2020-2021-1学期 20202427 《网络空间安全导论》第二周学习总结

2020-2021-1学期 20202427 《网络空间安全导论》第二周学习总结

一.门和电路

1.计算机和电学

一般说来，0-2V的电压是低电平，有二进制数字0表示，2~5V范围内的电压是高电平，由二进制数字1表示。计算机中的信号被限制在这两个范围之内

• 门：对电信号执行基本运算的设备，接受一个或多个输入信号，生产一个输出信号。
• 电路：相互关联的门的组合，用于实现特定的逻辑函数

描述门和电路的表示法有三种：

• 布尔代数：表示二值逻辑函数的数学表示法
• 逻辑框图：电路的图形化表示，每种类型的门有自己专用的符号
• 真值表：列出了所有可能的输入值和相关的输出值的表

2.门

由于处理的是二进制信息，所以每个输入和输出值只能是0（对应低电平信号）或1（对应高电平信号）。分析6种类型的门。

①非门

如果非门的输入值是0，那么输出值是1；如果输入值是1，则输出值是0。

②与门

如果与门的两个输入信号都是1，那么输出是1；否则，输出是0。

③或门

如果这两个输入值都是0，那么输出是0；否则，输出是1.

④异或门

当两个输入信号都是1时，或门生成1，而异或门生成0.

⑤与非门和或非门

与非门生成的结果和与门相反

或非门生成的结果和或门相反

3.门的构造

• 晶体管：作为导线或电阻器的设备，由输入信号的电平决定它的作用。
• 半导体：既不是良导体也不是绝缘体的材料，如硅。

用晶体管构造门

4.电路

• 组合电路：输出仅由输入值决定的电路
• 时序电路：输出时输入值和电路当前状态的函数的电路

表示方式：逻辑框图、真值表、布尔表达式

电路等价：对应每个输入值组合，两个电路都生成完全相同的输出。这种现象证明了布尔代数的分配率:A(B+C)=AB+AC

布尔代数的一些性质：

• 加法器：对二进制值执行假发运算的电路
• 半加器：计算两个数位的和并生成正确进位的电路
• 全加器：计算两个数位的和，并考虑进位输入的电路

多路复用器：使用一些输入控制信号决定用哪条输入数据线发送输出信号的电路。多路分配器时执行相反操作的电路

5.存储器电路

S-R锁存器：一个S-R锁存器存储一个二进制数字（1或0）.

6.集成电路

集成电路：又称芯片，是嵌入了多个门的硅片

编写	名称	门数量
SSI	小规模集成	1~10
MSI	中规模集成	10~100
LSI	大规模集成	100~100000
VLSI	超大规模集成	多于100000

7.CPU芯片

每个CPU芯片都有大量的引脚，计算机系统的所有通信都是通过引脚完成的。关于CPU的处理和它与其他设备之间的交互属于计算机处理的另一个分层，有时这个分层被称为构件体系结构。

二.计算部件

1.独立的计算机部件

五大组成部分:控制器（CU）、运算器(ALU)、存储器(Memory)、输入设备(Input)和输出设备(Output)。

三大核心组件:CPU、内存和硬盘

2.存储程序的概念

①冯·诺伊曼体系结构

一个主要特征是处理信息的部件独立于存储信息的部件

内存

• 可编址性:内存中每个可编址位置存储的位数

算术/逻辑单元

• 算术/逻辑单元:执行算术运算(加法,减法,乘法和除法)和逻辑运算(两个值的比较)的计算机部件
• 寄存器:CPU中的一小块存储区域,用于存储中间值或特殊数据

输入\输出单元

• 输入单元:接收要存储在内存中的数据的设备
• 输出单元:一种设备,用于把存储在内存中的数据打印或显示出来,或者把存储在内存或其他设备中的信息制成一个永久副本

控制单元

• 控制单元:控制其他部件的动作,从而执行指令序列的计算机部件
• 指令寄存器:存放当前正在执行的指令的寄存器
• 程序计数器:存放下一条要执行的指令的地址的寄存器
• 中央处理器:算术/逻辑单元和控制单元的组合,是计算机用于解释和执行指令的“大脑”.
• 总线宽度:可以在总线上并行传输的位数
• 缓存:一种用于存储数据的小型高速存储器
• 流水线:一种将指令分解为可以重叠执行的小步骤的技术
• 主板:个人计算机的主电路板

②读取-执行周期

四个步骤:

1. 读取下一条指令
2. 译解指令
3. 如果需要,获取数据
4. 执行指令

③RAM和ROM

RAM是Random-Access Memory(随机存取存储器)的缩写,ROM是Read Only Memory(只读存储器)的缩写.

RAM具有易失性,即关闭电源后,RAM不再保留它的位配置,但是ROM仍保留.

④二级存储设备(大量存储设备)

磁带:磁带驱动器

磁盘:磁盘驱动器

• 磁道:磁盘表面的同心圆
• 扇区:磁道的每个区
• 块:存储在扇区中的信息
• 寻道时间:读/写头定位到指定的磁道所花费的时间
• 等待时间:把指顶的扇区定位到读/写头之下所花费的时间
• 存取时间:开始读取第一个数据块之前花费的时间,即寻道时间和等待时间之和
• 传送速率:数据从磁盘传输到内存的速率
• 柱面:所有磁盘表面的同心磁道的集合

CD和DVD

闪存

⑤触摸屏

几种技术:电阻式触摸屏,电容式触摸屏,红外触摸屏,表面声波触摸屏

3.嵌入式系统

包含处理台式PC之外的几乎一切东西

4.并行体系结构

①并行计算

• 同步处理:多处理器将同一个程序应用于多个数据集
• 共享内存并行处理器:多个处理器共享整体内存的情况

②并行硬件分类

对称多处理器(SMP)包含多个核心.它们共享内存,并且通过一个总线相连.

问题及总结

第四章的内容较为隐晦难懂,但是结合物理上的一些知识可以让问题变得更容易理解,跨学科的联系是一种很好的思考方式.

在第五章的内容上,对于喜欢计算机的人来说会很容易理解,都是我门常见的一些性能参数,其中也有更深层次的原理介绍,帮助我们了解在参数背后的一些支撑设备,计算机能力的提升正是伴随着这些设备的升级.