2024-2025-1 20241325 《计算机基础与程序设计》第四周学习总结
作业课程：https://edu.cnblogs.com/campus/besti/2024-2025-1-CFAP；
作业要求：https://www.cnblogs.com/rocedu/p/9577842.html#WEEK04
作业目标：
1、了解计算机程序史；
2、提升代码写作能力；
3、提升个人的计算机素养；
作业正文：https://www.cnblogs.com/wangxianglong999/p/18487683
教材学习内容总结：
门电路：
🔌 门电路简介
- 门电路（Gate Circuit）是用于实现基本逻辑运算和复杂逻辑运算的单元电路，也称为逻辑门（Logic Gate）。它是数字集成电路中最基本的逻辑单元。常见的门电路包括TTL门电路、CMOS门电路和ECL集成电路等。
🧩 基本逻辑门
- 基本的逻辑门有三种：与门（AND）、或门（OR）和非门（NOT）。这些逻辑门可以通过简单的晶体管或MOS管组合而成，能够对输入的电平（高或低）进行简单的逻辑运算处理。简单的逻辑门可以组合成更复杂的逻辑运算，是超大规模集成电路设计的基础。
⚙️ 逻辑门的工作原理
- 逻辑门的工作原理是通过控制高、低电平（分别代表逻辑上的“真”和“假”或二进制中的“1”和“0”），从而实现逻辑运算。逻辑门的种类包括“与”门、“或”门、“非”门、“或非”门、“与非”门等，这些门可以组合使用实现更为复杂的逻辑运算。
📚 应用领域
- 逻辑门广泛应用于计算机、通信、控制和数字化设备中。通过控制电平的高低，实现逻辑运算。
组合电路，逻辑电路：
🔍 组合电路与逻辑电路
组合电路和逻辑电路是数字电路设计中的两个重要概念。以下是它们的基本介绍和区别：
组合逻辑电路
🧩 定义
- 组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态仅由当前输入状态的组合决定，而与电路之前的状态无关。这意味着组合逻辑电路没有记忆功能，输出仅依赖于当前输入。
⚙️ 特点
- 输入和输出之间没有反馈延迟通道。
- 电路中没有记忆单元。
- 组合逻辑电路可以用一组逻辑表达式来描述。
逻辑电路
🧠 基本逻辑门
- 逻辑电路由基本的逻辑门（如AND、OR、NOT、NAND、NOR等）构成。这些门可以组合成更复杂的逻辑运算，是超大规模集成电路设计的基础。
组合电路与时序电路的区别
🔄 时序电路
- 时序电路的输出不仅与当前输入有关，还与电路的历史状态有关。它们包含记忆元件（如触发器），能够记录前一时刻的输出状态。
📊 应用
- 组合电路常用于实现简单的逻辑功能，如加法器、编码器、译码器等。
- 时序电路则用于实现复杂的功能，如计数器、寄存器等。
组合电路和逻辑电路在数字系统中扮演着关键角色，通过合理的设计和组合，可以实现各种复杂的数字功能。
冯诺依曼结构：
🖥️ 冯·诺依曼结构简介
冯·诺依曼结构（Von Neumann Architecture），也称为冯·诺依曼模型或普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的计算机设计概念结构。这种结构由数学家冯·诺依曼提出，并成为现代计算机设计的基础。
主要特点
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存储程序概念：冯·诺依曼结构的核心思想是将程序指令和数据存储在同一个存储器中，这样计算机可以通过读取存储器中的指令来执行程序。
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二进制逻辑：该结构采用二进制逻辑，指令和数据均以二进制格式存储和处理。
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五大组成部分：冯·诺依曼结构的计算机由五个主要部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。这些部分共同协作以实现计算机的功能。
应用与影响
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冯·诺依曼结构奠定了现代计算机的设计基础，几乎所有现代计算机系统都遵循这一结构。它的出现使得计算机能够灵活地执行不同的程序，极大地提高了计算机的通用性和效率。
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尽管冯·诺依曼结构在计算机发展史上具有重要地位，但也存在一些限制，如“冯·诺依曼瓶颈”，即由于指令和数据共享同一存储器带宽，可能导致性能瓶颈。
冯·诺依曼结构的提出标志着计算机设计的一个重要里程碑，为后续的计算机技术发展奠定了坚实的基础。
CPU，内存，IO管理：
🔍 CPU、内存和I/O管理
CPU（中央处理器）
- 功能与作用：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。它通过执行一系列的指令来完成计算任务。
- 性能优化：为了提高吞吐量，CPU会将指令执行分为多个阶段，形成指令流水线（Pipeline）。同时，软件系统为了提升处理能力，往往会引入批处理（Batch Processing），这可能导致指令执行延迟（Latency）增加。
内存
- 内存虚拟化：内存虚拟化技术通过软件方式模拟真实的物理内存，使得每个虚拟机都能拥有独立的内存空间。这种技术可以实现资源的最大利用和最优配置，提高系统的灵活性和可维护性。
I/O管理
- I/O操作：I/O管理涉及设备的分配和回收、设备驱动程序的运行以及中断处理等。I/O设备与内存的数据交换是I/O管理的重要部分。
- I/O控制方式：常见的I/O控制方式包括轮询方式和中断方式。轮询方式会不断检查I/O设备的状态信息，而中断方式则在设备准备好数据后通知CPU进行处理。
性能优化与监控
- 监控与报警：通过设置监控报警规则，当CPU、I/O或内存达到预设阈值时，及时发送警报通知管理员。使用图形化监控工具（如Grafana）可以直观展示CPU、I/O和内存的变化趋势，便于分析和优化。
这些组件的高效管理和优化对于计算机系统的整体性能和稳定性至关重要。
嵌入式系统，并行结构：
🔍 嵌入式系统与并行结构
嵌入式系统
嵌入式系统是一种专用计算机系统，通常集成在更大的设备中，用于执行特定任务。以下是一些关键点：
- 基本组成：嵌入式系统通常包括处理器、内存、输入输出接口和嵌入式操作系统。这些组件的选择和设计直接影响系统的性能、功耗和功能。
- 应用领域：嵌入式系统广泛应用于工业控制、医疗设备、航空航天等领域，要求高可靠性和实时性。
并行结构
并行结构在嵌入式系统中用于提高处理能力和效率。以下是一些相关信息：
- 多核处理器：嵌入式系统中常用多核处理器来实现并行化。多核处理器可以是对称结构（Symmetric）或非对称结构（Asymmetric），前者在PC多核处理器中广泛应用，而后者常用于嵌入式领域。
- 并行计算方法：在嵌入式多核处理器上进行程序并行化优化的方法包括任务并行和存储优化。
- 并行化的优势：通过提供显式的并行控制结构（如并行循环、并行任务等），开发者可以精确控制并行执行的行为，从而提高系统的响应速度和数据处理能力。
嵌入式系统结合并行结构，可以显著提升系统的性能和效率，适应复杂的应用需求。
物理安全：
🔒 物理安全概述
物理安全是指保护硬件设备、通信线路和其他物理资产免受自然灾害、人为破坏和窃听攻击的措施。以下是一些关键点：
物理安全的目的
- 保护硬件设备：如路由器、工作站、网络服务器等，防止自然灾害（如地震、火灾）和人为破坏。
- 通信线路安全：确保通信线路不被窃听或破坏，保障信息传输的安全性。
物理安全的重要性
- 企业与政府的需求：物理安全对于企业和政府机构尤为重要，因为它们需要保护内部信息网络免受外部黑客攻击。
- 市场规模：全球物理安全市场规模在2023年达到1100亿美元，并预计增长到1230亿美元，显示出其在安全领域的重要性。
物理安全措施
- 物理隔离：通过物理隔离内网和公共网络，确保内部信息网络的安全。
- 环境安全：保护计算机网络设备免受地震、水灾、火灾等环境事故的影响。
- 访问控制：加强对物理资产的访问控制，防止未经授权的访问和潜在的安全威胁。
物理安全是信息安全的基础，确保系统的可靠运行和信息的完整性。随着网络攻击的复杂性不断增加，物理安全的重要性也日益凸显。
代码调试中的问题与解决：
问题：rand函数产生的是伪随机数，如何让其生成的数是真的随机数呢？
思考：没有任何思路。
解决：在csdn上检索了相关问题，发现可以插入时间点与使用srand函数来调整。
本周敲代码情况：
目标 | 5000行 | 30篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 200/200 | 2/2 | 20/20 | |
| 第二周 | 300/500 | 2/4 | 18/38 | |
| 第三周 | 500/1000 | 3/7 | 22/60 | |
| 第四周 | 300/1300 | 2/9 | 30/90 | |
总结 ：本周学习积极性上有所提升，但仍有消极懈怠的情况出现，希望自己能及时改正，并更加努力！！！
