前言:本着学习目的,一点一点更新笔记,作为后来复习用,有需要的可以参考一下。鉴于能力有限,有问题可以评论留言。
第一章 计算机基础
1.1 操作系统的功能及分类
操作系统的5大功能: 进程(处理机)管理,存储管理,设备管理,文件(信息)管理,用户接口(作业管理)
操作系统可分为网络操作系统,分时操作系统,批处理操作系统,实时操作系统,分布式操作系统
1.2文件目录结构
- “.”代表该目录自己,“…”代表该目录的父目录。对于根目录“.” “…”都代表自己;
- 在树形目录结构中到某一确定文件的绝对路径和相对路径只有一条。绝对路径是不变的,而相对路径刚随着用户工作目录的变化而不断变化;
- 当前路径是D1,则访问文件f2的绝对路径是/D1/W2/f2,相对路径是W2/f2;
- 当前路径是W1,则访问文件f2的绝对路径是/D1/W2/f2,相对路径…/W2/f2;
文件目录结构----树形目录结构,windows有两种磁盘格式,分别是FAT32(FAT16)和NTFS,NTFS比FAT32产生更少的磁盘碎片,安全性更高;支持的单个文件容易更大,支持的最大的分区容量是2TB,而在window2000中,FAT32支持的分区大小为32GB。
管道—“|“管道符号,UNIX中”>“表示输出重定向符,即把文件内容输入到另一个指定文件中,若该文件已存在,则覆盖;而”>>“,则是以追加方式写到另一个文件的尾部。
1.3虚拟存储器非重点
虚拟存储技术即在内存中保留一部分程序或在外存(硬盘)中放置整个地址空间的副本。作用是:解决计算机主存储器的容量不足的问题(实质是硬件节约成本)。
虚拟存储技术可分为:
- 单一连续分区(不支持多道程序);
- 固定分区(支持多道程序,但容易产生存储碎片);
- 可变分区(使用了拼接即紧凑方法解决碎片问题,但耗费较多时间);
- 可重定们分区(克服了固定分区的碎片问题);
- 非请求分页式(支持多道程序设计,不支持虚拟存储);
- 请求分页式(即支持多道程序设计,又支持虚拟存储);
- 段页式(分段式和分页式的结合)。
注:虚拟存储管理的理论基础是程序的局部性原理
第二章计算机组成
2.1 数据编码
1. 原码—用于加法运算;✔
2. 反码----用于减法运算,✔
3. 补码—用于加减法运算;✔
4. 移码(补码的首位取反)—用于阶码运算。
注:正数的补码、原码、反码相同。
原码、反码、补码的符号:0表示正数,1表示负数;
移码的符号:1表示正数,0表示负数;
注:都是用二进制存储
2.2总线和接口
总线就是一组进行互连和传输信息(命令、数据和地址)的信号线。
1、总线按相对于CPU或其他芯片的位置分:
1)内部总线(Internal Bus);(并行接口)
在CPU内部,寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线。
2)外部总线(External Bus);(串行接口)
CPU与内存RAM(RamdomAccessMemory随机存取存储器,如计算机内存)、ROM(Read Only Memory只读存储器,如硬盘、U盘、光盘)和输入 输出设备接口之间进行通信的通路。
注:总线速度是制约计算机整体性能的最大因素
2、 总线按功能可分为:
1)地址总线(传送地址信息);
2)数据总线(传送数据信息);
3)控制总线(传送各种控制信号)。
3、 系统接口分为
1)串行接口(一次只传送1位):传输速度较慢、控制复杂,通信连线少,适合于长距离传送。
2)并行接口(一次可传送多位):传输率高、控制简单,需连线很多,不适于远距离传输。
常见接口类型:
- IDE(硬盘和光驱)
- PCMCIA(笔记本电脑的无线上网无线网卡的接口)
- P1394(高速串行总线,连接众多的外部设备)
- USB(无安全性可言)
2.3存储系统
注:
从快到慢,寄存器----Cache—内存—辅存(硬盘、U盘)
在计算机存储体系中,Cache访问速度最快的,因为寄存器是不算为存储系统中的。
内存是随机存取方式即叫RAM,编址是以字节或字(一个或多个字节组成),通常采用十六进制表示。
注:
1T=1TB=1024GB
1G=1GB=1024MB
1M=1MB=1024KB
1K=1KB=1024B(字节)
1B=8b(一个字节由8位组成)
6个双面的盘片的有效记录页数为6x2 -2 = 10
2.4 RAID(磁盘冗余阵列)看资料
RAID(磁盘冗余阵列)共分8个级别,主要使用了分块技术、交叉技术和重聚技术;
1. RAID0级(无冗余和无校验的数据分块),用于只关注性能,容量和价格而不是可靠性的应用程序;
2. RAID1级(磁盘镜像阵列),主要用于存放系统文件、数据及其他重要文件,其利用率为50%,起备份作用,其有冗余无校验
3. RAID2级(采用纠错海明码的磁盘阵列),用于大量数据传输,不利于小批量数据传输,实际应用少。,其无冗余有校验
4、RAID3级和RAID4级(采用奇偶校验码的磁盘阵列),读数据很快,写数据因要计算校验位,速度变得很慢。
5.RAID5级(无独立校验盘的奇偶校验码的磁盘阵列),对于大批量和小批量数据的读写性能很好。注:RAID4、RAID5都采用了分块技术。,其有冗余有校验
注:RAID5级利用率(n-1)/n
6、RAID6级(具有独立的数据硬盘与两个独立的分布式校验方案),提供了独立的数据访问通路,价格昂贵,性能改进有退;
7、RAID7级(具有最优化的异步高I/O速度和高数据传输率的磁盘阵列),目前最高档次的磁盘阵列,是对RAID6的升级。
8、RAID10(高可靠性与高性能组合):由多个RAID0级和RAID1级组成,RAID1级是一个冗余备份,RAID0级是负责数据读写的阵列,故该等级称为RAID0+1.目前使用范围最广泛。
第三章 计算机体系结构
3.1 计算机分类(略)
3.2 RISC和CISC比较
精简指令系统计算机RISC(Reduced Instruction Set Computer)
1)指令数量少;
2)指令寻址方式少;
3)指令长度固定;
4)只提供了Load/Store指令访问存储器;
5)以硬布线逻辑控制为主;
6)单周期指令执行;
7)优化的编译器。
注:复杂指令系统计算机CISC(Complex Instruction Set Computer)。
CISC | RISC | |
---|---|---|
指令条数 | 多 | 只选取最常见的指令 |
指令复杂度 | 复杂 | 低 |
指令长度 | 变化 | 短、固定 |
指令执行周期 | 随指令变化大 | 大多在一个机器周期完成 |
指令格式 | 复杂 | 简单 |
寻址方式 | 多 | 极少 |
涉及访问主存指令 | 多 | 极小、大部分只有两条指令 |
译码方式 | 微程序控制 | 硬件电路 |
对编译系统要求 | 低 | 高 |
3.3 流水线计算机
✔N条指令执行所需时间=完成一条指令所需时间+(n - 1)*单条指令中最长的任务时间。
例如:若指令流水线把一条指令分为取指、分析和执行三部分,且三部分的时间分别是取指2ns,分析2ns,执行1ns,那么,最长的子任务是2ns,因此100条指令全部执行完毕需要的时间(2+2+1)+ (100-1)×2=203ns
✔影响流水线的主要因素:
- 转移指令
- 共享资源访问的冲突;
- 响应中断。
第四章 数据库系统
4.1 E-R模型设计
在数据库设计中被广泛用作数据建模的工具。(工具如:ROSE,PowerDesigner )
1、E-R模型简称E-R图,包括如下三个要素:
1)、实体(型):用矩形框表示,框内标注实体名称;
2)、属性:用椭圆形表示,并用连线与实体连接起来;
3)、实体之间的联系:用菱形框表示,框内标注联系名称,并用连线将菱形框分别与有关实体相连,并在连线上注明联系类型。
4)、E-R图中的联系归结为三种类型:
①一对一联系(1:1);
②一对多联系(1:n);
③多对多联系(m:n);
4.2 性能评估
性能评估(主要从系统可靠性、容错能力、指令周期、响应时间和吞吐量来评估)
- 计算机系统性能指标以系统响应速度和作业吞吐量为代表。
系统响应时间:指用户发出完整请求到系统完成任务给出响应的时间间隔;作业吞吐量:指单位时间内系统完成的任务量。
一、可靠性
1、平均无故障时间=1/失效率( λ )
①失效率( λ ):指器件或系统在单位时间内发生失效的预期次数;
②平均无故障时间:从t=0时到故障发生时系统持续运行时间的期望值。
例如:假设同一型号的1000台计算机在规定的条件下工作1000小时,其中有10台出现故障,那这种计算机千小时的可靠度(1000-10)/1000=0.99,失效率为10/(10001000)=110(-5),因为平均无故障时间与失效率的关系为1/失效率,所以平均无故障时间为10(5)小时。
2、平均故障修复时间=1/修复率(μ)
修复率(μ)是指单位时间内可修复系统的平均次数。
3、平均故障间隔时间=平均无故障时间 + 平均故障修复时间
4.3 可靠性计算
-
串联系统
1)可靠性=N个子系统的可靠性的相乘R = R1xR2x……xRn;
2)失效率=N个子系统的失效率总和 λ =λ1 + λ2 + …… + λn;
-
并行系统
1)可靠性R = 1-(1-R1) ×(1-R2) ×(1-R3)……× (1-Rn);
2)失效率λ = 1/((1/λ) × 1 + (1/λ)×(1/2) + …… + (1/λ) ×(1/n))。
如图:假设每个部件R=0.9,失效率λ = 0.1
二个部件串联后的可靠度R=0.9 × 0.9 =0.81
二个部件串联后的失效率λ = 0.1+0.1=0.2
R总 = 1-(1-0.81) × (1-081) =.9639
λ总 = 1/((1/0.2) × 1 + (1/0.2 ) × 1/2)
4.4 容错
提高可靠性的技术可分为避错技术和容错技术;
避错:指预防和避免系统在运行中出错;
容错:指系统在其某一组件故障存在的情况下不失效,仍然能够正常工作的特性。注:容错功能一般通过冗余组件设计来实现;计算机系统的容错性通常可以从系统的可靠性、可用性和可测性等方面衡量;
冗余技术就是在容错技术的基础上实现,分为:
- 硬件冗余(以检测或屏蔽故障为目的而增加一定硬件设备的方法);
- 软件冗余(增加一些在正常运行时所不需要的软件);
- 信息冗余( 添加一些信息,以保证运行结果正确性的方法。纠错码就是信息冗余的例子)。
- 时间冗余(使用附加一定时间的方法完成系统功能。这些附加的时间主要用在故障检测 、复执或故障屏蔽上)。
4.5 指令周期
1. 时钟频率(主频、时钟脉冲)
反映机器速度的,时钟频率越高,计算机的工作速度就越快。
2. 时钟周期=1/时钟频率
是计算机中最基本、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本动作;
3. 机器周期=n个时钟周期
即完成一个基本操作如取指令、存储器读/写所需要的时间;一个机器周期由若干个时钟周期组成;
4. 指令周期=n个机器周期
即执行一条指令所需要的时间;
注:
频率的单位是赫兹,简称赫,以符号Hz表示,频率单位还有千赫(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz);1兆赫相当于1000千赫(KHz),也就是10^6赫兹;1s=10的9次方ns。
其中MIPS 的含义是“百万条指令/每秒