软件设计师(中级)笔记

1. 前言

计划: 参加2023年5月份考试

上午150min 选择题 下午150min 问答题

#2. 计算机组成原理与体系结构

#数据的表示

原码 第一位为符号位，0表示正数，1表示负数 不能直接计算 反码 正数与原码一致 负数：符号位不动，其余按位取反 不能直接计算 补码 正数与原码一致 负数：反码 加一 计算结果正确 移码 正数：补码首位取反 负数：反码首位取反 计算结果正确 利于数轴表示 表示范围 原码、反码：-127~127 补码：-128~127

#浮点数运算

N = M*R^e^

对阶 => 尾数计算 => 结果格式化 第一个是1-9，不能超过一位，也不能是0

#计算机结构

CPU:
  运算器:
    1. 算数逻辑单元ALU
    2. 累加寄存器AC
    3. 数据缓冲寄存器DR
    4. 状态条件寄存器PSW
  控制器:
    1. 程序计数器PC
    2. 指令寄存器
    3. 指令译码器IR
    4. 时序部件
  主存储器
  主机

#Flynn分类法

计算机体系结构分类

#CISC与RISC

CISC(复杂)： 计算机还没大规模应用时提出来的，计算机是定制的，很多年前的

• 指定数量多，使用频率差别大，可变长指令

RISC(精简): 现在的主流

• 指令数量少，使用频率接近，定长格式
• 增加了通用寄存器，效率高，硬布线逻辑控制为主

#流水线

取指 => 分析 => 执行 由三个部件完成，未使用流水线有大量空闲状态 类似于汽车的流水线，充分利用部件

流水线计算 流水线周期：执行时间最长的一段 取指2ns、分析2ns、分析1ns，100条指令多少时间？ 周期：2ns 理论公式(优先) 100*2+2+1=203ns 实践公式： (100+2)*2=204ns 流水线吞吐率(TP，Though Put rate) 单位时间内处理的任务数量 TP= 指令条数/执行时间 上一题的TP：100/203 忽略建立过程： 最大吞吐率=1/流水线周期 流水线的加速比： S=不使用流水线的时间/使用流水线的时间 (2+2+1)*100/203 流水线的效率

#层次化存储结构

提高速度的性价比方案

#Catche

速度最快的存储器，优先选择寄存器，其次Catche 命中率 局部性原理

• 时间局部性：刚刚访问完的指令再次访问
• 空间局部性：数组
• 工作集理论 例如做循环时

#随机存储器与只读存储器

主存-编址 8*4位的存储器 8表示地址空间 4表示，每个地址空间的容量

#磁盘工作原理

#计算机总线

内部总线：芯片级别 系统总线：vga

• 数据总线
• 地址总线
• 控制总线 外部总线

#系统可靠性分析

串联：可靠度相乘 并联：1-(1-可靠度)相乘 模冗余模型 输入 => 通过表决器 => 输出

#校验码

码距，两个码字的最小距离，重复发送 例如：码距3，111000，重复3次 检错与纠错

#循环校验码CRC

可以做检错，但不能纠错 模2除法 补多项式位数减一个0 余数为0，正确

#海明校验码

#3. 操作系统原理

管理系统的软硬件资源 人与硬件之间的接口 应用软件与硬件之间的接口

• 进程管理
• 存储管理
• 文件管理
• 作业管理
• 设备管理
• 微内核操作系统

#进程状态

#三态模型

运行态 就绪态：就差cpu资源了 等待态：除了cpu资源还差其它资源

等待态 =>就绪态 => 运行态

#五态模型

认为处理 挂起 => 静止就绪

#前趋图

#同步与互斥

#PV操作

临界资源：互斥的共享资源，打印机、磁带机 临界区：访问临界资源的代码 信号量(S)：特殊的变量，专属变量 P操作：S-1 V操作：S+1

箭头起点V操作，重点P操作

#死锁问题

不发生死锁的最少资源数 (n-1)*k+1

产生的条件：

1. 互斥
2. 保持和等待
3. 不剥夺
4. 环路等待

预防与避免 银行家算法 分配资源后能够执行下去

#分区存储组织

首次适应法：第一个能容纳的位置 最佳适应法：仅仅比需要的空间大一点的位置，系统可以保留较大的块 最差适应法：使用空闲区最大的块 循环首次适应法：空闲块连成环状，顺次使用

#页式存储

分区管理只能一次性装入内存，不能运行大内存程序 等分4k，一个页 内存的利用率高 缺点：增加了系统开销，存在页表

逻辑地址与物理地址的转化 页内地址相同 物理块号(页帧号)

#段式存储

段的大小可以不一致 优点：便于共享内存 缺点：内存利用率低

#段页式存储

先分段再分页

#快表

放在catche里面 慢表在内存里面

#页面置换算法

最优算法：理论层面的，事后诸葛亮 先进先出：可能产生抖动 抖动：添加了资源反而效率低了 缺页：内存里面没有数据

练习题 没有使用快表：先在内存查表才能读取内存块，每个块需要2次内存访问 对于指令会一次性读取，只产生一次缺页中断

#索引文件结构

一般是0-12，一共13个索引结点 0-9是直接索引：直接对应物理盘块 10一级间接索引 11二级间接索引 12三级间接索引

逻辑块号从0开始

#文件和树形目录结构

R 只读文件 A 存档树形 S系统文件 H隐藏文件

#空闲存储空间管理

位视示图法 1表示已经占用，0空闲

#数据传输控制方式

程序控制方式：CPU控制，较为低级 程序中断方式：外设完成任务发出中断 DMA方式：直接存取控制方式，有专门的DMA控制器 通道 输入输出处理机

#虚设备与Spooling技术

有缓冲区

#微内核操作系统

只把最核心的放在内核里面，出问题的概论较低，区分用户态和核心态 单体内核

#4. 数据库

#三级模式-两级映射

映射 外模式：视图 映射 概念模式：表 内模式 操作系统 物理数据库：文件

#E-R模型

方框--实体 圆形--属性 菱形--联系

#关系代数

并，数据合在一起，去重 交，公共的数据 差 笛卡尔积 X：行列都组合 投影：部分列 选择：部分行 联接：类似于联表 inner join

#规范化理论

#价值与用途

非规范化的关系模型，可能存在问题：数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常

#函数依赖

#键

超键：唯一标识元组，可能存在冗余属性 候选键：可以有多个，例如：序号、身份证号 主键：一个 外键：其它关系的主键

#求候选键

找出入度为0的节点 有可能为组合键

#范式(必考)

层层递进的，主属性：候选键的一部分 1NF 属性值都是不可分的原子值 不能有类似于合并单元格的存在，拆列 2NF 消除主属性对候选键的部份依赖，分表 3NF 消除非主属性对候选键的传递依赖，分表 BCNF 消除主属性对候选键的传递依赖

p52

#5. 网络

ip 网络号+主机号

#6.安全

#参考资料

https://www.bilibili.com/video/BV1oG4y1q77w?p=77&vd_source=1bd453d86f92a1cc7faa30cb4ac5c8ed

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