2019-2020-1学期 20192428 《网络空间安全专业导论》第二周学习总结
阅读硬件层后，我对计算机的构建和原理有了更清晰的认识，以下是我所总结的四五章阅读笔记
第4章——门和电路
第4章实际上是计算机从信息计算层面向物理硬件层面的过渡，在这一章中书中集中介绍了计算机最基础的硬件元件。阅读过后让我受益匪浅，对二进制计算机有了更全面的认识，同时也完美解释了我对为什么十进制计算机淘汰的疑问。
描述门和电路的三种表示法
- 布尔表达式：布尔表达式中，变量和函数的值只是0或1，利用其特有的运算和属性表达逻辑
- 逻辑框图：用图形化表示蕴含的逻辑
- 真值表：用列表的方式排列出一种门可能遇到的所有输入组合和相应输出
门（逻辑门）
门是对电信号执行最基本的设备课本带入我们学习了其中六种类型的逻辑门，他们分别是：
非门
如果非门的输入值是0，那么输出值是1；输入值是1，则输出值为0.
有时又叫逆变器，其真值表可如下表示：
| A | X |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
布尔表达式为X=A'
与门
如果与门的两个输入信号都是1，那么输出是1；否则，输出是0
类似于python语言中and一词的逻辑，真值表如下(两个输入值为例)：
| A | B | X |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
布尔表达式为X=AB
或门（同或门）
如果两个输入值都是0，那么输出为0；否则，输出为1
类似于python中的or语言，其真值表如下（两个输入值为例）：
| A | B | X |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
布尔表达式X=A+B
异或门
若输入值相同，则输出值为0；若不相同，则输出值为1
我认为，异或门的存在使得电信号的传导简便了很多，其真值表如下（两个输入值为例）：
| A | B | X |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
布尔表达式X=A⊕B
与非门和或非门
让与门和或门计算完成再经过一个非门，即为与非门和或非门的运算逻辑
正是这两个门，形象的解释了非门的别称为逆变器。
下面两者（两个输入值）的真值表及布尔表达式
与非门
| A | B | X |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
布尔表达式X=(AB)'
或非门
| A | B | X |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
布尔表达式X=(A+B)'
这就是六种不同类型的门
门的构造
对于门的构造，是计算机基础元件的物理介绍，而门正是借助晶体管进行输入值和输出值的处理。
晶体管扮演着两种角色——传到电路和阻止电流，而输入的电平决定了晶体管所扮演的角色。众所周知现代计算器均为二进制机器，而低电平和高电平正代表了二进制中的0和1，故晶体管传导和阻碍电平的传导正是表达二进制数码的过程。
为了保证晶体管在特定环境下传导和阻碍的功能，晶体管所使用的材料是半导体材料
晶体管原理及接线端
在门这一小章节中，这个知识点或许是最难理解的部分，晶体管共有三个接线端：源极，基极，发射极
其中，源极在不断发射电压为5V的高电平电压（二进制代码中的1），而发射极一端被接在大地，看做0V（二进制代码中的0），基极则决定这源极是否要连接发射极。正是通过电平信号的不断改变，造就了二进制代码的编写，传输以及更改。
而书中简单的举例了非门，与非门以及或非门的晶体管构造。实际上与非门和或非门正是两个非门的不同排列组合而构成的，而与门，同或门和异或门实际上是在与非门和或非门的基础上再添加非门而构建的。
因此我认为，非门是构造最简单，也是最基础的门，一切其他功能/种类的门都是在非门的基础上所构建的。这样让我更加清晰的理解了计算机使用二进制的理由，同时也明白了晶体管这一名字所承载的具体功能。也让我感触良多：计算机的信息层和硬件层真的是完美贴合在一起，才能体现如今我们所见到的属于计算机的精准和巧妙。
门的总结到此结束，下面是我对这一小章节——门的脑图总结：
电路
电路实际意义即是门的不同组合而或排列形成的，具有一定功能的组合或排列后的门。因为其即为门所组成，因此布尔表达式，逻辑框图，真值表三种表达法也可用来表达电路。
组合电路
把一个门输出作为另一个门的输入，就可以把门组合成电路，即组合电路。
书中做了一个举例，其模型如下：
其用布尔表达式即为（AB+AC），真值表如下:
| A | B | C | D | E | X |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
而另一个电路布尔表达式为A(B+C)，其逻辑框图如下：
真值表如下：
| A | B | C | B+C | A(B+C) |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
对比两个真值表，差别微乎其微，但输入值和输出值没有改变，故两种电路为电路等价，同时再看两个电路的布尔表达式，分别是A(B+C)和AB+AC，是否可以证明如下呢？
A(B+C)=AB+AC
这也是布尔表达式在门和电路中的一个重要性质：分配律。同时书中也列举了布尔表达式的其他的一些性质：
| 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 | A*1=A | A+0=A |
| 补 | A(A')=0 | A+A'=0 |
| 德摩格定律 | (AB)'=A'orB' | (A+B)'=A'B' |
他们都是电路等价
加法器
加法器就是一种对二进制值执行加法运算的电路，书中主要介绍了半加器和全加器，这些加法器可以计算两个二进制值求和并且正确进位。而半加器和全加器的区别就是，能否在计算两个二进制的和的同时考虑进位输入。
在学习了电路前面的章节过后，我对加法器的理解在阅读过后基本清晰。
下面是半加器和全加器的逻辑框图：
第5章——计算部件
第5章为在第4章基础上的计算机组成部分
独立的计算机部件
缓存是通常集成在处理器芯片内部的小型，快速的存储介质。
CPU，显示器，GPU，型号，数字摄像头，主储存器，辅助储存器，DVD驱动，无线网络，电池，USB，物理尺寸，重量，预装软件
存储程序的概念
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：执行算术运算和逻辑运算的将计算机部件
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/输出单元是计算机与外界沟通的渠道
控制单元：控制其他部件
CPU：算数逻辑单元和控制单元的组合
地址：决定数据的流向或数据的来源
控制信息：管理地址和数据的流向
读取-执行周期
读取下一条指令
译解指令
如果需要，获取数据
执行指令
RAM和ROM
RAM：随机存取储存器（具有易失性）
ROM：不能更改，只有在制作和装配时才能烧入位组合
二级存储设备
磁带，磁盘（磁道，扇区），
衡量磁盘驱动器效率的方法：寻道时间，等待时间，存取时间和传送效率
触摸屏
电阻式触摸屏，电容式触摸屏，红外触摸屏，表面光波
并行体系结构
并行运算
比特级，指令级，数据级，任务级
并行硬件分类
多核心处理器