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知识总览
共19章内容，主要包括：
1）1绪论、2计算机系统、3信息系统、4信息安全技术、5软件工程
2）6数据库设计、7系统架构设计基础知识
3）8系统质量属性与架构评估、9软件可靠性、
10软件架构演化与维护、11未来信息综合技术
4）12信息系统架构设计、13层次式架构设计、14云原生架构设计、
15面向服务架构设计、16嵌入式系统架构设计、17通信系统架构设计、
18安全架构设计、19大数据架构设计
本文学习第2章 计算机系统基础知识 1/3，以下为个人笔记，希望有所帮助，共同学习。
2.1 计算机系统概述
2.2 计算机硬件
2.3 计算机软件
2.4 嵌入式系统及软件
2.5 计算机网络
2.6 -2.8 计算机语言、多媒体、系统工程
2.9 系统性能
本章节，均是了解。
2.1 计算机系统概述
计算机系统(Computer System)：用于数据管理的计算机硬件、软件及网络组成的系统。它是按人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。
计算机系统：硬件+软件
硬件：中央处理器 （运算单元、控制单元）
存储器（主存、外存）
输入设备（键盘、鼠标、...）
输出设备（显示器、...）
软件：系统软件（操作系统、编译工具、...）
应用软件（办公软件、娱乐软件、...）
2.2 计算机硬件 (很少考，基础了解)
计算机组成结构 (Computer Architecture) 源于冯·诺依曼计算机结构，该结构成为现代计 算机系统发展的基础。
冯诺依曼 将计算机硬件划分5大组成部分：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备
但在现实的硬件构成中，控制单元和运算单元被集成为一体，封装为通常意义上的处理器(但处理器并不是只有 上述两部分);输入设备和输出设备则经常被设计者集成为一体，按照传输过程被划分为总线、 接口和外部设备。
下面按照 处理器、存储器、总线、接口和外部设备进行阐述。
1.处理器（运算器 和 控制器）
处理器 (Central Processing Unit,CPU) 是计算机系统运算和控制的核心部件。在位宽上由4位处理器发展到64位处理器；在能力构成上从仅具有运算和控制功 能发展到集成多级缓存、多种通信总线和接口；在内核上从单核处理器发展为多核、异构多核 和众核处理器等。
处理器的指令集：按照其复杂程度可分为 复杂指令集 (Complex Instruction Set Computers, CISC) 与 精简指令集 (Reduced Instruction Set Computers,RISC) 两类。
CISC 以Intel、AMD 的x86C P U 为代表， RISC 以A R M和 Power为代表。
运算器 和 控制器 是处理器CPU 的核心部件
控制器：核心的核心，类似人的大脑；下发指令，其他部件执行。
运算器：其指令集 按复杂程度分为 复杂指令集 CISC 、精简指令集 RISC
随着微电子技术发展，用于专用目的 处理器芯片不断涌现，常见的有：1）图形处理器 (Graphics Processing Unit,GPU) 处理器
GPU：数百或数千个内核，经过优化可并行运行大量计算-> 深度学习、机器学习 3D渲染
2）信号处理器 (Digital Signal Processor,DSP)
DSP：专用于实时的数字信号处理。流水线处理、傅里叶变换等方法，各类高速信号采集
3）现场可编程 逻辑门阵列 (Field Programmable Gate Array,FPGA) 等
在市场上占有率和知名度较高的包括：龙芯、飞腾、申威、兆芯、国微、国芯、华睿、翔腾微、景嘉微等产品，各自 在不同的行业领域中得到应用。
2.存储器
存储器：利用半导体、磁、光等介质制成用于存储数据的 电子设备。
据存储器的硬件结构分为： SRAM、DRAM、NVRAM、Flash、DRPOM、Disk 等。
计算机系统中的存储器通常 采用分层的体系 (Memory Hierarchy) 结构，按照与处理器的物理距离可分为4个层次：
1）片上缓存 ：片内，芯片内部缓存，容量最小 16kB- 512kB，价格越高，快速读取。
在处理器核心中直接集成的缓存，一般为 S R A M结构，实现数据的快速读取。它容量较小，一般为16kB~512kB, 按照不同的设计可能划分为一级或二级。
2）片外缓存：芯片外部，但离芯片最近的缓存。一般只cache, 按层级分为L2Cache、L3Cache 或 平台Cache, 容量 256kB - 4MB， SRAM构成
在处理器核心外的缓存，需要经过交换互联开关访问，一般也是由 S R A M 构成，容量较片上缓存略大，可以为256kB~4MB。 按照层级被称为 L2Cache或 L3Cache, 或者 称为平台 Cache(PlatformCache)。
3）主存（内存）：即内存，32-256GB单位， DRAM结构，以独立的部件 或 芯片存在，通过总线与处理器连接。DRAM 依赖不断充电维持其中的数据，断电数据丢失。
通常采用 D R A M结构，以独立的部件/芯片存在，通过总线与处理器 连接。 D R A M依赖不断充电维持其中的数据，容量在数百M B 至数十G B 之间。
4）外存：存储介质，非易失。访问速度慢、但容量大，且在掉点后能够保持数据。
可以是磁带、磁盘、光盘和各类Flash等介质器件，这类设备访问速度慢，但 容量大，且在掉电后能够保持其数据。不同的介质类型容量有所不同，如 Nor Flash容量一般在 M B 级别，磁盘容量则在 G B 和 T B 级别。外存能够在掉电后保持数据，但并非所有介质都能够 永久性保存数据，每种介质都有一定的年限，如Flash外存的维持数据的年限在10年左右，光 盘年限在数年至数十年，磁盘年限在10年以上，磁带年限为30年以上。
3.外部设备（输入输出设备）
外部设备也称为 外围设备，是计算机的非必要设备。包括所有的输入输出设备以及部分存储设备(即外存)。
常见的外部设备包括键盘、鼠标、显示器、扫描仪、摄像头、麦克风、打印机、光驱、各 型网卡和各型存储卡/盘等。在移动和穿戴设备中，常见的包括加速计、 GPS、 陀螺仪、感光设 备和指纹识别设备等。在工业控制、航空航天和医疗等领域，还存在更多种类的外部设备，例 如测温仪、测速仪、轨迹球、各型操作面板、红外/N F C等感应设备、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。
4.其他补充：总线 和 接口
总线 (Bus) ：指计算机部件间 遵循某一特定协议 实现数据交换的形式，即以一种特定格式按照规定的控制逻辑实现部件间的数据传输。
按照总线在计算机中所处的位置划分为：内总线、系统总线、外部总线。
内总线：用于各类芯片内部互连，即 片上总线 或 片内总线。
系统总线：cpu 主存 io接口的总线，最常见（控制总线、地址总线、数据总线）
狭义：cpu 与主存、通信桥连接的总线
广义：还应包含计算机系统内，经由系统总线再次级联的总线， 又称局部总线。
外部总线：计算机板 和外部设备之间 ，或计算机系统 之间互联的总线 又称 通信总线。
总线的性能指标 ： 总线带宽、总线服务质量 QoS、总线时延、总线抖动。
总线的其他分类：并行总线、串行总线。
串行：只1个bit 的传，适用于长距离传输、成本低
USB、SATA 、CAN、RS-232、RS-485、RapidIO、以太网
并行：短距离传输、成本高
PCI
对于总线而言，一种总线可能存在多种接口。
2的32次方 =4 GB
接口 ：总线是要接在接口上的，接口是同一计算机不同功能层之间的通信规则。
计算机接口，常见的包括
显示类接口： HDMI
音频输入输出类接口: TRS
网络类接口
PS/2 接口
USB 接口、SATA 接口、LPT打印接口、RS-232 接口
5.其他补充：指令系统
指令系统：是计算机硬件的语言系统，是机器全部指令的集合，反映计算机拥有的基本功能。
指令流水技术：指令步骤的并行、提高处理器执行指令的效率。
（1）顺序方式：各指令串行执行。缺点是速度慢、机器各部件利用率低。
（2）重叠方式：在解释第K条指令的操作完成之前就可以开始解释第k+1条指令。
（3）流水方式：
流水线周期：执行时间最长的一段。
流水线执行时间：(t1+t2+...+tk) +(n-1)*△t
2.3 计算机软件
1.软件分类
计算机软件：计算机系统中的程序及其文档， 是计算任务的处理对象和处理规则的描述。
任何以计算机为处理工具的任务 都是 计算任务。处理对象是 数据 或信息。
处理规则一般 指 处理的动作或步骤，文档是为了便于了解程序所需的阐述资料。
分类：系统软件、应用软件
系统软件：不依赖特定应用领域，通用软件。 对硬件和软件资源进行控制和管理应用软件：某类应用需要或解决 某个特定问题而设计的软件，如财务软件、游戏软件等
2.文件 及 文件系统
1）定义
文件file ： 具有符号名、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合。
文件：一种抽象机制，隐藏了硬件 和 实现细节，提供了将信息报错在外存上且 便于以后读取的手段。 包括文件体（文件真实的内容）、文件说明（信息，包括文件名、文件内部标识、类型、访问权限、建立时间、访问时间等）。
文件系统是操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合，是专门负责管理和存取文件信息的软件机构。
文件系统的功能：按名存取、统一的用户接口、并发访问和控制、安全性控制、优化性能、差错恢复。
2）文件类型
文件的类型:
(1)按文件的性质和用途分类可将文件分为 系统文件、库文件、用户文件。
(2)按信息保存期限分类可将文件分为 临时文件、档案文件、永久文件。
(3)按文件的保护方式分类可将文件分为 只读文件、读/写文件、可执行文件、不保护文件。
(4)UNIX系统将文件分为 普通文件、目录文件、设备文件(特殊文件)。
3）文件结构
文件的结构 是指文件的组织形式。
1） 从用户角度看到的文件组织形式称为文件的逻辑结构
2） 文件在文件存储器上的存放方式称为文件的物理结构
文件的逻辑结构 分为:
1）有结构的记录式 文件，由一个以上的记录构成的文件;在记录式文件中，所有的记录通常都是描述一个实体集的，记录的长度可分为 定长和不定长。
2）无结构的流式 文件，由一串顺序字符流构成的文件。无结构的流式文件的文件体为字节流 ，不划分记录。无结构的流式文件通常采用顺序访问方式，并且每次读/写访问可以指定任意数据长度，其长度以字节为单位。
常见的文件物理结构: 连续结构(顺序结构)、链接结构(串联结构) 、索引结构、多个物理块的索引表(链接文件和多重索引方式)
4）文件存取方法
文件的存取方法：指读/写 文件存储器上的一个物理块的方法。通常有 顺序存取、随机存取 两种。
外存 空闲空间管理 的数据结构：称为 磁盘分配表。空闲空间管理方法：
（1）空闲区表 连续的未分配区域 称为空闲区 ，外存上所有空闲区建立表，每个表对应一个空闲区，适用于连续文件结构。
（2）位示图 外存建一张位示图，每一位对应文件存储器的一个物理块，0空闲 1占用
（3）空闲块链 类似指针，每个空闲物理块有指向下一个空闲物理块的指针，构成链表
（4）成组链接法 是空闲区表和空闲块链的组合；unix采用，诺干组，每100个空闲块为一组，每组第一个空闲块登记了下一组空闲块的物理盘块号、空闲块总数。
5）文件共享
文件共享：有一种文件链接 方式
文件链接 包括：硬链接、软链接(符号链接) 两种
硬链接，类似复制 又不同于复制，会有关联。一个文件有硬链接在 删除不掉，把硬链接都删除掉 才可以删除原始文件，不利于删除
符号链接，即快捷方式。把它删掉不影响原始文件，文件删掉链接失效，链接删掉无法读取。
6）文件保护
文件系统对文件的保护：采用 存取控制的 方式进行。
实现方式：存取控制矩阵 （行列-用户 文件）、存取控制表 （一个文件的所有权限用户）、用户权限表（一个用户能访问的所有文件）、密码（加密）。
3.中间件
1）定义
中间件：作为应用软件 与 各种操作系统 之间使用的 标准化编程接口 和协议，承上启下
使应用软件的开发 独立于计算机硬件和操作系统，不同系统都可运行 实现功能。
2）中间件 分类
1)通信处理(消息)中间件: （传递消息的） 在分布式系统中，人们要建网和制定出通信协议，以保证系统能在不同平台之间通信，实现分布式系统中可靠的、高效的、实时的跨平台数据传输。
2)事务处理(交易)中间件: （事务处理的，如OLTP事务处理） 使大量事务在多台应用服务器上能实时并发运行，并进行负载平衡的调度，实现与昂贵的可靠性机和大型计算机系统的同等功能，具有监视和调度整个系统的功能。
3)数据存取管理中间件: （类似数据库中间件，如网盘在线解压） 为在网络上虚拟缓冲存取、格式转换、解压等带来方便。4)网络服务器中间件: （web服务器 会话功能）浏览器图形用户界面己成为公认规范，然而它的会话能力差，不擅长做数据的写入任务，受HTTP协议的限制多等等,就必须对其进行修改和扩充。
5)安全中间件（加密、摘要）。
6)跨平台和架构的中间件: 在分布式系统中，还需要集成各结点上的不同系统平台上的构件或新老版本的构件。7)专用平台中间件
8)网络中间件: 包括网管、接入、网络测试、虚拟社区和虚拟缓冲等
架构设计时的 基本单位，就是构件 和 连接件。构件是 研究架构的基础。
4.构件（组件）
1）定义
构件 又称为 组件，是一个 自包容、可复用 的程序集。 本身就是功能的集合，为了方便复用
构件 是一个程序集，或者说 是一组程序的集合。它会以各种方式体现出来，如 源代码 或 二进制代码。 这个集合 整体向外 提供统一的访问接口，构件外部只能通过接口来访问构建，不能直接操作构建的内部。
基于构件的开发，不同于普通的开发，特点是 组装式开发。不用重写所有代码，按接口组装成一个系统，不在于开发，而在于组装。这样外行人也能完成软件开发，界面+控件 拖动，即积木式的开发 ，即基于构件的开发。
构件组装模型：利用软件构件 进行搭积木式的开发。
2）基于构件的开发过程
基于构件的开发过程：
1）设计构建组装 2）建立构建库 3）构建应用软件 4）测试与发布
3）主流构件标准规范
主流的商用构件标准规范：对象管理组织(OMG)的CORBA、Sun 的J2EE 、Miorosoft的DNA。
公共对象请求代理架构(CORBA)
公共对象请求代理架构(CORBA) 主分为3个层次:
对象请求代理、公共对象服务、公共设施。
最底层的对象请求代理(ORB)：规定了分布对象的定义(接口)和语言映射 ，实现对象间的通信和互操作，是分布对象系统中的"软总线";
ORB之上定义了很多公共服务：提供诸如并发服务、名字服务、事务(交易)服务、安全服务等各种各样的服务
最上层的公共设施：定义了构件框架，提供可直接为业务对象使用的服务，规定业务对象有效协作所需的协定规则。
CORBA CCM构件模型：是OMG组织制定的一个用于开发和配置分布式应用 的服务器端构件模型规范，包括3项内容:(1)抽象构件模型: 用以描述服务器端构件结构及构件间互操作的结构。
(2)构件容器结构 : 用以提供通用的构件运行和管理环境，并支持对安全、事务、持久状态等系统服务的集成。
(3)构件的配置和打包规范 : CCM使用打包技术来管理构件的二进制、多语言版本的可执行代码和配置信息，井制定了构件包的具体内容和文档内容标准。
Sun 的J2EE
J2EE同时支持 远程方法调用(RMI) 和 互联网内部对象请求代理协议(110P)，而在服务器端分布式应用的构造形式，则包括了Java ServletJSP、EJB 等多种形式，以支持不同的业务需求。EJB 中的Bean可以分为会话Bean和实体Bean.前者维护会话，后者处理事务，通常由Servlet负责与客户端通信，访问EJB，并把结果通过JSP产生页面传回客户端。
Miorosoft的DNA
DNA 2000融合了当今最先进的分布计算理论 和 思想，如事务处理、可伸缩性、异步消息队列和集群等内容。DNA可以开发基于Miorosoft平台的服务器构件应用。
Microsoft的DCOM/COM/COM+技术在DNA2000分布计算结构基础上，展现了一个全新的分布构件应用模型。
COM主要为本地的对象连接与嵌入应用服务;DCOM/COMV/COM十将其扩充为面向服务器端分布应用的业务逻辑中间件。
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