2020-2021-1学期 20202427 《网络空间安全导论》第二周学习总结
本书第一章将计算系统的分层比做成一个由很多层组成的洋葱，每一层在整个系统设计中都扮演一个特定的角色。第二三章是信息层，讨论了计算机硬件用来表示和管理信息的方式和表示各种数据的方法。本周我们学习硬件层，分别讨论了如何使用电信号来表示和操作这些二进制值以及主要的计算部件。
第四章 门与电路
一.门
（一）门的定义
对电信号执行基本运算的设备，接受一个或多个输入信号，生成一个输出信号。
（二）表示方法
1.布尔代数
2.逻辑框图
3.真值表
（三）门的类型
1.非门
2.与门
3.或门
4.异或门
5.与非门
6.或非门
门也可以被设计成为接受三个或更多个输入值。
（四）门的构造
1.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。
2.半导体
既不是良导体也不是绝缘体的材料，如硅。
一些例子】
二.电路
（一）电路的定义
由门组合而成，可以执行更加复杂的任务，可用于实现特定的逻辑函数。
（二）电路的种类
1.组合电路
输出仅由输入值决定的电路。
2.时序电路
输出是输入值和电路当前状态的函数的电路。
（三）电路等价
对应每个输入值的组合，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一个重要属性分配律
A（B+C）＝AB+AC
（四）常见电路
1.加法器：对二进制值进行加法运算的电路
2.半加器：计算两个数位的和并生成正确进位的电路
值得说明的是，半加器并不会把进位考虑在内，那怎么办呢？
3.全加器：计算两个数位的和，并考虑进位输入的电路。
4.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。
5.储存器电路：一种时序电路，可以储存信息。
（五）集成电路
1.定义：集成电路是嵌入了多个门的芯片。这些芯片被封装在塑料和陶瓷中，边缘有引脚，可以焊接在电路板上或插入适合的插座中。每个引脚连接着一个门的输入或者输出。
2.CPU芯片：最重要的集成电路。下一章会进行讨论，但我们现在要意识到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
有一说一这一节的内容好难，很多内容看的是真的云里雾里，很多知识不如上一章容易理解，所以这一节的博客很多都是照搬定义。
一.部分前缀和数字转化
二.存储程序的概念
（一）冯·诺伊曼体系结构
这里介绍了一个很重要的概念：冯·诺伊曼体系结构，百度有 冯·诺伊曼体系是现代计算机的基础，现在大多数计算机仍是经过一些改进的冯·诺伊曼计算机的组织结构。冯·诺伊曼体系结构是由美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼于1946年提出存储程序原理。其要点是：把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存，计算机的数制采用二进制，计算机应该按照程序顺序执行。冯·诺伊曼计算机有五大部分组成，运算器（ ALU, Arithmetic Logic Unit ), 控制器（ Controler ), 存储器（ Memory ), 输出设备（ Outout Unit ), 输入设备( Input Unit )。
对于冯·诺伊曼体系结构有如下几个单元
1.内存单元
每个存储单元（称为位）能存放1和0，位组成字节，字节组成字。内存是存储单元的集合，每个存储单元有一个唯一的物理地址。
可编址性：内存中每个可编址位置存储的位数。
内存中每个单元都是从0开始连续进行编号的。
1.二级存储设备
1.磁带
存储数据少且浪费时间，如果要访问中间的片段，就得把前面的数据全部访问并丢弃。
2.磁盘
CD播放器和磁带录音器的混合物，读写头通过在高速旋转的磁盘上移动来检索或记录数据，信息在这上面被磁化储存。
3.CD和DVD
CD是Compact Disk的缩写，利用激光读取存储在塑料盘片的信息。后面有很多的后缀。
4.闪存
可写入和擦除的非易失性计算机存储器。也被用来制作固态硬盘。
2.算数/逻辑单元（ALU）
这个单元可以执行基本的算术运算，如二位数的加减乘除。也可进行逻辑运算，如与运算，或运算和非运算。
大多数现代算数/逻辑单元（ALU）都有少量的特殊存储单元称为寄存器。
1.寄存器：CPU内一小块存储区域，用于存储中间值或特殊数据。
很简单，就是多步运行时会储存中间值或特殊数据。
3.输入/输出单元
计算机与外部空间沟通的渠道。
输入单元：使外界数据进入计算机的设备。刚开始的输入单元用来解释纸袋和卡片上穿的孔。现在有键盘，鼠标或者扫描设备等。
输出单元：可以让外界利用计算机上的结果，把存储在内存或其他设备中的信息制成一个永久副本。如打印机和显示器。
1.触摸屏
一种特殊的输入输出单元，能检测到用户在屏幕上用手指或书写笔的触摸并作出相应。
触摸屏判断位置的方法：
1.电阻式
2.电容式
3.红外
4.表面声波
4.控制单元
掌管着读取——执行周期，是计算机内的组织力量。
控制单元：可控制其他部件的动作，执行指令序列的计算机部件。
1.两种特殊寄存器
指令寄存器：存放当前正在执行的指令的处理器。
程序计数器：存放下一条要执行的指令的地址的寄存器。
算数/编辑单元和控制单元关系紧密，二者通常被看作一个单元，相当于计算机的大脑，称为CPU
（二）读取-执行周期
1.具体步骤
1.读取下一条指令
2.译解指令
3.如果需要，获取数据
4.执行指令
三.嵌入式系统
为完成小范围功能而专门设计的计算机，一个嵌入式系统集成在单个微型处理器芯片上，程序储存在ROM上。
四.并行体系结构
（一）并行计算
1.形式
位级，指令级，数据级和任务级。
1.位级
若一个处理器是8位，处理一个16位的信息，则一个用来处理前8位，一个处理后8位.
2.指令级
基于某些指令能够同时独立的运行，向功能不同的处理器单元发送不同的指令，并不是有多个处理器，而是有多个执行资源。
3.数据级
同时对不同的数据集执行。称为SIMD（单指令多数据）
4.任务级
（二）并行硬件分类
1.多核处理器
2.超标量处理器
3.对称多处理器
两张脑图如下：
