2020年中级数据库工程师考试笔记1—计算机系统知识

  本文知识点总结源于《数据库系统工程师教程》第3版第1章，文中涉及其他来源的个别图示和案例均有标注，知识共享，尊重原著（原著者）。

1.1 本章考点

1.2 计算机系统基础知识

1.2.1 中央处理单元

  中央处理单元（CPU）是计算机系统的核心部件，负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行。CPU的主要功能包括程序控制、操作控制、时间控制、数据处理。

1. 计算机硬件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备（简称外设）。
2. CPU：运算器+控制器+寄存器组+内部总线等，是硬件系统的核心。
3. 运算器的两个功能：
   （1）执行所有的算数运算，加减乘除等
   （2）执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试，与或非等
4. 运算器包括算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器（AC）、缓冲寄存器（DR）、状态条件寄存器（PSW）。(★★★）
   （1）算术逻辑单元：负责数据处理，包括算数和逻辑运算；
   （2）累加寄存器：为ALU提供工作区，相当于数据仓库；
   （3）数据缓冲寄存器：作为CPU和内存、外部设备之间数据传送的中转站以及操作速度上的缓冲区；
   （4）状态条件寄存器：存储运算或测试结果的条件码内容，包括状态标志和控制标志。
5. 控制器：决定计算机运算过程的自动化，不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件，控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、终端控制逻辑等几个部分。
   控制器工作过程涉及的部件（★★★）：
   （1）指令寄存器（IR）：用来暂存指令，指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令，控制其他部件协调工作，完成指令的功能；
   （2）程序计数器（PC）：具有寄存信息和计数两种功能，存放将要执行的下一条指令的地址；
   （3）地址寄存器（AR）：存放当前CPU所访问的内存单元的地址，因为内存和CPU存在操作速度上的诧异，所以需要AR保持地址信息，直到内存的读写操作完成为止；
   （4）指令译码器（ID）：指令包含操作码+地址码，ID就是对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件工作，完成所需的功能。
6. 寄存器分为专用寄存器（运算器、控制器中的寄存器，作用固定）和通用寄存器。
7. CPU的核心是内核，多核CPU系统的最大优点是可以满足用户同时进行多任务处理等要求。单核多线程CPU是交替的转换执行多个任务，交替转换时间短暂，用户一般感知不到；多核在理论上是任何时间内每个核各自执行各自的任务，不存在交替问题。

  本节历年真题示例：

（2010年）11.为实现程序指令的顺序执行，CPU ( )中的值将自动加1。

  A.指令寄存器（IR) B.程序计数器（PC)

  C.地址寄存器（AR) D.指令译码器（ID)

  【答案：B】书本P-3程序计数器，为了保证程序指令能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正起到这种作用，所以通常又称为指令计数器。在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC,因此程序计数器（PC)的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容；即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC加1。

（2010年）15.计算机指令一般包括操作码和地址码两部分，为分析执行一条指令，其( )。

  A.操作码应存入指令寄存器（IR)，地址码应存入程序计数器（PC)

  B.操作码应存入程序计数器（PC)，地址码应存入指令寄存器（IR)

  C.操作码和地址码都应存入指令寄存器（IR)

  D.操作码和地址码都应存入程序计数器（PC)

  【答案：C】书本P-3指令译码器。

（2011年）19.在CPU中用于跟踪指令地址的寄存器是（ ）。

  A.地址寄存器（MAR) B.程序计数器（PC).

  C.数据寄存器（MDR) D.指令寄存器（IR)

  【答案：B】书本P-3程序计数器，CPU中通常设置一些寄存器，用于暂时存储程序运行过程中的相关信息。其中，通用寄存器常用于暂存运算器需要的数据或运算结果，地址寄存器和数据寄存器用于访问内存时的地址和数据暂存，指令寄存器用于暂存正在执行的指令，程序计数器中存放的执行的指令的地址。

1.2.2 数的表示和校验(★★★）

9. 数值数据编码：
   （1）原码表示法，数值X的原码记为$[X{]}_{原}$，如果机器字长为n（即采用n个二进制位表示数据），则原码的定义如下：
   

例1：若机器字长n等于8，分别给出+1，-1，+127，-127，+45，-45，+0.5，-0.5的原码表示。
$[+1{]}_{原}$=0 0000001  $[-1{]}_{原}$=1 0000001
$[+127{]}_{原}$=0 1111111  $[-127{]}_{原}$=1 1111111
$[+45{]}_{原}$=0 0101101  $[-45{]}_{原}$=1 0101101
$[+0.5{]}_{原}$=0◇1000000  $[-0.5{]}_{原}$=1◇1000000（“◇”表示的是小数点的位置）
  在原码表示法中，最高位是符号位，0表示符号为正，1表示为负，其余的n-1位表示数的绝对值；0的原码表示有2种形式：[+0]原=0000000，[-0]原=1000000.

（2）反码表示法：数值X的反码记作$[X{]}_{反}$，如果机器字长为n，则反码定义如下：

例2：若机器字长n等于8，分别给出+1，-1，+127，-127，+45，-45，+0.5，-0.5的反码表示。
$[+1{]}_{反}=00000001$   $[-1{]}_{反}=11111110$
$[+127{]}_{反}=01111111$  $[-127{]}_{反}=10000000$
$[+45{]}_{反}=00101101$  $[-45{]}_{反}=11010010$
$[+0.5{]}_{反}=0◇1000000$  $[-0.5{]}_{反}=1◇0111111$（“◇”表示的是小数点的位置）
  在反码表示法中，最高位是符号位，0表示符号为正，1表示为负。其中正数的反码与其原码相同，负数的反码是其绝对值按位求反。数值0的反码有两种形式： $[+0{]}_{反}$=0 0000000，$[-0{]}_{反}$=1 1111111。

（3）补码表示法，数值X的补码记作$[X{]}_{补}$，如果机器字长为n，则补码定义如下：

例三：若机器字长n等于8，分别给出+1，-1，+127，-127，+45，-45，+0.5，-0.5的反码表示。
$[+1{]}_{补}=00000001$   $[-1{]}_{补}=11111111$
$[+127{]}_{补}=01111111$  $[-127{]}_{补}=10000001$
$[+45{]}_{补}=00101101$  $[-45{]}_{补}=11010011$
$[+0.5{]}_{补}=0◇1000000$  $[-0.5{]}_{补}=1◇1000000$（“◇”表示的是小数点的位置）
  在补码表示法中，最高位是符号位，0表示符号为正，1表示为负。其中正数的补码与其原码相同，负数的反码则等于其反码的末尾加1；数值0的补码有唯一的编码： $[+0{]}_{补}$=0 0000000，$[-0{]}_{补}$=0 0000000。

（4）移码表示法，是在数X上增加一个偏移变量来定义的，常用于表示浮点数中的阶码。如果机器字长为n，规定偏移量为$2^{n-1}$，则移码定义如下：

  若X是纯整数，则$[X{]}_{移}=2^{n-1}+X（-2^{n-1}<=X<=2^{n-1}）$；若X是纯小数，则$[X{]}_{移}$=1+X（-1<=X<=1）。

例4：若机器字长n等于8，分别给出+1，-1，+127，-127，+45，-45，+0.5，-0.5的移码表示。
$[+1{]}_{移}=10000001$   $[-1{]}_{移}=01111111$
$[+127{]}_{移}=11111111$  $[-127{]}_{移}=00000001$
$[+45{]}_{移}=10101101$  $[-45{]}_{移}=01010011$
$[+0.5{]}_{移}=1◇1000000$  $[-0.5{]}_{移}=0◇1000000$（“◇”表示的是小数点的位置）
$[+0{]}_{移}$=1 0000000，$[-0{]}_{移}$=1 0000000
  实际上，在偏移$2^{n-1}$的情况下，只要将补码的符号位取反便可获得相应的移码表示。

  补码的符号位取反就是相应的移码表示。

  机器字长为n时各种码制表示的带符号数的范围(★★★）：

2. 浮点表示：E为阶码（带符号的纯整数，决定数的表示范围），F为尾数（带符号的纯小数，决定数的精度）。浮点数所能表示的数值范围主要有阶码决定，所表示数值的进度由尾数决定。
3. 进制转换（这部分内容建议参考网友分享http://c.biancheng.net/view/1725.html）：二进制（B），八进制（O），十进制（D），十六进制（H）。

1）二、八、十六进制转为十进制：按权展开运算

• 二进制

• 八进制

• 十六进制

2）十进制转换为二、八、十六进制：整除取余法

• 十进制100转为二进制：1100100（B）
• 十进制100转为八进制：144（0）
• 十进制100转为16进制：64（H）

3）八、十六进制转为二进制

• 八进制357（0）转换为二进制：011101111
• 十六进制A6F(H）转换为二进制：101001101111

4. 检验码
   1）奇偶校验码：通过在编码中增加一位校验位来使编码中1的个数为奇数（奇校验）或者为偶数（偶校验），从而使码距（一个编码系统中任意两个合法编码之间至少有多少个二进制位不同）变为2。奇校验智能发现奇数位出错的编码，不能发现偶数位出错的情况。
   2）海明码：利用奇偶性来检错和纠错的校验方法，设数据位是n位，校验位是k位，则n和k必须满足：
   3）循环冗余校验码（CRC）：应用于数据通信领域和磁介质存储系统中，利用生成多项式为k个数据位产生r个校验位来进行编码，其编码长度为k+r。CRC编码才用的是模2运算，即异或运算：相异为真，非异为假。

1.3 计算机体系结构

1.3.1 概述

1. 计算机体系结构分类：
   1）按处理机的数量进行分类：单处理系统、并行处理与多处理系统、分布式处理系统
   2）微观上按并行程度分类：Flynn分类法、冯泽云分类法、Handler分类法、Kuck分类法。
2. 流水线技术
   1）流水线周期：各自任务中执行时间最长的（最慢的）子任务的执行时间。流水线执行完n条指令所需要的时间：
   2）吞吐率：是指单位时间里流水线处理机流出的结果数。对指令而言，就是单位时间里执行的指令数，最大吞吐率就是最长子过程所有时间的倒数。
   

1.3.2 存储系统(★★★）

  三层存储器分别是高速缓存、主存储器和辅助存储器（外存储器）。

1. 高速缓存

  高速缓存（Cache）是用来存放当前最活跃的程序和数据，其特点是：容量一般在几千字节到几兆字节之间；速度一般比主存快5~10倍，有快速半导体存储器构成，其内容是主存局部域的副本，对程序员来说是透明的。

  Cache一般位于CPU与主存之间，主要包括管理模块、由相联存储器构成的存储表以及小容量高速存储器。实际应用时首先判断CPU要访问的信息是否在Cache存储器中，在则命中（直接对Cache存储器寻址），不在则没命中（要按照替换原则决定将贮存的一块信息放到Cache存储器的某一块里）。

2. 地址映像

关于地址映像推荐博文https://www.cnblogs.com/BY1314/p/12897403.html。

  CPU工作时给出的是主存的地址，要从Cache存储器中读写信息，就需要将主存地址转换成Cache存储器的地址，这种地址的转换叫做地址映像，主要有三种方法：

  (1)直接映像：主存块与Cache块对应关系固定，主存中的块只能存放在Cache存储器的相同块号中，只要主存地址中的主存区号与Cache中的主存区号相同，则表明访问Cache命中。

• 优点：地址变换简单、访问速度快；
• 缺点：块冲突率高，Cache空间得不到充分利用，灵活性差。
  主存地址：
  直接映像示意图（其中图1摄于书本，图2网友分享）：
  
  
    (2)全相联映像：主存与Cache存储器分成容量相同的块，贮存的任一块可以调入Cache存储器的任一个块的空间中；
• 优点：主存的块调入Cache的位置不受限制，Cache的块冲突概率最低，十分灵活，Cache利用率高；
• 缺点：无法从主存块号中直接获得所对应的Cache块号，变换比较复杂，速度比较慢，而且成本高，实现起来比较困难。
    主存地址：
    全相联映像示意图：
  

  (3)组相联映像：是直接映像和全相联映像的折中，将Cache块再分组，组分组采用直接映像方式而块采用全相联映像方式；主存任何区的0组只能存到Cache的0组中，1组只能存到Cache的1组中，以此类推，主存一组中的任一块可以存入Cache相应组的任一块中。

• 优点：块的冲突概率比较低，块的利用率大幅度提高，块失效率明显降低；
• 缺点：实现难度和造价要比直接映象方式高。
  主存地址位数=区号+组号+主存块号+块内地址
  Cache地址位数=组号+组内块号+块内地址
  组相联映像示意图：（源于网络分享）
  

（4）替换算法

  高速缓存替换算法目标是获得做高的Cache命中率，常用算法：随机替换算法、先进先出算法、近期最少使用算法、优化替换算法。

• 随机替换算法：用随机数发生器产生一个要替换的块号，并对其进行替换，优点：简单易实现； 缺点：命中率较低，CPU从Cache中读到有用的数据称为命中。

• 先进先出算法：将最先进入的数据块替换出去，优点：易实现，系统开销小； 缺点：不能提高命中率。

• 近期最少使用算法：将近期最少使用的数据块替换出去，
  优点：有效的反应了程序的局部性； 缺点：需要独立的计数模块，系统开销大，LRU假设运行情况与之前时刻相同，这是不合理的。

• 优化替换方法：需先运行一次程序，统计Cache替换情况，第二次运行时选择最优替换方式，优点：命中率最高；缺点：需先执行一次程序，不现实，是一种理想算法。

（5）Cache的性能分析

  命中率是Cache的一个重要指标，Cache的设计目标是在成本允许的条件下打到较高的命中率，是存储系统具有较短的平均访问时间。设$H_c$为Cache的命中率，$t_c$为Cache的存取时间，$t_m$为主存的访问时间，则Cache存储器的等效加权平均访问时间$t_a$为：
$$t_a=H_c{t}_c+(1-H_c)t_m$$

3. 虚拟存储器实际上是一种逻辑存储器，实质上是对物理存储设备进行逻辑华的处理。

4. 相联存储器是一种按内容访问的存储器，其工作原理就是把数据或数据的某部分作为关键字，按关键字与存储器中的每一单元进行比较，找出存储器中所有与关键字相同的数据字。

5. 磁盘存储器
   (1)磁盘存储器有盘片、驱动器、控制器和接口组成。
   (2)道密度：沿径向的单位距离的磁道数，单位tpi（每英寸磁道数）。
   (3)位密度：磁道单位距离可记录的位数，单位bpi（每英寸位数）。
   (4)因为每条磁道上的扇区数相同，而每个扇区的大小有一样，所以每条磁道都记录同样多的信息，又因为里圈磁道圆周比外圈磁道的圆周小，所以圈磁道的位密度要比外圈磁道的位密度高，最内圈的位密度成为最大密度。
   (5)每个扇区可存放的数据块大小相同；
   (6)每条磁道记录相同大小的数据量。
   (7)格式化容量（各扇区中数据区容量的总和）：
   格式化容量=面数×（磁道数/面）×（扇区数/道）×（字节数/扇区）
   (8)非格式化容量（一个磁盘所能存储的总位数）：
   ==非格式化容量=面数×（磁道数/面）×内圆周长×最大位密度 ==

6. 磁盘阵列技术

  磁盘阵列是由多台磁盘存储器组成的一个快速、大容量、高可靠性的外存子系统，常见的RAID如下表：

1.3.3 输入输出技术

  计算机系统中存在多种内存与接口地址的编址方法，常见的2种：

1. 内存与接口地址的独立编址：内存地址和接口地址是完全独立的两个地址空间，优点是指令很易使用和辨认，缺点是用于接口的指令太少，功能太弱。
2. 内存与接口地止的统一编址：内存单元和接口共用地址空间，在这些地址空间里划分出一部分地址分配给接口使用，其他的内存单元使用，并且各自空间各自使用，不可公用。

• 优点内存的指令都可以用于接口，大大增强了对接口的操作功能，而且在指令上也不再区分内存或接口指令；
• 缺点是：整个地址空间被一分为二，导致内存地址不连续，内存和接口共用指令导致程序维护不便。

3. 程序控制方式
   在完成外设数据的输入输出时，整个输入输出过程是在CPU执行程序的控制下完成的，这种方式分为：

(1)无条件传送：外设总是准备好的，它可以无条件随时接受CPU发来的输出数据，也能够无条件随时向CPU提供需要输入的数据。
(2) 程序查询方式：CPU利用程序来查询外设是状态，判断外设是否准备好输入输出数据，然后CPU针对性为外设提供输入输出服务。
(3)中断方式：CPU不等待，也不利用程序去查询外设的状态，而是等外设准备好后，向CPU发出中断请求，该方式CPU无需等待提高了效率。
  以上3种方式都需要CPU参与。
(4)直接内存存取（DMA方式）：无需CPU参与，数据在内存与I/O设备间的直接成块传送。
(5)通道方式和外围处理机方式：更进一步减轻CPU对I/O操作的控制，使得CPU工作更高效，但是同时增加了代价—硬件的付出。

1.4 安全性、可靠性与系统性能评测基础知识

1.4.1 加密技术和认证技术(★★★）

1.4.1.1 加密技术

1.对称加密技术：文件加密和解密使用相同的密钥。

• 数据加密标准算法（DES）：采用替换和移位的方法加密，用56位密钥对64位二进制数据看进行加密；
• 三重DES：用两个56位的秘钥K1和K2，发送方用K1加密，K2解密，在使用K1加密；
• RC-5
• 国际数据加密算法（IDEA）：类似三重DES，密钥长度128位；
• 高级加密标准算法（AES）：基于排列和置换运算。

2.非对称加密技术：需要公开密钥和私有秘钥，公开密钥和私有秘钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥，如果有私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密；非对称密钥有两个不同的体制：加密模型和认证模型（如下图）。

  非对称加密算法的保密性比较好，它消除了最终用户交换秘钥的需要，但加密和解密花费时间长、速度慢，不适合于对文件加密，而只适用于对少量数据进行加密，代表算法RSA，它的安全性是基于大素数分解的困难性。

1.4.1.2 认证技术

  认证技术主要解决网络通信过程中通信双方的身份认可，认证方一般有账户名/口令、使用摘要算法认证和基于PKI的认证。
1.Hash函数信息摘要

  Hash函数就是能将任意长度的数据映射为固定长度的数据的函数，Hash函数返回的值被叫做Hash值，单向Hash函数用于产生信息摘要。

  信息摘要简要的描述了一份较长的信息或文件，它可以被看错一份长文件的“数字指纹”，信息摘要用于创建数字签名。

  对于特定的文件而言，信息摘要是唯一的，在数字签名中Hash函数可以解决验证签名和用户身份验证、不可抵赖性的问题。

  信息摘要算法是Hash算法的一种，具有以下特点：

• 在某一特定时间内，无法查找经Hash操作后生成特定Hash值的原报文，也无法查找两个经Hash操作后生成相同Hash值的不通报文。
• 无论输入的消息有多长，计算出来的消息摘要的长度总是固定的，计算出的结果越长，一般认为该摘要算法越安全，MD2、MD4、MD5（MD表示信息摘要）是被广泛使用的Hash函数，MD5 128位，SHA-1 160位。
• 输入的消息不同，产生的消息摘要必不同，输入的消息相同，产生的消息摘要一定是相同的。
• 单向不可逆。

2.数字签名

  数字签名主要经过以下几个过程（图示来源紫依数据库系统工程师视频教程）:
（1）信息发送者使用一单向Hash函数对信息生成信息摘要。
（2）信息发送者使用自己的私钥签名信息摘要。
（3）信息发送者把信息本身和已签名的信息摘要一起发送出去。
（4）信息接收者通过使用与信息发送者使用的同一个单向Hash函数对接收的信息本身生成新的信息摘要，再使用信息发送者的公钥对信息摘要进行验证，以确认信息发送者的身份和信息是否被修改过。

3.数字加密（图示来源紫依数据库系统工程师视频教程）:
  数字加密主要经过以下几个过程。
（1）当信息发送者需要发送信息时，首先生成一个对称密钥，用该对称密钥加密要发送的报文；
（2）信息发送者用信息接收者的公钥加密上述对称密钥；
（3）信息发送者将第一步和第二步的结果结合在一起传给信息接收者，称为数字信封；
（4）信息接收者使用自己的私钥解密被加密的对称密钥，再用此对称密钥解密被发送方加密的密文，得到真正的原文。

数字签名和数字加密的区别：
（1）数字签名和数字加密的过程虽然都使用公开密钥体系，但实现的过程正好相反，使用的密钥对也不同。数字签名使用的是发送方的密钥对，发送方用自己的私有密钥进行加密，接收方用发送方的公开密钥进行解密，这是一个一对多的关系，任何拥有发送方公开密钥的人都可以验证数字签名的正确性。
（2）数字加密则使用的是接收方的密钥对，这是多对一的关系，任何知道接收方公开密钥的人都可以向接收方发送加密信息，只有唯一拥有接收方私有密钥的人才能对信息解密。
（3）另外，数字签名只采用了非对称密钥加密算法，它能保证发送信息的完整性、身份认证和不可否认性，而数字加密采用了对称密钥加密算法和非对称密钥加密算法相结合的方法，它能保证发送信息保密性。

1.4.2.计算机的可靠性（★★★）

1.计算机系统的可靠性是指它从开始运行（t=0）到某时刻t这段时间内能正常运行的概率，用R(t)表示。
2.所谓失效率，是指达内时间内失效的元件数与与案件总数的比例，用λ表示，当λ为常数时，可靠性与失效率的关系为：$$R(t)=e^{-\lambda t}$$
3.平均无故障时间（MTBF）：两次故障之间系统能正常工作的时间的平均值:$$MTBF=1/\lambda$$
4.计算机系统的可维修性：通常用平均修复时间（MTRF）来表示，指从故障发生到机器修复平均所需要的时间。
5.计算机系统的可用性：是指计算机的使用效率，它以系统在执行任务的任意时刻能正常工作的概率A来表示：

6.计算机可靠性模型大致分为3类：

（1）串联系统：假设一个系统由N个子系统组成，当且仅当所有的子系统能正常工作，系统才能正常工作。设各子系统的可靠性度量值分别用$R_1,R_2,...,R_n$来表示，则系统可靠性R的度量值：

如果各子系统的失效率分别用${\lambda }_1,{\lambda }_2,...,{\lambda }_n$来表示，则系统的失效率λ：

(2)并联系统：假设一个系统有N个子系统组成，只要有一个子系统正常工作，系统就能正常工作，整个系统的可靠性度量值：

并联系统失效率：

(3)N模冗余系统：由N个（N=2n+1）相同的子系统和一个表决器组成，表决器吧N个子系统中占多数相同结果的输出作为系统的输出，只要>=n+1子系统正常工作，系统就能正常工作。假设表决器是完全可靠的，每个子系统的可靠性为$R_0$，则系统的可靠性：

提高计算机可靠性的两项措施：

• 提高元器件质量，改进加工工艺与工艺结构，完善电路设计；
• 发展容错技术，使得在计算机硬件有故障的情况下，计算机仍能继续运行，得出正确的结果。

1.5 多媒体基础知识

本节内容除整理出来的重难点之外，最好通篇读一下。

  媒体：一是指信息的物理载体，比如磁盘、光盘、磁带等等；二是指承载信息的载体，比如声音、文字、图像、视频等等。
1.媒体的分类（★★）
（1）感觉媒体：指直接作用于人的感觉器官，使人产生直接感觉得媒体，比如引起听觉反应的声音，引起视觉反应的图像等；
（2）表示媒体（representation Medium）：指传输感觉媒体的中介媒体，即用于数据交换的编码，如图像编码（JPEG、MPEG等）、文本编码（ASCII码、GB2312等）和声音编码等。
（3）表现媒体（Presentation Medium）：指进行信息输入和输出的媒体，如键盘、鼠标、扫描仪、话筒、摄像机等为输入媒体；显示器、打印机、喇叭等为输出媒体。
（4）交换媒体（Interchange Medium）：指用来在系统之间进行数据交换的媒体，包括以下2种。

• 存储媒体（Storage Medium）：指用于存储表示媒体的物理介质，如硬盘、软盘、磁盘、光盘、ROM及RAM等。
• 传输媒体（Transmission Medium）：指传输表示媒体的物理介质，如电缆、光缆、电磁波等。

2.声音信号的数字化

  声音信号是一种模拟信号，计算机要对它进行处理，必须将它转换为数字声音信号，即用二进制数字的编码形式来表示声音，声音信号数字化3个步骤：采样—量化—编码。
（1）采样：把时间连续的模拟信号在时间轴上离散化的过程；
（2）量化：把在幅度上连续取值（模拟量）的每一个样本转换为离散值（数字量）表示；
（3）编码：按照一定的格式要求进行数据编码，再按某种既定格式组织成文件。
3.图形和图像
（1）颜色

• 色调：颜色的类别；
• 饱和度：指某一颜色的深浅程度；
• 亮度：描述光作用于人眼时引起的敏感程度感觉，指彩色明暗深浅程度。

(2)图像的属性

• 分辨率：分为图像分辨率（确定的是组成一幅图像的像素数目）和显示分辨率（显示设备能够显示图像的区域大小），例如，用200dpi（dpi表示每英寸的像素点数）来扫描一幅2×2.5平方英寸的彩色照片，可以得到一幅400×500个像素点的图像。
• 像素深度：像素深度是指存储每个像素所用的二进制位数，也用它来度量图像的色彩分辨率，像素深度确定彩色图像的每个像素可能有的颜色数或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。

例1：只有一个分量的单色图像，假设每个像素有8位，则最大灰度数目为$2^8=256$。

例2：一幅彩色图像RGB三通道的像素位数分别为4,4,2，则最大颜色数目为$2^{4+4+2}=1024$，也就是说像素的深度为10位，每个像素可以是1024种颜色中的一种。

• 真/伪色彩：真彩色是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R，G，B三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。伪彩色图像的含义是，每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表(color look-up table，CLUT)的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的R，G，B强度值，用查找出的R，G，B强度值产生的彩色称为伪彩色。
• 图像的数据量计算：
  图像数据量=图像的总像素数×像素深度/8（byte）

例如，一幅640*480的256（$2^8=256$，即像素深度为8位）色图像，数据量为：640×480×8/8=300Kb。

(3)目前使用最广泛图像压缩的编码标准就是JPEG，图像文件格式BMP、GIF、TIFF、PCX、PNG、JPEG、WMF。
4.视频文件格式：Flic文件（fli、.flc）、AVI文件（.avi）、Quick Time文件（.mov、.qt）、MPEG文件（.mpeg、.mpg、.dat、.mp4）、RealVideo文件（.rm、.rmvb）。

说明：

1. 疏忽、遗漏、错误之处，欢迎留言批评指正。
2. 至此第1章书本教程知识点总结结束，后续会继续完善补充本章的历年真题， 转载请注明出处，整理不易，谢谢！