学期（如2024-2025-1） 学号（如：20241402） 《计算机基础与程序设计》第4周学习总结

作业信息

教材学习内容总结

《计算机科学概论》第七版第四、五章的内容主要围绕计算机硬件及计算部件展开，以下是具体内容的概括：

第四章：门和电路
基本定义：

• 门：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。
• 电路：互相关联的门的组合，用于实现特定的逻辑函数。
• 布尔代数：表示 二值逻辑函数的数学表示法。
  门电路类型：
• 非门（NOT）：对输入值求反。
• 与门（AND）：只有输入全为真，输出才是真。
• 或门（OR）：真或假输出也为真，只有全为假，输出才是假。
• 异或门（XOR）：两个输入值都为1时，输出为0。
• 其他门：包括与非门、或非门等，它们是在基本门的基础上通过组合实现的。
  电路与逻辑框图：
• 逻辑框图是电路的图形化表示，每种类型的门有自己专用的符号。
• 真值表列出了所有可能的输入值和相关的输出值。
  晶体管与半导体：
• 晶体管是由输入信号的电平决定其作为导线或电阻器的设备。
• 半导体是既不是良导体也不是绝缘体的材料，如硅，它是制造晶体管的关键材料。
  组合电路与时序电路：
• 组合电路的输出仅由输入值决定。
• 时序电路的输出是输入值和电路当前状态的函数。
  第五章：计算部件
  存储程序的概念：
• 计算机通过存储程序来执行指令，这些程序由一系列指令组成，存储在内存中。
  计算机部件：
• 算数/逻辑单元（ALU）：执行算术运算（如加法、减法、乘法和除法）和逻辑运算（如两个值的比较）。
• 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。
• 输出单元：用于把存储在内存中的数据打印或显示出来，或把存储在内存或其他设备中的信息制成一个永久副本。
• 控制单元：控制其他部件的动作，从而执行指令序列。
  CPU与主板：
• CPU：算数/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”。
• 主板：个人计算机的主电路板，它连接了CPU、内存、输入/输出设备等各个部件。
  内存与存储设备：
• RAM（随机存取存储器）：具有易失性，在关闭电源后不再保留数据。
• ROM（只读存储器）：在断电后仍然保持数据，数据是永久性的且不可更改。
• 二级存储设备：如磁盘、CD、DVD等，用于长期存储数据。
  并行计算与体系结构：
• 介绍了并行计算的概念，即在多个处理器或核心上同时执行多个任务。
• 探讨了不同的计算机体系结构，包括同步处理、共享内存并行处理器等。

一、基本算术运算

运算符：

一元运算符：只需一个操作数的运算符，如求相反数（-）。
二元运算符：需要两个操作数的运算符，如加法（+）、减法（-）、乘法（*）、除法（/）和求余（%）等。
条件运算符：C语言中唯一的三元运算符，形式为“e1 ? e2 : e3”，表示如果e1为真则结果为e2，否则为e3。

运算规则：

求余运算中，参与运算的两个操作数必须为整数。
C语言中没有直接的幂运算符，但可以通过其他方式实现幂运算。
如果运算中出现浮点数，则结果也为浮点数。
在进行赋值运算时，如“+=”、“-=”、“*=”、“/=”和“%=”，运算符与等号之间不应有空格。

优先级与结合性：

后缀运算符的优先级高于前缀运算符。
运算符的结合性决定了当多个相同优先级的运算符出现时，它们的运算顺序。例如，后缀运算符是左结合的，而前缀运算符是右结合的。
二、程序控制结构

顺序结构：

程序按照从上到下的顺序依次执行。

选择结构：

if语句：根据条件表达式的真假来选择执行不同的语句块。
switch语句：根据表达式的值来选择执行不同的case分支，每个case分支对应一个特定的值。
break与continue语句：在循环结构中，break语句用于提前退出循环，而continue语句用于跳过当前循环的剩余部分并继续下一次循环。

循环结构：

for循环：通过初始化、条件判断和迭代更新三个步骤来实现循环。
while循环：只要条件表达式为真，就重复执行循环体。
do-while循环：先执行一次循环体，然后检查条件表达式是否为真，如果为真则继续循环。

常见算法：

枚举法（穷举法）：通过一一列举所有可能的情况来求解问题。
归纳法（递推法）：根据已知条件逐步推导出未知结果。
以下是对你提到的计算机科学相关知识的概括：

门电路、组合电路与逻辑电路
门电路：是对计算机的电信号执行基本运算的设备，电信号被抽象成0和1。门可以接受输入信号，并根据预先设定的逻辑规则来产生输出信号。常见的门电路包括：
非门（NOT gate）：将输入取反，即真变为假，假变为真。
与门（AND gate）：仅当所有输入都为真时，输出才为真。
或门（OR gate）：只要有一个输入为真，输出就为真。
异或门（XOR gate）：在或门的基础上，仅当输入不同时输出为真。
或非门（NOR gate）：将或门的结果取反。
与非门（NAND gate）：将与门的结果取反。
组合电路：由门电路组成，其输出值仅依赖于输入变量的当前值，与输入变量的过去值无关，即不具有记忆和存储功能。
逻辑电路：是数字电路中最基本的逻辑元件，能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过，它以二进制为原理，实现数字信号逻辑运算和操作。逻辑电路的表示法有三种：布尔表达式（代数运算）、逻辑框图（图形表示）、真值表（输入值对应输出值的表格）。
冯·诺依曼结构

冯·诺依曼结构是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置。该结构的主要特点包括：

存储程序原理：将程序像数据一样存储到计算机内部存储器中。
二进制逻辑：计算机内部采用二进制表示数据。
计算机五部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
CPU、内存与I/O管理
CPU：是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令，处理数据。
内存：是处理器可以直接访问的唯一的大容量存储区域，用于暂时存储正在执行的程序和数据。内存分为主存和辅存，主存只有CPU可以直接访问，而辅存如磁盘则用于扩展主存的存储容量。
I/O管理：涉及设备控制器、设备驱动、中断等机制，确保CPU与外部设备之间的有效通信和数据传输。
嵌入式系统

嵌入式系统是一种专用的计算机系统，通常嵌入到其他设备中，用于控制、监视或辅助该设备的运行。它们具有体积小、功耗低、可靠性高等特点，广泛应用于工业控制、智能家居、医疗设备等领域。

并行结构

并行结构是指计算机系统中多个处理器或处理单元 同时工作，以加速任务的执行。并行结构包括多处理器系统、集群系统等。其中，多处理器系统又可分为对称多处理（SMP）和非对称多处理（ASMP）两种类型。并行结构能够显著提高计算机的吞吐量和可靠性。

物理安全

物理安全是指保护计算机系统、网络设备和数据免受物理威胁和损害的措施。这包括但不限于设备防盗、防火、防水、防雷击等。物理安全是确保计算机系统正常运行和数据安全的基础。

问题1：什么是门电路，并列举出几种常见的门电路？

解答：门电路是对计算机的电信号执行基本运算的设备，电信号被抽象成0和1。常见的门电路包括非门（NOT gate）、与门（AND gate）、或门（OR gate）、异或门（XOR gate）、或非门（NOR gate）和与非门（NAND gate）。这些门电路通过接受输入信号，并根据预先设定的逻辑规则来产生输出信号。

问题2：请简述组合电路的特点。

解答：组合电路由门电路组成，其输出值仅依赖于输入变量的当前值，与输入变量的过去值无关。这意味着组合电路不具有记忆和存储功能，它们仅仅根据当前的输入来计算输出。

问题3：冯·诺依曼结构的主要特点是什么？

解答：冯·诺依曼结构的主要特点包括存储程序原理、二进制逻辑和计算机的五部分结构（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）。这种结构将程序指令存储器和数据存储器合并在一起，使得程序可以像数据一样被存储和访问。

问题4：CPU、内存和I/O管理在计算机系统中分别扮演什么角色？

解答：CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令和处理数据。内存是处理器可以直接访问的大容量存储区域，用于暂时存储正在执行的程序和数据。I/O管理涉及设备控制器、设备驱动、中断等机制，确保CPU与外部设备之间

学习进度条

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:XX小时

• 实际学习时间:XX小时

• 改进情况：

(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《计算机科学概论（第七版）》
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