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软件设计师知识点汇总
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2010-09-01
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1 计算机系统组成
运算器:算术/逻辑运算单元 ALU、累加器 ACC、寄存器组、多路转换器、数据总线组成。
控制器:计数器 PC、时序产生器、微操作信号发生器,指令寄存器、指令译码器。CPU
的功能:程序控制、操作控制、时间控制、数据处理(最根本的)。
CACHE 高速缓存的地址映像方法:直接地址映像(主存分区,区分块)、全相联映像
(主存分块)、组相联映像(主存分区,区分块、块成组,CACHE 分块 成组)。替换算
法:随机、先进先出、近期最少用、优化替换算法。性能分析:H 为 CACHE 命中率,t
c
为 Cache 存取时间、t
m
为主存访问时间,Cache 等效访问时间 t
a
=H t
c
+(1-H) t
m
提高了 t
m
/t
a
倍。虚拟存储器由主存、辅存、存储管理单元和操作系统软件组成。
相联存储器是按内容访问的,用于高速缓冲存储器、在虚拟存储器中用来作段表页表或快
表存储器、在数据库和知识库中。
RISC 精简指令集:指令种类少、长度固定、寻址方式少、最少的访内指令、CPU 内有大
量寄存器、适合流水线操作。
内存与接口统一编址:都在一个公共的地址空间里,独立使用各自的地址空间。优点是内
存指令可用于接口,缺点内存地址不连续,读程序要根据参数判断访内还是访接口。
廉价冗余磁盘阵列 RAID:0 级不具备容错能力但提高了传输率 N 倍、1 级镜像容错技术、
2 级汉明码作错误检测、3 级只用一个检测盘、4 级是独立地对组内各磁盘进行读写的阵列,
用一个检测盘、5 级无专门检测盘。
中断方式 处理方法:多中断信号线法、中断软件查询法、菊花链法(硬件)、总线仲裁法 、
中断向量表法(保存各中断源的中断服务程序的入口地址)。
直接存储器存取 DMA:内存与 IO 设备直接成块传送,无需 CPU 干涉。根据占据总线方法
不同分为 CPU 停止法、总线周期分时法、总线周期挪用法。
输入输出处理机用于大型机:数据传送方式有字节多路方式、选择传送方式、数组多路方
式。
指令流水线:操作周期是最慢的操作的时间。建立时间是达到最大吞吐率的时间。
总线 内总线:ISA、EISA、PCI;外总线:RS-232(3 根线全双工 15 米)、SCSI(并行
外总线、16 位、最大 320M 秒、最多 63 个设备 20 米)、USB(4 条线 480M 秒 接 5 层 127
个设备)、IEEE-1394(串行 6 条线 3.2G 秒 热插)
阵列处理机:单指多数据流 SIMD,同步同时执行同一指令。
多处理机:多指多数据,多处理机互连应满足高频带、低成本、方式多样、在不规则通讯
下连接的无冲突性。四种结构:总线式、交叉开关、多端口存储器结构、开关枢纽式。
并行处理机:单指令多数据流,分布存储和共享存储两种结构。特点资源重复、连接模式、
专用性(与算法联系)、复合性。
信息安全五要素:机密性、完整、可用、可控性、可审查性。
安全等级:三类技术安全性、管理安全性、政策法规安全性。《可信计算机系统评测标
准》TCSEC/TDI 分 4 组 7 级。A1 可验证安全设计、B3 安全域、B2 结构化安全保护、B1
标记安全保护、C2 受控访问控制、C1 初级、D 最低无安全功能。
安全威胁:对资源的机密性、完整性、可用性、合法性造成危害。两类故意和偶然。
加密技术的两个元素:算法和密钥。对称加密即私密加密,加解密使用相同的密钥 DES;
非对称加密即公密加密 RSA,加密公开解密保密, 适合少量数据加密;不可逆加密。常用
加密算法:DES 算法采用 56 位密钥对 64 位数据加密 密钥太短、三重 DES 效果相当于密钥
长度加倍;RC5 算法 RSA 采用此算法;IDEA 密钥是 128 位。密钥管理:密钥产生由权威
认证机构 CA 中心、公开密钥体系 PKI、密钥分发中心 KDC。
认证技术主要解决通讯双方身份认可。PKI 技术是信息安全技术的核心,也是电子商务的
1
关键和基础技术(包括加密、数字签名、数据完整机制、数字信封、双重数字签名)。密
钥备份恢复仅限解密密钥,私密不备份。PKI 采用证书进行公钥管理,PKI 把公钥密码和
对称密码结合起来,保证网上数据安全传输。机密性(不被偷看)、完整性(不被篡改)、
有效性(不被否认)。PKI 标准化有两个方面:RSA 的机密密钥标准 PKCS 和工业基础协
议 PKIX。Hash 函数:输入不同长度字符返回定长串,即 Hash 值。它可以在数字签名中解
决验证签名和用户身份验证、不可抵赖性的问题。信息摘要即数字指纹,它用于创建数字
签名,对于特定文件信息摘要是唯一的,常用 Hash 函数有 MD2、MD4、MD5 他们都产生
128 位摘要。数字签名使用发送方密钥对,使用发送方私密加密,接受方用发送方的公密
解密,是一对多关系;数字加密使用接受方密钥对,公钥加密,私密解密、是多对一的关
系。
SSL 安全协议:即安全套接层协议,用于保证通讯安全系数。提供三方面的服务:用户和
服务器的合法认证、机密数据以隐藏被传送的数据、保证数据的完整性(采用 Hash 函数和
机密共享技术保证数据完整性)。
数字时间戳技术:提供电子文件的日期和时间信息的安全保护。时间戳包括三部分:需加
时间戳的文件的摘要、DTS 收到文件的日期和时间、DTS 的数字签名。
解决局域网安全问题的技术:①划分网段、局域网交互技术、VLAN,②加密、数字签名、
认证和 VPN 技术,③防火墙,④入侵检测技术⑤网络安全扫描技术。
计算机的可靠性:衡量一个计算机系统可靠性 R、可用性 A、可维修性 S。
平均无故障时间 MTBF=1/λ; 串连系统可靠性 R=R
1
+R
2
;失效率 λ=λ
1
+λ
2
;
并联系统:R=1-(1-R
1
)( 1-R
2
); 总失效率=1/( (1/λ)* ∑(1/1..n) );
计算机性能评测方法:时钟频率、指令执行速度、等效指令速度法、数据处理速率、核心
程序法。
2 汇编和编译
汇编语言的三类语句:指令、伪指令、宏指令语句。
编译的过程:①词法分析,②语法分析,③语义分析、④中间代码生成(三地址码)、⑤
代码优化:基本块划分:第一条、转移、转移后面的语句。三种优化:合并已知变量、删除
无用赋值、删除多余运算。⑥目标代码生成,⑦符号表管理,⑧出错处理 。编译比解释效
率高,解释的灵活性和可移植性好。
文法 语言 自动机 产生式规则
0-型 递归可枚举语言 图灵机 无限制
1-型 上下文相关语言 线性有界非确定图灵机 αAβ -> αγβ
2-型 上下文无关语言 非确定下推自动机 A -> γ
3-型 正规语言 有限状态自动机 A -> aB
3 操作系统
四个特征:并发、共享、虚拟性、不确定性。五大管理功能:进程、文件、存储、设备、
作业管理。运行、就绪、阻塞。
操作系统内核包含支撑功能(中断处理、时钟管理、原语操作)、资源管理功能(进程、
存储、设备管理)。引起阻塞的原因:启动某个 IO 操作、新数据尚未到底、无新工作可作。
互斥临界区的管理原则:有空则进、无空等待、有限等待、让权等待。信号量机制有整型
信号量、记录型、信号量集机制。公用信号量:实现互斥,等于临界资源数目;私用信号
量实现同步。P(-1)V(+1)。 进程的高级原语通信的类型有:共享存储系统、消息
传递系统、管道通信。管程实现同步机制的基础是条件结构。
进程调度:三级调度 高级调度(长调度、作业调度、接纳调度)、中级调度(对换调度)、
低级调度(进程调度)。调度方式:先来先服务、时间片轮转、优先级调度、多级反馈调
2
度算法。优先级的确定:I/O 型最高优先级、计算型进程 减少调度次数、主要是 CPU 处理
的进程、为适应一个进程在不同时间段的运行特点,I/O 完成时,提高优先级;时间片用完
时降低优先级。
死锁产生的原因:资源竞争及进程推进顺序非法。产生死锁的四个必要条件:互斥条件、
请求保持、不可剥夺条件、环路条件。死锁的处理:鸵鸟政策、预防政策(静态分配法、
资源有序分配法)、避免政策(安全状态和银行家算法)、检测与解除死锁。
线程也称为轻型进程:目的是提高系统内程序并发程度、提高吞吐量。线程作为调度和分
配的基本单位,基本不拥有资源;进程作为独立分配资源的单位。线程可以创建线程,同
一进程有多个线程。
存储管理的功能:主存的分配和回收、提高主存的利用率、存储保护、主存扩充。可变分
区的四种算法:最佳适应(保留最大空白区、找最适合的分区)、最差适应(不易产生碎
片、找最大的分区)、首次适应(最易合并相邻空白区)、循环首次适应。解决 碎片的方
法是拼接即紧凑。地址重定位是逻辑地址被转成主存物理地址的过程。可重定位分区是解
决碎片问题的简单有效的方法。
分页存储管理:页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。地址变换机构的基本任
务是利用页表把用户程序中的逻辑地址变换成主存中的物理地址。快表:硬件实现,有一
组联想高速存储器组成。两级页表机制:外层页表即页目录存放页表的物理地址,内层页
表页的物理块号。
分段存储管理:便于编程、分段共享、分段保护、动态链接、动态增长。段页式存储管理。
虚拟存储管理:根据程序运行局部性原理,具有请求调入和置换功能;特征:离散性、多
次性、对换性、虚拟性。请求分页的硬件支持:缺页中断特点:在指令执行期间产生和处
理(一般中断在后)、返回时回到该指令的开始重新执行该指令(一般中断回到下一条)、
一条指令可产生多次缺页中断。虚拟存储的页面置换算法 减少抖动颠簸:最佳置换、先进
先出 FIFO、最近最久未使用 LRU、最近未用算法 NUR。
工作集:驻留内存,是进程集合。
设备管理:目标提高设备利用率。I/O 系统组成:设备、控制器、通道、总线、I/O 软件。
块设备(磁盘):传输率高、可寻址、DMA 方式。字符设备(终端、打印机):传输率低、
不可寻址、中断方式。中速(各种打印机)高速设备(磁带磁盘光盘)。设备管理的主要
技术:中断技术、DMA、通道、缓冲技术。
I/O 软件的目的是设备独立性和统一命名。分四层:中断处理程序、设备驱动程序、与设
备无关的系统软件(功能统一接口、设备命名、保护、缓冲、错误处理、存储分配释放)、
用户级软件(I/O 调用、格式化 I/O、Spooling)。
通道:目的是使数据独立于 CPU。字节多路通道、数组选择通道、数组多路通道。
DMA 技术:指主存与 I/O 设备间直接成块传送,只需 CPU 启动信号,不需 CPU 干涉。缓
冲技术:目的提高外设利用率,解决 CPU 与 IO 速度不匹配、减少中断频率放宽中断相应
时间的限制、提高 CPU 与 IO 的并行。Spooling 假脱机技术使独占设备变成多台虚拟设备,
由预输入程序、缓输出技术、井管理程序、输入输出井组成。磁盘调度目标是使平均寻道
时间最短。
常见文件系统 FAT32 NTFS HPFS VXT2 VFAT。文件控制块 FCB 是由基本信息(名、物理
地址)、存取控制信息、使用信息组成。FCB 的集合称为目录。磁盘分配表是外存空闲空
间管理的数据结构。空闲空间管理方法有空闲区表、位示图、空闲块链、成组链接法。文
件共享:硬链接 ln 名 新名、软链接 ls –s。
作业 由程序、数据、作业说明书组成。作业的四种状态:提交、后备、执行、完成。作业
调度算法:先来先服务、短作业先服务、相应比高优先、优先级调度、均衡调度算法。
3
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vv6100259
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