2019-2020-1学期20192429《网络空间安全专业导论》第二周随读笔记

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第四章 门和电路
 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。（但一个门接受一个或多个输入信号,生成一个输出的信号）。
  每种类型的门执行一个 特定的逻辑函数。
- 电路（circuit）：相互关联的门的组合，用于实现特定的逻辑函数。
     eg：电路可用来执行 算术运算和存储值。在电路中，一个门的输出值通常会作为 另一个门或 多个门的输入值。电路中的 电流由经过精心设计的相互关联的门逻辑控制。
- 描述门和电路的表示法有三种：
  1.布尔表达式：表示 二值逻辑函数 的数学表示法。
  2.逻辑框图：示二值逻辑函数的数学表示法。
  3.真值表：列出了所有可能的输入值 和相关的 输出值的表，从而定义了这种门的功能。
 4.2 门
     计算机中的门有时又叫作逻辑门，因为每个门都执行一种逻辑函数。
  门的类型如下： 
  •非（NOT)门
  •与（AND)门 
  •或（OR）门 
  •异或（XOR）门 
  •与非（NAND)门 
  •或非（NOR)门
  4.2.1非门

非门接受一个输入值，生成一个输出值。
布尔表达式：X的值是对输入值A进行求反操作得到的。
逻辑框图符号是一个末端具有小圆圈（求逆泡）的三角形。输入和输出由流入和流出门的连接线表示。
4.2.2与门

与非门的不同点：与门接受的输入信号不是一个，而是两个。这两个输入信号的值 决定了输出信号。
在布尔代数中，与操作由点（·）表示，有时也表示为 星号。该运算符通常可以 省略。 
因为有两个输入，所以与门的输入可能有四种0和1的组合。如下 
0·0=0
  0·1=0 
  1·0=0
  1·1=1 
4.2.3或门

1）和与门一样，或门也有两个输入。如果这两个输入值都是0，那么输出是0； 否则，输出是1.
2）布尔代数中，或操作由加号（+）表示。或门由两个输入，每个输入有两个可能的值，所以或门有四种输入组合，在真值表中有四行。
4.2.4异或门

4.2.5与非门和或非门

4.2.6门处理回顾
1）非门将对它的唯一输入值求逆。
2）如果两个输入值都是1，与门将生成1。
3）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）如果只有一个输入值是1，而不是两个，异或门将生成1。 
5）与非门生成的结果和与门生成的相反。
6）或非门生成的结果和或门生成的相反
4.2.7具有更多输入的门

1）门可以被设计为接受三个或更多个输入值。
2）对于逻辑框图符号，只需要在原始符号上加入第三个输入信号即可。但对于布尔表达式，则需要重复一次与操作，以表示第三个值。 
4.3门的构造
晶体管（transistor）
1 .定义：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。
2 .扮演角色：1.传导电流的 电线；2.阻止电流的电阻器。（由输入信号电平决定角色） 
3 .门使用晶体管建立输入值和输出值之间的映射。 
4 .材料： 半导体（既不是良导体也不是绝缘体的材料）。 
5 .三个接线端： 源极、基极(基极值控制的门决定了是否把源极接地）和 发射极（通常被连接到地线）。 
6 .晶体管只能是 开（生成 高电平输出信号）或 关（生成低电平输出信号）两种状态，由基极电信号决定。 
7 . 只用 一个 晶体管来制造非门。 
8 . 与非门需要 两个 晶体管。 
9 . 或非门的构造也需要 两个 晶体管。
10 . 与门需要 三个 晶体管，其中 两个 用于构造与非门，一个用于构造非门。 

4.5储存器电路
-数字电路的另一个重要作用是可以用来存储信息。Eg：S-R 锁存器
4.6集成电路
集成电路（integrated circuit）：又称芯片（chip），是嵌入了多个门的硅片
4.7CPU芯片
-CPU只是一种具有输入线和输出线的高级电路。 
-每个CPU芯片都有大量的引脚，计算机系统的所有通信都是通过这些引脚完成的。
  第五章 计算部件
5.1 独立的计算机部件
DUO代表了单个芯片中集成了两个这样的处理器（称为“核”）。
GHz中的G是giga的简写，它是表示十亿的公制前缀。
在电脑中，会有一个称为时钟的部件集中生成一系列电脉冲，它用来保证所有动作的协调。 
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）。  
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。缓存空间越大，对其数据的访问就越慢，这会导致处理器 速度的降低。
LED正在代表微型荧光灯泡的使用。LED不含有汞
GPU是一个独立的计算机，它甚至比主流的处理器更强大，它的内存容量越大，越能更好地完成复杂图像处理、支持外部显示设备等工作。
Dual Channel DDR2(双通道DDR2）是内存的类型，它提供两个访问路径（成为通道）。
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
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。  
5.2.1冯·诺依曼体系结构
特征：1)计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示
2）顺序执行程序
3）计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
5个该体系结构的部件： 
1.存放数据和指令的内存单元。
2.对数据执行算术和逻辑运算的算术逻辑单元。 
3.把数据从外部世界转移到计算机中的输入单元。 
4.把结果从计算机内部转移到外部世界的输出单元。 
5.担当舞台监督，确保其他部件都参与了表演的控制单元。

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，这里用通称单元 。
可编址性（addressability）：内存中每个可编址位置存储的位数。 
算术逻辑单元（ALU）：执行算术运算（加法、减法、乘法和除法）和 逻辑运算（两个值的比较）的计算机部件。 
寄存器（register）：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（input unit）：接收要存储在内存中的数据的设备。现代的输入设备包括键盘、鼠标和超级市场使的扫描设备。 
输入单元（input unit）：接收要存储在内存中的数据的设备。现代的输入设备包括键盘、鼠标和超级市场使用的扫描设备。 
输出单元（output unit）：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。最常用的输出设备是 打印机和显示器。  
控制单元（control unit）：控制其他部位的动作，从而执行指令序列的计算机部件。
指令寄存器（Instruction Register）：存放当前正在执行的指令的寄存器。 
程序计数器（Program Counter):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（bus width）：可以在总线上并行传输的位数。

缓存（cache memory）：一种用于存储常用数据的小型高速存储器。
流水线（pipelining）：一种将指令分解为可以重叠执行的小步骤的技术。
主板（motherboard）：个人计算机的主电路板。 Q:那么问题来了集体或单位用计算机的主电路板叫什么
5.2.2 读取-执行周期
处理周期的四个步骤： 
1.读取下一条指令。
2.译解指令。 
3.如果需要，获取数据。 
4.执行指令。

5.2.3 RAM和ROM
1）RAM：随机存取存储器的缩写，这是一种每个存储单元（通常是1字节）都能被直接访问的内存。访问每个存储单元的本质是改写这个存储单元的内容。
2）ROM:只读存储器（Read Only Memory）的缩写。其内容不能更改，是永久的，存储操作不能改变它们。
5.2.4 二级存储设备
1）磁盘驱动器：CD播放器和磁带录音机的混合物。
2）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。3）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
4）磁道（track）：磁盘表面的 同心圆。 
5）扇区（sector):磁道的一个区。 
6）块（block）：存储在扇区中的信息。 
7）寻道时间（seek time）：读写头定位到指定的磁道所花费的时间。 
8）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。 
9）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。 
10）柱面（cylinder）：所有磁盘表面的同心磁道的集合。
11）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。 
 存在形式：DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW。
Q：大容量储存的方法没有看懂
12）闪存：一种可写入可擦除的非易失性计算机存储器。
5.2.5触摸屏
触摸屏：一种特殊的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 
例如：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。Q：对这种理解不懂。 
5.4.1并行计算
-形式：比特级、指令级、数据级和任务级
-同步处理（synchronous processing）：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（shared memory parallel processor）：多个处理器共享整体内存的情况。 

5.4.2 并行硬件分类
多核处理器：多个独立的核心，它们通常是中央处理（CPU）。
超标量处理器：向执行单位发出多条指令。
对称多处理器（SMP）：包含多个相同的核心，它们共享内存，并且通过一个总线相连。 
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。