計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)

1、,信息系統(tǒng)監(jiān)理師,內(nèi)容：計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ) 注：黑色字體內(nèi)容為理解 紅色字體內(nèi)容為理解記憶,操作系統(tǒng)功能及分類,操作系統(tǒng)的5大功能：進(jìn)程（處理機(jī)）管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件（信息）管理、用戶接口（作業(yè)管理）； 操作系統(tǒng)分為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、批處理操作系統(tǒng)、實(shí)時操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)； 一、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：a.具有通用操作系統(tǒng)功能； b.提供高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信能力； c.提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能（文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程打印等）。 如：DNS、DHCP、SMTP、BBS及WWW等 DNS：域名系統(tǒng)（Domain Name System）的編寫，將域名和IP地址相互映射的一個分布式數(shù)據(jù)庫(TC

2、P/IP協(xié)議的應(yīng)用層)。 DHCP:動態(tài)主機(jī)設(shè)置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol)是一個局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用UDP協(xié)議工作(TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用層)。 UDP：是User Datagram Protocol的簡稱， 中文名是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)(TCP/IP協(xié)議的傳輸層) 。,操作系統(tǒng)分類,SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)即簡單郵件傳輸協(xié)議（TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用層）。 LINUX、UNIX、WINDOWS Server是目前主流的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，是多用戶

3、、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。 二、分時操作系統(tǒng) UNIX和XENIX屬于分時操作系統(tǒng)，現(xiàn)在流行的PC，服務(wù)器都是采用這種運(yùn)行模式，即把CPU的運(yùn)行分成若干時間片分別處理不同的運(yùn)算請求； 如:WEB服務(wù)器 三、批處理操作系統(tǒng) 以前的大型機(jī)（Mainframe）上所采用的系統(tǒng)，需要把一批程序事先寫好（打孔紙帶），然后計(jì)算得出結(jié)果； 如：日常的打印機(jī)； 四、實(shí)時操作系統(tǒng) 一般用于單片機(jī)上，比如電梯的上下控制中，對于按鍵等動作要求進(jìn)行實(shí)時處理。 如：打印機(jī)票、12306火車訂票系統(tǒng) 五、分布式操作系統(tǒng)：分布式操作系統(tǒng)中，多臺計(jì)算機(jī)無主次之分，系統(tǒng)資源共享。,文件目錄結(jié)構(gòu),/,D1,D2,W1,W2,W3,f3

4、,f3,f1,f2,“.”代表該目錄自己；“.”代表該目錄的父目錄。對于根目錄“.”“.”都代表自己； 在樹型目錄結(jié)構(gòu)中到某一確定文件的絕對路徑和相對路徑只有一條。 絕對路徑是指從根目錄開始的路徑，也成為完全路徑； 相對路徑是從用戶工作目錄開始的路徑,文件目錄 結(jié)構(gòu),文件目錄結(jié)構(gòu)-樹型目錄結(jié)構(gòu)，windows有兩種文件格式，分別是FAT32（FAT16）和NTFS，NTFS比FAT32產(chǎn)生更少的磁盤碎片，安全性更高；支持的單個文件容易更大，支持的最大的分區(qū)容量是2TB,而在window2000中，F(xiàn)AT32支持的分區(qū)大小為32GB。,虛擬存儲器,虛擬存儲器 虛擬存儲技術(shù)即在內(nèi)存中保留一部分程序

5、或在外存（硬盤）中放置整個地址空間的副本。作用是：解決計(jì)算機(jī)主存儲器的容量不足的問題（實(shí)質(zhì)是硬件節(jié)約成本）。 虛擬存儲器可分為 1、單一連續(xù)分區(qū)（不支持多道程序）； 2、固定分區(qū)（支持多道程序，但容易產(chǎn)生存儲碎片）； 3、可變分區(qū)（使用了拼接即緊湊方法解決碎片問題，但耗費(fèi)較多時間）； 4、可重定位分區(qū)（克服了固定分區(qū)的碎片問題）； 5、非請求分頁式（支持多道程序設(shè)計(jì)，不支持虛擬存儲）； 6、請求分頁式（即支持多道程序設(shè)計(jì)，又支持虛擬存儲）； 7、段頁式（分段式和分頁式的結(jié)合）。 注：虛擬存儲管理的理論基礎(chǔ)是程序的局部性原理。,計(jì)算機(jī)組成,數(shù)據(jù)編碼: 原碼-用于加法運(yùn)算； 反碼-用于減法運(yùn)算，

6、補(bǔ)碼用于加減法運(yùn)算； 移碼（補(bǔ)碼的首位取反）-用于階碼運(yùn)算。 注：正數(shù)的補(bǔ)碼、原碼、反碼相同。 原碼、反碼、補(bǔ)碼的符號：0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)； 移碼的符號：1表示正數(shù)，0表示負(fù)數(shù)； 階碼：在機(jī)器中表示一個浮點(diǎn)數(shù)時需要給出指數(shù)，這個指數(shù)用整數(shù)形式表示，這個整數(shù)叫做階碼，階碼指明了小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置。 注：都是用二進(jìn)制存儲,計(jì)算機(jī)組成,總線及接口： 總線就是一組進(jìn)行互連和傳輸信息（命令、數(shù)據(jù)和地址）的信號 線。 1、總線按相對于CPU或其他芯片的位置分： 1）內(nèi)部總線(Internal Bus)； 在CPU內(nèi)部，寄存器之間和算術(shù)邏輯部件ALU與控制部件之間傳輸數(shù)據(jù)所用的總線。 2）外部總線(E

7、xternal Bus)； CPU與內(nèi)存RAM（RamdomAccessMemory隨機(jī)存取存儲器，如計(jì)算機(jī)內(nèi)存）、ROM（Read Only Memory只讀存儲器，如硬盤、U盤、光盤）和輸入 輸出設(shè)備接口之間進(jìn)行通信的通路。 注：總線速度是制約計(jì)算機(jī)整體性能的最大因素。 2、總線按功能可分為： 1）地址總線（傳送地址信息）； 2）數(shù)據(jù)總線（傳送數(shù)據(jù)信息）； 3）控制總線（傳送各種控制信號）。,計(jì)算機(jī)組成,3、系統(tǒng)接口分為 1）串行接口（一次只傳送1位）； 傳輸速度較慢、控制復(fù)雜，通信連線少，適合于長距離傳送。 2）并行接口（一次可傳送多位）。 傳輸率高、控制簡單，需連線很多，不適于遠(yuǎn)距離傳

8、輸。 常見接口類型： IDE(硬盤和光驅(qū))； PCMCIA（筆記本電腦的無線上網(wǎng)（無線網(wǎng)卡） 接口）； P1394（高速串行總線，連接眾多的外部設(shè)備）； USB(常用的串行總線式接口，支持熱插拔 USB1.0：1.5Mbps(192KB/s)低速(Low-Speed)500mA1996年1月； USB1.1：12Mbps(1.5MB/s)全速(Full-Speed)500mA1998年9月； USB2.0：480Mbps(60MB/s)高速(High-Speed)500mA2000年4月； USB3.0：5G-10Gbps(640MB/s)超速(Super-Speed)900mA2008年11

9、月,計(jì)算機(jī)組成,存儲體系 1、存儲部件 ：CPU內(nèi)部寄存器、高速緩沖存儲器(Cache)、主存儲器（內(nèi)存儲器、內(nèi)存）和輔存（外存儲器、外存）。 注： 從快到慢，寄存器-Cache-內(nèi)存-輔存（硬盤、U盤） 在計(jì)算機(jī)存儲體系中，Cache訪問速度最快的，因?yàn)榧拇嫫魇遣凰銥榇鎯ο到y(tǒng)中的。 2、內(nèi)存是隨機(jī)存取方式即叫RAM，編址是以字節(jié)或字（一個或多個字節(jié)組成），通常采用十六進(jìn)制表示。 1）求編址位數(shù)；如：1、內(nèi)存的容量為160KB，則需要18位地址來表示（2的17次方=131072，2的18次方=262144）；,計(jì)算機(jī)組成,2）另一個是存儲芯片，存儲芯片=內(nèi)存容量（字節(jié)）/單個芯片容量（位）；所

10、以注意換算單位； 如：存儲器容量為160KB，若用存儲容量為32K*8b的存儲芯片構(gòu)成，因?yàn)?B=8b（一個字節(jié)有8位組成），則至少需要（160K/32K) * (1B/8) = 5塊。 注： 1T=1TB=1024GB 1G=1GB=1024MB 1M=1MB=1024KB 1K=1KB=1024B(字節(jié)) 1B=8b（一個字節(jié)由8位組成）,計(jì)算機(jī)組成,字節(jié)(Byte):通常將可表示常用英文字符8位二進(jìn)制稱為一字節(jié)。一個英文字母(不分大小寫)占一個字節(jié)的空間，一個中文漢字占兩個字節(jié)的空間符號：英文標(biāo)點(diǎn)占一個字節(jié)，中文標(biāo)點(diǎn)占兩個字節(jié)一個二進(jìn)制數(shù)字序列,在計(jì)算機(jī)中作為一個數(shù)字單元,一般為8位二進(jìn)

11、制數(shù)，如一個ASCII碼就是一個字節(jié)，此類單位的換算為：1千吉字節(jié)(KGB,KiloGigaByte)=1024吉字節(jié)1吉字節(jié)(GB,GigaByte) =1024兆字節(jié)1兆字節(jié)(MB,MegaByte) =1024千字節(jié)1千字節(jié)(KB,KiloByte) =1024字節(jié)1字節(jié)(Byte） = 8位(bit),計(jì)算機(jī)組成,2、使用Cache改善系統(tǒng)性能的依據(jù)是程序的局部性原理。 3、磁盤-磁道數(shù)=（外半徑 內(nèi)半徑）* 道密度 * 記錄面數(shù) 注：記錄面數(shù)的第一面和最后一面是起保護(hù)作用的，故不能用于存儲數(shù)據(jù)，計(jì)算時要減掉（6個雙面的盤片的有效記錄頁數(shù)為6*2 -2 = 10）。 4、存取時間=尋道

12、時間（從磁頭移動到磁道所需時間）+ 等待時間（等待讀寫的扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭下方所用時間） 注：尋道時間與磁盤的轉(zhuǎn)速無關(guān)。,計(jì)算機(jī)組成,RAID（磁盤冗余陣列）共分8個級別，主要使用了分塊技術(shù)、交叉技術(shù)和重聚技術(shù)； 1、RAID0級（無冗余和無校驗(yàn)的數(shù)據(jù)分塊），用于只關(guān)注性能，容量和價格而不是可靠性的應(yīng)用程序； 2、RAID1級（磁盤鏡像陣列），主要用于存放系統(tǒng)文件、數(shù)據(jù)及其他重要文件，其利用率為50%，起備份作用。 3、RAID2級（采用糾錯海明碼的磁盤陣列），用于大量數(shù)據(jù)傳輸，不利于小批量數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)際應(yīng)用少。 4、RAID3級和RAID4級（采用奇偶校驗(yàn)碼的磁盤陣列），讀數(shù)據(jù)很快，寫數(shù)據(jù)因要計(jì)算

13、校驗(yàn)位，速度變得很慢。 5、RAID5級（無獨(dú)立校驗(yàn)盤的奇偶校驗(yàn)碼的磁盤陣列），對于大批量和小批量數(shù)據(jù)的讀寫性能很好。注：RAID4、RAID5都采用了分塊技術(shù)。注：利用率（n-1)/n,計(jì)算機(jī)組成,6、RAID6級（具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)硬盤與兩個獨(dú)立的分布式校驗(yàn)方案），提供了獨(dú)立的數(shù)據(jù)訪問通路，價格昂貴，性能改進(jìn)有退； 7、RAID7級（具有最優(yōu)化的異步高I/O速度和高數(shù)據(jù)傳輸率的磁盤陣列），目前最高檔次的磁盤陣列，是對RAID6的升級。 8、RAID10(高可靠性與高性能組合)：由多個RAID0級和RAID1級組成，RAID1級是一個冗余備份，RAID0級是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)讀寫的陣列，故該等級稱為RAI

14、D0+1.目前使用范圍最廣泛。,計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),一、計(jì)算機(jī)分類 1、指令流：指機(jī)器執(zhí)行的指令序列； 2、數(shù)據(jù)流：指由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列，包括輸入 數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，但不包括輸出數(shù)據(jù)。 3、多倍性：指在系統(tǒng)性能瓶頸部件上同時處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個數(shù)。 4、按不同的指令流-數(shù)據(jù)流組織方式分為四種： 單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）； 單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）； 多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD）； 多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）；,計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),二、精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC（Reduced Instruction Set Computer） 1）指令數(shù)量少； 2）指令尋址方式少； 3

15、）指令長度固定； 4）只提供了Load/Store指令訪問存儲器； 5）以硬布線邏輯控制為主； 6）單周期指令執(zhí)行； 7）優(yōu)化的編譯器。 注：復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)CISC（Complex Instruction Set Computer）。,計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),四、流水線計(jì)算機(jī) N條指令執(zhí)行所需時間=完成一條指令所需時間+（n - 1）*單條指令中最長的任務(wù)時間。 例如：若指令流水線把一條指令分為取指、分析和執(zhí)行三部分，且三部分的時間分別是取指2ns，分析2ns，執(zhí)行1ns，那么，最長的子任務(wù)是2ns，因此100條指令全部執(zhí)行完畢需要的時間（2+2+1）+ （100-1）2=203n

16、s 影響流水線的主要因素： 轉(zhuǎn)移指令； 共享資源訪問的沖突； 響應(yīng)中斷。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),E-R模型設(shè)計(jì) 在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中被廣泛用作數(shù)據(jù)建模的工具。（工具如：ROSE，PowerDesigner ） 1、E-R模型簡稱E-R圖，包括如下三個要素： 1）、實(shí)體（型）：用矩形框表示，框內(nèi)標(biāo)注實(shí)體名稱； 2）、屬性：用橢圓形表示，并用連線與實(shí)體連接起來； 3）、實(shí)體之間的聯(lián)系：用菱形框表示，框內(nèi)標(biāo)注聯(lián)系名稱，并用連線將菱形框分別與有關(guān)實(shí)體相連，并在連線上注明聯(lián)系類型。 4)、E-R圖中的聯(lián)系歸結(jié)為三種類型： 一對一聯(lián)系（1：1）； 一對多聯(lián)系（1：n）； 多對多聯(lián)系（m：n）；,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),性能評估,性能

17、評估（主要從系統(tǒng)可靠性、容錯能力、指令周期、響應(yīng)時間和吞吐量來評估） 1、 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)以系統(tǒng)響應(yīng)速度和作業(yè)吞吐量為代表。 系統(tǒng)響應(yīng)時間：指用戶發(fā)出完整請求到系統(tǒng)完成任務(wù)給出響應(yīng)的時間間隔；作業(yè)吞吐量：指單位時間內(nèi)系統(tǒng)完成的任務(wù)量。 一、可靠性 1、平均無故障時間=1/失效率（ ） 失效率（ ）：指器件或系統(tǒng)在單位時間內(nèi)發(fā)生失效的預(yù)期次數(shù)； 平均無故障時間：從t=0時到故障發(fā)生時系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行時間的期望值。 例如：假設(shè)同一型號的1000臺計(jì)算機(jī)在規(guī)定的條件下工作1000小時，其中有10臺出現(xiàn)故障，那這種計(jì)算機(jī)千小時的可靠度(1000-10)/1000=0.99，失效率為10/(1000*1

18、000)=1*10(-5)，因?yàn)槠骄鶡o故障時間與失效率的關(guān)系為1/失效率，所以平均無故障時間為10（5）小時。 2、平均故障修復(fù)時間=1/修復(fù)率（） 修復(fù)率（）是指單位時間內(nèi)可修復(fù)系統(tǒng)的平均次數(shù)。 3、平均故障間隔時間=平均無故障時間 + 平均故障修復(fù)時間,性能評估,可靠性計(jì)算 1、串聯(lián)系統(tǒng) 1）可靠性 = N個子系統(tǒng)的可靠性總和 R =R1 R2 Rn； 2）失效率=N個子系統(tǒng)的失效率總和 =1 + 2 + + n； 2、并聯(lián)系統(tǒng) 1）可靠性R = 1-(1-R1) (1-R2) (1-R3) (1-Rn)； 2）失效率 = 1/(1/) 1 + （1/）(1/2) + + (1/) (1/

19、n)。,如圖：假設(shè)每個部件R=0.9 失效率 = 0.1,二個部件串聯(lián)后的可靠度R=0.9 0.9 =0.81 二個部件串聯(lián)后的失效率 = 0.1+0.1=0.2 R總 = 1-(1-0.81) (1-081) =.9639 總 = 1/(1/0.2) 1 + (1/0.2 ) 1/2),性能評估,容錯 提高可靠性的技術(shù)可分為避錯技術(shù)和容錯技術(shù)； 避錯：指預(yù)防和避免系統(tǒng)在運(yùn)行中出錯； 容錯：指系統(tǒng)在其某一組件故障存在的情況下不失效，仍然能夠正常工作的特性。注：容錯功能一般通過冗余組件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的容錯性通?？梢詮南到y(tǒng)的可靠性、可用性和可測性等方面衡量； 冗余技術(shù)就是在容錯技術(shù)的基礎(chǔ)上

20、實(shí)現(xiàn)，分為： 硬件冗余(以檢測或屏蔽故障為目的而增加一定硬件設(shè)備的方法)； 軟件冗余(增加一些在正常運(yùn)行時所不需要的軟件)； 信息冗余( 添加一些信息，以保證運(yùn)行結(jié)果正確性的方法。糾錯碼就是信息冗余的例子)。 時間冗余(使用附加一定時間的方法完成系統(tǒng)功能。這些附加的時間主要用在故障檢測 、復(fù)執(zhí)或故障屏蔽上)。,性能評估,指令周期 1、時鐘頻率（主頻、時鐘脈沖） 反映機(jī)器速度的，時鐘頻率越高，計(jì)算機(jī)的工作速度就越快。 2、時鐘周期=1/時鐘頻率 是計(jì)算機(jī)中最基本、最小的時間單位。在一個時鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個最基本動作； 3、機(jī)器周期=n個時鐘周期 即完成一個基本操作如取指令、存儲器讀/寫所需要的時