2021-2022-1学期20212416《网络空间安全专业导论》第二周学习总结

chapter 5 计算部件
----------独立的计算机部件----------

• 中央处理单元：通过clock（时钟）集中生成一系列电脉冲，保证所有动作的协调。
• 总线（bus）:使处理器能访问内存、输入和输出设备，携带地址、数据和控制信息；前端总线（FSB）：处理器和外界的主要连线。
• 缓存(cache）：通常集成在处理器芯片内部的小型、快速的存储介质，处理器的许多准备从内存读取的请求内容都能从缓存中找到，所以处理器先直接访问缓存，缓存中没有所需数据时才使用FSB。因此，前端总线的处理速度才可以比处理器慢而不影响处理器的处理速度。
• 显示器：1、xx.x英寸表示显示区域对角线的长度
  2、HD高清、BD蓝光：表示与高清或蓝光电视标准兼容。
  3、LED:发光二极管，寿命长、不会越来越暗，不含有毒金属汞。
  4、像素：宽X高。
• 图形处理器（GPU）：一个独立的计算机，甚至比主流的处理器更强大，可减轻中央处理器在操纵屏幕图像这一工作中的负载。
• 随机访问存储器（RAM）/主存储器：随机访问意味着内存的每一字节都能被直接访问，而不必从最开始的字节开始访问；共享意味着两个处理器都可访问这个存储器。切断电源时数据丢失。
• 硬盘驱动器：计算机二级存储器/辅助存储器，逐渐被电子辅助存储器——固态硬盘（SSD）取代，由于没有运动部件，SSD比普通硬盘具有更快的速度和更低的电能消耗。当切断电源时，SSD中的数据不会丢失。
• DVD驱动器：+/-RW:+R和-R的DVD、RW（可重写型）DVD都可读取
• 电脑对无线网络的支持：标准代号：802.11，有四种被接受的版本a、b、g、n.a为最初版本，b对原版本进行了改动，g版本支持更长距离的通信，但速度稍慢，n版本同时实现了更长的距离和更快的速度。
• 内置数字照相机（3D照相机）：除了标准的2D透镜技术，还有红外线技术，可以分辨出物体之间的距离。
• 外接端口：USB（通用串行总线）能够连接到几乎所有设备上，HDMI（高清晰度多媒体接口）发送或接收数字视频和音频信号，LAN 10/100（电缆）能访问有线网络。
  ----------存储程序----------

冯 诺伊曼体系结构

特点

• 实现了数据和操作数据的指令的逻辑一致性，并能存储在一起。
• 处理信息的部件独立于存储信息的部件。

结构组成

• 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。因为不同机器中每个可编址的位置的位数（可编址性）不同，所以通称单元而不用字节或字，目前大多数计算机都是字节可编址的。
  内存中的每个单元是从0开始连续进行编号的
• 算术/逻辑单元（ALU）：能执行基本的算术运算（加减乘除）和逻辑运算（与或非），其操作的是字，即与特定计算机设计相关联的数据的自然单位。大多数ALU都有少量的特殊存储单元，称为寄存器，用于存放立刻会被再次用到的信息。
• 输入/输出单元：接收数据/打印、显示数据或将信息制成一个永久副本。
• 控制单元：掌管着读取-执行周期，是计算机的组织力量，含有指令寄存器（正在执行的指令）、程序计数器（下一条要执行的指令）。**由于ALU和控制单元的协作非常紧密，所以它们常被看作一个单元，即中央处理器（CPU）
• 总线宽度：可以在总线上并行传输的位数。
• 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。

读取-执行周期

• 读取下一条指令：程序计数器存储下一条要执行的指令的地址，因此再进入周期的下一步之前要更新程序计数器。由于程序存储在内存中，所以给程序计数器加1就可以把下一条指令的地址存入程序计数器中。
• 译解指令：指令将被译解成控制信号，即CPU中的电路逻辑将决定执行什么操作。
• 如果需要，获取数据。
• 执行指令。

RAM和ROM

• RAM：同上，具有易失性
• ROM：只读存储器，内容不能更改，是永久的。把位组合放在ROM中称为烧入（burning），只有在制造ROM或装配计算机时才能烧入位组合。无易失性

二级存储设备

磁带

磁带驱动器，通常用于备份磁盘上的数据，以防磁盘损毁。缺点：如果要访问磁带中间的数据，必须访问这个数据之前的所有数据并丢弃它们，费时。

磁盘

• 结构组成：磁道：磁盘表面同心圆。
  扇区：磁道的一个区。
  块：存储在扇区中的信息，是连续的位序列，越靠近同心圆的数据块排放得越密集。
  在格式化磁盘时，将用磁性标示磁道和扇区中的区域，从物理上来说，它们不属于磁盘。
• 衡量磁盘驱动效率的四种方法：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。
  传送效率：数据从磁盘传输到内存的速率。
• 分类：硬盘和软盘，计算机安装的硬盘由几个磁盘片组成。

CD和DVD

• CD：CD没有同心轨道，只有一个从里向外盘旋的螺旋磁道。附加在其后的其他字母说明了光盘的各种性质。
• DVD：“R”代表可记录，“RW”代表可重写的，“DL”代表双层，几乎具有普通DVD两倍的容量。
• 注意，在评价CD和DVD这类设备时，列出的速度是一个最大值，因此在衡量性价比时，读盘速度越快并不表示越好。

闪存（U盘）

• 可写入可擦除的非易失性计算机存储器。

触摸屏

一种特殊的I/O设备，兼具输入和输出设备的功能。

实现触摸屏的技术

• 电阻式触摸屏：按压使上下分层接触，电流流通。
• 电容式触摸屏：屏幕被触摸时电流流向手指或书写笔。
• 红外触摸屏：触摸屏幕时打断十字交叉的红外光束，断点位置即触摸位置。
• 表面声波触摸屏：打断高频声波。
  ----------嵌入式系统----------
• 定义：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。但这一术语很模糊，包含除了台式PC之外的几乎一切东西。
  ----------并行体系结构---------

并行计算

• 位级：增加计算机的字长。
• 指令级：某些指令能够同时独立地运行。超标量体系结构能识别利用这种情况，但并没有多个处理器而是有多个执行资源。
  （执行资源与处理器有什么区别？）
• 数据级：同一组指令集同时对不同的数据集执行，也称为同步处理。
• 任务级：不同的处理器在相同或不同的数据集上执行不同的操作，若操作同一数据集，每个处理器进行着某一个阶段的工作。

并行硬件分类

• 多核处理器：能想不同的执行单元发出不同的指令。
• 超标量处理器：向执行单元发出多条指令。
• 对称多处理器：包含多个相同的核心，共享内存并且通过一个总线相连，数量通常限制在32个以内。
• 分布式计算器：包含多个内存单元，它们通过网络相连。
• 集群：许多能访问网络的处理器通过专用网络相连而成的计算机，通常包含超过1000个处理器。
  Chapter4 门和电路
  ----------计算机和电学----------
• 电平：低：0_{2伏，用二进制的0表示；高：2}5伏，用1表示。
• 门：对电信号执行基本运算的设备，收多生一。
• 电路：由门组合而成。
• 门和电路的表示方法：布尔表达式：抽象，便于寻找更简便的等价电路。
  逻辑框图：电路的图形化表示。
  真值表：列出一一对应的输入和输出组合，定义这种门的功能。
  ----------门----------
  非、与、或、异或、与非、或非

非门：对输入值求逆

与门：相当于乘法

或门：相当于加法

异或门：同0异1

与非门和或非门：将与门或或门的输出求逆

----------门的构造----------

晶体管

• 角色：传导电流的电线和阻止电流的电阻器。
• 连接：基极：我们发出的指令
  源极：输出，接地会关闭晶体管
  ----------电路----------

分类

• 组合电路：输入值明确决定了输出
• 时序电路：输入值和电路现有状态决定输出

组合电路

• 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。
• 布尔代数的性质

加法器

• 半加器：不把进位考虑在计算之内，所以只能计算两个数位的和，而不能计算两个多位二进制值的和。
• 全加器：把从半加器得到的和与进位输入相加。

多路复用器：

使用一些输入控制信号决定用哪些输入数据线发送输出信号的电路。
----------存储器电路----------

• 例：S-R锁存器：两个输出总是互补的。
  ----------集成电路----------
• 定义：嵌入了多个门的硅片，边缘有引脚，连接着一个门的输入和输出，或者连接着电源，或者接地。
  感想：计算机的硬件通过电信号的方式，神奇地将人类抽象的程序、指令输入具象化，让计算机帮助我们解决更多复杂、繁琐的问题，造就当今的信息时代，晶体管真是一个伟大的发明！