2020-2021第一学期20202431《网空导论》第二周学习总结

2020-2021第一学期20202431《网空导论》第二周学习总结**

4.1 计算机和电学

任何电信号都有电平。

4.2 门

门（gate）：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（circuit）：相互关联的门的组合，用于实现特定的逻辑函数。

布尔代数（Boolean algebra）：表示二值逻辑函数的数学表示法

逻辑框图（logic diagram）：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（truth table）：列出了所有可能输入值和输出值的表。

布尔代数的性质

性质	与	或
交换律	AB=BA	A+B=B+A
结合律	(AB)C=A(BC)	(A+B)+C=A+(B+C)
分配律	A(B+C)=(AB)+(AC)	A+(BC)=(A+B)(A+C)
恒等	A1=A	A+0=A
补	A(A')=0	A+(A')=1
德?摩根定律	(AB)'=A' OR B'	(A+B)'=A'B'

门的6种类型：

非（NOT）门

与（AND）门

或(OR)门

异或（XOR)门

与非（NAND)门

或非（NOR）门

非门将对它的唯一输入值求逆。如果两个输入值都是1，与门将生成1。如果一个输入值是1，或者两个输入值都是1，或门将生成1。如果只有一个输入值是1，而不是两个，异或门将生成1。与非门生成的结果和与门生成的相反。或非门生成的结果和或门生成的相反。

4.3 门的构造

晶体管（transistor）：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（semiconductor）：既不是良导体也不是绝缘体的材料。

晶体管具有三个接线端，即源极、基极和发射极。

4.4 电路

组合电路（combinational circuit）：输出仅为输入值决定的电路。

时序电路（sequential circuit）：输出是输入值和电路当前状态的函数的电路。

电路等价（circuit equivalence）：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（adder）：对二进制值执行加法运算的电路。

半加器（half adder）：计算两个数位的和并生成正确进位的电路。

全加器（full adder）：计算两个数位的和，并考虑进位输入的电路。

多路复用器（multiplexer）：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。

多路分配器是执行相反操作的电路。

4.6 集成电路

集成电路（integrated circuit）：又称芯片（chip)，是嵌入入了多个门的硅片。

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第5章 计算部件

5.1 独立的计算机部件

在计算机中，会有一个称为时钟的部件几种生成一系列电脉冲，来保证所有动作的协调。处理器和外界的主要连线称为前端总线（FSB)。随机访问储存器（RAM），也被称为主储存器。共享意味着两个处理器都能访问这个储存器。硬盘驱动器是计算机二级存储器。

5.2 存储程序的概念

冯·诺依曼体系结构

1.冯·诺依曼体系结果

·存放数据和指令的内存单元

·对数据执行算数和逻辑运输按的算数逻辑单元

·把数据从外部世界转移到计算机中的输入单元

·把结果从计算机内部转移到外部世界的输出单元

·担当舞台总监，确保其他部件都参与了表演的控制单元

（1）内存

内存是存储单元的集合，每个存储单元有一个唯一的物理地址。每个存储单元能存放1或0。

可编址性： 内存中每个可编址位置存储的位数。

（2）算数/逻辑单元

算数/逻辑单元：执行算术计算和逻辑运算的计算机部件。

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。

（3）输入/输出单元

输入单元：接受哟啊存储在内存中的数据的设备

输出单元 ：一种设备，用于把存储在内的内存中的数据打印或显示出来，或者吧存储在内存货其他设备中的信息制成一个永久副本。

（4）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 ：存放下一套要执行的指令的地址的寄存器

中央处理器 ：算数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”

这些组成部分由一组电线连接在一起，这组电线被称为总线，数据通过总线在计算机中传递。每条总线携带三种信息：地址、数据和控制信息。

总线宽度：可以在总线上并行传输的位数。

因为访问内存的速度星币处理器的运算速度要慢很多，因此许多框架提供了缓存。缓存是用来存储经常使用的数据的小容量内存，它的访问速度很快。

流水线是一种加速读取-执行周期的技术。

在个人计算机中，冯·诺依曼的部件物理驻留在一个印刷电路板上，这个电路板被称为主板。

2.读取-执行周期

（1）读取下一条指令

程序计数器存放的是下一套要执行的指令的地址，因此控制单元将访问程序计数器中指定的内存地址，复制其中的内容，把副本放入指令寄存器中。

在一条指令必须从内存读取额外指令才能执行的情况下，算术/逻辑单元将一个地址送往内存总线，内存会进行相应并将特定位置的值返回。

（2）破解指令

控制单元必须确定它是什么指令。可能是访问来自输入设备的数据的指令，也可能是把数据放松到输出设备的指令，还可能是对数值执行某种运算的指令。

（3）如果需要，获取信息

（4）执行指令

一旦译解了指令并且读取了操作数，控制单元九尾执行指令做好了准备。执行指令要把信号发送给算术逻辑单元以执行处理。在把一个数加到一个寄存器中内容的情况下，操作数将被发送给ALU，加到寄存器中的内容上。

3.RAM和ROM

RAM是随机存取存储器的缩写，这是一种每个存储单元都能被直接访问的内存。

ROM是只读存储器的缩写，ROM中的内容不能改，存储操作不能改变它们。

RAM有易失性，而ROM则没有。

4.二级存储设备

（1）磁带

磁带驱动器有一个严重的缺点，访问磁带中间的数据，则必须访问这个数据之前的所有数据并丢弃它们。

（2）磁盘

磁盘驱动器是CD播放器和磁带录音机的混合物。

磁道：磁盘表面的同心圆。

扇区：磁道表面的一个区。

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 ：把指定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。

（3）CD和DVD

CD是光盘的缩写。

CD的数据是均匀分布在整个光盘上的。

DVD存在多种形式：DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW。R意思是可记录的，RW意思是可重写的，DL意思是双层。

（4）闪存

闪存被用于制作固态硬盘（SSD），固态硬盘能够直接取代普通硬盘。

5.触摸屏

触摸屏并非只能检测到触摸，它还能知道触摸屏幕的位置。

电阻式触摸屏

电容式触摸屏（戴手套时不行）

红外触摸屏

表面声波

三、嵌入式系统

嵌入系统作为大型系统的一部分，是为完成小范围功能而专门设计的计算机。

嵌入式系统这一术语是很模糊的。

四、并行体系结构

1 .并行计算

并行计算有四种一般的形式：位级、指令级、数据级和任务级。

位级的并行是基于增加计算机的字长。

指令级的并行是基于程序中的某些指令能够同时独立地进行。

数据级并行基于同一组指令集能同时对不同的数据集执行。

任务级的并行是基于不同的处理器能在相同或不同的数据集上执行不同的操作。

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

多核处理器：有多个独立的核心，它们通常是中央处理。

超标量处理器：能向执行单位发出多条指令。

多核心处理器：能向不同的执行单元发出不同的指令。

对称多处理器包含多个相同的核心。

大规模并行处理器：由许多能访问网络的处理器通过专用网络相连而形成的计算机