2019-2020-1学期 20202420《网络空间安全专业导论》第二周学习总结
第4章：门与电路
本章内容：探讨计算机如何使用电信号来表示和操作这些二进制值
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，生成一个输出信号
电路：相互关联的门的组合，用于实现特定的逻辑函数
描述门与电路的方法：
1.布尔代法：表示二进制逻辑函数的数学表示法
2.逻辑框法：电路的图形化表示，每种类型的门都有自己的专用的符号
3.真值表：列出了所有可能的输入值和相关的输出值的表
门
学习六种类型的门
门所接受的输入信号正是之前二进制所了解到的高、低电平，一般来说，02伏的电压是低电平又二进制数字0来表示，25伏的电压是高电平，由二进制数字1来表示。
非门所代表的是将输入的高电平转换成低电平的逻辑门，同理它也可以将低电平转换成高电平，总结起来就是输出反信号，所以它有时也被叫做逆变器，与其他五个门不同的是它只有一个输入值。
与门拥有两个输入信号，当两个输入信号都为高电平（1）输出的值才为高电平（1），其他情况输出的都为低电平（0）。
或门在输入都为0的时候输出是0；否则输出为1.
异或门又叫做同或门，只有在两个输入信号相同时才会输出0；否则输出为1。
与非门可以看作是与运算求逆，与非门和与门输入值相同时，输出值相反。
或非门同理或非门相当于是对或运算的求逆。
门的构造
门使用晶体管建立输入值和输出值之间的映射。
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：制成晶体管的材料，岂不是良导体也不是绝缘体。
电路
组合电路：输出仅由输入值决定的电路
时序电路：输出值是输入值和电路当前状态的函数的电路
电路等价：对应每个输入值组合，两个电路都生成而安全相同的输出。
德·摩根定律：对两个变量的与操作的结果进行非操作，等于对每个变量进行非操作后再对它们进行或操作；对两个变量的或操作进行非操作，等于对每个变量进行非操作后在对它们进行与操作。
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。
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：使用一些控制信号决定用那条输入数据线发送输出信号的电路。
集成电路：又称芯片，是嵌入了多个门的硅片
| 缩写 | 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 |
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。
第五章：计算部件
1.独立的计算机部件
计算机中有很多部件，其中就包括中央处理器（CPU）、显示器、随机访问存储器（RAM）、DVD等，这些部件共同辅助着电脑满足人们的办公生活娱乐需求。
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
存储程序的概念
①冯·诺伊曼体系结构
特征
处理信息的部件独立存在于存储信息的部件
实现数据和操作数据的指令的逻辑一致性，而且他们能存储在一起
是最常见的，也存在其他体系结构
内存
-
可编址性:内存中每个可编址位置存储的位数
内存中每个单元都是从0开始连续进行编号的。
算术/逻辑单位
2.算数/逻辑单元（ALU）
执行基本的算术运算，如二位数的加减乘除。也可进行逻辑运算，如与运算，或运算和非运算。
大多数现代算数/逻辑单元（ALU）都有少量的特殊存储单元称为寄存器。
1.寄存器：CPU内一小块存储区域，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（IR):存放当前正在执行的指令的寄存器
- 程序计数器(PC):存放下一条要执行的指令的地址的寄存器
- 中央处理器(CPU):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:
- 读取下一条指令
- 译解指令
- 如果需要,获取数据
- 执行指令
③RAM和ROM
RAM是随机存取存储器的缩写,ROM是只读存储器的缩写.
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(大容量存储设备)
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（光盘）和DVD
闪存，或称为U盘，由IBM公司引进，是一种可写入可擦除的非易失性计算机存储器。
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.
遇到的问题:对于具有更多输出的门的运用还不够熟练，甚至不够了解
总结:这两章出现了很多专业名词，有的对我们来说比较熟悉如CPU,CD等，但大部分都是需要记忆的新词语。通过学习计算机中最基础的硬件元件，对计算机的运行机制进一步加深了理解，对于计数系统和数据表示法有初步的理解后，对数据的处理和部分计算机硬件进行初步的探索。当然也还有需要学习的不太理解的地方和概念。
