2020-2021-1学期 20202427 《网络空间安全导论》第二周学习总结
2020-2021-1学期 20202427 《网络空间安全导论》第二周学习总结
一.门和电路
1.计算机和电学
一般说来，0-2V的电压是低电平，有二进制数字0表示，2~5V范围内的电压是高电平，由二进制数字1表示。计算机中的信号被限制在这两个范围之内
- 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，生产一个输出信号。
- 电路：相互关联的门的组合，用于实现特定的逻辑函数
描述门和电路的表示法有三种：
- 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
2.门
由于处理的是二进制信息，所以每个输入和输出值只能是0（对应低电平信号）或1（对应高电平信号）。分析6种类型的门。
①非门
如果非门的输入值是0，那么输出值是1；如果输入值是1，则输出值是0。
②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。
③或门
如果这两个输入值都是0，那么输出是0；否则，输出是1.
④异或门
当两个输入信号都是1时，或门生成1，而异或门生成0.
⑤与非门和或非门
与非门生成的结果和与门相反
或非门生成的结果和或门相反
3.门的构造
- 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的材料，如硅。
用晶体管构造门
4.电路
- 组合电路：输出仅由输入值决定的电路
- 时序电路：输出时输入值和电路当前状态的函数的电路
表示方式：逻辑框图、真值表、布尔表达式
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。这种现象证明了布尔代数的分配率:A(B+C)=AB+AC
布尔代数的一些性质：
- 加法器：对二进制值执行假发运算的电路
- 半加器：计算两个数位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
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。多路分配器时执行相反操作的电路
5.存储器电路
S-R锁存器：一个S-R锁存器存储一个二进制数字（1或0）.
6.集成电路
集成电路：又称芯片，是嵌入了多个门的硅片
| 编写 | 名称 | 门数量 |
|---|---|---|
| SSI | 小规模集成 | 1~10 |
| MSI | 中规模集成 | 10~100 |
| LSI | 大规模集成 | 100~100000 |
| VLSI | 超大规模集成 | 多于100000 |
7.CPU芯片
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引脚完成的。关于CPU的处理和它与其他设备之间的交互属于计算机处理的另一个分层，有时这个分层被称为构件体系结构。
二.计算部件
1.独立的计算机部件
五大组成部分:控制器（CU）、运算器(ALU)、存储器(Memory)、输入设备(Input)和输出设备(Output)。
三大核心组件:CPU、内存和硬盘
2.存储程序的概念
①冯·诺伊曼体系结构
一个主要特征是处理信息的部件独立于存储信息的部件
内存
- 可编址性:内存中每个可编址位置存储的位数
算术/逻辑单元
- 算术/逻辑单元: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: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
- 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,或者把存储在内存或其他设备中的信息制成一个永久副本
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
②读取-执行周期
四个步骤:
- 读取下一条指令
- 译解指令
- 如果需要,获取数据
- 执行指令
③RAM和ROM
RAM是Random-Access Memory(随机存取存储器)的缩写,ROM是Read Only Memory(只读存储器)的缩写.
RAM具有易失性,即关闭电源后,RAM不再保留它的位配置,但是ROM仍保留.
④二级存储设备(大量存储设备)
磁带:磁带驱动器
磁盘:磁盘驱动器
- 磁道:磁盘表面的同心圆
- 扇区:磁道的每个区
- 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:把指顶的扇区定位到读/写头之下所花费的时间
- 存取时间:开始读取第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
CD和DVD
闪存
⑤触摸屏
几种技术:电阻式触摸屏,电容式触摸屏,红外触摸屏,表面声波触摸屏
3.嵌入式系统
包含处理台式PC之外的几乎一切东西
4.并行体系结构
①并行计算
- 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
对称多处理器(SMP)包含多个核心.它们共享内存,并且通过一个总线相连.
问题及总结
第四章的内容较为隐晦难懂,但是结合物理上的一些知识可以让问题变得更容易理解,跨学科的联系是一种很好的思考方式.
在第五章的内容上,对于喜欢计算机的人来说会很容易理解,都是我门常见的一些性能参数,其中也有更深层次的原理介绍,帮助我们了解在参数背后的一些支撑设备,计算机能力的提升正是伴随着这些设备的升级.
