2020-2021第一学期20202407钱虹全《计算机科学概论》第二周学习总结
第四章 门和电路
#学习目标#
讨论计算机如何使用电信号来表示和操作这些二进制值。
4.1 计算机和电学
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。
4.2 门
4.2.1 非门
非门接受一个输入值，生成一个输出值。非门的输入值如果是0，那么输出值就是1；反之如果输入值是1，那么输出值就是0.所以非门有时候又叫作“逆变器”，因为它对输入值求逆。
4.2.2 与门
4.2.3 或门
4.2.4 异或门
4.2.5 与非门和或非门
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。</u>
4.4.1 组合电路
把一个门的输出作为另一个门的输入，就可以把门组合成电路。
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。
4.4.2 加法器
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。
4.4.3 多路复用器
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。
4.5 存储器电路
数字电路的另一个重要作用是可以用来存储信息。
S-R 锁存器:输出的X和Y总是互补的。
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。
4.7 CPU芯片
中央处理器（CPU）是计算机中最重要的集成电路。
第五章 计算部件
5.1 独立的计算机部件
1.CPU：运行速度单位为GHz，G为十亿的公制前缀。
2.一个处理器需要访问内存和输入、输出设备，这是通过被称为总线的一组电线实现的。一台计算机有许多不同的总线，但是处理器和外界的主要连接线称为前端总线（FSB）。
3.图形处理器（GPU）：内存容量越大，越能完成复杂图像处理、支持外部显示设备工作。
4.随机访问存储器（RAM），也称主存储器。
5.硬盘驱动器是计算机二级存储器（也称为辅助存储器）的通俗名称。硬盘正逐渐被电子辅助存储器取代，这种存储器叫做固态硬盘。
6.USB即通用串行总线，使用有线传输数据。
7.HDMI代表高清晰度多媒体接口，能够向诸如家庭影院系统发送或从外部接收数字视频和音频信号。
5.2 存储程序的概念
5.2.1 冯·诺依曼体系结构
此体系的主要特征是处理信息的部件独立于存储信息的部件。这个特征导致下列5个部件
存放数据的指令的内存单元
对数据执行算术和逻辑运算的算术/逻辑单元
把数据从外部世界转移到计算机中的输入单元
把结果从计算及内部转移到外部世界的输出单元
担当舞台监督，确保其他部件参与了表演的控制单元
1. 内存
内存：存储单元的集合，每个存储单元有一个唯一的物理地址。
不同的机器中每个可编址的的位置的位数（可编址性）不同。
可编址性：内存中每个可编址位置存储的位数
2. 算术/逻辑单元
算术/逻辑单元：执行算术运算和逻辑运算的计算机部件
寄存器：CPU中的一块存储区域，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，或者把存储在内存中或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
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：一种用于存储常用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
5.2.2 读取-执行周期
5.2.3 RAM和ROM
RAM(随机存取存储器):访问每个存储单元的本质是改写这个存储单元的内容。也就是说，把其他数据存入这个单元可改变其中的位组合。
ROM(只读存储器):只读存储器的缩写。其内容不能更改，是永久的，存储操作不能改变它们。
烧入：把位组合放在ROM中。
5.2.4 二级存储设备
1.磁带
磁带驱动器通常用于备份（生成副本）磁盘上的数据，以防磁盘损毁。磁带的类型多种多样，从小型的 流式录音带，到大型的盘式磁带。 缺点：即如果要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。磁带的任何物理移动都是费时的。
2.磁盘
磁盘驱动器（disk drive)：CD播放器和磁带录音机的混合物。
磁道（track)：磁盘表面的 同心圆。
扇区(sector):磁道的一个区。
块(block)：存储在扇区中的信息。
寻道时间(seek time)：读写头定位到指定的磁道所花费的时间。
等待时间(latency)：把指定的扇区定位到读写头之下所花费的时间。
存取时间(access time)：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。
柱面(cylinder)：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驱动器使用激光读取存储在塑料盘片上的信息。
DVD：最常见的一种拷贝电影的形式，它代表数字化多功能光盘，由于它具有大容量存储能力，因此非常适合记录音频和视频结合的多媒体文件。
DVD的多种存在形式：DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW。
4.闪存
例：U盘
5.触摸屏
触摸屏是一种特殊的输入/输出（I/O）设备，它显示文本和图形的方式与常规的显示器相同，此外，它还能探测到用户在屏幕上用手指或书写笔的触摸，并做出响应。
目前用来实现触摸屏的技术：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外触摸屏和表面声波触摸屏。
5.3 嵌入式系统
嵌入式系统是大型系统的一部分，是为完成小范围功能而专门设计的计算机。包含除了台式PC以外的一切东西。
5.4 并行体系结构
5.4.1 并行计算
1.位级的并行:基于增加计算机的字长。
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.数据级并行:基于同一组指令集能同时对不同的数据集执行。
4.任务级的并行: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库
共享内存并行处理器：多个处理共享整体内存的情况
5.4.2 并行硬件分类
浙公网安备 33010602011771号