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第四章 门和电路

 一、三种表示法

1.布尔代数：表示二值逻辑函数的数学方法

2.逻辑框图：电路的图形化表示每种类型的门有自己专用的符号

3.真值表：列出了所有可能的输入值和相关输出值的表

二、六种门

1.非门

逆变器，对输入值求逆

输入0   输出1

       1          0

由求反的值之后的’或上面的横杠

末端带有小圆圈的三角形

2.与门

两个输入信号都是1输出1

否则输出0

由.或*表示

3.或门

输入值都是0输出0

否则输出1

用+表示

4.异或门

两个输入相同输出0

否则输出1

5.与非门和或非门

与门和或门的对立面

三、门的构造

1.门使用晶体管建立输入值与输出值之间的映射

晶体管：作为导线或电阻器的设备，有输入信号的电平决定它的作用

半导体：既不是良导体也不是绝缘体的材料，如硅

2.一些基本电学原理

基极信号高电平，原极信号接地，关闭晶体管

基极信号低电平，原极信号高电平，打开晶体管

 四、组合电路

输出仅由输入值决定的电脑。

时序电路：输出是输入值和电脑当前状态的函数的电路。

我们照样能用布尔表达式、逻辑框图和真值表三种方法来描述整个电路的运作。

1. 组合电路

把一个门的输出作为另一个门的输入，就可以把门组合成电路。

电路等价（circuit equivalence）：对应每个输入值组合，两个电路都生成完全相同的输出。

德·摩根定律：1.对两个变量的与操作的结果进行非操作，等于对每个变量进行非操作后再对它们进行或操作。用电路术语来讲就是,对与门的输出求逆，等价于先对每个信号求逆，然后再把它们传入或门。
2.对变量的或操作的结果进行 非操作，等于对每个变量进行非操作后再对它们进行与操作，同样用电路术语来讲，对或门的输出求逆，等价于先对每个信号求逆，然后再把它们传入与门。

意义：德·摩根定律和其他布尔代数性质为定义、管理和评估逻辑电路的设计提供了正规的机制。

2 .加法器

加法器（adder）：对二进制值执行加法运算的电路。

半加器（half adder）：计算两个数位的和并生成正确进位的电路。

全加器（full adder）：计算两个数位的和，并考虑进位输入的电路。

3. 多路复用器

多路复用器（multiplexer）：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。

多路分配器是执行相反操作的电路。

五、存储器电路

数字电路的另一个重要作用是可以用来存储信息。

类型之一：S-R 锁存器

六、集成电路

集成电路（integrated circuit）：又称芯片（chip），是嵌入了多个门的硅片。

七、CPU芯片

CPU只是一种具有输入线和输出线的高级电路。

每个CPU芯片都有大量的引脚，计算机系统的所有通信都是通过这些引脚完成的

第五章

一、独立的计算机部件 

酷睿2是一种处理器，DUO代表了单个芯片中集成了两个这样的处理器（称为“核”）。

GHz中的G是giga的简写，它是表示十亿的公制前缀。

Hz表示赫兹，是衡量每秒频率的单位。

在电脑中，会有一个称为时钟的部件集中生成一系列电脉冲，它用来保证所有动作的协调。

一个处理器需要访问内存和输入、输出设备，这是通过被称为总线的一组电线实现的。一台计算机有许多不同的总线，但是处理器和外界的主要连接线称为前端总线（FSB）。

缓存是通常集成在处理器芯片内部的小型、快速的存储介质。缓存空间越大，对其数据的访问就越慢，这会导致处理器 速度的降低。

LED正在代表微型荧光灯泡的使用。LED具有的优势是，它的寿命更长，而不会越来越暗，并且它不含有金属汞。

GPU是一个独立的计算机，它甚至比主流的处理器更强大，它的内存容量越大，越能更好地完成复杂图像处理、支持外部显示设备等工作。

Dual Channel DDR2(双通道DDR2）是内存的类型，它提供两个访问路径（成为通道）。

硬盘驱动器是计算机二级存储器（也称为辅助存储器）的通俗名称。

USB即通用串行总线，使用有线传输数据。

HDMI代表高清晰度多媒体接口，能够向诸如家庭影院系统发送或从外部接收数字视频和音频信号。

恶意软件是一种不良企图的软件，它形式多样，在检测软件会不断在文件系统和Web内容中检查这类程序并阻止它们运行。

二、 存储程序的概念

1944-1945年实现了数据和操作数据的指令的逻辑一致性，而且它们能存储在一起，这是计算历史上的一个主要定义点。

1. 冯·诺伊曼体系结构

主要特征：处理信息的部件独立于存储信息的部件

5个该体系结构的部件：

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算术逻辑单元。
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。

2.内存：存储单元的集合，每个存储单元有一个唯一的物理地址，这里用通称单元 。
可编址性：内存中每个可编址位置存储的位数。

算术逻辑单元：执行算术运算（加法、减法、乘法和除法）和 逻辑运算（两个值的比较）的计算机部件。
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。

输入单元：接收要存储在内存中的数据的设备。现代的输入设备包括键盘、鼠标和超级市场使用的扫描设备。

输出单元：一种设备，用于把存储在内存中的数据打印或显示出来，或者把存储在内存或其他设备中的信息制成一个永久副本。最常用的输出设备是 打印机和显示器。

控制单元：控制其他部位的动作，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指令的“大脑”。

总线宽度：可以在总线上并行传输的位数。

缓存：一种用于存储常用数据的小型高速存储器。

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。

三、 读取-执行周期

处理周期的四个步骤如下：
读取下一条指令。
译解指令。
如果需要，获取数据。
执行指令。

四、RAM和ROM

是随机存取存储器的缩写，这是一种每个存储单元（通常是1字节）都能被直接访问的内存。访问每个存储单元的本质是改写这个存储单元的内容。

只读存储器（Read Only Memory）的缩写。其内容不能更改，是永久的，存储操作不能改变它们。

 五、二级存储设备

1.磁带驱动器：通常用于备份（生成副本）磁盘上的数据，以防磁盘损毁。磁带的类型多种多样，从小型的 流式录音带，到大型的盘式磁带。
缺点：如果要访问磁带中间的数据，则必须访问这个数据之前的 所有数据并丢弃它们。

2.磁盘

磁盘驱动器是CD播放器和磁带录音机的混合物。　　　　　　

磁道：磁盘表面的同心圆。
扇区：磁道的一个区。
块：存储在扇区中的信息。
寻道时间：读写头定位到指定的磁道所花费的时间。
等待时间：把指定的扇区定位到读写头之下所花费的时间。
存取时间：开始读取一个数据块之前花费的时间，即寻道时间和等待时间之和。
传送速率：数据从磁盘传输到内存的速率。
柱面：所有磁盘表面的同心磁道的集合。

3.CD和DVD

用激光读取存储在塑料盘片上的信息。

4.闪存

闪存是一种可写入可擦除的非易失性计算机存储器。
闪存被用于制作固态硬盘（SSD），固态硬盘能够直接取代普通硬盘。

5.触摸屏

它显示文本和图形的方式与常规的显示器相同，此外它还能探测到用户在屏幕上用手指或书写笔的触摸，并作出响应。

触摸屏并非只能检测到触摸，它还能知道触摸屏幕的位置。

实现触摸屏的技术：

阻式触摸屏

电容式触摸屏

红外触摸屏

表面声波（SAW）触摸屏

注意，可以用戴手套的手指触摸电阻式触摸屏、红外触摸屏和声表面波触摸屏，但不能用到电容式触摸屏上，因为它依靠的是流向触摸点的电流。

六、嵌入式系统

 

七、并行体系结构

1.并行计算

形式：比特级、指令级、数据级和任务级

比特级的并行是基于增加计算机的字长。

指令级的并行是基于程序中的某些指令能够同时独立的进行。

数据级并行基于同一组指令集同时对不同的数据集执行。这种并行称为SIMD（单指令多数据），它依赖于一个控制单元来指导在不同的操作数集合上执行相同的操作。

同步处理（synchronous processing）：多处理器将同一个程序应用于多个数据集。
任务级的并行是基于不同的处理器能在相同或不同的数据集上执行不同的操作。

共享内存并行处理器（shared memory parallel processor）：多个处理器共享整体内存的情况。

2.并行硬件分类

并行硬件的类别反映了并行计算的不同类型。多核处理器有多个独立的核心，它们通常是中央处理（CPU）。超标量处理器能向执行单元发出多条指令，而多核心处理器能向不同的执行单元发出不同的指令。也就是说，每个独立的核心能够包含多个执行单元。

对称多处理器（SMP）包含多个相同的核心。它们共享内存，并且通过一个总线相连。一个对称多处理器的核心数量通常限制在32个以内。分布式计算机包含多个内存单元，它们通过网络相连。集群是由一组独立的机器通过已有的网络相连而形成的计算机。这种设备通常包含超过1000个处理器。

小结

构成计算机的部件涉及多种设备，它们各有特征，包括速度、大小和效率。而且，它们在计算机的整体处理中各自扮演着必不可少的角色。

计算的世界充斥着各种术语和缩写

处理器的速度以GHz(千兆赫)为单位，内存的容量以MB(兆字节)为单位，外部存储设备的容量以GB(千兆字节)为单位，显示器则以像素衡量。

冯·诺伊曼体系结构是当今大多数计算机的底层体系结构。它由内存、算术逻辑单元、输入设备、输出设备和控制单位。

 

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