2020-2021第一学期20202410《计算机科学概论》第二次学习总结
2020-2021第一学期20202410《计算机科学概论》第二次学习总结
学习内容：《计算机科学概论》第4、5章
今天自学了《计算机科学概论》的第4、5章，学到了不少知识，现在写下自己梳理的一些主要知识点。
第4章主要是讨论了计算机如何通过控制最底层的电流进行计算。一个或多个晶体管创建门，把一个门的输出作为另一个门的输入可以把门组成电路。通过设计这些电路，又能创建出能执行更复杂任务的设备。第5章主要介绍许多技术利用的主要计算机部件。构成计算机的部件涉及多种设备，它们各有特征，在计算机的整体处理中各自扮演着必不可少的角色。
第4章：门和电路
正如这一章的标题，我们首先要了解门和电路的定义：
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。
而在关于门和电路的讨论中，我们将分析这三种类型的表示法：
布尔代数：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。
每个门都执行一种逻辑函数。每个门接收一个或多个输入值，生成一个输出值。门的类型和输入值决定了输出值。下面我们便来分析下列6种类型的门：
1.非门
非门接收一个输入值，生成一个输出值。
2.与门
与门接收两个输入值，生成一个输出值。
3.或门
4.异或门
5.与非门
6.或非门
当然直接记住这些表是有一定难度的，所以我们可以回顾下每种门的处理：
- 非门将对它的唯一输入值求逆。
- 如果两个输入值都是1，与门将生成。
- 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。
- 如果只有一个输入值是1，而不是两个，异或门将生成1。
- 与非门生成的结果和与门生成的相反。
- 或非门生成的结果和或门生成的相反。
了解门的6种类型后，我们再学习如何构造门来控制电流：
二、门的构造
门使用晶体管建立输入值和输出值之间的映射，晶体管是由半导体材料制成的。
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
半导体：既不是良导体也不是绝缘体，如硅。
晶体管具有三个接线端，即源级、基级 和发射极。发射极通常被连接到地线上。
通常，源级连线上都有一条输出连线。如果源级信号被接地了，那么输出信号是低电平，表示二进制数字0。如果源极信号仍为高信号，那么输出信号也是高电平，表示二进制数字1。晶体管只能是开或关两种状态，由基极电信号决定。
三、电路
电路可以分为两大类——
1、组合电路：输入值明确决定了输出值。
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。
而书上的例子则向我们演示了电路等价：
电路等价：对应每个输入值的组合，两个电路都生成完全相同的输出。
这种现象证明了布尔代数一个重要属性——分配律：A(B+C)=AB+AC
除此之外，以下列出了布尔代数的一些性质：
这其中，有一个非常著名也非常有用的定律——德·摩根定律：
德.摩根定律： 对与门的输出求逆，等价于先对每个信号求逆，然后再把他们传入或门。
2、时序电路：输出是输入值和电路现有状态的函数。
四、加法器
加法器；对二进制执行加法运算的电路。
半加器：计算两个尾数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
五、多路复用器
多路复用器：使用一些输入控制信号决定用哪条输入数据线发送输出信号的电路。
多路复用器可以有任意多条输入线和相应的控制线。一般来说，n条输入控制线的二进制值决定了选择2^n条数据线中的哪一条作为输出。
六、存储器电路
S-R锁存器：一个S-R锁存器锁存一个二进制数胡子。用不同的门可以设计S-R锁存器。
小心控制S和R的值，电路就可以存储0或1.这个思想扩展至较大的电路，就可以设计出容量较大的存储器设备。
七、集成电路
集成电路：又称芯片，是嵌入了多个门的硅片。
集成电路（IC）是根据它们包含的门数分类的。这些分类也反映了IC技术的发展历史。
八、CPU芯片
CPU只是一种具有输入先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。这些通信把CPU和本身也是高级电路的存储器与I/O设备连接在一起。
第5章、计算机部件
一、独立的计算机部件
首先，我们通过一则笔记本电脑的广告来了解一些缩写。
（一）第一行描述了笔记本电脑的中央处理单元。酷睿i5是一种处理器，运行速度为2.5GHz。GHz中的G是表示十亿的公制前缀。Hz代表赫兹，是衡量每秒周期数的单位。
FSB： 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)。
6MB eache（缓存）：缓存是通常集成在处理器芯片内部的小型的、快速的存储介质。 两个处理器能直接访问6MB的缓存而不需要使用FSB，仅仅当缓存中没有所需数据是才使用前端总线。正是如此，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。
（二）广告的下一部分描述了显示器。15.6表示显示区域对角线的长度。LED代表发光二极管。1920*1080指屏幕的像素。
（三）独立的图形处理器（CPU）,即Intel HD Graphics 520。CPU是一个独立的计算机，它甚至比主流的处理器更强大。
（四）之后列出来计算机的随机访问储存器（RAM ），也被称为主存储器。
（五）笔记本包含了一个硬盘驱动器，它是计算机的二级存储器。1TB是存储空间，5400RPM是硬盘旋转的速度。
（六）自带DVD驱动器。+/-表明两种标准制作的DVD这种驱动器都能读取。
（七）下一行描述笔记本电脑对无线网络的支持。802.11是由专业的工程协会IEEE定义的一个标准代号。目前有四种被接受的版本，分别是a、b、g、n。
（八）内置数字照相机，它安装在屏幕上方，直面用户。
（九）外部接口（通常称为端口（port））的列表。有两个第二代USB接口和一个第三代USB接口，还有一个HDMI端口。HDMI代表高清晰度多媒体接口。
二、存储程序的概念
1.冯·诺依曼体系结果
·存放数据和指令的内存单元
·对数据执行算数和逻辑运输按的算数逻辑单元
·把数据从外部世界转移到计算机中的输入单元
·把结果从计算机内部转移到外部世界的输出单元
·担当舞台总监，确保其他部件都参与了表演的控制单元
（1）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。每个存储单元能存放1或0。
可编址性： 内存中每个可编址位置存储的位数。
（2）算数/逻辑单元
算数/逻辑单元：执行算术计算和逻辑运算的计算机部件。
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。
（3）输入/输出单元
输入单元：接受哟啊存储在内存中的数据的设备
输出单元 ：一种设备，用于把存储在内的内存中的数据打印或显示出来，或者吧存储在内存货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，从而执行指令序列的计算机部件。
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 ：存放下一套要执行的指令的地址的寄存器
中央处理器 ：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”
这些组成部分由一组电线连接在一起，这组电线被称为总线，数据通过总线在计算机中传递。每条总线携带三种信息：地址、数据和控制信息。
总线宽度：可以在总线上并行传输的位数。
因为访问内存的速度星币处理器的运算速度要慢很多，因此许多框架提供了缓存。缓存是用来存储经常使用的数据的小容量内存，它的访问速度很快。
流水线是一种加速读取-执行周期的技术。
在个人计算机中，冯·诺依曼的部件物理驻留在一个印刷电路板上，这个电路板被称为主板。
2.读取-执行周期
（1）读取下一条指令
程序计数器存放的是下一套要执行的指令的地址，因此控制单元将访问程序计数器中指定的内存地址，复制其中的内容，把副本放入指令寄存器中。
在一条指令必须从内存读取额外指令才能执行的情况下，算术/逻辑单元将一个地址送往内存总线，内存会进行相应并将特定位置的值返回。
（2）破解指令
控制单元必须确定它是什么指令。可能是访问来自输入设备的数据的指令，也可能是把数据放松到输出设备的指令，还可能是对数值执行某种运算的指令。
（3）如果需要，获取信息
（4）执行指令
一旦译解了指令并且读取了操作数，控制单元九尾执行指令做好了准备。执行指令要把信号发送给算术逻辑单元以执行处理。在把一个数加到一个寄存器中内容的情况下，操作数将被发送给ALU，加到寄存器中的内容上。
3.RAM和ROM
RAM是随机存取存储器的缩写，这是一种每个存储单元都能被直接访问的内存。
ROM是只读存储器的缩写，ROM中的内容不能改，存储操作不能改变它们。
RAM有易失性，而ROM则没有。
4.二级存储设备
（1）磁带
磁带驱动器有一个严重的缺点，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。
（2）磁盘
磁盘驱动器是CD播放器和磁带录音机的混合物。
磁道：磁盘表面的同心圆。
扇区：磁道表面的一个区。
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。
传送速率 ：数据从磁盘传输到内存的速率。
柱面 ：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的数据是均匀分布在整个光盘上的。
DVD存在多种形式：DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW。R意思是可记录的，RW意思是可重写的，DL意思是双层。
（4）闪存
闪存被用于制作固态硬盘（SSD），固态硬盘能够直接取代普通硬盘。
5.触摸屏
触摸屏并非只能检测到触摸，它还能知道触摸屏幕的位置。
电阻式触摸屏
电容式触摸屏（戴手套时不行）
红外触摸屏
表面声波
三、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。
嵌入式系统这一术语是很模糊的。
四、并行体系结构
1 .并行计算
并行计算有四种一般的形式：位级、指令级、数据级和任务级。
位级的并行是基于增加计算机的字长。
指令级的并行是基于程序中的某些指令能够同时独立地进行。
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。
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。
同步处理: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:多个处理器共享整体内存的情况
2. 并行硬件分类
多核处理器：有多个独立的核心，它们通常是中央处理。
超标量处理器：能向执行单位发出多条指令。
多核心处理器：能向不同的执行单元发出不同的指令。
对称多处理器包含多个相同的核心。
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。
附上思维导图：
收获：知道了一些知识以及一些实用的常识。
问题：名词过多，思绪混乱，记忆不清，也不太能理解。
