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软考-系统分析师

OrionPax avatarOrionPax
     约 5904 字  预计阅读 12 分钟 
  • 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

范围广，把时间用于重要的知识点，各个击破，混合练习。

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综合知识知识点分布

  • 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 ⭐
  • 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。
  • 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)

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

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

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

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

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。

  • 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）
  • 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

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

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

嵌入式芯片
嵌入式芯片

层次化存储结构
层次化存储结构

Cache
Cache
时空局部性
时空局部性
Cache 平均周期计算公式
Cache 平均周期计算公式
Cache 映像方式
Cache 映像方式

  • 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

Cache 页面淘汰
Cache 页面淘汰

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

平均存取时间计算公式
平均存取时间计算公式

  • 最大等待时间 = 磁盘旋转周期 - 单个物理块的旋转时间

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

磁盘移臂调度算法
磁盘移臂调度算法

总线
总线

校验码
校验码

奇偶校验
奇偶校验

循环校验码CRC
循环校验码CRC

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

操作系统
操作系统

进程的概念
进程的概念
PCB
PCB
进程与程序
进程与程序
进程与线程
进程与线程

进程的状态
进程的状态

进程的同步与互斥
进程的同步与互斥
PV操作
PV操作

前趋图
前趋图
前趋图和PV操作
前趋图和PV操作

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

死锁
死锁

银行家算法
银行家算法

页式存储
页式存储
页式存储淘汰顺序
页式存储淘汰顺序

段式存储
段式存储

段页式存储
段页式存储

快表
快表

页面置换算法
页面置换算法

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

索引文件结构
索引文件结构

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)

位示图
位示图

树形目录结构
树形目录结构

微内核操作系统
微内核操作系统

嵌入式系统
嵌入式系统

嵌入式操作系统
嵌入式操作系统

实时操作系统调度算法
实时操作系统调度算法

数据库系统
数据库系统

数据库模式
数据库模式

关系表类型
关系表类型

数据库视图
数据库视图

分布式数据库特点
分布式数据库特点

分布式数据库架构
分布式数据库架构

分布透明性
分布透明性

分布式数据库事务处理
分布式数据库事务处理

数据库设计过程
数据库设计过程

概念结构设计
概念结构设计

完整性约束
完整性约束

逻辑结构设计
逻辑结构设计

关系模式
关系模式

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

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

键
键

求候选键
求候选键

函数依赖
函数依赖

Armstrong 公理1
Armstrong 公理1

Armstrong 公理2
Armstrong 公理2

范式
范式

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

保持函数依赖
保持函数依赖

无损分解
无损分解

事务的特性
事务的特性

并发的问题
并发的问题

封锁协议1
封锁协议1

封锁协议2
封锁协议2

数据库的安全性
数据库的安全性

数据备份1
数据备份1

数据备份2
数据备份2

故障与恢复
故障与恢复

计算机网络概述
计算机网络概述

TCP/IP 协议族1
TCP/IP 协议族1
TCP/IP 协议族2
TCP/IP 协议族2
TCP 与 UDP
TCP 与 UDP

OSI/RM 七层模型
OSI/RM 七层模型

DNS
DNS

DHCP
DHCP

网络规划与设计
网络规划与设计

逻辑网络设计
逻辑网络设计

物理网络设计
物理网络设计

层次化网络设计
层次化网络设计

网络存储技术分类
网络存储技术分类

Raid
Raid

  • 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。

  • 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。

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。

使用写作技巧，提前选好项目，写好字，提前准备素材，模块化的拼接出来论文。

更新于 2024-05-19  301ebe1
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