2024-2025-1 20241305 《计算机基础与程序设计》第四周学习总结
作业信息
| 这个作业属于哪个课程 | 2024-2025-1-计算机基础与程序设计(https://edu.cnblogs.com/campus/besti/2024-2025-1-CFAP)） |
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| 这个作业的目标 | 1、门电路 2、组合电路，逻辑电路 3、冯诺依曼结构 4、CPU，内存，IO管理 5、嵌入式结构，并行结构 6、物理安全 |
| 作业正文 | 本博客链接 |
教材学习内容总结
《计算机科学概论》第四章学习总结
1、门：对电信号执行基本操作的设备
2、电路：组合门以执行更复杂的任务
3、描述方法
布尔表达式
逻辑框图
真值表
4、六种门（主要为AI总结，布尔表达式:自己补充）
在计算机科学中，逻辑门（Logic Gates）是构建数字电路的基本组件，用于实现基本的逻辑运算。以下是计算机中常见的六种基本逻辑门：
1. 与门（AND Gate）：
布尔表达式:X=AB
功能：只有当所有输入都为真（1）时，输出才为真（1）。如果任何一个输入为假（0），输出就为假（0）。
2. 或门（OR Gate）：
布尔表达式:X=A+B
功能：只要至少有一个输入为真（1），输出就为真（1）。只有当所有输入都为假（0）时，输出才为假（0）。
3. 非门（NOT Gate）：
布尔表达式:X=A'
功能：输出是输入的反值。如果输入为真（1），输出为假（0）；如果输入为假（0），输出为真（1）。
4. 异或门（XOR Gate）：
布尔表达式:X=A(+)B
功能：当输入的真值数量为奇数时，输出为真（1）。如果输入的真值数量为偶数，输出为假（0）。它相当于“互斥或”。
5. 或非门（NOR Gate）：
布尔表达式:X=(A+B)'
功能：当所有输入都为假（0）时，输出为真（1）。只要至少有一个输入为真（1），输出就为假（0）。
6. 与非门（NAND Gate）：
布尔表达式:X=(AB)'
功能：与门的反相版本，即与门的结果再经过非门。只有当所有输入都为真（1）时，输出才为假（0）。在其他情况下，输出为真（1）。
这些逻辑门可以通过组合来实现更复杂的逻辑运算和构建更高级的数字电路。
5、门的构造——晶体管
6、电路(分类）：组合电路——CPU
时序电路——寄存器 内存
７、布尔代数
交换律
结合律
分配律
恒等
补
德．摩根定律
８、加法器 半加
全加
９、多路复用器
１０、存储器电路 S-R锁存器
１１、集成电路 分类——SSI MSI LSI VLSI
１２、CPU:具有输入线和输出线的高级电路
《计算计科学概论》第五章学习内容总结
一、冯诺依曼架构
１、内存 可编址性
２、算术／逻辑单元：执行算术运算和逻辑运算的计算机部件
３、输入／输出单元
４、控制单元
指令寄存器
程序计数器
中央处理器
５、存储器——RAM和ROM——字节数组
——辅存——磁带
——磁盘
——光盘
——DVD
——FLASH
６、并行计算
位级并行
指令级并行
数据级并行
任务级并行
《C语言程序设计》第三章学习内容总结
3.1C运算符和表达式
3.1.1算术运算符和表达式
一元运算符
二元运算符
三元运算符
整数除法 1/2
浮点数除法1.0/2
注：C语言中，求余运算限定参与的两个操作数必须为整型，不能对两个实型数据进行求余运算 余数表示结果
3.1.2复合的赋值运算符
五个运算符：+=，-=，=，/=，%=
3.1.3增1和减1运算符
自增运算符
自减运算符
前缀和后缀运算符的不同运算
3.2宏常量与宏替换
&称为取地址运算符
幻数
宏常量——符号常量
宏定义的一般形式：#define 标识符 字符串
宏替换——将程序中出现的宏名替换成字符串的过程
3.3const常量
3.4自动类型转换与强制类型转换运算符
1、表达式中的自动类型转换
类型提升
整数提升
2、赋值中的自动类型转换
将取值范围小的转换为取值范围大的类型是安全的，反之则不安全
3、强制类型转换运算符
3.5常用的标准数学函数
C语言：计算三角形面积公式：area=sqrt（s(s-a)(s-b)(s-c))
教材学习中的问题及解决方案
问题一：计算机硬件中，CPU、内存和存储设备之间如何协同工作？
AI回答：在计算机系统中，CPU（中央处理器）、内存和存储设备共同协作，以执行程序和处理数据。以下是它们的基本角色和交互过程：
1. CPU（中央处理器）：
CPU是计算机的大脑，负责解释和执行程序指令，以及处理数据。
它从内存中获取指令和数据，执行指令，然后将结果写回内存或存储设备。
CPU的速度非常快，但它需要快速访问数据，因此它与高速内存紧密相连。
2. 内存（RAM）：
内存是计算机的短期记忆，用于存储当前正在运行的程序和正在处理的数据。
内存的速度比存储设备快得多，但成本更高，且断电后数据会丢失。
当CPU需要执行一个程序时，它会将程序的一部分从存储设备加载到内存中。
CPU直接与内存交互，从内存中读取指令和数据，执行操作，然后将结果写回内存。
3. 存储设备（如硬盘或固态硬盘）：
存储设备用于长期保存数据和程序，即使在计算机关闭后数据也不会丢失。
存储设备的速度通常比内存慢，但它们可以存储大量的数据。
当CPU需要执行一个程序时，操作系统会从存储设备中读取程序，将其加载到内存中，然后CPU才能执行它。
用户也可以将数据保存到存储设备中，以便长期存储。
交互过程：
1. 当用户启动一个程序时，操作系统从存储设备中读取程序文件。
2. 程序文件被加载到内存中，因为CPU只能直接从内存中读取指令和数据。
3. CPU从内存中获取指令，将其解码，并执行相应的操作。这可能包括计算、数据比较、分支决策等。
4. 如果程序需要读取或写入文件，CPU会发出指令，让操作系统从存储设备中读取数据或将数据写入存储设备。
5. 程序执行完毕后，其结果可能被写回内存，然后可以被保存到存储设备中，或者直接显示给用户。
这个过程中，CPU、内存和存储设备之间的数据传输是通过系统总线进行的，系统总线是连接计算机内部组件的通信通道。数据总线负责传输数据，地址总线负责指定内存中的数据位置，控制总线负责传输控制信号。这三个总线协同工作，确保计算机系统的顺畅运行。
问题二：C语言中除了算术运算符，还有哪些其它字符？
AI回答：在C语言中，除了基本的算术运算符（+、-、*、/、%、++、--），还有多种其他类型的运算符和字符，用于控制程序的流程和数据的操作。以下是一些常见的：
1. 关系运算符：
== 等于
!= 不等于
> 大于
< 小于
>= 大于等于
<= 小于等于
2. 逻辑运算符：
&& 逻辑与（AND）
|| 逻辑或（OR）
! 逻辑非（NOT）
3. 位运算符：
& 按位与
| 按位或
^ 按位异或
~ 按位取反
<< 左移位
>> 右移位
4. 赋值运算符：
= 赋值
+= 加法赋值
-= 减法赋值
*= 乘法赋值
/= 除法赋值
%= 取模赋值
<<= 左移位赋值
>>= 右移位赋值
&= 按位与赋值
|= 按位或赋值
^= 按位异或赋值
5. 条件运算符（三元运算符）：
?: 条件表达式
6. 其他字符：
; 语句结束符
, 逗号运算符，用于分隔参数或元素
. 成员访问符，用于访问结构体或联合体的成员
-> 指针成员访问符，通过指针访问成员
& 取地址符，用于获取变量的内存地址
* 指针运算符，用于声明指针变量或通过指针访问值
[] 数组下标运算符，用于访问数组元素
() 括号，用于提高运算优先级或作为函数调用的参数列表
这些运算符和字符在C语言中扮演着重要的角色，它们使得程序能够执行复杂的逻辑判断、数据操作和流程控制。
问题三：冯诺依曼结构的优势有哪些？
AI回答：冯·诺依曼结构，也被称为普林斯顿架构，是一种将程序指令存储和数据存储在同一个可读写内存中的计算机组织方式。这种架构的主要优势包括：
1. 简化设计：由于指令和数据都存储在同一内存中，计算机的设计可以更加简化，因为只需要一个内存总线和一套内存管理逻辑。
2. 灵活性：冯·诺依曼架构允许程序动态地访问和修改存储在内存中的指令和数据，这为编写灵活和动态的程序提供了可能。
3. 通用性：这种架构的计算机可以执行各种类型的程序，从简单的计算到复杂的数据处理，这使得计算机具有很高的通用性。
4. 易于编程：由于程序和数据使用相同的内存空间，程序员可以更容易地编写和调试程序，因为内存的访问方式是统一的。
5. 成本效益：相比于其他需要多个独立存储系统的架构，冯·诺依曼架构可以降低硬件成本，因为它只需要一个存储系统。
6. 易于扩展：随着技术的发展，冯·诺依曼架构的计算机可以通过增加更多的内存和更快的处理器来扩展性能。
7. 并行处理能力：虽然冯·诺依曼架构本身并不直接支持并行处理，但是现代的冯·诺依曼架构计算机通常采用多核处理器和多线程技术来实现并行处理。
8. 广泛的软件支持：由于冯·诺依曼架构的普遍性，大多数现有的软件都是为这种架构设计的，因此它拥有广泛的软件支持。
9. 易于实现缓存：冯·诺依曼架构的计算机可以更容易地实现缓存技术，以提高数据和指令的访问速度。
10. 易于集成：由于其简单的设计，冯·诺依曼架构的计算机可以更容易地与其他系统和设备集成。
尽管冯·诺依曼架构有许多优势，但它也有一些缺点，比如冯·诺依曼瓶颈（即数据和指令使用同一总线导致的带宽限制），以及对并行处理的支持不如哈佛架构等。然而，现代计算机通过各种技术（如流水线处理、超标量架构、多核处理器等）来缓解这些限制。
基于AI的学习
代码调试中的问题及解决方案
问题一：学习gcc命令时程序显示错误，找不到原因
问题一解决方案：同学帮助查找原因，main.c文件存到了桌面上是错误的，应当存到英文目录里
其他
计算计实验较难，但通过多方求助，便能找到问题新的突破口
学习进度条
| 代码行数（新增/累积） | 博客量（新增/累积） | 学习时间（新增/累积） | 重要成长 | |
|---|---|---|---|---|
| 目标 | 5000行 | 30篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 50/50 | 2/2 | 20/20 | |
| 第二周 | 200/250 | 2/4 | 10/30 | |
| 第三周 | 300/550 | 3/7 | 15/45 | |
| 第四周 | 350/900 | 6/10 | 15/60 |
