024-2025 20241323第三周总结
这个作业属于https://edu.cnblogs.com/campus/besti/2024-2025-1-CFAP
这个作业要求https://www.cnblogs.com/rocedu/p/9577842.html#WEEK03
• 门电路
• 组合电路，逻辑电路
• 冯诺依曼结构
• CPU，内存，IO管理
• 嵌入式系统，并行结构
• 物理安全
作业正文https://www.cnblogs.com/gly03/p/18463123
门电路（Gate Circuit）或逻辑门（Logic Gate）是实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路，是数字集成电路中最基本的逻辑单元。以下是对门电路的详细介绍：
一、定义与功能
门电路可以接收一个或多个输入信号，并根据预定的逻辑运算规则输出某个结果信号。从逻辑关系看，门电路的输入端或输出端只有两种状态，无信号以“0”表示，有信号以“1”表示。通常有下列三种门电路：与门、或门、非门（反相器）。
二、基本类型
- 非门：也称反相器，其作用是使输入的电平变成相反的电平，即高电平（1）变低电平（0），低电平（0）变高电平（1）。
- 与门：只有当所有输入端都为高电平（1）时，输出端才为高电平（1）；否则，输出端为低电平（0）。
- 或门：只要有一个输入端为高电平（1），输出端就为高电平（1）；只有当所有输入端都为低电平（0）时，输出端才为低电平（0）。
此外，还有与非门、或非门、与或非门、异或门、同或门等其他类型的门电路。
三、电路结构
门电路可以由分立元件组成，但实际应用中通常都是集成电路。常见的门电路有TTL门电路、CMOS门电路和ECL集成电路等。CMOS门电路具有体积小、重量轻、功耗小、价格低和可靠性高等优点，因此得到了广泛的应用。
组合电路 - 定义：组合电路，又称组合逻辑电路，是一种数字电路，其输出状态仅取决于同一时刻的输入状态，而与电路之前的状态无关。
- 特点：
o 输入、输出之间没有反馈延迟通道。
o 电路中无记忆单元，即不具有记忆功能。
o 可以通过改变逻辑表达式来改变电路，从而用其他器件代替某些无法获得的门电路。 - 常用电路：
o 算术运算电路：如半加器和全加器，用于实现二进制数的加法运算。
o 编码器：将特定的信号或数据转换为二进制代码。
o 译码器：将二进制代码转换为对应的信号或数据输出。
o 数据选择器：从多个输入信号中选择一个作为输出。
o 数据分配器：根据选择输入的不同组合，将数据送到多个输出端中的某一个。 - 设计步骤：
o 根据逻辑功能需求，写出输出端的逻辑表达式。
o 选择合适的门电路实现逻辑表达式。
o 画逻辑图，并进行必要的逻辑变换和化简。
逻辑电路 - 定义：逻辑电路是一种用于执行逻辑运算和逻辑判断的电路，它可以接收输入信号，并根据逻辑规则输出相应的结果。
- 特点：
o 逻辑电路通常由门电路（如与门、或门、非门等）组成。
o 可以实现复杂的逻辑运算和逻辑判断。
o 在数字电路中，逻辑电路是实现各种数字功能和算法的基础。 - 分类：
o 组合逻辑电路：如上所述，其输出状态仅取决于同一时刻的输入状态。
o 时序逻辑电路：输出状态不仅取决于当前的输入状态，还取决于电路之前的状态或过去的输入。时序逻辑电路通常包含存储元件（如寄存器和触发器），用于保持和更新电路的状态。 - 应用：
o 逻辑电路广泛应用于计算机、通信、控制系统等领域。
o 在计算机中，逻辑电路用于执行指令、处理数据和进行逻辑判断。
o 在通信系统中，逻辑电路用于信号的编码、解码、调制和解调等操作。
o 在控制系统中，逻辑电路用于实现控制算法和逻辑判断，以控制设备的运行。
一、定义与特点
在冯·诺依曼结构中，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同。这种结构的特点是程序和数据统一存储，并在程序控制下自动工作。此外，冯·诺依曼结构处理器还具备以下特点： - 必须有一个存储器，用于记忆程序和数据。
- 必须有一个控制器，用于控制程序的执行。
- 必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算。
- 必须有输入设备和输出设备，用于进行人机通信。
二、基本组成
根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机，必须具备五大基本组成部件： - 运算器：用于完成各种算术运算、逻辑运算和数据传送等数据加工处理。
- 控制器：用于控制程序的执行，是计算机的大脑。运算器和控制器组成计算机的中央处理器（CPU）。控制器根据存放在存储器中的指令序列（程序）进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行。控制器具有判断能力，能根据计算结果选择不同的工作流程。
- 存储器：用于记忆程序和数据，例如内存。程序和数据以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址确定。
- 输入设备：用于将数据或程序输入到计算机中，例如鼠标、键盘。
- 输出设备：将数据或程序的处理结果展示给用户，例如显示器、打印机。
三、工作原理
冯·诺依曼结构计算机的工作原理可以概括为存储程序和程序控制。计算机在执行程序时，首先通过输入设备将程序和数据输入到存储器中。然后，控制器从存储器中逐条取出指令，经过译码后向各个部件发出控制信号，协调它们进行工作。运算器在控制器的指挥下，完成指令指定的算术运算或逻辑运算，并将运算结果存储在存储器中或通过输出设备输出。
四、优点与局限
冯·诺依曼结构的优点在于其架构简单，易于编程和管理。然而，这种结构也存在一定的局限性，即指令获取和数据操作不能同时进行，可能导致瓶颈，称为“冯·诺依曼瓶颈”。为了克服这一局限性，人们提出了哈佛结构等改进方案。
五、应用与发展
冯·诺依曼结构是现代计算机的基础，至今大多数计算机仍然采用冯·诺依曼计算机的组织结构。从1951年第一台电子计算机EDVAC开始，计算机经历了多次的更新换代，但不管是最原始的计算机还是最先进的计算机，都使用了冯·诺依曼最初设计的计算机体系结构。因此，冯·诺依曼被世界公认为“计算机之父”。
综上所述，冯·诺依曼结构是一种重要的计算机体系结构，具有广泛的应用和发展前景。随着计算机技术的不断进步和创新，冯·诺依曼结构也将继续得到完善和发展。
