软考-系统分析师

OrionPax

2022-04-24 2024-08-25 约 6010 字预计阅读 12 分钟

1 介绍

考试时间：5 月下旬
考核标准：75 分总分，45 分合格，所有科目统一
综合知识：客观题 75 道 150 分钟
案例分析：第一道必答，后面四道选答两道 90 分钟
论文写作：四选一 120 分钟

2 综合知识

范围广，把时间用于重要的知识点，各个击破，混合练习。

2.1 计算机组成与体系结构

编码及浮点数运算 ⭐️
Flynn 分类法 ⭐️
CISC 与 RISC ⭐⭐⭐
流水线技术 ⭐⭐⭐
计算机组成 ⭐
存储系统 ⭐⭐⭐⭐⭐
总线 ⭐⭐
校验码 ⭐
嵌入式系统 ⭐

2.1.1 编码及浮点数预算

2.1.1.1 码制

真值: 带正负号的原数被叫做真值。
机器数: 把正负号给数字化后的数值，被称为机器数。
原码: 原码就是符号位和真值的绝对值组成的。它和真值之间仅仅是正负号被换成了0和1。
补码: 正数的补码和原码相同；负数是符号位为 1，其它位是原码取反，未位加 1。
反码: 正数的反码和原码相同；负数是符号位为 1，其它位是原码取反，主要用于原码和补码的相互转换，反码作为中间数过度使用。
移码: 移码就是将按补码符号为进行取反，可以比较大小，但是判断不了正负。

2.1.1.1.1 补数和模

负数的绝对值，和它的补数相加，就是模。
负数和模相加，就是负数的补数。
正数的补数，就是正数本身。(指的是正数的补码表示和原码一致)

2.1.1.2 浮点数

浮点数的表示：N = 尾数 * 基数^{阶码(指数)}

浮点数的运算过程：对阶 -> 尾数计算 -> 结果格式化

一般尾数用补码，阶码(指数)用移码
阶码(指数)的位数决定数的表示范围
尾数的位数决定数的有效精度
对阶时，小数向大数看齐
对阶是通过较小数尾数右移实现的

2.1.2 Flynn 分类法

Flynn 于 1972 年提出了计算平台的 Flynn 分类法，主要根据指令流和数据流来分类，共分为四种类型的计算平台，分别是 SISD、SIMD、MISD、MIMD。

SISD(Single instruction sigle data): 单指令流单数据流机器
SIMD(Single instruction multiple data): 单指令流多数据流机器
MISD(Multiple instruction sigle data): 多指令流单数据流机器
MIMD(Multiple instruction Multiple data): 多指令流多数据流机器

类型	结构	特性	代表
SISD	单控制器、单处理器、单主存储器	-	单处理器系统
SIMD	单控制器、多处理器、多主存储器	各处理器异步执行同一条指令	并行处理机、阵列处理机、超级向量处理机、GPU
MISD	多控制器、单处理器、多主存储器	不可能、不实际	目前没有，有文献称流水线计算机为此类
MIMD	多控制器、多处理器、多主存储器	作业、任务、指令全面并行	多核处理器（SMP、BMP、MP）、多处理机系统（MPP）、多计算机

2.1.3 CISC 与 RISC

CISC 的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”，即“复杂指令系统计算机”，从计算机诞生以来，人们一直沿用 CISC 指令集方式。早期的桌面软件是按 CISC 设计的，并一直沿续到现在。目前，桌面计算机流行的 x86 体系结构即使用 CISC。微处理器(CPU)厂商一直在走 CISC 的发展道路，包括 Intel、AMD，还有其他一些现在已经更名的厂商，如 TI(德州仪器)、IBM 以及 VIA(威盛)等。在 CISC 微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。CISC 架构的服务器主要以 IA-32 架构(Intel Architecture，英特尔架构)为主，而且多数为中低档服务器所采用。

RISC 的英文全称为“Reduced Instruction Set Computer”，即“精简指令集计算机”，是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于 80 年代的 MIPS 主机(即 RISC 机)，RISC 机中采用的微处理器统称 RISC 处理器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作(每秒执行更多百万条指令，即 MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。

指令系统类型	指令	寻址方式	实现方式	其他
CISC（复杂指令系统）	数量多，使用频率差别大，可变长格式	支持多种寻址方式	微程序控制技术(微码)	研制周期长
RISC（精简指令系统）	数量少，使用频率接近，定长格式，大部分为单周期指令，操作寄存器，只有 Load/Store 操作内存	支持方式少	增加了通用寄存器；硬布线逻辑控制为主；适合采用流水线	优化编译，有效支持高级语言

2.1.4 流水线

流水线是指在程序执行时，多条指令重叠进行操作的一种准并行处理的实现技术。各种部件同时处理是针对不同指令而言的，它们同时为多条指令的不同部分进行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度。

流水线理论执行时间 = 完成第一条指令需要的时间(一条指令正常执行的耗时) + (指令条数 - 1) * 流水线周期(流水线周期为执行时间最长的一段)
流水线实践执行时间 = 执行一条指令的步骤数 * 流水线周期(流水线周期为执行时间最长的一段) + (指令条数 - 1) * 流水线周期(流水线周期为执行时间最长的一段)
流水线吞吐率(TP) = 指令条数 / 流水线执行时间
流水线最大吞吐率 = 1 / 流水线周期(流水线周期为执行时间最长的一段)
加速比 = 不使用流水线的执行时间 / 使用流水线的执行时间
超标量流水线: 指令条数 / 超标量流水线的度数 的结果向上取整得到每条流水线的指令条数，带入到流水线执行时间公式计算。

2.1.5 计算机组成

2.1.5.1 CPU 的组成

2.1.5.1.1 运算器

算术逻辑单元(ALU)
- ALU:算术逻辑单元，是运算器的主要组成
- 常见的位运算（左右移，与或非等）
- 算术运算（加减乘除等）
累加寄存器(AC)
- 为 ALU 提供一个工作区
- 可保存 ALU(算术逻辑单元)的运算中间结果
数据缓冲寄存器：DR
- 分为输入缓冲和输出缓冲
- 输入缓冲暂时存放外设送过来的数据
- 输出缓冲暂时存放送往外设的数据
状态字寄存器：PSW
- 存放运算状态（条件码、进位、溢出、结果正负等）
- 存放运算控制信息（调试跟踪标记为、允许中断位等）

2.1.5.1.2 控制器

程序计数器（PC）
- 程序计数器用来存储下一条指令的地址
- CPU 会循环从程序计数器中拿出指令
- 当指令被拿出时，指向下一条指令
指令寄存器（IR）
- 指令寄存器是控制器的主要部件之一
- 缓存从主存或高速缓存取的计算机指令
地址寄存器（AR）
- 保存当前 CPU 正要访问的内存单元的地址
指令译码器（ID）
- 指令译码器是控制器的主要部件之一
- 计算机指令由操作码和地址码组成
- 翻译操作码对应的操作以及控制传输地址码对应的数据
时序发生器
- 电气工程领域，用于发送时序脉冲
- CPU 依据不同的时序脉冲有节奏的进行工作

2.1.5.2 计算机组成结构

2.1.5.2.1 冯•诺依曼结构

冯•诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

一般用于 PC 处理器，如 I3，I5，I7 处理器
指令与数据存储器合并在一起
指令与数据都通过相同的数据总线传输

2.1.5.2.2 哈佛结构

哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。哈佛结构是一种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空问中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。

一般用于嵌入式系统处理器(DSP)数字信号处理(DSP, Digital Signal Processing)
指令与数据分开存储，可以并行读取，有较高数据的吞吐率
有 4 条总线：指令和数据的数据总线与地址总线

2.1.5.3 嵌入式芯片

2.1.6 存储系统

2.1.6.1 层次化存储结构

2.1.6.2 Cache

FIFO(First in First out): 先进先出
LRU(Least recently used): 最近最少使用
LFU(Least-frequently used): 最近不经常使用

2.1.6.3 主存编址

编址内容:

按字编址：存储体的存储单元是字存储单元，即最小寻址单位是一个字。
按字节编址：存储体的存储单元是字节存储单元，即最小寻址单位是一个字节，一个字节固定为 8bit/1B。

主存编址相关计算公式:

存储单元个数 = 最大地址 + 1 - 最小地址
总容量 = 存储单元个数 * 编址内容
总片数 = 总容量 / 每片的容量

2.1.6.4 磁盘基本结构与存取过程

2.1.6.5 磁盘优化分布存储

最大等待时间 = 磁盘旋转周期 - 单个物理块的旋转时间

2.1.6.6 磁盘单缓冲区与双缓冲区读取

单缓冲区与双缓冲区读取:

单缓冲区: 读写不能同时进行
双缓冲区: 读缓冲区一的时候，可以写缓冲区二

2.1.6.7 磁盘移臂调度算法

2.1.7 总线

2.1.8 校验码

2.1.8.1 奇偶校验

2.1.8.2 循环校验码 CRC

2.1.8.3 海明校验

校验码位数计算公式： 2^r >= m(信息位位数) + r(校验码位数) + 1 求 r 的最小值

2.2 操作系统

2.2.1 进程管理

2.2.1.1 进程的基本概念

2.2.1.2 进程的状态

2.2.1.3 信号量与 PV 操作

2.2.1.4 前趋图

2.2.1.5 死锁

死锁的资源数计算：至少需要多少个资源不可能出现死锁 >= 进程数 * (每个进程需要的资源数 - 1) + 1

2.2.1.6 银行家算法

2.2.2 存储管理

2.2.2.1 页式存储

2.2.2.2 段式存储

2.2.2.3 段页式存储

2.2.2.4 快表

2.2.2.5 页面置换算法

2.2.3 文件管理

2.2.3.1 索引文件结构

磁盘索引块个数 = 磁盘索引块大小 / 每个地址项大小

一级索引能表示的最后一个逻辑块号 = 磁盘索引块个数 + 起始逻辑块号 - 1

二级索引能表示的最后一个逻辑块号 = 磁盘索引块个数² + 起始逻辑块号 - 1

单个文件表示的最大长度 = (最后一个逻辑块号 + 1) * 磁盘索引块大小

2.2.3.2 位示图

空闲为”0“，占用为“1”。

位示图大小(字) = 物理块的总个数 / 字长

(磁盘编号 + 1) / 字长 = 字号余 (位号 + 1)

2.2.3.3 树形目录结构

2.2.4 微内核操作系统

2.2.5 嵌入式系统

2.3 数据库系统

2.3.1 数据库模式

2.3.2 分布式数据库

2.3.3 数据库设计过程

2.3.4 概念结构设计

2.3.5 逻辑结构设计

2.3.6 关系代数

关系代数中包括了：并、交、差、乘、选择、投影、联接、除、自然联接等操作。

五个基本操作：并(∪)、差(-)、笛卡尔积(×)、投影(π)、选择(σ)

四个组合操作：交(∩)、联接(等值联接)、自然联接(⋈)、除法(÷)

注 2：等值连接表示先做笛卡尔积(×)之后，对相应列进行选择或等值关联后的结果(仅筛选行、不筛选列)

注 2：自然连接表示两个关系中若有相同名称的属性，则自动作为关联条件，且仅列出一列

2.3.7 规范化理论

2.3.7.1 非规范化可能存在的问题

非规范化的关系模式，可能存在的问题包括：数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常

2.3.7.2 规范化理论基本概念

2.3.7.3 Armstrong 公理

2.3.7.4 范式判断

1NF 是对属性的原子性，要求属性具有原子性，不可再分解；

表：字段 1、字段 2(字段 2.1、字段 2.2)、字段 3 ……

如学生（学号，姓名，性别，出生年月日），如果认为最后一列还可以再分成（出生年，出生月，出生日），它就不是一范式了，否则就是；

2NF 是对记录的唯一性，要求记录有唯一标识，即实体的唯一性，即不存在部分依赖；

表：学号、课程号、姓名、学分;

这个表明显说明了两个事务:学生信息, 课程信息;由于非主键字段必须依赖主键，这里学分依赖课程号，姓名依赖与学号，所以不符合二范式。

可能会存在问题：

数据冗余:，每条记录都含有相同信息；
删除异常：删除所有学生成绩，就把课程信息全删除了；
插入异常：学生未选课，无法记录进数据库；
更新异常：调整课程学分，所有行都调整。

正确做法:

学生：Student(学号, 姓名)；课程：Course(课程号, 学分)；选课关系：StudentCourse(学号, 课程号, 成绩)。

如果一个关系属于第二范式,并且在两个(或多个)非主键属性之间不存在函数依赖。(非主键属性之间的函数依赖也称为传递依赖),那么这个关系属于第三范式。

3NF 是对字段的冗余性，要求任何字段不能由其他字段派生出来，它要求字段没有冗余，即不存在传递依赖；

表: 学号, 姓名, 年龄, 学院名称, 学院电话

注意上表属于第二范式，因为主键由单个属性组成（学号）

因为存在依赖传递: (学号) → (学生)→(所在学院) → (学院电话) 。

可能会存在问题：

数据冗余:有重复值；
更新异常：有重复的冗余信息，修改时需要同时修改多条记录，否则会出现数据不一致的情况 。

正确做法：

学生：(学号, 姓名, 年龄, 所在学院)；

学院：(学院，学院名称，电话)。

BC 范式（BCNF）是 Boyce-Codd 范式的缩写，其定义是：在关系模式中每一个决定因素都包含候选键，也就是说，只要属性或属性组 A 能够决定任何一个属性 B，则 A 的子集中必须有候选键。BCNF 范式排除了任何属性(不光是非主属性，2NF 和 3NF 所限制的都是非主属性)对候选键的传递依赖与部分依赖。

比如我们有一个学生导师表，其中包含字段：学生 ID，专业，导师，专业 GPA，这其中学生 ID 和专业是联合主键。

StudentId	Major	Advisor	MajGPA
1	人工智能	Edward	4.0
2	大数据	William	3.8
1	大数据	William	3.7
3	大数据	Joseph	4.0

这个表的设计满足三范式，有主键，不存在主键的部分依赖，不存在非主键的传递依赖。但是这里存在另一个依赖关系，“专业”函数依赖于“导师”，也就是说每个导师只做一个专业方面的导师，只要知道了是哪个导师，我们自然就知道是哪个专业的了。

所以这个表的部分主键依赖于非主键部分，那么我们可以进行以下的调整，拆分成 2 个表：

学生导师表：

StudentId	Advisor	MajGPA
1	Edward	4.0
2	William	3.8
1	William	3.7
3	Joseph	4.0

导师表：

Advisor	Major
Edward	人工智能
William	大数据
Joseph	大数据

2.3.7.5 模式分解

2.3.8 数据库控制技术

2.3.8.1 并发控制

2.3.8.2 数据库的安全性

2.3.8.3 数据库备份与恢复技术

2.4 计算机网络

2.4.1 计算机网络概述

2.4.2 TCP

2.4.2.1 TCP/IP 协议组

2.4.2.2 开放互联参考模型

2.4.2.3 DNS 服务应用

2.4.2.4 DHCP 服务应用

2.4.3 网络规划与设计

2.4.4 网络存储技术

3 计算公式

3.1 进制转换

二进制 → 八进制: 取三合一法
二进制 → 十六进制: 取四合一法
八进制 → 二进制: 取一分三法
十六进制 → 二进制: 取一分四法
R 进制 → 十进制: 按权展开法
十进制 → R 进制: 除基取余倒记法

从右往左数二进制的 1 代表的值分别为，4096|2048|1024|512|256|128|64|32|16|8|4|2|1 ，因此在十进制和二进制转换的时候可以使用对码的方式进行转换。

二进制 → 十进制: 把二进制每位上的 1 对应的十进制数相加。
十进制 → 二进制: 从左到右往右减，能减的记 1，不能减的记 0，余数接着往下减。

3.2 流水线

流水线理论执行时间 = 完成第一条指令需要的时间(一条指令正常执行的耗时) + (指令条数 - 1) * 流水线周期(流水线周期为执行时间最长的一段)
流水线实践执行时间 = 执行一条指令的步骤数 * 流水线周期(流水线周期为执行时间最长的一段) + (指令条数 - 1) * 流水线周期(流水线周期为执行时间最长的一段)
流水线吞吐率(TP) = 指令条数 / 流水线执行时间
流水线最大吞吐率 = 1 / 流水线周期(流水线周期为执行时间最长的一段)
加速比 = 不使用流水线的执行时间 / 使用流水线的执行时间
超标量流水线: 指令条数 / 超标量流水线的度数 的结果向上取整得到每条流水线的指令条数，带入到流水线执行时间公式计算。

4 案例分析

多练历年试题，从简单问题入手。对于技术主题，要有意识的组织语言进行总结。给出倾向的问题，要懂得“顺势而为”的解决问题。