《计算机系统基础》课程实验教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：16165104 课程名称：计算机系统基础 英文名称：Introduction of Computer System 实验总学时：26 适用专业：软件工程 课程类别：学科基础课 先修课程：C语言 二、实验教学的总体目的和要求 1、对学生的要求：要求同学们通过对课程的学习了解和使用，能够学握一台计 算机系统的结构，并依靠虚拟实验平台以及汇编语言环境独立完成系统的部分设 计、调试任务 2、对教师的要求： 教师在指导实验前， 应先对本实验的内容和步罪 分 解 否则应先辅助其他教师从事该实验的辅导工作，然后才能直接指导本班学生的实 验指导。对学生应重复强调遵守实验室纪律的重要性，切实做好实验室的用电安 全和实验设备的安全。每次实验过后，要及时要求学生提交实验报告，并给予认 真的批改。 3、对实验条件的要求：每人配有一台具有1iux环境的台式计算机，可以连接 到互联网。 4、教学目的：结合当前国情，我国严重缺乏计算机核心技术，因此，通过本实 验课程的学习，同学们务必建立起学好计算机、增强计算机核心技术竟争力， 为国家强大而努力学习的伟大志愿。 三、实验教学内容 实验项目一 实验名称：熟悉linux下gcc等编译工具
《计算机系统基础》课程实验教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：16165104 课程名称：计算机系统基础 英文名称: Introduction of Computer System 实验总学时：26 适用专业：软件工程 课程类别：学科基础课 先修课程：C 语言 二、实验教学的总体目的和要求 1、对学生的要求：要求同学们通过对课程的学习了解和使用，能够掌握一台计 算机系统的结构，并依靠虚拟实验平台以及汇编语言环境独立完成系统的部分设 计、调试任务。 2、对教师的要求：教师在指导实验前，应先对本实验的内容和步骤十分了解， 否则应先辅助其他教师从事该实验的辅导工作，然后才能直接指导本班学生的实 验指导。对学生应重复强调遵守实验室纪律的重要性，切实做好实验室的用电安 全和实验设备的安全。每次实验过后，要及时要求学生提交实验报告，并给予认 真的批改。 3、对实验条件的要求：每人配有一台具有 linux 环境的台式计算机，可以连接 到互联网。 4、教学目的：结合当前国情，我国严重缺乏计算机核心技术，因此，通过本实 验课程的学习，同学们务必建立起学好计算机、增强计算机核心技术竞争力， 为国家强大而努力学习的伟大志愿。 三、实验教学内容 实验项目一 实验名称：熟悉 linux 下 gcc 等编译工具
实验内容： 1、源代码转换成可执行代码 2、gcc常用编译选项说明、objdump的使用 3、观察不同数据类型对应汇编代码的差别 4、对给出的三段c语言源代码，分别完成编译形成.s汇编文件，完成汇编 形成.0目标文件，并试着分别建立相应主程序以便生成可执行文件。 实验性质：验证性 实验学时：4 实验目的与要求： 1、学习使用gcc、objdump 2、认识汇编代码、机器代码 实验条件：计算机、linux系统 研究与思考l:linux下的gcc和window下的VC的异同。 研究与思考2：无论linux下的gcc还是window下的VC都是来自国外，不是我 国自主研发的软件，我国经济飞速发展，但一些重要领域的核心技术还是严重 缺乏的，同学们可以在实验中同时研究下这些基础软件的设计思想。 实验项目二 实验名称：数据实验 实验内容： 修改bits.c使其能够通过btest程序中的所有测试，而又没有违反任何 编码要求。具体地，按要求改bits.c,然后 1,./make 生成可执行文件：btest,fshow,ishow 其中btest在每次修改bits.c后需重新编译，即./make btest 2,unix>./dlc bits.c
实验内容： 1、源代码转换成可执行代码 2、gcc 常用编译选项说明、objdump 的使用 3、观察不同数据类型对应汇编代码的差别 4、对给出的三段 c 语言源代码，分别完成编译形成.s 汇编文件，完成汇编 形成.o 目标文件，并试着分别建立相应主程序以便生成可执行文件。 实验性质：验证性 实验学时：4 实验目的与要求： 1、 学习使用 gcc、objdump 2、 认识汇编代码、机器代码 实验条件：计算机、linux 系统 研究与思考 1：linux 下的 gcc 和 window 下的 VC 的异同。 研究与思考 2：无论 linux 下的 gcc 还是 window 下的 VC 都是来自国外，不是我 国自主研发的软件，我国经济飞速发展，但一些重要领域的核心技术还是严重 缺乏的，同学们可以在实验中同时研究下这些基础软件的设计思想。 实验项目二 实验名称：数据实验 实验内容： 修改 bits.c 使其能够通过 btest 程序中的所有测试，而又没有违反任何 编码要求。具体地，按要求改 bits.c，然后 1，./make 生成可执行文件：btest，fshow，ishow 其中 btest 在每次修改 bits.c 后需重新编译，即./make btest 2，unix> ./dlc bits.c
用dlc编译器自动检验bits.c与编码要求的一致性 3,unix>./btest Btest.通过在每个函数上运行很多测试样例来检测代码正确性。每题有 不同分值，btest会显示打分结果： “Total points:?/41” 实验性质：设计性 实验学时：6 实验目的与要求： 要求学生灵活应用简单的逻辑函数、补码及浮点数函数，但是只能使用 非常有限的一个函数子集。例如，要求只使用位级操作和顺序结构代码来计 算一个数的绝对值。该实验可以帮助学生理解C语言中各种数据类型的位级 表示、补码运算、IEEE浮点标准格式以及对数据进行位级操作的行为表现。 实验条件：计算机、linux系统 研究与思考：对计算机中数据表示及算术运算有深刻理解是写出可靠程序的关 键。 实验项目三熟悉gdb 实验名称：程序调试工具gd此 实验内容： I、建立程序，并编译，生成可执行程序swapprog 2、使用gdb调试运行swapprog 3、对于给出的未知行为的可执行文件tt(无源代码提供)，通过gdb和 objdump工具分析程序的行为 提示：比等特用户输入两组正确信息，如输入正确，将输出：“成功打破 壁垒！为祖国崛起而奋斗！”，否则输出：“失败！”。 实验性质：设计性（验证性、综合性、设计性和创新性） 实验学时：4 实验目的与要求：
用 dlc 编译器自动检验 bits.c 与编码要求的一致性 3，unix> ./btest Btest 通过在每个函数上运行很多测试样例来检测代码正确性。每题有 不同分值，btest 会显示打分结果：“Total points：?/41” 实验性质：设计性 实验学时：6 实验目的与要求： 要求学生灵活应用简单的逻辑函数、补码及浮点数函数，但是只能使用 非常有限的一个函数子集。例如，要求只使用位级操作和顺序结构代码来计 算一个数的绝对值。该实验可以帮助学生理解 C 语言中各种数据类型的位级 表示、补码运算、IEEE 浮点标准格式以及对数据进行位级操作的行为表现。 实验条件：计算机、linux 系统 研究与思考：对计算机中数据表示及算术运算有深刻理解是写出可靠程序的关 键。 实验项目三 熟悉 gdb 实验名称：程序调试工具 gdb 实验内容： 1、建立程序，并编译，生成可执行程序 swapprog 2、使用 gdb 调试运行 swapprog 3、对于给出的未知行为的可执行文件 tt（无源代码提供），通过 gdb 和 objdump 工具分析程序的行为。 提示：tt 等待用户输入两组正确信息，如输入正确，将输出：“成功打破 壁垒！为祖国崛起而奋斗！”，否则输出：“失败！”。 实验性质：设计性（验证性、综合性、设计性和创新性） 实验学时：4 实验目的与要求：
1、学习使用调试工具gdb 2、通过gdb和ob jdump工具的使用，找到程序在栈中己存在的数据或者汇 编代码本身的代码逻辑，加深对汇编代码的理解，加深对栈在程序运行中的 重要作用的理解。 实验条件：计算机、linux系统 研究与思考：程序调试的方法和技巧。 实验项目四 实验名称：二进制炸弹实验 实验内容： 二进制炸弹是作为一个日标代码文件提供给学生们的程序，运行时，它 提示用户输入6个不同的字符串。如果其中任何一 个不正确，炸弹就会 炸”：打印出一条错误信息。学生通过反汇编和逆向工程来确定是哪六个字 符串，从而解除他们各自炸弹的雷管。 实验性质：综合性 实验学时：12 实验目的与要求： 1、熟练掌握调试用具的使用，能够灵活的设置断点、分析程序的执行过程： 2、通过跟踪机器代码的执行，使学生理解机器语言，掌握栈的具体作用。 实验条件：计算机、linux系统 研究与思考：栈在程序跟踪中的关键作用。 四、考核方式 考察：考勒50%+实验报告50% 五、推荐实验教材和学参考书 参考书：《深入理解计算机系统（原书第二版）》，Randal E.Bryant&David R.0'Hallaron著，龚奕利&雷迎春译.机械工业出版社，第二版(2014年) 参考网站：http:/csapp.cs.cmu.edu
1、 学习使用调试工具 gdb 2、 通过 gdb 和 objdump 工具的使用，找到程序在栈中已存在的数据或者汇 编代码本身的代码逻辑，加深对汇编代码的理解，加深对栈在程序运行中的 重要作用的理解。 实验条件：计算机、linux 系统 研究与思考：程序调试的方法和技巧。 实验项目四 实验名称：二进制炸弹实验 实验内容： 二进制炸弹是作为一个目标代码文件提供给学生们的程序，运行时，它 提示用户输入 6 个不同的字符串。如果其中任何一个不正确，炸弹就会“爆 炸”：打印出一条错误信息。学生通过反汇编和逆向工程来确定是哪六个字 符串，从而解除他们各自炸弹的雷管。 实验性质：综合性 实验学时：12 实验目的与要求： 1、熟练掌握调试用具的使用，能够灵活的设置断点、分析程序的执行过程； 2、通过跟踪机器代码的执行，使学生理解机器语言，掌握栈的具体作用。 实验条件：计算机、linux 系统 研究与思考：栈在程序跟踪中的关键作用。 四、考核方式 考察：考勤 50% + 实验报告 50% 五、推荐实验教材和教学参考书 参考书：《深入理解计算机系统（原书第二版）》，Randal E. Bryant & David R. O’Hallaron 著，龚奕利 & 雷迎春 译. 机械工业出版社，第二版（2014 年） 参考网站：http://csapp.cs.cmu.edu
六、其他需说明的 大纲修订人：刘辉 修订日期：2020-12-20 大纲审定者：许波 审定日期：2022年1月
六、其他需说明的 大纲修订人： 刘辉 修订日期: 2020-12-20 大纲审定者： 许波 审定日期: 2022 年 1 月