0相与输出来的结果当然就是0与上任何一个值 结果还是等于任何一个值，因为0在与门当中0就不起作用，完全取决于另外一个 是0输出就是0，"