系统监理工程师学习笔记

前言：本着学习目的，一点一点更新笔记，作为后来复习用，有需要的可以参考一下。鉴于能力有限，有问题可以评论留言。

第一章 计算机基础

1.1 操作系统的功能及分类

操作系统的5大功能： 进程（处理机）管理，存储管理，设备管理，文件（信息）管理，用户接口（作业管理）

操作系统可分为网络操作系统，分时操作系统，批处理操作系统，实时操作系统，分布式操作系统

1.2文件目录结构

• “.”代表该目录自己，“…”代表该目录的父目录。对于根目录“.” “…”都代表自己；
• 在树形目录结构中到某一确定文件的绝对路径和相对路径只有一条。绝对路径是不变的，而相对路径刚随着用户工作目录的变化而不断变化；
• 当前路径是D1，则访问文件f2的绝对路径是/D1/W2/f2,相对路径是W2/f2；
• 当前路径是W1，则访问文件f2的绝对路径是/D1/W2/f2，相对路径…/W2/f2;

文件目录结构----树形目录结构，windows有两种磁盘格式，分别是FAT32（FAT16）和NTFS，NTFS比FAT32产生更少的磁盘碎片，安全性更高；支持的单个文件容易更大，支持的最大的分区容量是2TB,而在window2000中，FAT32支持的分区大小为32GB。

管道—“｜“管道符号，UNIX中”>“表示输出重定向符，即把文件内容输入到另一个指定文件中，若该文件已存在，则覆盖；而”>>“，则是以追加方式写到另一个文件的尾部。

1.3虚拟存储器非重点

​ 虚拟存储技术即在内存中保留一部分程序或在外存（硬盘）中放置整个地址空间的副本。作用是：解决计算机主存储器的容量不足的问题（实质是硬件节约成本）。

虚拟存储技术可分为：

1. 单一连续分区（不支持多道程序）；
2. 固定分区（支持多道程序，但容易产生存储碎片）；
3. 可变分区（使用了拼接即紧凑方法解决碎片问题，但耗费较多时间）；
4. 可重定们分区（克服了固定分区的碎片问题）；
5. 非请求分页式（支持多道程序设计，不支持虚拟存储）；
6. 请求分页式（即支持多道程序设计，又支持虚拟存储）；
7. 段页式（分段式和分页式的结合）。

注：虚拟存储管理的理论基础是程序的局部性原理

第二章计算机组成

2.1 数据编码

1. 原码—用于加法运算；✔

2. 反码----用于减法运算，✔

3. 补码—用于加减法运算；✔

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4. 移码（补码的首位取反）—用于阶码运算。

注：正数的补码、原码、反码相同。
原码、反码、补码的符号：0表示正数，1表示负数；
移码的符号：1表示正数，0表示负数；

注：都是用二进制存储

2.2总线和接口

总线就是一组进行互连和传输信息（命令、数据和地址）的信号线。
1、总线按相对于CPU或其他芯片的位置分：
1）内部总线(Internal Bus)；（并行接口）
在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线。
2）外部总线(External Bus)；（串行接口）
CPU与内存RAM（RamdomAccessMemory随机存取存储器，如计算机内存）、ROM（Read Only Memory只读存储器，如硬盘、U盘、光盘）和输入 输出设备接口之间进行通信的通路。

注：总线速度是制约计算机整体性能的最大因素

2、 总线按功能可分为：

​ 1）地址总线（传送地址信息）；

​ 2）数据总线（传送数据信息）；

​ 3）控制总线（传送各种控制信号）。

3、 系统接口分为

​ 1）串行接口（一次只传送1位）：传输速度较慢、控制复杂，通信连线少，适合于长距离传送。
​ 2）并行接口（一次可传送多位）：传输率高、控制简单，需连线很多，不适于远距离传输。

常见接口类型：

1. IDE（硬盘和光驱）
2. PCMCIA（笔记本电脑的无线上网无线网卡的接口）
3. P1394（高速串行总线，连接众多的外部设备）
4. USB（无安全性可言）

2.3存储系统

注：

从快到慢，寄存器----Cache—内存—辅存（硬盘、U盘）

在计算机存储体系中，Cache访问速度最快的，因为寄存器是不算为存储系统中的。

内存是随机存取方式即叫RAM，编址是以字节或字（一个或多个字节组成），通常采用十六进制表示。

注：

1T=1TB=1024GB

1G=1GB=1024MB

1M=1MB=1024KB

1K=1KB=1024B(字节)

1B=8b（一个字节由8位组成）

6个双面的盘片的有效记录页数为6x2 -2 = 10

2.4 RAID（磁盘冗余阵列）看资料

RAID（磁盘冗余阵列）共分8个级别，主要使用了分块技术、交叉技术和重聚技术；

1. RAID0级（无冗余和无校验的数据分块），用于只关注性能，容量和价格而不是可靠性的应用程序；

2. RAID1级（磁盘镜像阵列），主要用于存放系统文件、数据及其他重要文件，其利用率为50%，起备份作用，其有冗余无校验

3. RAID2级（采用纠错海明码的磁盘阵列），用于大量数据传输，不利于小批量数据传输，实际应用少。，其无冗余有校验

4、RAID3级和RAID4级（采用奇偶校验码的磁盘阵列），读数据很快，写数据因要计算校验位，速度变得很慢。

5.RAID5级（无独立校验盘的奇偶校验码的磁盘阵列），对于大批量和小批量数据的读写性能很好。注：RAID4、RAID5都采用了分块技术。，其有冗余有校验

注：RAID5级利用率（n-1)/n

6、RAID6级（具有独立的数据硬盘与两个独立的分布式校验方案），提供了独立的数据访问通路，价格昂贵，性能改进有退；

7、RAID7级（具有最优化的异步高I/O速度和高数据传输率的磁盘阵列），目前最高档次的磁盘阵列，是对RAID6的升级。

8、RAID10(高可靠性与高性能组合)：由多个RAID0级和RAID1级组成，RAID1级是一个冗余备份，RAID0级是负责数据读写的阵列，故该等级称为RAID0+1.目前使用范围最广泛。

第三章 计算机体系结构

3.1 计算机分类（略）

3.2 RISC和CISC比较

精简指令系统计算机RISC（Reduced Instruction Set Computer）
1）指令数量少；
2）指令寻址方式少；
3）指令长度固定；
4）只提供了Load/Store指令访问存储器；
5）以硬布线逻辑控制为主；
6）单周期指令执行；
7）优化的编译器。
注：复杂指令系统计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）。

	CISC	RISC
指令条数	多	只选取最常见的指令
指令复杂度	复杂	低
指令长度	变化	短、固定
指令执行周期	随指令变化大	大多在一个机器周期完成
指令格式	复杂	简单
寻址方式	多	极少
涉及访问主存指令	多	极小、大部分只有两条指令
译码方式	微程序控制	硬件电路
对编译系统要求	低	高

3.3 流水线计算机

✔N条指令执行所需时间=完成一条指令所需时间+（n - 1）*单条指令中最长的任务时间。
例如：若指令流水线把一条指令分为取指、分析和执行三部分，且三部分的时间分别是取指2ns，分析2ns，执行1ns，那么，最长的子任务是2ns，因此100条指令全部执行完毕需要的时间（2+2+1）+ （100-1）×2=203ns

✔影响流水线的主要因素：

1. 转移指令
2. 共享资源访问的冲突；
3. 响应中断。

第四章 数据库系统

4.1 E-R模型设计

在数据库设计中被广泛用作数据建模的工具。（工具如：ROSE，PowerDesigner ）

1、E-R模型简称E-R图，包括如下三个要素：
1）、实体（型）：用矩形框表示，框内标注实体名称；
2）、属性：用椭圆形表示，并用连线与实体连接起来；
3）、实体之间的联系：用菱形框表示，框内标注联系名称，并用连线将菱形框分别与有关实体相连，并在连线上注明联系类型。
4）、E-R图中的联系归结为三种类型：
①一对一联系（1：1）；
②一对多联系（1：n）；
③多对多联系（m：n）；

4.2 性能评估

性能评估（主要从系统可靠性、容错能力、指令周期、响应时间和吞吐量来评估）

1. 计算机系统性能指标以系统响应速度和作业吞吐量为代表。

系统响应时间：指用户发出完整请求到系统完成任务给出响应的时间间隔；作业吞吐量：指单位时间内系统完成的任务量。

一、可靠性
1、平均无故障时间=1/失效率（ λ ）
①失效率（ λ ）：指器件或系统在单位时间内发生失效的预期次数；
②平均无故障时间：从t=0时到故障发生时系统持续运行时间的期望值。
例如：假设同一型号的1000台计算机在规定的条件下工作1000小时，其中有10台出现故障，那这种计算机千小时的可靠度(1000-10)/1000=0.99，失效率为10/(10001000)=110(-5)，因为平均无故障时间与失效率的关系为1/失效率，所以平均无故障时间为10（5）小时。
2、平均故障修复时间=1/修复率（μ）
修复率（μ）是指单位时间内可修复系统的平均次数。
3、平均故障间隔时间=平均无故障时间 + 平均故障修复时间

4.3 可靠性计算

1. 串联系统

   1）可靠性=N个子系统的可靠性的相乘R = R1xR2x……xRn;

   2）失效率=N个子系统的失效率总和 λ =λ1 + λ2 + …… + λn；

2. 并行系统

   1）可靠性R = 1-(1-R1) ×(1-R2) ×(1-R3)……× (1-Rn)；

   2）失效率λ = 1/((1/λ) × 1 + （1/λ）×(1/2) + …… + (1/λ) ×(1/n))。

   如图：假设每个部件R=0.9，失效率λ = 0.1

   二个部件串联后的可靠度R=0.9 × 0.9 =0.81
   二个部件串联后的失效率λ = 0.1+0.1=0.2
   R总 = 1-(1-0.81) × (1-081) =.9639
   λ总 = 1/((1/0.2) × 1 + (1/0.2 ) × 1/2)

4.4 容错

提高可靠性的技术可分为避错技术和容错技术；

避错：指预防和避免系统在运行中出错；
容错：指系统在其某一组件故障存在的情况下不失效，仍然能够正常工作的特性。注：容错功能一般通过冗余组件设计来实现；计算机系统的容错性通常可以从系统的可靠性、可用性和可测性等方面衡量；
冗余技术就是在容错技术的基础上实现，分为：

1. 硬件冗余(以检测或屏蔽故障为目的而增加一定硬件设备的方法)；
2. 软件冗余(增加一些在正常运行时所不需要的软件)；
3. 信息冗余( 添加一些信息，以保证运行结果正确性的方法。纠错码就是信息冗余的例子)。
4. 时间冗余(使用附加一定时间的方法完成系统功能。这些附加的时间主要用在故障检测 、复执或故障屏蔽上)。

4.5 指令周期

1. 时钟频率（主频、时钟脉冲）

​ 反映机器速度的，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。

2. 时钟周期=1/时钟频率

​ 是计算机中最基本、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本动作；

3. 机器周期=n个时钟周期

​ 即完成一个基本操作如取指令、存储器读/写所需要的时间；一个机器周期由若干个时钟周期组成；

4. 指令周期=n个机器周期

​ 即执行一条指令所需要的时间；

注：
频率的单位是赫兹,简称赫,以符号Hz表示，频率单位还有千赫(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)；1兆赫相当于1000千赫（KHz），也就是10^6赫兹；1s=10的9次方ns。
其中MIPS 的含义是“百万条指令/每秒