2021-2022——1学期 20212304《网络空间安全专业导论》第二周学习总结

《计算机科学概论》第4,5章学习总结

目录

• 《计算机科学概论》第4,5章学习总结

  • 第四章：门和电路

    • 计算机和电学
    • 门
    • 门的构造
    • 电路
    • 存储器电路
    • 集成电路
    • CPU芯片

  • 第五章：计算部件

    • 独立的计算机部件
    • 存储程序的概念
      • 冯·诺伊曼体系结构.
      • 读取-执行周期的四个步骤：
      • RAM和ROM
      • 二级/辅助/大容量存储设备
      • 触摸屏
    • 嵌入式系统
    • 并行体系结构

  • 收获

  • 问题即解决过程

第四章：门和电路

计算机和电学

任何电信号都有电平。0-2伏的电压是低电平，由二进制数字0表示；2~5伏范围内的电压是高电平，由二进制数字1表示。

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
布尔代数：变量和函数只是0或1的一种代数运算，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。

布尔代数的一些性质：

门

1.非门（有时又叫逆变器，因为它对输入值求逆）

三种表示法中，只有真值表真正定义了非门在各种情况下的行为。
2.与门
如果两个输入的值都是1，与门将生成1

3.或门
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

4.异或门
如果只有一个输入值是1，而不是两个，异或门将生成1

5.与非门
和与门生成的结果相反

6.或非门
和或门生成的结果相反

7.具有更多输入的门
n个不同的输入值有2的n次方种0和1的组合。这决定了真值表中的行数

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。

1.每个电信号都是有源的，接地的电信号将被降低或减小到0伏，是无害的。
2.计算机中，源极制造的是高电平，约5伏。
3.基极值控制的门决定了是否把源极接地，源极信号接地了将被降至0伏。
4.基极信号决定晶体管开（生成高电平输出信号）或关（生成低电平输出信号）：
若基极信号是高电平，源极信号将被接地，从而关闭了晶体管；若基极信号是低电平，则源极信号仍是高电平，晶体管将被打开。
5.与/或门需要三个晶体管，两个用于构造与/或非门，一个用于构造非门。

电路

组合电路：输出仅由输入值决定的电路。
时序电路：输出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，两个电路都生成完全相同的输出。
加法器：对二进制进行加法运算的电路。
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：根据称为选择信号或选择控制线的输入信号选择用哪个信号作为输出信号。是生成单个输出信号的通用电路。

存储器电路

存储信息是数字电路的重要作用。
只要S和R都是1，S-R锁存器就保留它的值。

集成电路

又称芯片，是嵌入了多个门的硅片。
具有很高的门-引脚比，许多门被组合在一起，创建的复杂电路值需要很少的输入和输出值，例如多路复用器。

CPU芯片

CPU：中央处理器，一种具有输入线和输出线的高级电路。
构件体系结构：关于CPU的处理和它与其它设备之间的交互所属于的计算机处理的另一个分层。

第五章：计算部件

计算机是一种能够存储，检索和处理数据的设备。

独立的计算机部件

G：giga的简写，表示十亿的公制前缀。
Hz：赫兹，衡量每秒周期数的单位。
时钟：计算机中集中生成一系列电脉冲的部件，用来保证所有动作的协调。
总线：一根可以实现处理器访问内存和输入，输出设备的电线。
一台计算机有许多不同的总线。
前端总线(FSB)：处理器与外界的主要连接线。
（当缓存中没有所需数据时才使用前端总线，因此前端总线的处理速度才可以比处理器慢而不会影响处理器的处理速度。）
总线宽度：可以在总线上并行传输的位数。
LED的优势：寿命更长，不会越来越暗，不含有毒金属汞。

• 引用存储量时使用了2的幂而引用存储时间时使用了10的幂。表示速度时，K等于1000，表示存储量时，K等于1024。

存储程序的概念

冯·诺伊曼体系结构.

位(储存单元)→字节(8位)→字

内存.：储存单元的集合。每个储存单元都有唯一的物理地址。
可编址性：内存中每个可编址位置存储的位数。
算数/逻辑单元(ALU).：执行算数运算（加减乘除）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。
输入单元.：接受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”。
缓存：一种用于存储常用数据的小型高速存储器。
流水线：一种将指令分解成可以重叠执行的小步骤的技术。可以加速读取-执行周期。
主板：个人计算机的主电路板。

读取-执行周期的四个步骤：

1.读取下一条指令；
2.译解指令：指令被翻译成控制信号，CPU中的电路逻辑将决定执行什么指令。由于指令被逐字嵌入了电路，一台计算机只能执行用它自己的语言表示的指令。
3.如果需要，获取数据；
4.执行指令。

RAM和ROM

随机存取存储器(RAM)：一种每个存储单元都能被直接访问的内存。具有易失性。
访问每个存储单元的本质：改写这个存储单元的内容。
只读存储器(ROM)：具有永久性，常储存计算机启动自身需要的指令和常用的软件。把位组放在其中成为烧入。
主存通常包含一些ROM和通用的RAM。大部分的主存都是

二级/辅助/大容量存储设备

当不在处理程序和数据或关机时，可把程序和数据保存起来。
1.磁带：第一种真正的大容量辅助存储设备是磁带驱动器。
2.磁盘：CD播放器和磁盘录音机的混合物。

磁道：磁盘表面的同心圆。
柱面：由上下排列的所有磁道形成。
扇区：磁道的一个区。
块：存储在扇区中的信息。
寻道时间：读/写头定位到指定磁道所花费的时间。
等待时间/旋转延迟：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。
磁盘片：单个的磁盘。
硬盘：由几个连接在旋转主轴上的磁盘片构成。硬盘上的地址由柱面编号，表面编号和扇区构成。

3.CD（光盘）和DVD（数字化多功能光盘）
“+”“-”代表两种格式
R:可记录的，RW:可重写的，DL:双层
蓝光:CD或DVD驱动器中使用的是蓝色激光而不是红色激光
CD-ROM和DVD-ROM的速度单位是x，如8x，评估设备是列出的是最大值，衡量性价比时读盘速度越快并不表示越好。
4.闪存:一种可写入可擦除的非易失性计算机存储器。
比普通银盘速度高，功耗低，但存储介质也会最终被磨损，出故障。

触摸屏

电阻式/电容式/红外/表面声波触摸屏
不能用戴手套的手指触摸电容式触摸屏，因为它依靠的是流向触摸点的电流。

嵌入式系统

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。

并行体系结构

并行计算有四种一般的形式：
1.位级的并行基于计算机增加的字长。
2.指令级的并行基于程序中的某些指令能够同时独立地进行。
3.数据级的并行基于同一组指令级能同时对不同的数据集执行。

同步处理：多处理器将同一个程序应用于多个数据集。

4.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。

共享内存并行处理器：多个处理器共享整体内存的情况。
对称多处理器(SMP)核心数通常限制在32个以内。

收获

了解了计算机如何通过控制最底层的电流进行运算。初步有了门，电路，中央处理器的概念。
认识了冯·诺伊曼体系结构。对各种术语的缩写有了初步的印象。

问题即解决过程

对S-R锁存器的操作理解不清：上网寻找视频讲解，和同学交流