2021-2022-1学期 20212303 《网络空间安全导论》第二周学习总结

第三部分 硬件层

第四章 门和电路

4.1计算机和电学

计算机中的信号被限制在低电平和高电平两种状态，对应0和1

门

一种设备：对电信号执行基本运算，接受一个或多个信号，生成输出一个信号

电路

一种组合：相互关联的门，实现特定的逻辑函数

布尔代数

二值逻辑函数数学表达法

逻辑框图

用专有符号对电路进行形象表示

真值表

输入值和输出值的组合表

4.2 门

4.3门的构造

晶体管

作为导线和电阻器的设备，由输入信号的电平决定它的作用

半导体

每个半导体（三极管）有源极 基极 发射极
基级信号是高电平 源极信号将被接地，关闭晶体管

4.1电路

组合电路

输出值仅由输入值决定

时序电路

输出是输入值和电路当前状态的函数

用布尔表达式对电路进行化简计算

电路等价

加法器

对二进制值执行加法运算的电路

半加器

计算两个数位的和并生成正确进位的电路

多路复用器

使用一些输入控制信号决定用那条输入数据线发送输出信号的电路
一般来说，n条输入控制线的二进制值决定了2^n条数据线中的那一条作为输出

4.5储存器电路

S-R锁存器

控制S R的值，电路就可以储存0或1

4.6集成电路

集成电路又称芯片，是嵌入了多个门的芯片
超大规模集成电路有着很高的门，引脚比，就是 把很多门组合在一起，创建复杂的电路只需要很少的输入值和输出值。即多路复用器

4.7CPU芯片

每个CPU芯片都有大量的引脚，计算机系统所有通信都是通过这些引脚完成的。

小结

门和电路指明了计算机如何通过控制最底层的电流进行运算，二进制信息的计算机只关注两个电平，分别表示0或1.电流由GATE（门）来操作，执行基本的逻辑运算。
把一个门的输出作为另一个门的输入可以把门组合成电路，设计电路可以创建出多路复用，储存数据的设备。
门的集合（完整电路）通常被放在一个集成电路中，这引出了CPU的概念。

第五章 计算部件

计算机部件可以组合成各种各样的计算机

5.1独立的计算机部件

1. 中央处理单元
   2.FSB前端总线：处理器和外部的主要连线
   3.缓存cache：集成在处理其内部的小型的，快速的储存介质。处理器许多准备从内存中读取的请求内容都能从缓存中找到，当缓存中没有时才使用前端总线。
   4.显示器：
   5：图形处理器（GPU）：通常是一个独立的计算机，减轻CPU的负担，它的内存容量越大，越能完成复杂的图像处理，支持外部显示设备。
   6.随机访问储存器RAM，主储存器，内存的每一字节都能被直接访问而不需要依次访问。
   7.硬盘驱动器：计算机的二级储存器，即辅助储存器。

5.2储存程序的概念

5.2.1冯诺依曼体系结构

处理信息的部件独立于储存信息的部件
内存单元：存放数据和指令
算数、逻辑单元：对数据执行算数和逻辑运算
输入，输出单元：交换信息
控制单元：确保各部件参与，起监督任务

内存

内存是储存单元的集合，每个储存单元有一个唯一的物理地址。
可编址性:内存中每个可编址位置储存的位数
字节中的位都是从右到左编号的

算数，逻辑单元（ALU）

计算机的字长是该单元一次能处理的位数.
ALU操作的是字，大多数ALU都有寄存器（CPU中的一小块区域，用来储存中间值或特殊数据）用于存放立即会被用到的信息。

输入输出单元

计算机与外部世界沟通的渠道

控制单元

掌管着读取执行周期，是计算机中的组织力量
IR指令寄存器：存放当前正在执行的指令的寄存器
PC程序计数器：存放下一条要执行的指令的地址的计数器
总线宽度：可在总线上并行传输的位数
缓存：储存常用数据的小型高速储存器
流水线：加速读取，执行周期的技术，将一条指令分解成更小的步骤
主板：计算机的主电路板

5.2.2读取-执行周期

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

5.2.3RAM和ROM

RAM是随机存取储存器，每个储存单元都能被直接访问的内存
ROM只读储存器，这里的内容不能修改，是永久的。储存计算机启动自身需要的指令。

5.2.4二级储存设备

磁带 磁盘 CD、DVD U盘

5.2.5触摸屏

电阻式
电容式
红外
表面声波

5.3嵌入式系统

物理嵌入产品执行特殊功能不被终端用户修改的计算机

5.4并行体系结构

5.4.1并行计算

位级：增加计算机的字长，现今的趋势是使用64位处理器
指令级：基于处理相互无关同时进行的数据。超标量体系结构机器没有多个处理器而是有多个执行资源
数据级：同一组指令级能同时对不同的数据集执行，即对不同数据集实行同一操作，例如增加图片亮度。
任务级：不同处理器像流水线工人执行不同任务，但可以共享本地内存，即共享内存并行处理器。

5.4.2并行硬件分类

现在的计算机是多核处理器，对称多处理器等的集合