一、计算机系统

计算机系统结构、计算机硬件系统、操作系统

【考点一】计算机概述

1、计算机诞生：1946年，美国宾夕法尼亚大学，ENIAC。

2、计算机发展阶段：

第一阶段  电子管计算机时代          1946年-20世纪50年代后期
第二阶段  晶体管计算机时代          20世纪50年代后期-20世纪60年代中期
第三阶段  中小规模集成电路计算机时代  20世纪60年代中期到20世纪70年代初期
第四阶段  大规模集成电路计算机时代    20世纪70年代初期-至今

3、计算机体系结构

冯•诺依曼：1946年提出“储存程序控制”

1951年，EDVAC问世。

EDVAC特点：
计算机内部采用，二进制表示程序和数据。
计算机能自动连续的执行程序。
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本硬件组成。

4、计算机系统基本组成

硬件系统
中央处理器（运算器、控制器）、主存储器、输入设备、输出设备、辅助存储器。
硬件系统是物理部件的组合，称为“裸机”，只能识别0和1机器代码。

软件系统
系统软件、应用软件。
软件系统是运行、管理、维护计算机编写的程序、数据、文档的总称。
系统软件是控制和协调计算机设备，支持应用软件运行的软件。应用软件是满足用户不同需求的软件。

【考点二】计算机硬件系统

1、中央处理器 CPU（运算器、控制器）

CPU主要功能：解释计算机指令以及处理软件中的数据。

运算器：负责进行算术运算和逻辑运算。（对数据进行加工处理）

控制器：负责对程序的指令进行分析，控制协调输入输出操作或对内存的访问。

寄存器：高速存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。（指令寄存器、地址寄存器、存储寄存器、累加寄存器）

CUP性能指标：字长、主频、运算速度
字长 是指CUP一次性能处理二进制数据的位数。
主频 是CPU的时钟频率，时钟信号控制计算机的分步执行。
运算速度是 计算机每秒执行加法指令的数目。

2、存储器

主存器（随机存储器RAM、只读存储器ROM）

随机存储器(RAM)：可读可写，断电丢失数据。
静态RAM (SRAM)：集成度低，价格高，存储速度快，不需要刷新。
动态RAM (DRAM)：集成度高，价格低，存储速度慢，需要刷新。

只读存储器(ROM)：只读不写内容永久，断电不丢失。
可编程只读存储器 PROM
可檫除可编程只读存储器 EPROM
电可檫除可编程只读存储器 EEPROM
掩膜式只读存储器 MROM

高速缓冲存储器（cache）

处于CUP和内存之间，用于解决CUP和内存速度不匹配问题。

辅助存储器（外存）

硬盘之类的

3、外部设备

1）外部设备分类
输入输出设备
输入：键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、语音输入
输出：显示器、绘图仪、打印机、音箱、投影仪
输入输出：光盘刻录机、磁盘

辅助存储设备：
硬盘、U盘、光盘

终端设备：


2）硬盘
硬盘分类：固定磁头硬盘、活动磁头硬盘
硬盘信息分布：记录面、磁道、扇面、圆柱面


3）I/O接口
主机和外设之间的交接界面。

I/O接口功能：
实现主机和外设的通信联络控制。
进行地址译码和设备选择。
实现数据缓冲，达到速度匹配的目的。
信号格式转换（电平转换，并/串转换，数/模转换）。
传送控制命令和状态信息。

I/O方式：
程序查询、程序中断方式、直接存储器存取(DMA)和I/O通道控制。

4、总线

总线是一组能为多个部件分时共享的信息传输线路。

总线分类：
片内总线：芯片内部的总线。
系统总线：数据总线、地址总线、控制总线
通信总线(外部总线)：计算机系统之间或与其他系统之间的信息传输总线。

系统总线的结构：
单总线结构：CUP、主存、I/O设备都在该总线上。
双总线结构：主存总线，I/O总线
三总线结构：主存总线，I/O总线，直接内存访问(DMA)总线

总线的性能指标：
总线传输周期：一次总线操作所需的时间，简称总线周期。
总线时钟周期：计算机的时钟周期。
总线工作频率：总线各种操作的频率，工作频率=时钟频率/N个时钟周期。
总线宽度：数据总线的根数。
总线带宽：总线的数据传输频率。
时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线叫时钟同步。
总线复用：一种信号线在不同的时候传输不同的信息。
信号线数：数据总线、地址总线和控制总线的总和。


总线仲裁：
集中式控制：总线控制逻辑集中在一个设备上，所有的总线请求都集中在一起。
分步式控制：总线控制逻辑分散在各个部件上。

总线操作：
读、写、块传送、写后读、读后写、广播、广集

总线标准：
系统总线标准：ISA、EISA、VESA、PCI、AGP
外部总线标准：USB、IDE、SCSI

5、计算机工作原理

先将需要执行的程序和数据放入内存，CPU根据当前程序指针寄存器的内容取出指令并执行指令，如此循环，直到程序结束，最后将计算结果放入指定的存储器地址中。

计算机指令格式：一串二进制代码，包括两方面信息，操作码和操作数。

计算机指令的寻址方式：
寻找方式：指令寻址（顺序寻址，跳跃寻址）、数据寻址（立即寻址，直接寻址....）

计算机指令系统：
数据传送类指令：实现数据在内存和CPU之间的传输。
运算类指令：进行数据运算。
程序控制指令：控制程序中指令的执行顺序。
输入输出类指令：实现外部设备和主机之间的数据传送。
处理机控制和调式类指令：实现计算机的硬件管理。

计算机指令执行过程
取指令、分析指令、执行指令

【考点三】数据的内部表示

1、计算机中数据以及单位

数据：计算机内部使用二进制表述的各种信息。
单位：b B KB MB GB TB

2、进位计数制以及进制转换

进位计数制
二进制：逢2进1
八进制：逢8进1
十进制：逢10进1
十六进制：逢16进1

进制转换

3、有符号数和无符号数

【考点四】操作系统

1、操作系统概述

操作系统是计算机资源的管理者。

1）操作系统主要功能：

CPU管理（处理机）：对进程进行管理。

存储器管理：内存分配和回收、内存保护、地址映射、内存扩充

设备管理：完成I/O请求，具有缓冲管理、设备分配、设备处理、以及虚拟设备

文件管理：对用户文件和系统文件进行管理。

用户接口：

2）操作系统的发展

手工操作系统
批处理操作系统
多道程序操作系统
分时操作系统
实时操作系统
个人计算机操作系统

3）操作系统的分类

多道批处理操作系统
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
嵌入式操作系统

2、进程管理

1）程序的并发执行

程序执行分为顺序执行和并发执行。

顺序执行：
一个程序占用处理机直到程序结束。顺序执行具有顺序性、封闭性、可再现性。

并发执行：
交替执行，失去了封闭性、具有不可再现性、间断性，即程序之间可以相互制约，具有并行性和共享性。

2）进程基本概念

程序是一组指令的集合。进程是程序的一次执行过程。
程序是永久的。进程具有生命周期，能动态的产生和消亡。
进程的组成包括程序、数据和“进程控制块”。

3）进程的状态以及转换

创建状态：进程正在创建
就绪状态：进程具备了运行条件，正在等待系统分配CPU
执行状态：进程占有CPU
阻塞(等待)状态：进程现不具有运行条件
终止状态：进程运行结束

4）进程控制块（PCB）

PCB的概述：
是进程存在的唯一标识，
是进程动态特征的汇集，
是操作系统记录刻画进程状态及环境信息的数据结构，
是操作系统掌握进程唯一资料结构和管理进程的主要依据。

PCB基本内容：
【进程名】进程的唯一标识
【特征信息】
【执行状态信息】进程的当前状态
【调度优先数】分配处理器是参考的信息
【现场信息】
【系统栈】
【进程映像信息】该进程的程序和数据存储情况
【资源占有信息】进程所占有的硬件设备
【族关系】反应进程与其他进程的所属关系

5）进程的组织

线性组织：
将所有的PCB组织在一张线性表中，将首地址放在专用区域。

链接组织：
将相同状态的进程分别链接成一个队列，按优先级排序（就绪队列，阻塞队列、空白队列）。

索引组织：
按照进程状态的不同，建立不同的索引表，将各个表的首地址放入专用区域。（就绪索引表、阻塞索引表）

6）进程调度

概念：进程调度就是将CPU分配给就绪队列中的某一进程使之执行的过程。
进程调度的方式：抢占方式、非抢占方式

抢占方式：当优先级高的进程出现，系统会先将CPU分配给它。非抢占方式：当优先级高的进程出现，也不能抢占现行进程的CPU。
调度算法：

优先级调度算法先来先服务调度算法时间片转轮调度算法

7）其他概念

线程：比进程小一级的单位，能提高线程的并行程度。
死锁：若干个进程在相互等待对方释放所占有的资源。

3、存储管理

1）概念：对内存储器进行管理，提高内存利用率，方便用户使用。

2）存储管理的功能

地址变换
内存分配
存储共享与保护
存储器扩充

3）地址重定向

地址变换：当程序进入内存执行时，逻辑地址要转换成物理地址。
地址重定向：就是在地址变换时，将程序中有关地址的部分进行调整。

地址重定向就是建立起逻辑地址和物理地址的对应关系。

地址重定向的方法

1.静态地址重定向
就是在程序执行之前，将重定向转入程序。缺点程序执行后不便于移动。

2.动态地址重定向
使用重定向寄存器，每次进行存储访问时，将逻辑地址加上重定向寄存器的内容形成物理地址。优点方便移动，可以共享。

4）存储管理技术

连续存储管理

将内存空间划分成一个个区域，每个作业占一个分区，分区分配可以分为固定分区和可变分区，缺点容易产生内部碎片。
分页式存储管理

将作业分成若干页，每一页可存储在内存的空白块，建立起逻辑页和内存的存储块的对应关系。优点解决了碎片问题，但降低了CPU的速度。
分段式储存管理

作业地址空间由若干逻辑分段组成，以段为基本单位分配内存空间，每一段是一个连续的内存空间。解决了程序与数据共享和程序动态连接的问题。

段页式存储管理

段页式管理具备分页式和分段式两种优点、

将地址空间分成若干逻辑分段，每段都有唯一名。
每段内分成若干页，每页都有编号。
将内存空间分成若干物理块。
作业的逻辑地址分3个部分：段号，段内页号，业内位移。

虚拟存储管理

将外存虚拟成内存，在程序运行的过程中只让有用的信息进入内存，没有用到的放在外存。
```
实现方法：请求页式存储管理、请求段式存储管理、请求段页式存储管理。
```

4、文件管理

1）文件管理的一些概念

文件名由文件名和扩展名组成。
文件系统负责建立、撤销、读写、修改和复制文件。
文件系统分类：EXT2、NFS、HPFS、FAT、NTFS
文件类型：

按用途分：系统文件、用户文件、库文件

按保护级别分：只读文件、读写文件、可执行文件、不保护文件

按文件数据类型分：源文件、目标文件、可执行文件
文件模型：层次模型
文件的组织结构

文件的逻辑结构：记录式的有结构文件、流式的无结构文件

文件的物理结构：顺序结构、链接结构、索引结构

2）文件目录管理

文件控制块（FCB）：

有关文件存取控制信息：文件名、用户名、文件存取权限、文件类型、文件属性。
有关文件结构信息：记录类型、记录个数、记录长度，文件物理结构。
有关文件使用信息：已打开文件的进程数、文件修改情况。
有关文件管理信息：文件建立日期，最近修改日期、最后访问日期。

文件与文件控制块一一对应，文件控制块的有序集合是文件目录。

文件目录结构：单级目录、二级目录、多层级目录、无环图结构目录、图状目录

单级目录：简单，缺点查找速度慢、不允许重名、不便于文件共享
二级目录：提高了查找速度，不同目录可以重名。
多层级目录：方便查找，可以重名、可以将文件分类。

存取权限：存取权限可以建立访问控制表和存取权限表来实现。

3）文件存储空间管理

就是空闲空间组织和管理：对空闲空间的组织、分配、回收。

管理方法：空闲文件项，空闲区表，空闲链块，位视图，空闲块成组链接法。

5、I/O设备管理

1）I/O软件的层次结构

用户层I/O软件：实现与用户交互的接口
设备独立性软件：用于实现用户程序和设备驱动器的
设备驱动程序：实现对设备发出操作指令。
中断处理程序：用于保持被中断进程的CPU环境

2）中断处理过程

CPU检查响应中断的条件是否满足。
如果CPU响应中断，则CPU关中断，使其进入不可再次相应中断的状态。
保存被中断进程的CPU环境。
分析中断原因，调用中断处理子程序。
执行中断处理子程序。
退出中断，恢被中断的进程的CPU现场或调度新进程占用CPU。
开中断，CPU继续执行。

３）设备驱动程序

是驱动物理设备和DMA控制器或I/O控制器等进行I/O操作的子程序集合。

设备驱动程序的功能：

接收设备独立软件发送的命令和参数，并转成低层次操作序列。
检查用户I/O请求的合法性。
发出I/O命令
响应设别控制器发来的中断请求，并调用中断处理程序进行处理。

4）用户层I/O软件

用户层I/O软件在结构层次最上方，负责用户和设备的I/O通信。

5）设备的分配与回收

由于设备、控制器和通道资源的有限性，当进程提出申请设备分配程序才会进行分配。

二、数据结构与算法

【考点一】算法

1、算法特征：可行性、有穷性、确定性。

2、算法复杂度

1）时间复杂度

2）空间复杂度

【考点二】数据结构

数据结构分为逻辑结构和存储结构，逻辑结构是数据元素之间的逻辑关系，存储结构是逻辑结构在计算机中的存放方式。

数据结构的表示：线性结构（数组、链表、队列、栈），非线性结构（堆、树、图）。

【考点三】线性表以及顺序存储结构

线性表特征：线性表的首元素之前没有元素，尾元素之后没有元素，其它节点都有一个前件一个后件。

通常线性表采用顺序存储和链式存储，线性表的基本特征，元素的存储空间是连续的，元素之间具有逻辑结构。

【考点四】栈和队列

1、栈

栈遵循"先进后出，后进先出"原则。栈顶允许插入和删除，栈底不允许插入和删除。

栈的基本运算：入栈，出栈，读栈顶元素。

2、队列

队列遵循"先进先出，后进后出"原则。队头允许删除元素，队尾允许插入元素。

队列的基本运算：出队，入队

【考点五】链表

1、线性链表

单链表：有一个头指针节点，最后一个节点指向NULL。

双向链表：具有头指针和尾指针

循环链表：在单链表的头节点增加一个表头节点，最后一个节点指向表头节点。

2、带链的栈

栈采用链式存储，将栈连成单链表。

3、带链的队列

采用链式存储的队列。

4、顺序表和链表的比较

类型	优点	缺点
顺序表	可随机存储在表中的任意节点，方便查询。	插入和删除的效率低，不方便扩充空间。
链表	方便插入和删除，方便扩充空间	需要额外空间来表示数据的逻辑关系，存储密度低。

【考点六】树和二叉树

1、树的基本概念

父节点(根)：每一节点都有一个父节点，唯一没有父节点的叫根节点。

子节点：每一节点都有子节点，没有子节点的叫叶子节点。

度：每一个节点的子节点叫度。

深度：

子树：以一个子节点为根，构成的树。

2、二叉树特点：

二叉树，每一个节点下都最多有两个子节点。
二叉树可以为空，空二叉树没有节点。
二叉树的子树分左右。次序不能任意颠倒。

3、二叉树性质：

性质1：二叉树第k层，最多有2的m-1次方个节点。
性质2：深度为m的二叉树中最多有2的m次方-1个节点。
性质3：任何一个二叉树度为0的节点比度为2的节点多一个。
性质4：具有n个节点的二叉树，其至少深度为[log2n]+1

4、满二叉树和完全二叉树

满二叉树：除了最后一层的叶子节点，每一层都与两个节点。

完全二叉树：每一层都与两个节点，只缺少最后一层右边的叶子节点。

5、二叉树的存储结构

二叉树采用链式存储，有两个指针，一个指向左边的子树，一个指向右边的子树。

6、二叉树的遍历：

前序遍历：根左右

中序遍历：左根右

后续遍历：左右根

【考点七】查找

顺序查找：从第一个元素开始，逐一与被查元素比较。（线性表无序，采用链式存储）

二分查找：条件是有序表，取中间值，中间值大于被查元素向左找，小于被查元素向右找。

【考点八】排序

1、交换类排序：冒泡排序、快速排序、

2、插入类排序：插入排序、希尔排序

3、选择类排序：选择排序、堆排序

三、程序设计基础

【考点一】程序设计风格

源程序文档化
数据说明风格
语句结构明朗
输入输出

【考点二】结构化程序设计

1、设计原则

自顶而下、模块化

2、基本结构

只有一个入口一个出口

【考点三】面向对象的程序编程

1、对象有属性和方法组成。

2、对象具有封装性、继承性、多态性。

四、软件工程基础

【考点一】软件工程基本概念

1、软件定义和特点

定义：软件是程序、数据以及相关文档构成的集合。

软件的特点：

软件是逻辑实体，具有抽象性。
软件不存在磨损问题。
对硬件环境具有依赖性
软件复杂性高，成本高。

2、软件分类

应用软件、系统软件、支撑软件。

3、软件工程

用科学的原理和方法，开发维护软件。软件工程包含方法、工具、过程。

4、软件生命周期

软件定义期

问题定义：研究要解决的问题
可行性研究：研究该问题是否具有可行性
需求分析：划分需求，编写软件规格说明，

软件开发期

概要设计
详细设计
实现
测试

运行维护期

使用和维护

退役

【考点二】需求分析及其方法

需求分析任务：需求获取、需求分析、编写需求规格说明书、需求评审。

需求规格说明书：描述软件的目标。

需求分析方法：结构化分析方法、面向对象分析方法。

【考点三】软件设计及其方法

1、软件设计基本概念

工程管理划分：概要设计、详细设计

技术划分：软件结构设计，数据设计、接口设计、过程设计。

模块独立程度：【内聚性】模块间的依赖程度、【耦合性】模块间的紧密程度。

2、概要设计

设计软件系统结构
数据结构及数据库设计
编写概要文档。
概要设计文档评审

3、详细设计

【考点四】软件测试

1、软件测试的目的和准则

目的：发现软件中的错误。

准则：

所有测试追溯到用户需求。
严格执行软件测试计划
充分注意测试中的集群现象
避免编写者自己测试
不能进行穷举测试
保存测试文档

2、软甲测试的方法

静态测试

代码检测和分析
动态测试

上机测试
白盒测试

根据逻辑设计测试
黑河测试

根据说明书来测试

3、软件测试的实施

单元测试：模块测试，按最小单元进行测试。

集成测试：组装测试，将模块组装成程序进行测试。

确认测试：确认功能是否与需求一致。

系统测试：将软件系统作为一个整体进行测试。

【考点五】程序调试

1、程序调试的概念

发现错误之后的排错的过程。

2、程序调试的方法

静态调试、动态调试。

五、数据库基础

【考点一】数据库系统的概念

1、数据库、数据库管理系统、数据库系统

数据库：存放数据的仓库

数据库管理系统：管理数据库，位于数据库和用户之间

功能：

1.数据库定义语言：负责数据模式定义与数据的物理存取构建
2.数据操作语言：负责数据的操作（增删改查）
3.数据控制语言：负责数据完整性，安全性的定义与检查。

数据库管理员

负责数据库设计、数据库维护、改善系统，提升效率。
数据库系统

数据库、数据库管理系统、数据库管理员、软件平台和硬件平台。
数据库应用系统

2、数据库技术的发展

	人工管理阶段	文件系统阶段	数据库系统阶段
特点	无操作系统	文件系统阶段	数据库系统阶段
	无共享，冗余大	共享性差，冗余大	共享性大，冗余小
	依赖程序	独立性差	高度物理独立和逻辑独立

3、数据库系统基本特点

数据独立性和集成性高，数据统一管理和控制，数据的共享性高于冗余度低。

4、数据库系统的基本特点

三级模式及两级映射：

三级模式：

外模式：用户模式，是用户的数据视图
概念模式：是数据的逻辑结构描述
内模式：物理模式，是数据物理结构和存储方式的描述

两级映射：

外模式/概念模式映射和概念模式/内模式映射，该两级映射保证了数据的逻辑独立性和物理独立性。

【考点二】数据库模型

1、数据库模型的概念

1）概念：是对数据特征的抽象，是对现实世界的模拟。

2）数据模型的三要素：数据结构、数据操作、数据约束。

数据结构：是对数据类型、内容、性质以及数据间的联系等。
数据操作：是在数据结构上操作类型和操作方法。
数据约束：是描述数据结构内数据间的语法。

3）数据模型的类型

概念模型：是对客观世界的描述，E-R模型、面向对象模型。
数据模型：面向数据库系统的模型，层次模型、网状模型、关系模型、面型对象模型。
物理模型：面向计算机物理实现的模型。

2、E-R模型

1）E-R模型的基本概念

实体：客观事物
联系：实体之间的对应关系
属性：实体的特征

实体之间的联系：一对一、一对多、多对多。

2）基本概念之间的连接关系

实体与联系：实体之间是通过联系之间建立关系。
属性与实体：属性与实体构成了基本元素
联系与属性：“供应”联系

3）E-R图

3、关系模型

使用二维的表建立关系。

1）关系模型的完整约束

实体完整性约束：主键不能为空。
参照完整性约束：
用户定义的完整性约束：

【考点三】关系代数

关系代数就是关系与关系之间的运算，在关系代数中，进行运算的对象都是关系，运算的结果也是关系。

1、差运算：A和B做差运算，保留A中不和B相等的关系。

2、交运算：A和B做交运算，保留A和B相等的关系。

3、并运算：A和B做并运算，将A和B合并，相同的去重。

4、笛卡尔积运算：A和B做笛卡尔积运算，A和B相乘。

5、投影运算：A做投影运算，将投影的属性建立起新关系。

6、选择运算：在关系中找出符合条件的属性。

7、除运算：和笛卡尔积运算一样，只不过这个是相除。

8、连接运算：A和B做连接运算，将相同那列的相同属性保留。

【考点四】数据库设计

1、数据库设计概述

基本思想：过程迭代和逐步求精。

方法：面向数据的方法和面向过程的方法。

设计过程：

需求分析 -> 概念设计 -> 逻辑设计 -> 物理设计 -> 编码 -> 测试 -> 运行 -> 进一步修改

2、数据库设计的需求分析

结构化分析方法：自顶而下、逐层分解

面向对象的方法：绘制数据流程图，数据分析，功能分析，确定功能处理模块。

3、数据库设计

数据库的概念设计：分析数据间的语义，建立数据抽象模型。
数据库的逻辑设计：建立关系模型。
数据库的物理设计：设计数据在物理设备上的存储结构与存取方式

4、范式

关系数据库中的关系需满足一定要求，满足不同程度要求的为不同的范式。

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