2021-2022-1學期 20212303 《網路空間安全導論》第二週學習總結
第三部分 硬體層
第四章 門和電路
4.1計算機和電學
計算機中的訊號被限制在低電平和高電平兩種狀態，對應0和1
門
一種裝置：對電訊號執行基本運算，接受一個或多個訊號，生成輸出一個訊號
電路
一種組合：相互關聯的門，實現特定的邏輯函式
布林代數
二值邏輯函式數學表達法
邏輯框圖
用專有符號對電路進行形象表示
真值表
輸入值和輸出值的組合表
4.2 門
4.3門的構造
電晶體
作為導線和電阻器的裝置，由輸入訊號的電平決定它的作用
半導體
每個半導體（三極體）有源極 基極 發射極
基級訊號是高電平 源極訊號將被接地，關閉電晶體
4.1電路
組合電路
輸出值僅由輸入值決定
時序電路
輸出是輸入值和電路當前狀態的函式
用布林表示式對電路進行化簡計算
電路等價
加法器
對二進位制值執行加法運算的電路
半加器
計算兩個數位的和並生成正確進位的電路
多路複用器
使用一些輸入控制訊號決定用那條輸入資料線傳送輸出訊號的電路
一般來說，n條輸入控制線的二進位制值決定了2^n條資料線中的那一條作為輸出
4.5儲存器電路
S-R鎖存器
控制S R的值，電路就可以儲存0或1
4.6積體電路
積體電路又稱晶片，是嵌入了多個門的晶片
超大規模積體電路有著很高的門，引腳比，就是 把很多門組合在一起，建立複雜的電路只需要很少的輸入值和輸出值。即多路複用器
4.7CPU晶片
每個CPU晶片都有大量的引腳，計算機系統所有通訊都是通過這些引腳完成的。
小結
門和電路指明瞭計算機如何通過控制最底層的電流進行運算，二進位制資訊的計算機只關注兩個電平，分別表示0或1.電流由GATE（門）來操作，執行基本的邏輯運算。
把一個門的輸出作為另一個門的輸入可以把門組合成電路，設計電路可以創建出多路複用，儲存資料的裝置。
門的集合（完整電路）通常被放在一個積體電路中，這引出了CPU的概念。
第五章 計算部件
計算機部件可以組合成各種各樣的計算機
5.1獨立的計算機部件
- 中央處理單元
2.FSB前端匯流排：處理器和外部的主要連線
3.快取cache：整合在處理其內部的小型的，快速的儲存介質。處理器許多準備從記憶體中讀取的請求內容都能從快取中找到，當快取中沒有時才使用前端匯流排。
4.顯示器：
5：圖形處理器（GPU）：通常是一個獨立的計算機，減輕CPU的負擔，它的記憶體容量越大，越能完成複雜的影象處理，支援外部顯示裝置。
6.隨機訪問儲存器RAM，主儲存器，記憶體的每一位元組都能被直接訪問而不需要依次訪問。
7.硬碟驅動器：計算機的二級儲存器，即輔助儲存器。
5.2儲存程式的概念
5.2.1馮諾依曼體系結構
處理資訊的部件獨立於儲存資訊的部件
記憶體單元：存放資料和指令
算數、邏輯單元：對資料執行算數和邏輯運算
輸入，輸出單元：交換資訊
控制單元：確保各部件參與，起監督任務
記憶體
記憶體是儲存單元的集合，每個儲存單元有一個唯一的實體地址。
可編址性:記憶體中每個可編址位置儲存的位數
位元組中的位都是從右到左編號的
算數，邏輯單元（ALU）
計算機的字長是該單元一次能處理的位數.
ALU操作的是字，大多數ALU都有暫存器（CPU中的一小塊區域，用來儲存中間值或特殊資料）用於存放立即會被用到的資訊。
輸入輸出單元
計算機與外部世界溝通的渠道
控制單元
掌管著讀取執行週期，是計算機中的組織力量
IR指令暫存器：存放當前正在執行的指令的暫存器
PC程式計數器：存放下一條要執行的指令的地址的計數器
匯流排寬度：可在總線上並行傳輸的位數
快取：儲存常用資料的小型高速儲存器
流水線：加速讀取，執行週期的技術，將一條指令分解成更小的步驟
主機板：計算機的主電路板
5.2.2讀取-執行週期
1.讀取下一條指令：
2.譯解指令：
3.如果需要，獲取資料
4.執行指令
5.2.3RAM和ROM
RAM是隨機存取儲存器，每個儲存單元都能被直接訪問的記憶體
ROM只讀儲存器，這裡的內容不能修改，是永久的。儲存計算機啟動自身需要的指令。
5.2.4二級儲存裝置
磁帶 磁碟 CD、DVD U盤
5.2.5觸控式螢幕
電阻式
電容式
紅外
表面聲波
5.3嵌入式系統
物理嵌入產品執行特殊功能不被終端使用者修改的計算機
5.4並行體系結構
5.4.1平行計算
位級：增加計算機的字長，現今的趨勢是使用64位處理器
指令級：基於處理相互無關同時進行的資料。超標量體系結構機器沒有多個處理器而是有多個執行資源
資料級：同一組指令級能同時對不同的資料集執行，即對不同資料集實行同一操作，例如增加圖片亮度。
任務級：不同處理器像流水線工人執行不同任務，但可以共享本地記憶體，即共享記憶體並行處理器。
5.4.2並行硬體分類
現在的計算機是多核處理器，對稱多處理器等的集合