第四章：门和电路
4.1计算机和电学
- 任何电信号都有电平。
一般来说：02伏的电压为低电平。25伏的范围为高电平。
计算机中的信号被限制在这两个范围中。
- 门是对电信号执行基本运算的设备。
- 电路是由门组合而成，可以执行更复杂的任务。
例如：电路可以进行算术运算和存储值。 - 描述门和电路电路的方法有三种，它们互不相同，但却一样有效：
1.布尔表达式
2.逻辑框图
3.真值表
门：对电信号执行基本运算的设备，接受一个或多个的呼入信号，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。
- 布尔代数的表达式是一种极好的演示电路活动的方式。它特有的计算和属性是我们能够用数学符号定义和操作电路逻辑。
- 逻辑框图：是电路的图形化表示。
- 真值表列出了一种们可能遇到的所有输入组合和相应的输出，从而定义了这种门的功能。
4.2门
计算机中的门又有时叫做逻辑门因为每个门都进行一个逻辑函数。门的类型和输入值决定了输出值。
我们今日来了解六种门：
- 非门（NOT)
又叫做逆变器，因为对它的输入值求逆。其符号为’又叫做逆变器，因为对它的输入值求逆。其符号为’
- 与门（AND)
表示符号为·有时可以忽略表示符号为·有时可以忽略
- 或门（OR）
由+表示
- 异或门（XOR）
符号为圈加号符号为圈加号
- 与非门(NAND)
与与门相反
- 或非门(NOR)
与或门相反
4.3门的构造
- 门使用晶体管进行输入值与输出值之间的映射。晶体管的角色有两种，一种是传导电流的电线，另一种是阻止电流的电阻器。
输入信号的电平决定了晶体管的角色。
- 晶体管一般由半导体组成。
1.晶体管具有三个接线端，即源极，基极和发射极。发射机通常被连到地线。
2.低电平表示二进制数字0，高电平表示二进制数字1。
3.晶体管只能开（高频信号）或关（低频信号）两种状态，由基极电信号决定。基极高则将源极信号接地，从而关闭了晶体管；基极低则保持源极的高信号，从而使晶体管开启。 - 在晶体管创建的门中，最容易创建的便是与门，与非门和或非门。
1.与非门保证串联（一高则高）。
2.或非门用并联（电压一样）。
4.4电路
电路可以分为两大类：
- 组合电路：输出仅由输入值决定的电路。
组合电路：输出仅由输入值决定的电路。
时序电路：输出是输入值和电路当前状态的函数的电路。
和门一样，我们能用三种方法来描述整个电路的运作，即布尔表达式，逻辑框图和真值表。它们是不同的表示法，但却同样有效。
- 组合电路：把一个门的输出作为另一个门的输入，就可以把门组成电路。在教材的演示中，我们发现了布尔函数的优越性，它可以用表达式模拟电路，并且拥有几点规律。
1.与：交换律，集合律，分配律，补（A·A')=0
2.或：交换律，集合律，分配律，补（A+A')=1
德摩根定律：（AB）‘=A'ORB' I (A+B)'=A'B' - 加法器：对二进制执行加法运算的电路。
- 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。
- 多路复用器是生成单个输出信号的通用电路。输出值等于该电路的多个输入值之一。
多路复用器是使用一些输入控制信号决定用那条输入数据线发送输出信号的电路。
4.5存储器电路
数字电路的另一个重要作用就是可以用来储存信息。这些电路构成了时序电路，因为这种电路的输出信号也被用作电路的输入信号。
存储器电路有很多种，只介绍S-R锁存器。
4.6集成电路
集成电路又称芯片，是嵌入了多个门的硅片。
- 集成电路是根据它们所包含的门数分类的。
4.7CPU芯片
- 我们只要认识到CPU是一种具有输入线和输出线的高级电路。
第五章：计算部件
5.1独立的计算机部件
- 处理器被称为核
- Hz代表赫兹，G为十亿的前缀表示方法
- FSB为总线
- cache为缓存
- GPU为图形处理器
- RAM为随机处理器
- SSD为固态硬盘
- HDMI代表高清晰度多媒体接口，向家庭影院系统发送或从外部接受数字视频和音频信号
- VGA端口可以用来链接笔记本电脑与外部模拟屏幕或者投影仪
5.2：存储程序的概念
1.实现了数据和操作数据的指令的逻辑一致性，而且他们能储存在一起，这儿是计算机历史上的一1.实现了数据和操作数据的指令的逻辑一致性，而且他们能储存在一起，这儿是计算机历史上的一个重要定义点。
2.冯·诺伊曼体系结构的另一个重要特征时处理信息的部件独立于存储信息的部件。2.冯·诺伊曼体系结构的另一个重要特征时处理信息的部件独立于存储信息的部件。
- 存放数据和指令的内存单元
- 对数据执行算术和逻辑运算的的算数逻辑单元
- 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
- 担当舞台监督，确保其他部件都参与了表演的控制单元
可编址性：内存中每个可编址位置储存的位数
- 算数逻辑单元：执行算术运算或执行逻辑运算。ALU的操作是字
- 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：外界数据和程序进入计算机的设备;使外界使用存储在计算机上结果的设备。
- 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命令的大脑
- 总线宽度是同时能传输的比特数
由于访问缓存的速度相比处理器的运算速度比处理器要慢得多，因此许多架构提供了缓存。
流水线是一种加速读取-执行周期的技术。
- n位处理器通常指的是中央处理器一般寄存器中的位数：两个n位的数字能通过一条指令相加。
- 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
1.读取-执行周期
- 读取下一条指令
- 译解指令
- 如果需要，获取数据
- 执行命令
2.二级存储设备
- 磁带
- 磁盘
- 磁道
- 扇区
- 块
- 寻道时间
- 等待时间
- 存取时间
- 传送速率
- 柱面
- CD和DVD
- 闪存
- 触摸屏
5.3嵌入式系统
- 嵌入式系统作为大型系统中的一小部分，是为完成小范围功能而专门设计的计算机。
5.4并行体系结构
- 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。
- 并行硬件分类