第一章計算機軟硬件基礎
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1.計算機科學知識
1.1數制及轉換
二進制、十進制和十六進制等常用數制及其相互轉換。
1.2數據的表示
(1)數的表示:原碼、補碼、發碼，整數和實數的機內表示方法，精度與溢出。
(2)非數值表示:字符和漢字的機內表示，聲音和圖像的機內表示。
字符：二進制代碼，稱爲字符編碼
漢字：二進制代碼
聲音圖像：二進制代碼
(3)校驗方法和校驗編碼。
奇偶校驗
CRC循環冗餘校驗
bcc異或校驗法
1.3算術運算和邏輯運算
(1)計算機中二進制的運算方法。 逢二進一
(2)邏輯代數基本運算。
1.4數據結構與算法基本概念。
(1)研究數據的特性以及數據之間存在的關係----數據結構
(2)算法就是解決特定問題的方法
描述一個算法可以採用文字描述，也可以採用傳統流程圖，N-S圖或PAD圖
作爲一個算法一個具備以下5個特性
有窮性，確定性，可行性，輸入，輸出
2.計算機系統知識
2.1計算機硬件知識
(1)計算機系統組成和主要設備的基本工作原理。
CPU和存儲器的組成、性能和基本工作原理。
CPU 運算器 計算機中用於信息加工的部件
控制器 指揮、協調計算機各大部件工作的指揮中心，實質就是解釋執行指令
存儲器 高速緩存存儲器（Cache）由雙極型半導體組成，高速小容量
主存儲器 高速緩存跟主存都是內存儲器
輔助存儲器，輔助存儲器又稱外存儲器
常用I/O接口的功能、類型和特性。
按信息的傳輸方向來分可以分爲輸入、輸出與輸入/輸出三類設備
輸入設備可分爲採用媒體輸入的設備與交互式輸入設備
輸入輸出設備按功能分可分爲3類： 用於人機接口，又稱字符型設備與主機交換信息以字符爲單位
用於存儲信息，又稱面向信息塊的設備，與主機交換信息以幾十或幾百個字節組成的信息塊爲單位
機–機聯繫
CISC/RISC、 流水線操作、多處理機、並行處理基礎概念。
CISC：計算機的指令系統可包含幾百條指令，十多種尋址方式，這對簡化彙編語言設計、提高高級語言的執行效率是有利的。這些計算機被稱爲複雜指令集計算機
RISC：精簡指令系統計算機的着眼點不是簡單地放在簡化指令系統上，二手提高簡化指令使計算機的結構更加簡單合理，從而提高機器的性能。
與CISC比較RISC主要特點
指令數目較小，一般都選用使用頻度最高的一些簡單指令
指令長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少
大多數指令可在一個機器週期內完成
通用寄存器數量多，只有存數/取數指令訪問存儲器，而其餘指令均在寄存器之間進行操作
流水線操作：把一個重複的過程分解爲若干個子過程，每個子過程與其他子過程並行進行
多處理機：由若干個獨立的計算機組成，每臺計算機能夠獨立執行自己的程序。Flynn稱這種結構爲MIMD（多指令流多數據流）結構
並行處理：也稱陣列式計算機，它將大量重複設置的處理單元按一定方式互連成陣列，在單一控制部件控制下對各自所分配的不同數據並行執行同一指令規定的操作，是操作並行的SIMD計算機。
(2)存儲
高速緩存、主存類型。
主存按工藝不同可將半導體RAM分爲雙極型RAM和MOS型RAM兩大類
虛擬存儲器基本工作原理，多級存儲體系。
虛擬內存別稱虛擬存儲器（Virtual Memory），是計算機系統內存管理的一種技術。它使得應用程序認爲它擁有連續的可用的內存（一個連續完整的地址空間）。
工作原理：
虛擬存儲器是由硬件和操作系統自動實現存儲信息調度和管理的。
多級存儲體系，就是把幾種存儲技術結合起來，以便較好地解決存儲器大容量、高速度和低成本這三者之間的矛盾的存儲體系
RAID類型和特性。
（RAID）獨立冗餘磁盤陣列
RAID根據其實現方式的不同，分爲軟件RAID和硬件RAID。
存儲介質特性及容量計算。
計算機存儲介質主要有半導體、磁芯、磁鼓、磁帶、激光盤等。
2.2計算機軟件知識
(1)操作系統知識。
操作系統的類型、特徵和功能。
操作系統的類型
批處理操作系統；主要特徵：（1）用戶脫機工作（2）成批處理作業（3）多道程序運行（4）作業週轉時間長
分時操作系統；特性：（1）同時性（2）獨立性（3）及時性（4）交互性
實時操作系統
操作系統的特性：併發性、共享性和異步性
併發性：指兩個或兩個以上的運行程序在同一時間間隔段內同時執行
共享性：操作系統中的資源可被多個併發執行的進程所利用
共享性和併發性是操作系統兩個最基本的特性，它們互爲依存
異步性，或稱隨機性
操作系統的功能
（1）處理器管理（2）存儲管理（3）設備管理（4）文件管理（5）作業管理
（6）網絡與通信管理
中斷控制、進程、線程的基本概念。
進程是一個具有一定獨立功能的程序關於某個數據集合的一次運行活動。
線程是操作系統能夠進行運算調度的最小單位。它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以併發多個線程，每條線程並行執行不同的任務。
處理機管理(狀態轉換，同步與互斥、分時、搶佔、死鎖)。
狀態轉換：（1）三態模型：運行態、就緒態、等待態
（2）五態模型：運行態、就緒態、等待態、新建態、終止態
同步與互斥
(1)進程的互斥(Mutual Exclusion)。是解決進程間競爭關係的手段。指若干個進程要使用同一共享資源時，任何時刻最多允許一個進程去使用，其他要使用該資源的進程必須等待，直到佔有資源的進程釋放該資源。臨界區管理可以解決進程互斥問題。
第二種是協作關係，某些進程爲完成同一任務需要分工協作。
(2)進程的同步( synchronization)。是解決進程間協作關係的手段。指一個進程的執行依賴於另一個進程的消息，當一個進程沒有得到來自於另一個進程的消息時則等待，直到消息到達才被喚醒。
進程互斥關係是種特殊的進程同步關係， 即逐次使用互斥共享資源。
死鎖
在許多應用中，-一個進程需要獨佔訪問不止一種資源。而操作系統允許多個進程併發執行共享系統資源時，此時可能會出現進程永遠被阻塞的現象。例如，兩個進程分別等待對方佔有的一個資源， 於是兩者都不能執行而處於永遠等待，這種現象稱爲“死鎖”。
存儲管理(主存保護、動態連接分配、分頁、虛存)。
對虛擬存儲器的定義如下: 具有部分裝入和部分對換功能，能從邏輯上對內存容量進行大幅度擴充，使用方便的一種存儲器系統。實際上是爲擴大主存而採用的一種設計技巧，虛擬存儲器的容量與主存大小無關。
設備管理(I/O控制、假脫機)。
I/O控制：輸入/輸出控制
假脫機：用一類物理設備模擬另一類物理設備的技術，是使獨佔使用的設備變成多臺虛擬設備的一種技術，也是速度匹配技術。
文件管理(文件日錄、文件的結構和組織、存取方法、存取控制、恢復處理、共享
和安全)。
作業管理。
漢字處理，人機界面。
操作系統的配置。
(2)程序設計語言和語言處理程序基礎知識。
彙編、 編譯、解釋系統的基礎知識和基礎工作原理。
彙編：爲了克服機器語言難讀、難編、難記和易出錯的缺點，人們就用每代碼指令實際含義相近的英文縮寫詞、字母和數字等符號來取代指令代碼(如用ADD表示遠算符號“+”的機器代碼)，於是就產生了彙編語言。所以說，彙編語言是種用助記符 表示的仍然面向機器的計算機語言，彙編語言亦稱符號語言。
程序設計語言的基本成分:數據、運算、控制和傳輸，過程調用的實現機制。
程序語言的數據成分指的是一種程序語言的數據類型
程序語言的運算成分指明允許使用的運算符號及規則
控制成分指明語言允許表達的控制結構，程序員使用控制成分來構造程序中的控制邏輯(順序、選擇、循環)
各類程序設計語言的主要特點和適用情況。
1.機器語言，機器語言是用二進制代碼表示的計算機能直接識別和執行的一種機器指令的集合。它是計算機的設計者通過計算機的硬件結構賦予計算機的操作功能。機器語言具有靈活、直接執行和速度快等特點。
2.彙編語言，彙編語言是一種用助記符表示的仍然面向機器的計算機語言；特點：用符號代替了機器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對應，基本保留了機器語言的靈活性。
3.高級語言，與自然語言相近併爲計算機所接受和執行的計算機語言稱爲高級語言。
2.3系統配置和方法。
(1)系統配置技術。
C/S系統、B/S系統、多層系統、分佈式系統。
C/S結構即瀏覽器和服務器結構
B/S結構即瀏覽器和服務器結構
多層分佈式系統（瘦客戶、業務服務、數據服務）
系統配置方法(雙份、雙重、熱備份、容錯和羣集)。
雙機互備：雙機熱備援就是兩臺主機均爲工作機，在正常情況下，兩臺工作機均爲信息系統提供支持，並互相監視對方的運行情況，若一臺主機出現異常，則另一主機接管異常機的工作
雙機熱備：一臺主機爲工作機，另一臺主機爲備份機，工作機爲信息系統提供支持，備份機監聽工作機的運行情況。當工作機出現異常，不能支持信息系統運營時，備份機主動接管工作機的工作，繼續支持信息的運營，從而保證信息系統能夠不間斷地運行（工作機修復正常後，系統管理員通過管理命令或以人工或自動的方式將備份機的工作切換回工作機）原來的備份機就成了工作機，而原來工作機就成了備份機
羣集系統：對應用程序基礎結構進行相應設計，將若干服務器集合爲一個獨立且統一的羣集，可在用戶或管理員無需知道羣集中有多個服務器的情況下實現對計算負荷的共享，使服務器對用戶和應用程序表現爲虛擬統一計算資源。
容錯服務器：通過CPU時鐘鎖頻，通過對系統中所有硬件的備份，包括CPU、內存和I/O總線等的冗餘備份，通過系統內所有冗餘部件的同步運行，實現真正意義上的容錯，系統任何部件的故障都不會造成系統停頓和數據丟失。
處理模式(集中式、分佈式、批處理、實時處理和Web計算)。
集中式：通過主機系統形成大部分的通信流程，構成系統的所有通信協議都是系統專有的，大型主機在系統佔據着絕對的支配作用，所有控制和管理功能都由主機來完成。
分佈式計算模式：以個人計算機（PC）方式呈現的計算能力發展成爲獨立的平臺
批處理：是定期的週期性的收集源文件，然後進行批處理；優點：當要處理大量的數據是批處理是一種比較經濟的方法。缺點：主文件堅持是過時的
實時處理：在處理業務時是及時的處理完這筆業務後，主文件已經進行了更新，因而這時的統計數據就反映現時的真實情況。優點：實時處理能及時處理、及時更新和及時響應顧客
Web計算：基於網絡瀏覽器的分佈式計算方式
事務管理(併發控制、獨佔控制、故障恢復、回滾、前滾)。
事務有4個特性：原子性、一致性、隔離性、持續性
(2)系統性能
性能指標和性能設計，性能計算、性能測試和性能評估。
系統性能指標指以系統響應時間和作業吞吐量爲代表
MIPS單字長定點指令平均執行速度=指令數/(執行時間1000000)
MFLOPS每秒百萬個浮點操作=浮點指令數/(執行時間1000000)
性能評估主要包括三種技術：分析技術、模擬技術、測量技術
(3)系統可靠性
可靠性指標與設計，可靠性計算與評估。
系統的可靠性用平均無障礙時間（MTTF）來度量，即計算機系統平均能夠正常運行多長時間，才發生一次故障。系統的可靠性越高，平均無故障時間越長。可維護性用平均維修時間（MTTR）來度量，即系統發生故障後維修和重新恢復正常運行平均花費的時間。系統的可維護性越好，平均維修時間越短。
2.4計算機應用基礎知識
(1)信息管理、數據處理知識。
(2)多媒體應用基礎知識。
有損壓縮方法允許壓縮過程中損失一定的信息，常用的有損壓縮方法有預測編碼，變換編碼，子帶編碼，矢量量化編碼，混合編碼，小波編碼等