第二章计算机系统基础知识笔记

计算机划分为硬件和软件
在这里插入图片描述

二、硬件部分

2.1 处理器
CISC：x86结构的复杂指令集
RISC：arm和power的精简指令集
典型结构图

2.2 存储器

片上缓存：在CPU里的集成缓存，SRAM，16KB~512KB。不同性能划分成一级或二级
片外缓存：CPU外的缓存，SRAM，256KB~4MB，一般是L2或者L3，或者Cache
主存（内存）：独立芯片，DRAM（不断充电维持数据），数百MB到十几GB之间
外存：磁盘、磁带、光驱，Falsh介质器件，Nor Flash（掉电可以保存数据），GB和TB都有

2.3 总线
并行总线：PCI、PCIe、ATA（IDE）等，串行总线：USB、SATA、CAN、RS-232、RS-485、RapidIO、以太网等
航空领域有：ARINC429、ARINC659、ARINC664、MIL-STD-1553B等
工业控制领域的CAN、IEEE1394、PCI、PCIe和VME等

2.4 接口
常见的显示类接口（HDMI、DVI和VGA），音频接口（TRS、RCA、XLR等），网络接口（RJ45、FC等）PS/2接口，USB接口
SATA接口，LPT打印接口和RS-232接口等。

2.5 外部设备
常见外部设备，鼠标、键盘、显示器、扫描仪、摄像头、麦克风、打印机、光驱、网卡、存储卡、U盘
移动和床带设备中，加速度计、GPS、陀螺仪、感光设备和指纹识别设备等
工业控制、航空航天和医疗领域，测温仪、测速仪、轨迹球、各型操作面板、红外、NFC感应设备、各种场强测量设备、
功率驱动装置、各型机械臂、各型液压装置、油门杆和驾驶杆等等

三、软件部分
计算机系统中的程序及文档，是计算任务的处理对象和处理规则的描述。
3.1 操作系统
组成：系统内核，图形界面、应用程序、实用程序，应用开发和软件架构
作用：

管理计算机中运行的程序和分配各种软硬件资源，调度和分配任务，以避免冲突。主要包括处理器管理、存储管理、文件管理、I/O设备等
提供友善的人机界面，提供图形用户界面，采用icon图标，支持拖放等操作。
为应用程序的开发和运行提供一个高效的平台，
特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性
分类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、微型计算机操作系统、嵌入式操作系统

3.2 数据库
长期存储再计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。
早期数据库分为3种：层次式数据库、网络式数据库和关系型数据库

关系数据库：把复杂的结构归为一个简单的二元关系，几乎全部建立再一个或多个关系表上。
键值数据库：使用简单的键值方法来存储数据，其中键作为唯一标识符
列存储数据库：相对于行式存储，区别是对数据的存储形式的差异
文档数据库：可以存放并获取文档，可以是XML、JSON、BSON等格式。
搜索引擎数据库：为了检索性能最优的数据库
常用的一些数据库
关系数据库：Oracle、Sybase、SQL Server
分布式数据库：DB2

大型数据库的管理特点：

基于网络环境的数据库管理系统
支持大规模的应用
提供自动锁功能使得并发用户可以安全而高效地访问数据
保证系统的高度安全性
提供方便而灵活的数据备份和回复方法
提供多种维护数据完整性的手段
提供易用的分布式处理功能

3.3 文件系统
3.3.1 文件与文件系统
文件是具有符号的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合。一个文件包括文件体和文件说明
文件体是文件真实的内容，文件说明是操作系统为了管理文件所用到的信息（文件名、文件内部标识、文件类型、文件存储地址。。。）
3.3.2 文件的类型
性质和用途分：系统文件、库文件和用户文件
信息保存期限分：临时我呢见、档案文件和永久文件
保护方式分：只读文件、读写文件、可执行文件和不保护文件
UNIX分类：普通文件、目录文件、设备文件（特殊文件）

常用的文件系统：FAT、VFAT、NTFS、EXT4和HPFS等
3.3.3 文件的结构和组织
文件的逻辑结构：有结构的记录式文件、无结构的流式文件。应该是文件结构体和真实的内容
文件的物理结构：连续结构、链接结构、索引结构、多物理块的索引表
3.3.4 文件存取的方法和存储空间的管理
1）文件的存取方法
2）文件存储空间的管理
2.1 空闲区表
2.2 位示图
2.3 空闲块链
2.4 成组链接法

3.3.5 文件共享和保护
1）文件共享
硬链接
符号链接

2）文件保护
存取控制矩阵
存取控制表
用户权限表
密码

3.4 网络协议
常用协议：局域网协议（LAN）、广域网（WAN）、无线协议和移动网络协议
互联网使用的是TCP/IP协议族

3.5 中间件
1.中间件分类
通信处理中间件
事物处理中间件
数据存储管理中间件
WEB服务器中间件
安全中间件
跨平台和架构的中间件
专用平台中间件
平台中间件

3.6 软件构件
3.7 应用软件

四、嵌入式系统及软件
4.1 系统的组成及特点
组成：嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件、应用软件
特点：专用性强、技术融合、软硬一体软件为主、比通用计算机资源少、程序代码固化在非易失的存储器中、需要专用开放工具和环境、体积小、价格低、工艺先进、性能价格比高、系统配置要求低、实时性强、对安全和可靠要求高
4.2 分类
实时系统、安全攸关系统
4.3 软件的组成及特点
硬件层、抽象层、操作系统层、中间件、应用层
可剪裁性、可配置性、强实时性、安全性、可靠性、高确定性
4.4 安全设计
DO-187

五、计算机网络
5.1 基本概念
功能：数据通信、资源共享、管理集中化、实现分布式处理、负荷均匀
网络指标：性能指标速度、带宽（频率带宽、速度带宽）、吞吐量、时延、往返时间、利用率
非性能指标费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易管理和维护
5.2 通信技术
信道：信息传输的通道
发信机
收信机
香农公式： $C = B * log_2(1+S/N)$
C是信道容量，单位b/s
B代表信号带宽，单位Hz
S代表信号平均功率，单位是W
N代表噪声平均功率，单位是W
S/N代表信噪比，单位是dB
提升信道容量，可以加大带宽，降低信噪比，也可以使用小带宽，提高信噪比

信号变换：信源编码、信道编码、交织、脉冲形成、调制
复用技术：一条信道上同事传输多路数据的技术，TDM时分复用、FDM频分复用和CDM码分复用等。ADSL就用的FDM技术
多址技术：在一条线上同事传输多个用户的数据，在接收端把多个用户的数据分离（TDMA时分多址、FDMA频分多址和CDMA码分多址）

5G通信网络
1）基于OFDM优化的波形和多址接入
2）实现可扩展的OFDM间隔参数配置
3）OFDM加窗提高多路传输效率
4）灵活框架设计
5）大规模MIMO
6）毫米波
7）频谱共享
8）先进的信道编码设计

5.3 网络技术
1.局域网（LAN）
2.无线局域网（WLAN）
3.广域网（WAN）
4.城域网（MAN）
5.移动通信网

5.4 组网技术