华中科技大学计算机系统基础实验报告

计算机系统基础实验报告主要涵盖了计算机内部数据的表示和处理，其中包含了位操作、补码运算以及浮点数操作等核心概念。以下是对这些知识点的详细解释： 1. **数据表示**： - 在计算机中，整数和浮点数是以二进制编码形式存储的。整数通常使用原码、反码和补码来表示正负数值，而浮点数则遵循IEEE 754标准，包含符号位、指数和尾数三部分。 - 位操作是计算机底层运算的基础，包括位移（左移和右移）、按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）和按位非（~）等操作。 2. **位操作**： - `lsbZero`函数展示了如何利用位移操作设置一个整数的最低有效位为0。通过右移1位然后左移1位，可以实现该功能，这是因为右移会丢失最低位，而左移会填充0。 3. **补码运算**： - 补码运算在计算机中用于表示和操作负数。例如，`byteNot`函数通过与操作实现了对给定字节的位反转。将0xff左移与n相关的位数，然后与x进行异或，这样可以将每个位取反，因为0xff的每一位都是1。 4. **浮点数操作**： - 浮点数的比较通常比整数复杂，因为要考虑指数和尾数。`byteXor`函数用于比较两个数的第n个字节是否相同，如果不同则返回1，相同返回0。通过位移操作提取出第n个字节，然后进行异或操作并转换为逻辑值。 5. **其他位运算**： - `logicalAnd`函数模拟了逻辑与操作，即`x && y`。在C语言中，可以使用按位与运算符（&）来实现这个功能，因为对于非零值，按位与任何非零值都会得到原始值，而对于零值，结果始终为零。 6. **Binary Bombs**： - Binary Bombs通常是一种教学工具，它是一系列程序，每个程序都有多个阶段，每个阶段都需要正确地执行特定的位运算或计算才能继续。学生需要通过调试和分析二进制代码来解决这些问题，从而深入理解计算机系统底层的工作原理。 7. **缓冲区溢出攻击**： - 缓冲区溢出是计算机安全领域的一个重要概念，当程序试图写入超过分配内存空间的数据时，可能会覆盖相邻的数据区域，如返回地址，从而导致安全漏洞。学习如何检测和防止缓冲区溢出是计算机系统安全的基础。 这些实验不仅有助于理解和掌握计算机系统的基础知识，还提供了实践经验，帮助学生发现并解决实际问题，提升他们的编程技巧和问题解决能力。通过这样的实验，学生能够更好地理解计算机内部是如何处理和存储信息的，这对于未来的软件开发和系统设计至关重要。