2023 上半年软件设计师知识点复习总纲

小鱼儿 2023-10-09 23:57 144阅读 0赞

> **前言：全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试（以下简称IT职业资格考试）是由中华人民共和国人事部主管，国家计算机网络与信息安全管理中心主办的一项国家级、权威性的计算机职业技能水平认证考试。主要为企事业单位和社会培训机构提供了一个可以测试、认证计算机和软件专业技能水平的途径。**
> 
> **在IT职业资格考试中，软件设计师考试（简称软考）是一个重要的考试类别，资格证书被认为是软件行业人才的重要标志和职业资格证明。**
> 
> **软考中级软件设计师是软考的一个等级，属于软件工程师职业级别，是一项高级软件设计和开发领域的专业资格认证，是软件行业职业人员的核心能力证明之一。软考中级软件设计师考试内容包括软件开发、需求分析、软件测试、软件项目管理、软件质量保证等多个方面。通过此证书考试，证明了考生在软件设计和开发方面的专业知识和实践经验，能够在软件项目中发挥重要的作用，为企业和组织提供高质量的软件应用解决方案。**

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### 以下是学长为大家整理的软件设计师知识点，希望能帮助大家取得一个好成绩~ ###

### 第 1 章 计算机系统知识 ###

计算机系统由两部分组成：硬件、软件。

• **计算机硬件系统五大组成部分**

**控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备**

存储器分为内部存储器（**内存、容量小、速度快、存放临时数据，断 电消失**）和外部存储器（**硬盘、光盘、容量大、速度慢、长期数据保 存**）

输入设备、输出设备统称**外设**

主机（ **CPU + 主存储器**）

• **中央处理单元** CPU

CPU 组成：由**运算器、控制器、寄存器组**（读取速度最快）**、内部 总线组成**

CPU 功能：实现**程序控制、操作控制、时间控制、数据处理**功能

运算器组成（常考）：

算数逻辑单元 ALU(Arithmetic logic unit)：实现对数据的**算 数和逻辑**运算，提供一个工作区

累加寄存器 AC(Accumulator): **运算结果或者源操作数**的存放 区

数据缓冲寄存器 DR(Data Register): **暂时存放**内存的指令或数 据

状态条件寄存器 PSW(Program Status Word): 保存指令**运行结 果**的条件吗内容，如溢出标志等

运算器功能：执行**算数运算和逻辑运算**

控制器：

指令寄存器 IR （ Instruction Register ） : 暂存当前

**CPU正在执行的指令**

程序计数器 PC （ Program Counter ）：存档**指令执行地址**

地址寄存器 AR （ Address Register ）：保存**当前 CPU所访 问的内存地址**

指令译码器 ID （ Instruction Decoder）：**分析指令操作码**

控制器功能：**控制整个 CPU的工作**，最为重要，包括程序控制、时序 控制

程序员可以**访问通用寄存器**存取数据，也可以**访问状态寄存器和程序 计数器**，**但是不能访问指令寄存器**

• **数据进制转换**

二进制、十六进制（ 0x18F、 18FH ）

R 进制转 10 进制 案例： 6 进制 5043 转为十进制 => 36^0 + 46^1 + 06^2 + 56^3 => 1107

十进制转 R 进制 案例：十进制 200 转 6 进制 => 200/6 = 33 余 2 => 33/6 = 5 余 3 => 5/6 = 0 余 5 => 6 进制为余数的 从后向前排列 532

m 进制转为 n 进制：**通过十进制中转**

• **数的表示 （考得少）**

最小数据单位 b( 比特 bit)

最小存储单位 1B(字节 byte)=8b

**1KB=1024B; 1MB=1024KB; 1GB=1024MB**

机器数：各种数值在计算机中表示的形式，特点是使用二进制计数制， 数 的 符 号 用 0 和 1 表 示 ， 小 数 点 隐 含 不 占 位 置 （ 例 如 +0 （ 0 0000000 ） -0(1 0000000) ）**其中第一位是符号为，后七 位表示数值位**

定点表示法：分为纯小数与纯整数两种，其中小数点不占存储位

纯小数：约定小数点在机器数的**最高数值位之前**

纯整数：约定小数点的位置在机器数的**最低数值位之后**

真值：机器数对应的实际数值

• **数的编码方式（不怎么考）**

原码：**一个数的正常二进制表示** 例如 +0 （ 0 0000000 ） -0(1 0000000)

反码：**正数的反码即为原码**；**负数的反码是在原码的基础上，除了符 号位以外，其他各位按位取反**（例如如上数值的反码为 +0 （ 0 0000000） -0 （ 1 1111111 ））

补码：**正数的补码即原码**；**负数的补码是在原码基础上，除了符号位 以外，其他各位按位取反，而后在末位 +1** ，若有进位则产生进位 +0 （ 0 0000000 ） -0 （ 0 0000000 ）） -0 的补码有溢出

移码：用作浮点运算的阶码，无论正数负数，都是将**该原码的补码的 首位（符号位）取反得到**

计算机系统中常采用**补码来表示和运算数据**，原因是采用补码可以**简 化计算机运算部件的设计**

• **浮点表示（常考）**

浮点数 **N = F \* 2^E**, 其中 E 称为阶码 ( 带符号的纯整数 ) ， F 称为尾数（带符号的纯小数），类似于十进制的科学记数法 例如 101.011=0.101011\*2^3

浮点数所能表示的**数值范围由阶码确定**，所表示的**数值精度由尾数确 定**

浮点数运算需要先 1. 对阶，即将阶码换算成相同的后再计算，**小阶 向大阶对接**，否则会损失尾数的精度 》 2. 尾数计算 》 3. 结果 格式化

浮点数存储格式： | 阶符 | 阶码 | 数符 | 尾数 | ，**一****般尾数用补码，阶码用移码**规格化浮点数：将尾数的绝对值限定在 **\[0.5, 1\]**

浮点数的范围： M: 尾数补码位 ( 包括数符 ) ， R: 阶码补码位 ( 包括阶符 ) ，则最大正数 +(1-2^-M+1) \* 2(2R-1 - 1), 最小负 数 -1 \* 2(2R-1 - 1)

定点表示法与浮点表示法：定点表示法分为定点整数和定点小数，定 点表示法的**小数点不需要占用存储位**，总位数相同时浮点表示法可以 表示更大的数

定点小数在机器字长为 n 的表示范围是定点整数表示范围除以

**2^n-1**

• **寻址**

立即寻址：操作数包含在**指令**中

直接寻址：操作数存在**内存单元**中，指令中给出操作数所在存储单元 的地址

寄存器寻址：操作数存在某一个寄存器中，指令中给出存放操作数的 寄存器名，**比直接寻址要快，寄存器 " 距离 " CPU 更近**

寄存器间接寻址：操作数存在内存单元中，寄存器中存放了操作数所 在的内存地址，指令中则存了寄存器名，也就是说寻址路径 **指令 - > 寄存器 -> 内存**

间接寻址：指令中给出操作数地址的地址

寻址效率：**立即寻址 > 寄存器寻址 > 直接寻址 > 寄存器间 接寻址 > 间接寻址**

采用不同寻址方式的目的：**扩大寻址空间，提高编程灵活性**

• **校验码**

码距：指一个编码系统中，两个合法编码之间至少有多少个二进制不 同

奇偶校验码：在编码中增加一个校验位来使 1 的个数为奇数或者为偶 数，**码距为 2奇偶校验只能校验错误不能纠正错误**

海明码：**一种利用奇偶性来纠错的校验方法**，**码距为 3** ，设数据位有 n 位，校验位有 k 位，则 n 与 k 必须满足以下关系： **2^k-1 >= n+k**

循环冗余校验码(CRC)：**可以检错但不能纠错**，码距为 2 ，**由 k 个 数据位 + r个校验位组成**，校验码由信息码产生，校验码位数越多 校验能力越强，求 CRC 编码时，**采用模二运算**

• RISC **和** CISC

RISC: 精简指令集计算机，**指令少，复杂度低**，指令长度固定，寻址 方式少，通用寄存器数量多，**支持流水线技术**，采用**硬布线控制逻辑， 组合逻辑控制器**

CISC ：复杂指令集计算机，**指令多，复杂**，指令长度变化，寻址方 式复杂多样，通用寄存器数量一般，**也支持流水线技术**，使用**微程序 控制技术**

• **流水线技术**

流水线：多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术

指令分为三个部分：**取指 -> 分析 -> 执行**

**一条完整指令的执行时间 = 取指时间 + 分析时间 + 执行 时间**

流水线周期：指令步骤中所花时间最长的一段，例如：取指 1ms -> 分析 3ms -> 执行 2ms 则流水线周期为 3ms，表示除了第一条外， 后边的指令都只需要多花 3ms 就能完成

流水线总共用时：理论公式：**一条完整指令完成时间 + (指令总数 - 1)\*流水线周期**；实践公式：给第一条指令充分的时间，及第一条指令的每一个步骤都用一个流水线周期的时间

吞吐率：指单位时间内流水线所完成的任务数量，计算公式：**指令条 数 / 流水线总共用时**，**最大吞吐率 = 1 / 流水线周期**

异步控制会延长时间，降低性能，每次操作结束后要发出结束信号

• **存储器**

按照所处位置分类：**内存；外存**

按工作方式分类： **读 \\ 写存储器 RAM；只读存储器 ROM**

按访问方式分类：按**内容访问存储器**（例如：相连存储器），按**地址 访问存储器**

按寻址访问存储器：**随机存储器、顺序存储器、直接存储器**

闪存，一种只读存储器 ROM ，删除时**以块为单位删除**，类比为 U 盘

虚拟存储器，由**主存 + 辅存** 组成

存储系统的层次结构，由内而外： **CPU 内部通用寄存器 》 Cache(SRAM 静态随机存储器 ) 》主 \\ 内存储器 (DRAM 动态随 机存储器，需要周期性刷新来保持数据 ) 》外存储器**

空间局部性：若一个存储单元被访问，**则其临近的存储单元在不久的 将来也很可能被访问**，这种特性就是空间局部性

时间局部性：若一个存储单元被访问，**则这个单元在以后也可能被再 次访问**，这种特性就是时间局部性

• Cache **高速缓存**

Cache 高速缓存：位于 **CPU 与 主存**之间，用来存放当前最活跃的 程序和数据（主存的部分拷贝信息），速度比主存块 5~10 倍，**对程 序员来说是透明的**（程序员不可操作）

Cache **容量越大，命中率越高**，逐渐接近 100% ，但是随着容量变 大， **Cache 成本和命中时间也在增大**

替换算法：目标是**使 Cache 获得更高的命中率**

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

Cache 中的地址映像方法

地址映像： CPU 工作时**送出的主存地址**，而要从 Cache 中读 写信息，就需要**将主存地址换算成 Cache 地址**，这种转换称为 地址映像

直接映像：**主存分区， Cache分块**，主存每个区有与 Cache 相 同的分块，**主存每个区的块与 Cache 的块的对应关系时固定的**， 硬件电路简单，**但是冲突率高**

全联映像：**主存不分区**，主存与 Cache按照相同的大小分块 Cache 的块可以对应任意的主存上的块，电路设计难，**只适用于 小容量的 Cache，冲突率低**

组相连映像：是直接相连与全联映像的折中，**先分组，组与组之 间的直接映像**，组内是全联映像

发生冲突概率：**全联映像《 组相连映像 《 直接映像**

Cache 与 主存之间的映射是由**硬件自动完成**的

• **中断**

中断：遇到急需处理的事件时，暂停当前正在运行的程序，**转去执行 有关程序，处理完后返回源程序**，这个过程称为中断

中断向量：**提供中断服务程序的入口地址**

中断响应时间：**发出中断请求开始到进入中断服务程序**，这一段时间

保存现场目的：**为了能正确的返回被中断的程序然后继续执行**

7第 1 章 计算机系统知识

• **输入输出（** I/O **）控制方式**

程序查询方式（程序直接控制方式）：

**CPU 和 I/O 只能串行工作**， CPU 需要一直轮询检查状态， 长期处于忙等状态， **CPU 利用率低**

**一次只能读写一个字**

由 **CPU** 将数**放入内存**

中断驱动方式：

I/O 设备通过中断信号，主动向 CPU 报告 I/O 操作已完成

**CPU 与 I/O 外设可并行操作**， CPU 利用率提升

**一次只能读写一个字**

由 **CPU** 将数据**放入内存**

直接存储器存储方式（ DMA方式）：

CPU 向 I/O 模块发出数据读写的命令，然后 CPU 就可以做其 他事情， I/O 模块与内存建立直接的数据通路， I/O 模块操 作完成后，通过中断信号告知 CPU

**CPU 与 I/O 外设可并行工作**

由**外设**直接将**数据放入内存**

**一次读写的单位是块而不是字**

仅在传输数据块的**起始和结束需要 CPU 的干预**

CPU 在一个**总线周期结束时响应 DMA 的请求**，每传输一个数 据都要占用一个**存储周期**

由 **I/O 设备**提出的中断请求是**可屏蔽中断**，**电源掉电是不可屏 蔽中断**

• **总线**

总线：链接计算机有关部件的一组信号线，是计算机用来传送信息代 码的公共通道

总线分类：**数据总线，地址总线，控制总线**

8第 1 章 计算机系统知识

总线的优点：**简化系统结构，减少连接线数目**，便于接口设计，便于 故障诊断和维修，同时降低了成本

总线带宽计算：**时钟频率 \* 每秒传送的字节**

地址总线宽度计算：地址总线的宽度表明 CPU 的寻址能力，与内 存大小相关，内存多大就需要多宽的地址总线，例如：**内存容量为 4GB -> 2^32 B -> 地址总线宽度为 32**

数据总线宽度计算：**数据总线宽度就是处理机的字长**

PCI：**并行内总线，系统总线**； SCSI: **并行外总线**

• **加密技术与认证技术**

加密解决的问题：**窃听**

认证解决的问题：**篡改、假冒、否认**

加密技术

对称加密：**加密解密用的是同一把秘钥，且只有一把秘钥**；加解 密速度快，适合大量明文数据，秘钥分发有缺陷

非对称加密：**加解密不是同一把秘钥**，一共有两把秘钥（公钥私 钥）；加解密速度慢，秘钥分发没缺陷，公钥私钥之间不可推算

混合加密：就是将对称加密与非对称加密混合使用：先用对称加 密将大量明文数据加密，再用非对称公钥对“对称加密的秘钥” 加密，并随着加密明文一起传给接收方，接收方使用非对称的私 钥解密出 “对称加密的秘钥”，再用 “对称加密的秘钥” 解密 明文

认证技术

摘要：**将发送的明文 Hash 算法后得到摘要**，放在密文后一起发 送过去，与接收方解密后的明文 Hash 算法的摘要结果对比，一 致则没有篡改

数字签名：在摘要的基础上，**对摘要进行私钥签名**，接收方通过

**公钥对数字签名进行解密**，可以判定是否被篡改，假冒，否认， 用来验证消息来源的真实性

数字证书：**使用第三方机构 CA 的私钥来对用户的公钥进行数字 签名**，来保证公钥不被篡改，接收方用 CA 的公钥解密来得到发 送方的公钥

用**数字证书来认证用户身份**，用数字签名来防篡改、假冒、否认

加密算法

对称加密算法（私钥，私有秘钥加密，共享秘钥加密算法）

**DES 3DES RC-5 IDEA AES RC4**

非对称加密算吗（公钥，公开秘钥加密）

**ECC RSA DSA**

Hash 函数、 MD5摘要算法、 SHA-1 安全散列算法

• **系统可靠性**

设一个系统由 N 个子系统组成，子系统的可靠性分别为 R1 R2 R3

串联系统可靠性： **R = R1R2R3**

并联的系统可靠性： **R = 1 - (1-R1)(1-R2)(1-R3**)

• **其他**

指令寄存器的位数**取决于指令字长**

计算机分级存储速度依次为： **CPU 内部通用寄存器 》 Cache 》内 存 》外存**

安全需求：

物理线路安全 – **机房安全**

网络安全 – **入侵检测**

系统安全 – **漏洞补丁管理**

应用安全 – 数据库安全

10第 1 章 计算机系统知识

**第** 2**章 程序设计语言**

• **低级语言与高级语言**

低级语言：**机器语言与汇编语言**

高级语言：**面向应用的各类程序设计语言**，例如 C JAVA Python , 与自然语言比较接近，提高程序设计效率

高级语言或者汇编语言编写的叫源程序，**源程序不能直接在计算机上 执行**

• **解释器（解释程序）**

翻译源程序时**不生成独立的目标程序**

解释程序和源程序**需要参与到程序的运行过程中**

• **编译器（编译程序）**

翻译时，**将源程序翻译成独立保存的目标程序**

机器上运行的时与源程序**等价的目标程序**

编译器与源程序都**不参与目标程序的运行过程**

• **程序设计语言的数据成分**

标识符：由**数字、字母、下划线**组成的标记

常量与变量：按照程序运行时数据的值能否改变来区分，**常量存储在 池中，没有自己的存储单元**

全局量和局部量：按照数据在程序代码中的**作用范围来划分**

控制结构：**顺序结构、循环结构、选择结构**

程序中的数据具有类型的作用： 1. 便于为**数据分配存储单元**； 2. 便于对参与表达式计算的**数据对象进行检查**； 3. 规定数据对象的取

11第 1 章 计算机系统知识

值**范围以及能够进行的运算**

表达式的左结合：由左向右执行例如： a && b

表达式的右结合：由右向左执行例如： x = y = z

• **传值调用和传址调用**

函数定义：函数首部（返回值类型 函数名 ( 形参 ) ） + 函数体 (\{\})

传值调用：将**实参的值传给形参**，**实参可以是常量、变量、表达式**，

**不可以实现实参形参之间双向传递数据的效果**

传址调用：将实参的地址传给形参，**实参必须有地址**，**实参不能是常 量（值）或者表达式**，**可以实现实参形参之间双向传递数据的效果**， 即改**形参的值，实参的值也同时改掉了**

• **编译、解释程序翻译阶段**

编译方式各个阶段：**词法分析 – 语法分析 – 语义分析 – 中间代 码生成（可省略） – 代码优化（可省略） – 目标代码生成**

解释方式各个阶段：**词法分析 – 语法分析 – 语义分析**

编译器与解释器都不可省略且变换顺序的阶段是 **词法分析、语法分析、 语义分析**

编译器的**中间代码生成和代码优化阶段**不是必要的，可省略

• **符号表的作用**

**不断收集、记录和使用源程序中一些符号的类型和特征信息**，将其存 入符号表中

记录**源程序中各个字符的必要信息**，以**辅助语义的正确性检查和代码**

生成

12第 1 章 计算机系统知识

• **词法分析**

将源程序看做**一个多行的字符串**，从上到下、由左到右进行逐个字符 扫描，从中识别出一个个单词符号（如关键字、标识符、运算符等）

词法分析分析出的单词常常以 **二元组的形式**输出即 单词种别和单词 的值

词法分析的依据是**语言的词法规则**

词法分析输入的是**源程序**，输出的时**记号流**

词法分析的主要作用：**分析构成程序的字符及由字符按照构造规则构 成的符号是否符合程序语言的规定**

• **语法分析**

在词法分析基础上，根据语言的语法规则将单词符号序列**分解成各类 语法单位**，如 ’表达式‘ ’语句‘ ’程序‘ 等

如果没有语法错误，**语法分析后会构造出一个语法树**，否则指出错误， 给出诊断信息

语法分析输入的是**词法分析产生的记号流**，输出的时**语法树**

语法分析主要作用：**对各条语句的结构进行合法性分析，发现程序中 的所有语法错误**

• **语义分析**

用来检查源程序**是否包含静态语义错误**，主要用来**类型分析和检查**

语义分析输入的是**语法分析阶段产生的语法树**

语义分析阶段**不能发现所有的语义错误**，**只能分析出静态的语义错误**， 动态的语义错误要在**运行时才能发现**

动态语义错误常见的有**死循环**

13第 1 章 计算机系统知识

• **目标代码生成**

这一个阶段的任务是把**中间代码变成特定机器上的绝对指令代码**、可 重定位的指令代码或汇编指令代码

目标代码生成阶段的工作与**具体的机器密切相关**

**寄存器的分配**处于目标代码生成阶段

• **中间代码生成**

根据语义分析的**输出生成中间代码**，是一种简单的记号系统，**可以有 多种形式，其特征是与具体的机器无关**

语义分析和中间代码生成所依据的时**语言的语义规则**

常见的中间代码：**后缀式、三地址码、三元式、四元式、树（图）**等 形式

可以**将不同的高级语言编译成同一种中间代码**

中间代码**可以跨平台**

中间代码**有利于进行与机器无关的优化处理**和**提高编译程序的可移植 性**

• **正规式**

正规式是**词法分析的工具**

大致可以类比 JS 中的正则的基本规则，主要**记住 \* 代表的取值 范围**时 \[0, 无穷大 \] ,然后将选项带入看看符不符合规则即可

• **有限自动机**

有限自动机是**词法分析的工具**，他能正确的识别正规集

状态，分为**初态和终态**，**一个状态既可以是初态也可以是终态**

识别成功的依据是：**状态机的路跑的通并且跑完后的终点是终态**

确定的有限自动机：**对每一个字符来说识别字符后的转移状态是唯一**

14第 1 章 计算机系统知识

**的**

不确定的有限自动机：**对每一个字符来说识别字符，后的转移状态是 不唯一的**

区分确定的有限自动机和不确定的有限自动机**在于给定一个数字或者 字母，它只有一条路可以跑，那就是确定的**，反之是不确定的

空串

• **上下文无关文法**

被广泛的用于表示各种程序设计语言的语法规则 – **上下文无关文法**

做题：**由开始符号起始，推到出选项中的终结符号**，一个选项一个选 项的尝试

• **后缀式、中缀式**

中缀式就是常见的表达式： **1\*2**

后缀式的符号放在后边： **12\***

中缀式转后缀式：按照 **() 、 \* /、 + -** 的优先级，一个表达式 一个表达式的转换成后缀式，同等优先级的从右向左转换

后缀式转中缀式：**使用栈的方式**（先进后出、后进先出）

语法树中缀遍历 -> 生成中缀式：**左根右**

语法树后缀遍历 -> 生成后缀式：**左右根**

后缀式又称**逆波兰式**

• **其他**

反编译通常**不能将可执行文件还原成高级语言源代码**，只能转换成功 能**等价的汇编程序**

动态语言指的是**程序运行时可以改变其结构**

指针变量：变量是**内存单元的抽象**，用于在程序中保持数据，当变量

15第 1 章 计算机系统知识

存储的时**内存单元地址时**，称为指针变量

链表中的节点控件需要**程序员申请和释放**，数据控件应采用**堆存储分 配策略**

可视化程序设计特点：

基于面向对象思想，**引入控件概念和事件驱动**

研发过程遵循，**先界面绘制，再基于事件编写程序代码**

设计人员**可以不用补编写或者少量编写代码**

**编译**过程中为变量分配存储单元所用的是**逻辑地址**，**程序运行时**再映 射为**物理地址**

C 中全局变量的存储空间在**静态数据区**

语法指导翻译是一种**静态语义分析方法**

语法分析方法：

**递归下降分析法和预测分析法**都是属于自上而下的分析法

**移进 - 归约分析法**属于自下而上的分析法

16第 1 章 计算机系统知识

**第** 3**章 知识产权**

• **著作权**

著作权分为**人身权和财产权**

人身权分为：**发表权、署名权、修改权、保护作品完整权**

除发表权外，其他权利的时限都是永久，**发表权的时限是终生 + 死后 50 年**

知识产权的地域性：在哪里授予的知识产权，**只在授予国家有效，在 外部国家不受保护**

• **计算机软件著作权**

计算机软件著作权受**《中华人民共和国著作权法》**和**《计算机软件保 护条例》**保护

计算机软件著作权的主体是**公民**

计算机软件著作权的客体的是**指受保护的计算机程序**（源程序和目标 程序）和**相关文档**（流程图、说明书、用户手册）

计算机软件著作人身权：**发表权、开发者身份权（署名权、永久）**

计算机软件著作权的保护期：**自软件开发完成之日起，保护期为 50 年**，保护期满，**除了开发者身份权外，其他权利终止**

《计算机软件保护条例》是**国务院颁布**的

侵权行为鉴别：**未经著作权人的同意，发表、登记、署名、更改、翻 译、复制、出售、出租**

• **职务作品**

职务软件作品指公民在**单位任职期间**为执行本单位的工作所开发的计 算机软件作品

17第 1 章 计算机系统知识

公民在单位任职期间所开发的软件，**著作权属于单位**。如果开发软件 不是职务工作，那著作权就不是单位所有，**但是如果用了单位设备， 则不能归个人享有**

如果是职务软件作品，**那开发者只有署名权**

• **委托开发**

委托开发的作品，**著作权由委托方和受委托方订立的合同决定**，无合 同约定的，**著作权为受委托方所有**

• **商业秘密**

商业秘密的基本内容：**经营秘密和技术秘密**

商业秘密的构成条件：

**具有未公开性**，不为公众所知悉

**具有实用性**，能给权利人带来利益

**具有保密性**，即采取了保密措施

• **专利权**

由书面形式申请的，**一份申请一项发明**

**专利权保护期限 20 年**（**实用新型专利是 10 年**）

专利权就**申请之日起算**，两人以上申请，**现申请先获得**，同一天申请，

**由两人协商决定**

• **商标权**

**自核准之日起， 10 年有效**，届满前可以续，**每次续 10 年**

**谁先注册，谁享有商标**；同时注册，**谁先使用，谁享有商标**；同时注 册，都没有使用，**则协商或者抓阄决定**

18第 1 章 计算机系统知识

• **软件许可使用**

独占许可使用：软件著作权人**不能再给他人许可**，软件著作权人**也不 可使用**

独家许可使用：软件著作权人**不能再给他人许可**，但是软件著作权人

**可以使用**

普通许可使用：软件著作权人**可以再给他人许可**，软件著作权人**也可 以使用**

• **软件著作权中的翻译权**

将软件**从一种程序设计语言转化成另一种程序设计语言**

19第 1 章 计算机系统知识

**第** 4**章 数据库知识**

• **数据模型的分类**

概念数据模型：从信息世界中抽象的数据模型，独立与计算机系统， 一般采用 **实体 - 联系方法（ E-R 方法）**来表示，用于信息世界建 模

结构数据模型 ( 数据模型 DBSM)：**直接面向数据库的逻辑结构**，一般 会考察数据模型中的关系模型和相应的关系模式

• **概念数据模型常用术语**

实体：客观存在相互区别的**事务**，例如 一个人，一个单位，一个外部 系统

属性：用来描述实体的**特性**，例如 人的姓名，单位的地址

码 | 键：**唯一标识实体的属性或属性集**

域：**属性的取值范围**

联系：**实体之间的对应关系**

• **实体之间的联系分为三种**

**一对一**（一个班级对应一个班长）

**一对多**（一个班级对应多个学生）

**多对多**（一个老师可以对应多个班级，一个班级也可以有多个老师）

• E-R **图（实体** \- **联系）**

**实体 – 矩形**表示

**属性 – 椭圆**表示

**联系 – 菱形**表示

20第 1 章 计算机系统知识

使用无向边链接，用 **1:n, n:1, n:m** 来表示联系的类型

结构数据模型主要分为：**层次模型，网状模型，关系模型和面向对象 模型**

• **三级模式和两级映射**

外模式（用户模式或者子模式）：**对应外部视图，和用户交互**

概念模式：**对应数据库基本表**

内模式（存储模式）：**实际数据库存储文件**

模式 - 内模式映像：实现了概念模式和内模式之间的转换，保持数据 的**物理独立性**

外模式 - 模式映像：实现了外模式和概念模式之间的转换，保持数据 的**逻辑独立性**

• **关系模型中基本术语**

关系：一个关系就是**一个二维表**

元祖：表中的一行就是一个元祖，对应**一个记录值**

属性：表中的一个列就是一个属性，列的第一行就是属性名，其他为 属性值

域：**属性的取值范围**

关系模式：对关系的描述，格式：**实体**（属性 1 ，属性 2 ，…属性 n ）

候选码 | 候选键：**能够唯一标识一个元祖的属性**或者属性组合

主码 | 主键：一个关系中**可能会有多个候选码**，从中选择一个作为主 码

外码 | 外键：一个关系中的**属性或属性组并非该关系的码**，但是是别 的关系中的主码，则称其为该关系的外码 | 外键

全码：**一个候选码，包含关系中的所有属性**，则该候选码为全码

超码：包含候选码的**属性集**

21第 1 章 计算机系统知识

主属性：**候选码中的都是主属性**，其他的时非主属性

• **关系模型完整性约束**

实体完整性：**主键的值不能空**

参照完整性：**外键的值可以为空**，但是如果有值，则其值一定能在对 应的表中找到

用户定义完整性：用户定义的**对某一数据的指定约束条件**

• **关系代数运算**

∪ ( 并集 ) ： R ∪ S, R,S 所有元祖 | 记录 合并，**删除重复记 录后的结果**

－ ( 差 ) ： R-S, 从 R 中**删除存在于 S 中的记录**

∩ ( 交集 ) ： R ∩ S, R,S 中**同时存在的记录组成**

× ( 笛卡尔积 ): R × S, R 中每条记录与 S 中的**每条记录拼接组 合成新的记录**

π ( 投影 ) ： π 1,3 ® 从关系 R 中抽取第 1 ， 3 **列属 性**，组成新的关系，（其中 1 ， 3 列号，也可以用对一个属性名 代替）

6 (选择 ) ： 6 1=5 ® 从关系 R 中选择所有第 1 列的值等于 第 5 列值的记录，**组成新的记录**

链接：链接就是在**两个关系的笛卡尔积中选择符合条件的行**

等值链接：连接条件为**两列值相等**

自然链接（ |><| ）：不需要写链接条件，自然链接中会选出**两个表 中同名属性对应值相同的记录**，并且生成的新关系中**去除了重复的属 性列**

左外链接： R 自然链接 S ，在自然链接基础上，将左侧关系 R 中在自然链接结果中丢失的记录与自然链接结过拼接的结果，**用空值 NULl 来填充右侧属性**

22第 1 章 计算机系统知识

右外链接：与**左侧链接相反**

全外链接：左外链接与右外链接的结果叠加

• **关系模式**

R 也就是 **关系名 < 属性组 , 属性的域 , 属性到域 的映射 , 属性组中属性的数据依赖关系 >** 通常 D dom 可以省略， 例如： R<\{A, B, C, D\}, \{A->B, A->C, C->D\}> “->” 可以理解为 “推导出”或者“决定”的意思

完整函数依赖：例如 ( 学号，课程 ) -> 成绩，但是单独的 学号 或 者 课程不能直接推导出 成绩，这就是**完整函数依赖**

部分函数依赖：例如（学号，课程号） -> 姓名，单独的 学号 也可 以推导出 姓名，这就是**部分函数依赖**

依赖传递： A->B , B->C , 则称 **C 对 A 传递依赖**

属性闭包计算（挑选主键），由推导关系选出可以完全推导出所有属 性集的某个属性或者某几个属性组合，例如： R<\{A, B, C, D\}, \{A- >B, A->C, C->D\}> 中 A 属性可以完全推导出 \{A, B, C, D\}， **A 就是主键，有多个情况，则可以有多个候选键**

冗余函数依赖：例如 \{A->B, B->C, A->C, C->D\} 中 A->C 即为冗 余，**因为 A->B->C 有传递依赖，传递依赖优先**（自己的理解）

• **范式 – 应试技巧**

1NF -> 2NF: 消除**非主属性对码的部分函数依赖**

2NF -> 3NF: 消除**非主属性对码的传递函数依赖**

3NF -> BCNF: 消除**主属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖**

BCNF -> 4NF: 消除**非平凡且非函数依赖的多值依赖**

结题技巧：

**一般都满足 1NF**，除非有类似 工资（基本工资，加班工资，实发 工资）这种可在细分的属性

23第 1 章 计算机系统知识

通过函数依赖集，**找到 “码”**，以及主属性与非主属性（**能被推 导出的属性都不是主属性或者码**）

判断非主属性是否对码有部分函数依赖，即**非主属性是否能通过 码的一部分就推导出来**（如果是 码中的成员 + 非主属性 A -> 非主属性 B 这种则不算部分函数依赖）符合则至少是 2NF

看有没有传递函数依赖（类似 A->B, B->C; 或者是伪传递时的 某些情况： A->B, BC->D 那么可以有 AC->D），符合则至少是 3NF,

查看**主属性对候选码是否有部分函数依赖或者传递依赖** , 符合 则至少是 BCNF

看有没有多值依赖，并且多值依赖的左边是码，例如 A->B,A->C, 并且 A 是码，那就符合第四范式

• **判断是否为无损连接**

直接把分解后的关系，**通过“自然链接”链接**，看看得到的结果是否 与原来一致，**不一致则是有损**

• **判断是否为“保持函数依赖”**

就看分解后的两个关系中**是有原来函数依赖集的那些依赖关系**，如果 没有就是不保持

• **数据库设计步骤**

用户需求分析 – **数据流图**；

概念设计 – **E-R 图**；

逻辑设计 – **关系模式**

24第 1 章 计算机系统知识

• E-R **模型**

实体：**矩形表示**；

弱实体：**双边矩形表示**，一个实体的存在必须依赖另外一个实体为前 提，这类实体就是弱实体

联系：**菱形表示**，无向边上标明联系的类型 1:n n:1 n:m ，弱实体 的联系为双边菱形

属性：**椭圆形表示**；

简单属性：**不可再分的属性**；复合属性：**可以细分为更小的部分**

多值属性：**双边椭圆表示**，多值属性就是一个属性可以对应一组值，

派生属性：**虚线椭圆表示**，可以通过其他属性计算得来的属性

• E-R **图之间的冲突类型**

属性冲突：属性的类型、取值范围、数据单位冲突

命名冲突：相同意义属性**在不同 E-R 图中有不同命名**

结构冲突：同一个对象在**某个 E-R 图中抽象为实体**，在另一个 E-R 图中抽象为属性，或者同一实体在不同 E-R 中有不同属性

• **关系模型转换**

**1:1 关系转换为关系模式**：把联系对应的属性放到任意一个实体中， 同时将另外的实体的主键也放到这个实体中

**1:n 关系转换为关系模式**：把联系对应的属性放到 n 对应的实体 中，同时将另外的实体的主键也放到这个实体中

**n:n 关系转换为关系模式**：把联系单独作为一个新的关系 , 其他 实体的主键组合为这个新关系的主键

关系模式规范化的要求：**至少满足 3NF**

25第 1 章 计算机系统知识

• **事务管理的特性**

原子性：**事务是原子的**，要么都做，要么都不做

一致性：事务执行的**结果必须保证从一个一致性状态 变到另一个一致 性状态**

隔离性：**事务间互相隔离，多个事务并发时**，任意事务的变更操作知 道其成功提交的**整个过程对其他事务都是不可见的**

持久性：一旦事务成功提交，**即使数据库崩溃，其对数据库的更新操 作也永久有效**

• **数据库备份方法**

静态转储与动态转储，动态指在转储期间**允许对数据库的存取修改操 作**，静态则不允许

海量存储与增量存储，增量是指**仅转储距离上次转储更新的数据**

日志文件，把对数据库的**每次操作写入日志文件**，一旦发生故障，则 利用日志文件撤销事务，**回退到事务前的数据状态**

• **封锁**

排它锁：就是加了这个锁那么**其他的排它锁和共享锁都不能加了**，直 到这个锁被释放了才可以加其他的排它锁和共享锁

共享锁：就是加了这个锁那么**不能加排它锁**，**但是可以加共享锁**，直 到这个锁被释放了才可以加排它锁

• **分布式数据库**

分片透明：指**不需要知道表具体是如何分块存储的**

复制透明：采用复**制技术的分布式方法时**，用户不需要知道复制到了 那些节点，和如何复制的

位置透明：无需知道数据存放的**物理位置**

26第 1 章 计算机系统知识

逻辑透明：无需知道**局部使用的时那种数据模型**

共享性：数据存储在**不同的节点数据共享**

自治性：每个节点对**本地数据独立管理**

可用性：某一个场地故障，**系统可以使用其他场地的副本而不至于整 个系统瘫痪**

分布性：数据**在不同场地存储**

• **存储过程**

存储过程是在大型数据库系统中，**一组为完成特定功能的 SQL语句集**

通过提供存储过程让第三方调用，将需要更新的数据传入存储过程， 从而避免了**向第三方提供系统的表结构，保证了系统的数据安全**

27第 1 章 计算机系统知识

**第** 5**章 面向对象基础**

• **面向对象基本概念**

如何识别是面向对象：**对象 + 分类 + 继承 + 通过消息**的通 信

类：**定义了一组大体上相似的对象**，是一组对象的**抽象**

类分为三种

实体类：表示显示世界中的**真实实体**，如人物等

接口类（边界类）：为用户提供一种与系统合作**交互的方式**，例 如 二维码、条形码等

控制类：用来**控制活动流**，充当协调者

对象：是基本的运行时实体，一个对象中**既有属性又有行为**（作用于 数据的操作），一个对象通常可由**对象名、属性、方法**组成

消息：是**对象之间通信**的一种构造

重载：是在同一个位置上一系列 方法名相同，但是**形参类型或者个数 不同的方法**

封装：是一种信息隐蔽技术，目的是**使对象的使用者和生产者分离**， 使对象的定义和实现分开

继承：是父类和子类之间共享数据和方法的机制，**一个父类可以有多 个子类，这些子类都是父类的特例**，父类描述了子类的公共属性和方 法

一个子类有一个父类叫**单重继承**，一个子类有多个父类叫**多重继承**， 多重继承可能导致子类中存在二义性的成员

覆盖：一个继承关系中，**子类以更具体的方式实现从父类继承的方法**， 称为**覆盖或者重写**

多态：收到消息是对象要予以响应，**不同的对象收到同一个消息可以 产生完全不同的结果**，这个现象称为多态，

**多态的实现受继承支持**，利用继承的层次关系，**将具有通用功能的消**

28第 1 章 计算机系统知识

**息放在高层次**，**将不同的实现放在低层次**，这些低层次生成的对象能 够给消息不同的响应

多态的四类形式：

通用多态：**参数多态**（应用最广泛）、**包含多态**（常见的例子： 子类型化）

特定多态：**过载多态**（同一个名字在不同的上下文所代表含义不 同）、**强制多态**

• **静态绑定和动态绑定**

绑定就是**一个方法的调用与调用这个方法的类连接在一起的过程**

静态绑定，就是在程序运行前，**编译阶段就能够确定方法由谁调用**

动态绑定，在运行时根据具体的对象类型进行绑定，**动态绑定支持继 承和多态**

• **面向对象设计原则**

单一职责原则：**一个类仅有一个引起他变化的原因**，一个类只做一种 类型责任

开放 - 封闭原则：软件实体应该是**可扩展的**（开放），但是**不可修改**

（封闭）

里式替换原则：**子类必须要能够完全替代父类**

依赖倒置原则：**抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象**；高层 模块不应依赖于低层模块，**二者都应该依赖于抽象**

接口分离原则：接口**属于客户**，不属于它所在的类层次结构，**抽象级 别不应有对细节的依赖**

共同封闭原则：一个变化如果对一个包产生影响，**则将对该包中的所 有类产生影响**，而对于其他包不产生影响

共同重用原则：如果重用包中的一个类，**那么就要重用包中的所有类**

29第 1 章 计算机系统知识

• **面向对象分析**

面向对象分析的目的：**为了获得对应用问题的理解**

面向对象分析的五个活动：**认定对象 – 组织对象 – 描述对象间的 相互作用 – 确定对象的操作 – 定义对象的内部信息**

认定对象：**用来定义问题域**，以自然存在的 名词作为一个对象

**定义领域模型**是面向对象分析的关键步骤之一，它按照对象分类的角 度来创建对象领域的描述，包括**定义概念、属性和重要的关联**，其结 果用类图来组织

• **面向对象设计**

基于面向对象分析的结果，**将分析结果，转化为设计模型**，定义系统 构造蓝图

面向对象设计：获得对应问题的解决方案，**实现系统，关注技术及实 现层面的细节**

面向对象设计的五个活动：**识别类及对象 – 定义属性 – 定义服务 – 识别关系 – 识别包**

• **面向对象程序设计**

实质是选用**一种面向对象语言**，采用 **对象、类等相关概念所进行的程 序设计**

• **面向对象测试**

面向对象测试的四个层次：**算法层 – 类层 – 模板层 – 系统层**

30第 1 章 计算机系统知识

**第** 6**章** UML

• UML **概念**

UML 词汇表包含三种构造块：**事务**（对模型中最具代表性的成分抽 象）、**关系**（把事务结合在一起）、**图**（聚集相关的事务）

• UML **事务**

结构事务：**模型的静态部分**，名词，描述概念或物理元素，包括 类、 接口、用例、构件等

行为事务：**模型的动态部分**，动词，描述跨越时间空间的行为，包括 交互、状态机、活动等

分组事务：**模型的组织部分**，最主要的分组事务是包，结构事务、行 为事务或者其他分组事务都可以放在包里

注释事务：**模型的解释部分**，用来描述、说明、标注，注解是最主要 的注释事务

• UML **关系**

依赖关系：**是两个事务之间的语义关系**，一个事务（独立事务）发生 变化，会影响另一个事务（依赖事务）的语义；

**-** 图形上通过**虚线 + 箭头**实现

**-** A( 依赖事务 ) ·······> B( 独立事务 ) A 依赖于 B ， B 事务的变化会引起 A 事务的语义变化

关联关系：是一种结构关系，描述了一组链，**链是对象之间的链接**， 通常分为**聚合关系和组合关系**，描述了**整体和部分**之间的关联

**-** 单向关联：实线 + 箭头 A() ——————> B() ，它使得**一个 类知道另一个类的属性和方法**， A 类依赖于 B 对象，并把 B 作

31第 1 章 计算机系统知识

为 A 的一个成员变量，则 A ， B 存在关联关系，**关联可以是单 向的也可以是双向的**（双向关联不用箭头）

**-** 双向关联： 实线 A —————— B ，**关联多重度位于实线的 上方**，表示一个 A 类实例可以关联多少个 B 类实例，一个 B 类 实例又可以关联多少个 A 类实例，**通常多重度可以用 （ 1 \*） （ 1 1…\* ）等表示** , 多对多的双向关联，**一般可以将关联关 系提取出一个“关联类” -** 聚合关系 : **实线 + 空菱形 A( 部分 )** ——————<> B( 整体 ) 整体的生命周期与部分不同步，**整体消失，部分依 然可以存在 -** 组合关系：**实线 + 实心菱形 A( 部分 )** ——————<+>( 实 心菱形不好画，用 <+>代替 ) B( 整体 ) 整体生命周期与部 分同步，**整体消失，部分也消失**

泛化关系：是一种 **“特殊” 和 “一般”** 之间的关系，特殊元素 （子）的对象可以替代一般元素（父）的对象，**子元素共享了父元素 的结构和行为 -** 图形上通过 **实线 + 空心三角箭头 - A( 特殊、子 ) ———————|> B( 一般、父 )**

实现关系：是类元之间的语义关系，其中一个类元指定了由另一个类 元保证执行的契约

**-** 通常的使用情况: 1. **接口和实现他们的类或构件之间**； 2. **用 例和实现他们的协作之间 -** 图形上通过 **虚线 + 空心三角箭头 -** A( 类 ) ········|> B( 接口 )

• **类图（静态）**

类图：展现了**一组对象、接口、协作**和他们之间的关系，类图中可以 包含注解和约束，也可以有包或子系统

类图对静态设计视图建模的三种方式

32第 1 章 计算机系统知识

对系统**词汇建模**

对简单的**协作建模**

对逻辑**数据库模式建模**

类图中类的组成

第一层 **类名**

第二层 **属性名** ( 属性名 1: 属性的类型 )

第三层 **方法名** （方法名 1(): 方法返回值类型），其中属性名 和方法名前可以有修饰符 **+ public 公有的； - private 私 有的； \# protected 受保护的**；

• **对象图（静态）**

对象图：展现了**某一时刻**，一组对象及他们之间的关系

对象图中对象与类图中类的区别：对象分为两层，第一层是 **对象名**

( 对象名 : 类名 ) ， 第二层 **属性**

• **用例图（静态）**

用例图：展现了一组用例、参与者、以及他们之间的关系

参与者：参与者是与系统交互的外部实体，可以是使用者或者参 与系统交互的外部系统，基础设备等

用例：是从用户角度描述的系统行为，用例是一个类，代表了一 类功能，而不是该功能的某一个具体实现

包含关系：用例与用例之间的关系，图形上使用虚线 + 箭头 + 《 include 》 表 示 ： A （ 基 本 用 例 ） ··· 《 include》 ···> B （被包含用例） , 箭头指向被包含的用 例， A 用例包含 B 用例，则 A 执行用例 B 一定也会被执行

扩展关系：用例与用例之间的关系，图形上使用虚线 + 箭头 + 《 extend 》 表 示 ： A （ 扩 展 用 例 ） ··· 《 extend 》 ···> B （被扩展用例） , 箭头指向被扩展的

33第 1 章 计算机系统知识

用例，被扩展后的用例 B 在执行时可能会遇到特殊的情况或者可选的 情况，这个时候就可以用 扩展用例

包含关系与扩展关系区分：

区分包含关系：使用某个用例，必然会使用另外一个用例

区分扩展关系：当执行某个用例，不一定要去执行另外一个用例

• **序列图（动态）**

序列图，描述了**以时间顺序**组织的对象之间的交互活动，序列图是**对 一个用例进行详细过程的分解**

图形上，参与交互的对象放在**图的上方**，沿水平方向排列，**发起交互 的对象放左边**；然后把对象间发送和接收的消息，**按照时间顺序由上 到下排列**

对象生命线：由对象起始的一条**垂直向下的虚线**，表示对象在**一段时 间内存在**

控制焦点：对象生命线之上的**一段瘦高的矩形**，表示对象**执行一个动 作所经历的时间段**

调用消息用**实线 + 箭头**表示，返回消息用 **虚线 + 箭头**表示

调用消息所要执行此消息方法的是**箭头指向的对象**

• **通信图（动态）**

通信图也成**协作图**，强调**收发消息对象的结构组织**

通信图与序列图的不同，在于通信图**有路径**、通信图**有顺序号**，延同 一个链可以**展示许多消息**，每个消息都**有唯一的顺序号**

通信图与顺序图是**同构**的，**可以相互转换**

通信图展现了对象间的消息流及其顺序

34第 1 章 计算机系统知识

• **状态图（动态）**

状态图展现了一个**状态机**，它由**状态、转换、事件和活动**组成

状态图对系统的**动态方面**建模

当对**系统、类或用例的动态方面建模**时。通常是对**反应型对象建模**

状态：任何可以被观察到的**系统行为模式**，一个状态代表系统的一种 行为模式

状态分为**初态（实心圆）终态（实心圆外再加一层圆）和中间状 态**

状态图中的状态是一个圆角矩形，第一层是**状态名**，中间一层时

**状态变量**（可以没有），最后一层为**活动表**（也可以没有）

状态之间用**带箭头的线表示 “转换（迁移）”** 箭头线上的事件 发生时，转换开始

一个状态图**只能有一个初态，可以有多个终态或者没有终态**

活动：由 **“事件名 / 动作表达式”** 组成 位于状态的活动表中 , 有 如下三种标准事件

**entry: 入口动作，进入状态，立即执行**

**do: 内部活动，占用有限时间，可以中断工作**

**exit:出口动作，退出状态，立即执行**

事件：某个特定时刻发生的时间，它是对引起系统做动作，和**一个状 态转换成另一个状态的事件的抽象**

转换由 **“事件（监护条件） / 动作”** 组成

转换包括**两个状态**

事件**触发转换**

活动（动作）可以在**状态内执行**也可以在**状态转换时执行**

监护条件是**一个 boolean 表达式**

**“事件”发生且“监护条件为真”状态转换才发生**，状态转换开 始后才会**执行“动作”**

组合状态：一组状态转换作用矩形包围，**作为另一个状态图中的一个**

35第 1 章 计算机系统知识

**状态存在**

组合状态中的**所有子状态完成**，才会走组合状态外的其他状态

• **活动图（动态）**

活动图展现了**系统从一个活动到另外一个活动的流程**，对系统的功能 建模很重要，强调了对象间的控制流程

活动图有**起始、终止、圆角矩形**组成的活动、**实线 + 箭头组成的流**、 并发分叉、并发汇合、分支、分支上的监护表达式组成

用活动图来对**工作流建模、对操作建模**

**并发分叉后直接相连**的活动可同时执行

• **构件图（静态）**

构件图也称为**组件图**，展现了**一组构件之间的组织和依赖**

与**类图相关**，通常把构件映射为**一个或多个类、接口或者协作**

构件图有**特殊的标记**，构件图之间通过 **供接口（空心圆）和 需接口 （圆弧）对接**，供接口**提供相应的方法实现**，需接口来**调用这个方法**

• **部署图**

部署图用来对**系统物理层面建模**

部署图立体图形，**《 artifact 》表示制品**

部署图展现了**系统软件和硬件间关系**，在**实施阶段**使用

部署组件之间的关系**类似包依赖**

• **总结**

静态建模：**类图、对象图、用例图**

动态建模：**序列图、通信图、状态图、活动图**

物理建模：**构件图、部署图**

36第 1 章 计算机系统知识

交互图：**序列图（顺序图、时序图）、通信图（协作图）**

37第 1 章 计算机系统知识

**第** 7**章 设计模式**

• **创造型设计模式**

概念：创造型设计模式**抽象了实例化过程**，帮助一个系统如何创建、 组合、和表示那些对象

• **简单工厂模式**

定义一个工厂类，可以根据**传入的参数的不同，返回不同类的实例**， 这些**“不同类”**继承自同一个父类

工厂类中创建实例的方法通常是**一个静态方法**，因此又称为静态工厂

使用者无需知道**产品对象是如何创建的**

• **工厂方法模式（** Factory Method **）**

在简单工厂基础上，定义一个用于**创建对象的工厂接口**，让实现这个 接口的**子类来决定实例化哪个类**

工厂方法模式使**一个类的实例化延迟到了子类**

适用性：

当一个类**不知道它所必须创建的对象的类的时候**

当一个类希望**由他的子类来指定它所创建的对象的时候**

• **抽象工厂模式** (Abstract Factory)

意图：**提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口**，而无需指定 他们具体的类

可以理解为：“工厂方法” 创建的是**一中对象**，“抽象工厂” 创建 的是**一系列对象**

适用性：（抽工独立组合多个产品，联合显示接口不实现）

38第 1 章 计算机系统知识

一个系统要**独立于它的产品创建、组合和表示时**

一个系统要**由多个产品系列中的一个来配置时**

当要强调一系列相关产品对象的设计以便**进行联合使用时**

当提供一个产品类库，**只想显示他们的接口而不是实现时**

• **生成器模式** (Builder)

意图：将**一个复杂对象的构建和他的表示分离**，使得同样的构建过程

**可以创建不同的表示**

理解：定义**一个抽象**的生成器；再定义多个**具体的生成器类**（封装对 象复杂的算法）来继承它；定义**一个管理者**（对象装配）来操作生成 器，**这样管理者与不同的生成器类组合就可以创建不同的产品表示**

适用性：（生成复杂算法，构造对象不同）

当创建对象的**复杂的算法**应该**独立于该对象的组成部分和装配方 式时**

当构造过程**必须允许被构造对象有不同表示时**

• **原型模式** (Prototype)

意图：用原型实例指定**创建对象的种类**，通过**复制**这些原型创建新的 对象

适用性：（原型独立构成，运行指定，不同组合状态）

当一个系统应该**独立于它的产品创建、构成和表示时**

当要实例化的类是**在运行时刻指定的**，例如动态装载

当一个类的实例**只能有几个不同状态组合中的一种**

• **单例模式** (Singleton)

意图：保证**一个类仅有一个实例**，并提供**一个访问它的全局访问点**

适用性：（单例有一个实例）

39第 1 章 计算机系统知识

当类**只能有一个实例**，且客户从一个众所周知的访问点访问它时

• **结构型设计模式**

概念：涉及如何组合类和对象，以获得更大的结构

• **适配器模式** (Adapter)

意图：将一个类的接口**转换成用户希望的另一个接口**，使得原本由于 接口不兼容不能一起工作的那些类**可以一起工作**

适用性：（适配接口不符合）

想使用一个已存在的类，但是**接口不符合要求**

• **桥接模式** (Bridge)

意图：将**抽象部分与实现部分分离**，使他们都可以**独立的变化**

理解：通过**聚合或组合关系**，将一个有多种组合情况的类**拆分成几个 相互关联的类**，这个每个类各自可以独立变化

适用性：（桥接绑定以扩充，不影响不编译类层次）

不希望在**抽象和他的实现部分**之间有一个固定的**绑定关系**

类的抽象和它的实现都可以通过**生成子类的方法加以扩充**

对抽象的实现部分的**修改应该对客户不产生影响，不必重新编译**

有许多类要生成的**类层次结构**

• **组合模式** (Composite)

意图：将对象组合成**树型结构**，以表示 **部分–整体** 的层次结构，使 得用户对**单个对象和组合对象**的使用具有一致性

理解：以**文件夹与文件间**的关系去理解

适用性：（组合部分整体，使用组合对象）

想要表示对象的**部分–整体层次结构**

40第 1 章 计算机系统知识

希望用户**忽略组合对象与单个对象间的不同**，统一的**使用组合中 的所有对象**

• **装饰器模式** (Decorator)

意图：动态的**给一个类添加一些额外的职责**

适用性：（装饰添加和撤销职责，不能扩充）

在不影响其他对象的情况下，动态透明的方式**给单个对象添加职 责**

处理**那些可以撤销的职责**

当**不能采用生成子类的方式进行扩充时**

• **外观模式** (Facade)

意图：为子系统中的一组**接口提供一个一致的界面**，定义一个**高层接 口**，使得子系统更加**容易使用**

适用性：（外观子系统简单接口，依赖构建层次结构入口点）

要为一个**复杂的子系统提供一个简单的接口时**

客户程序与**抽象类的实现部分**之间存在很大的**依赖性**

当需要**构建一个层次结构的子系统**时，使用外观模式**定义子系统 每层的入口点**

• **享元模式** (Flyweight)

意图：运用**共享技术**，有效的支持**大量细粒度的对象**

理解：用一个享元工厂来创建并维护实例，**一种实例只创建一个**，后 续创建都是**直接返回已创建的实例**

适用性：（享元大量开销，外部状态取代多组对象）

一个应用程序使用了**大量的对象**

由于使用了大量的对象，造成了**很大的存储开销**

41第 1 章 计算机系统知识

对象的大多数状态都可以变为**外部状态**

如果删除对象的外部状态，那么可以用**相对较少的共享对象取代 很多组对象**

• **代理模式** (Proxy)

理解：为其他对象**提供一种代理**，以**控制**对这个对象的访问

适用性：（代理简单的指针）

在需要比较通用和复杂的对象指针**代替简单的指针的时候**

• **行为型设计模式**

概念：涉及**算法和对象间职责的分配**，描述了它们之间的**通信模式**， 使用继承机制在对象间分配行为

• **责任链模式** (Chain of Responsibility)

意图：使多个对象都有**机会处理请求**，从而避免请求的发送者和接收 者之间的**耦合关系**，将对象连城一条链，**沿着链传递请求**，直到**有一 个对象处理它为止**

适用性：（责任链请求自动确定，不明确接收者动态指定）

有**多个对象处理一个请求**，哪个对象处理该请求在**运行时自动确定**

想在**不明确指定接受者**的前提下向多个对象中的**一个提交请求**

可处理一个请求的对象集合**被应动态指定**

• **命令模式** (Command)

意图：将**一个请求封装成一个对象**，从而使得可以**用不同的请求对客**

42第 1 章 计算机系统知识

**户进行参数化**，对**请求排队、记录请求日志、以及支持可撤销**的操作

适用性：（命令参数化，指定排列，取消操作修改）

抽象出待执行的动作以**参数化某对象**

在不同的时刻**指定、排列和执行请求**

支持**取消操作、修改日志**

• **解释器模式** (Interpreter)

意图：给定一个语言，**定义它的文法的一种表示**，并定义一个解释器， 解释语言中的句子

适用性：（解释抽象语法树）

当一个语言**需要解释**执行时，可将语言中的句子表现为**一个抽象 语法树**

• **迭代器模式** (Iterator)

意图：提供一种**方法顺序**的访问一个**聚合对象**中的各个元素，且**不需 要暴露该对象的内部表示**

适用性：（迭代聚合无需暴露。多种遍历统一接口）

访问一个**聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示**

支持**对聚合对象的多种遍历**

为遍历不同的聚合结构**提供一个统一的接口**

• **中介模式** (Mediator)

意图：用一个**中介对象来封装一系列的对象交互**，中介者使得各个对 象**不需要显示的相互引用**，从而使其**耦合松散**，而且可以独立的**改变 它们之间的交互**

适用性：（中介复杂通信，依赖难以理解）

一组对象定义良好，但是以**复杂的方式进行通信**，产生的**相互依**

43第 1 章 计算机系统知识

**赖关系结构混乱且难以理解**

• **备忘录模式** (Memento)

意图：在**不破坏封装性**的前提下，捕获**一个对象的内部状态**，并在对 象之外**保存**，这样以后就可以将**对象恢复到原先保存的状态**

适用性：（备忘录某一时刻状态，破坏封装性）

必须保存**一个对象在某一时刻的（部分）状态**，**这样以后在需要 时才能恢复之前的状态**

如果用**一个接口**来让其他对象直接得到这些状态，将会暴露对象 的实现细节，**并破坏对象的封装性**

• **观察者模式** (Observer)

意图：定义对象间的**一对多的依赖关系**，当一个对象发生改变时，所 有**依赖它的对象都得到通知，并自动更新**

适用性：（观察者改变其他对象，不是耦合的）

当一个对象的改变**需要同时改变其他对象**，而不知道具体有多少 对象待改变时

当一个对象**必须通知其他对象**，而它又不能假定其他对象是谁， 即**不希望这些对象是紧耦合的**

• **状态模式** (State)

意图：允许一个对象再其**内部状态改变时改变它的行为**，对象似乎修 改了它的类

适用性：（状态改变行为，多分支语句依赖状态）

一个对象的**行为决定于它的状态**，并且必须在运行时刻**根据状态 改变它的行为**

一个操作中含有**庞大的多分支条件语句**，这些分支**依赖**于该对象

44第 1 章 计算机系统知识

的状态。

• **策略模式** (Strategy)

意图：定义**一系列算法**，把他们一个个封装起来，并使得他们**可以相 互替换**，此模式使得算法可以**独立于使用他们的客户而变化**

适用性：（策略多个行为，算法变体避免暴露，多条件语句）

许多相关的类仅仅是**行为有异**，策略提供了一种用**多个行为**中的 一个行为来配置一个类的方法

需要使用**一个算法的不同变体**

使用算法的客户**不应该知道数据结构，避免暴露**

一个类中定义了**多种行为**，这些行为在这个类的操作中以**多个条 件语句的形式出现**，将相关的条件分支移入他们各自的策略类中 以代替这些条件语句

• **模板方法** (Template Method)

定义一个操作中的**算法骨架**，而将一些步骤**延迟到子类中**，使得一个 子类可以**不改变一个算法的结构即可重新定义该算法的某些步骤**

适用性：（模板可变给子类，避免代码重复，子类扩展）

一次性实现**一个算法的不变的部分**，并将**可变的行为留给子类实 现**

各子类中的公共行为应被**提取出来并集中到一个公共的父类**，以 避免代码重复

控制**子类扩展**，模板方法仅允许在特定点进行扩展

• **访问者模式** (Visitor)

意图：表示一个作用于**某对象结构中的各元素的操作**。允许在不改变 各元素类的前提下，**定义作用于这些元素的新操作**

45第 1 章 计算机系统知识

适用性：（访问者依赖具体类，不相关对象的类，定义新的操作）

一个对象结构包含很多类对象，他们有不同的接口，而用户想对 这些对象实施一些**依赖于其具体类的操作**

需要对一个对象结构中的对象，进行**很多不同的并且不相关的操 作**，而有不想这些**操作污染这些对象的类**

定义对象的类很少改变，但**经常需要在此结构上定义新的操作**

46第 1 章 计算机系统知识

**第** 8**章 信息安全**

• **防火墙**

防火墙建立在**内外网络边界上**的过滤封锁机制，认为**内部网络是安全 可信赖的**，**外部网络是不安全和不可信任**的

防火墙对通过**受控干线**的任何通信进行安全处理，例如：**控制、审计、 报警、反应**等

DMZ（屏蔽子网防火墙）：位于**内网与外网**之间，通常作为**隔离区**， 在 这 里 可 以 放 置 一 些 **公 用 服 务 器** ， 例 如 **web 服 务 器 、 Email 、 FTP** 等

包过滤防火墙：通过一个**包过滤器**，根据数据的包头中各项信息来控 制站点、网络之间的访问性

包过滤防火墙对**用户完全透明、访问速度快、低水平控制**

包过滤防火墙处在**网络层和数据链路层之间**

每个 IP 字段都被检查：**源地址、目的地址、协议、端口**

缺点：**不能防黑客攻击、不支持应用层协议、访问控制粒度粗糙、 不能处理新的安全威胁**

应用代理网关防火墙：**彻底隔绝内外网之间**的直接通信，内外网之间 的互相访问**需要经过应用层代理软件转发**

优点：可以**检查应用层、传输层、网络层的协议**特征，对数据包 的**检测能力较强**

缺点：**难以配置、处理速度较慢**

状态检测技术防火墙：结合了包过滤防火墙和应用代理网关防火墙两 者的优点，即**安全性和高速度**

• **病毒**

计算机病毒特性：**传播性、隐蔽性、感染性、潜伏性、触发性、破坏**

47第 1 章 计算机系统知识

**性**

Worm: **蠕虫病毒**； Trojan: **特洛伊木马**； Backdoor: **后门病毒**； Macro: **宏病毒**

宏病毒感染对象：**文本文档、电子表格**

木马软件：**冰河**

木马感染流程：**通过软件下载捆绑等方式**，在用户主机上建立木马病 毒的服务器端，这个木马病毒的服务器端再与攻击者主机上的木马病 毒客户端建立网络连接，这样攻击者就**可以借由此来盗取或者破坏用 户主机数据**

蠕虫病毒：**欢乐时光、熊猫烧香、红色代码、爱虫病毒、震网**

• **网络攻击**

拒绝服务攻击 (Dos 攻击 ) ：通过**不断向计算机发起请求**，让目标服 务器**没有资源**去接收其他正常的请求，从而达到**“使计算机或者网络 无法提供正常服务”**的目的

重放攻击：攻击者发送**一个目标主机已经接收过的报文来达到攻击目 的**，主要用于**身份认证过程、破坏认证正确性** ; 可通过在报文中增加 时间戳来防范

口令入侵攻击：使用某些**合法的用户账号和口令登录到目的主机**，然 后实施攻击活动

特洛伊木马：用**户下载了含有木马的软件后**，这个木马程序就会向**黑 客发起连接请求**，建立连接后，黑客就可以实施攻击

端口欺骗攻击：**采用端口扫描找到系统漏洞**，从而实施攻击

网络监听：攻击者可接口某一网段在统一**物理通道上传输的所有信息**，

**截取账号和口令**

IP 欺骗攻击：**伪造源 IP 地址**，冒充其他系统或发件人身份

SQL注入攻击：通过注入**某些 SQL查询代码**，**获得数据库权限，从而 窃取及修改信息**

入侵检测技术：**专家系统、模型检测、简单匹配**

48第 1 章 计算机系统知识

• **网路安全**

SSL( 安全套接层 ): 传输层安全协议 端口号 **443**

TLS( 传输层安全协议 ) ：也是传输层安全协议，是 **SSL 3.0 的后 续版本**

SSH: 用于**终端设备与远程站点之间**建立连接的安全协议，建立在**应 用层和传输层基础上的按全协议**

HTTPS: 使用 **SSL 加密的 http**

MIME: **电子邮件扩展相关协议**，**不具有安全性**

PGP: 通过 **RSA 非对称加密的邮件协议**

IPSec: 对 **IP 数据报文进行加密**

ARP: **地址解析成物理地址协议**

Telnet: **不安全的远程登录协议**

WEP: **有限等效保密协议**

TFTP: **简单文件传输协议**

PP2P: **链路加密**

RFB：**远程登录图形化用户界面协议**

IGMP: **因特网组管理协议**

信息安全的五个基本要素：**机密性、完整性、可用性、可控性、审可 查性**

49第 1 章 计算机系统知识

**第** 9**章 计算机网络**

• **网络设备**

物理层的互连设备：中继器 (Repeater)和集线器 (Hub), 其中集线器 可以看做是一种多端口的中继器

数据链路层互连设备：网桥（ Bridge ）和交换机（ Switch ） , 其 中交换机是多端口的网桥

网络层互连设备：路由器

应用层互连设备：网关

物理层设备不能隔离广播域和冲突域，数据链路层设备可以隔离冲突 域不能隔离广播域，网络层可以隔离广播域与冲突域

• TCP/IP **协议簇分类**

网络层协议 IP ：一种尽力传送的通信协议，传送的数据可能丢失 ICMP: Internet 控制信息协议，利用 IP 传送报文

传输层协议：TCP UDP，都是基于 IP 之上的

应用层协议

FTP: 文件上传协议，文件上传的端口是 20 ，控制端口为 21

SNMP ：网络管理协议

方便记忆： 1. 名字带 "IP" “AP” 的都是网络层，2. 应用层 协议所有带 "T" 的，除了 TFTP 都是基于 TCP的，其他是基于 UDP的，不带 “ T” 的只有 POP3 是 TCP 的，其他都是 UDP 的

50第 1 章 计算机系统知识

• **网络层协议** IP TCP UDP

IP 提供的服务，是无连接（指没有确定目标系统在已做好接收准备 前就发送数据）、不可靠的（目的系统不对成功接收的分组进行确 认）

TCP 面向连接、可靠的传输控制协议，采用三次握手实现可靠性

可靠传输、连接管理、差错校验、重传、流量控制（可变大小滑动窗 口协议）、端口寻址、

UDP 无连接、不可靠的传输协议，可以保证应用程序进程间的通信， 有助于提高传输的高效率

端口寻址

• **电子邮件服务协议**

SMTP: 简单邮件传输协议，用来发送邮件，端口 25 ，基于 TCP，只能传输文本和 ASCII码的文件

SMTP 基于 C/S 模式，即 客户端 / 服务器模式来进行通信

MIME 邮件附件扩展类型

PEM 私密邮件

POP3 用来接收邮件的协议，基于 TCP ，端口号 110 基于 C/S 模式通信

• **地址解析** ARP RARP

ARP: 地址解析协议，将 IP 地址转换为物理地址（ MAC 地址，每 个网卡唯一）

RARP ：反地址解析协议，将物理地址转换为 IP 地址

计算机间使用 ARP 通信流程 PC1向 PC2通信

查询 ARP 高速缓存

如果有 PC2的 IP 地址缓存，则直接使用其对应的物理地址发送

51第 1 章 计算机系统知识

数据

如果没有缓存，则在局域网以广播形式发送 ARP 请求包

如果局域网上某个计算机 IP 地址一致，则那台计算会响应一 个 ARP 应答，包含对应的物理地址

ARP 将 IP 及应答的物理地址存到高速缓存中

• DHCP

动态主机配置协议，集中管理分配 IP 地址，使网络中的主机获得， IP 地址、网关地址、 DNS地址、 DHCP 服务器地址等

• URL

协议名 ://主机名 . 域名 . 域名后缀 . 域名分类 / 目录 / 网页文 件

• DNS **域名查询次序**

本地 hosts 文件 》 本地 DNS 缓存 》本地 DNS服务器 》根域名 服务器

• **主域名服务器在接收到请求后的查询次序**

本地缓存 》 本地 hosts 文件 》本地数据库 》 转发域名服务器

• IP **地址和子网划分**

Internet 中网络分为 5 类 A 、 B 、 C 、 D 、 E

A 类网络，网络地址 8 位（第一位为 0 ），其余为主机地址

B 类网络，网络地址 16 为（前两位为 10 ），其余为主机地址

C 类网络，网络地址 24 为（前两位为 110），其余为主机地址

52第 1 章 计算机系统知识

子网掩码：识别报文是只存放在网络内部，还是被路由转发到其他地 方，用 1 表示网络地址， 0 表示主机地址，例如 C 类掩码为 11111111.11111111.11111111.00000000 即 255.255.255.0

子网划分：

将一个网络划分成多个子网：取部分主机号当子网号，取了多少位 k 就有 2^k 个子网

将多个网络合并成一个大网络：去部分网络号主机号

222.125.80.128/26 中 /26 表示由 26 位的网络地址，有 32-26 位的主机地址

全 1 是广播地址，全 0 是网络地址

• IPv6

IPv4 为 32 位， IPv6 128 位，地址空间 不可用完

• **无线网路**

无限网络中蓝牙覆盖范围最小，通信距离最短

• Windows **命令**

ipconfig: 显示所有网络适配器的 IP 地址、子网掩码和缺省网关值

ipconfig/release: 释放 IP 地址

ipconfig/flushdns: 清除 dns 缓存，或刷新 dns

ipconfig/displaydns: 显示 dns

ipconfig/registerdns: DNS 客户端手工向服务器注册

ipconfig/all: 显示所有 所有网络适配器的完整 TCP/IP 配置信息， 包括 DHCP 服务是否启动

ipconfig/renew: DHCP 客户端刷新，重新申请 IP

53第 1 章 计算机系统知识

• **路由**

五种路由类型

主机路由：子网掩码 255.255.255.255

直连网络

远程网络

默认路由：目标网络和网络掩码都是 0.0.0.0

持久路由

服务器接收到一个 IP 数据包时先查找主机路由，在查找网络路 由（直连网络、远程网络）、最后查找默认路由

如果路由器收到关于某个目标的多条路由，那么要比较各个路由的管 理距离，并采用管理距离最小的

• **其他**

网络的可用性：用户可利用网络时间的百分比

园区子系统：链接各个建筑物的通信系统

DNS 实现负载均衡：为同一个域名设置多个主机记录，启用循环，添 加每个 web 服务器的主机记录

要使得两个 IPv6 通过现有的 IPv4 网路通信需要使用“隧道技 术”

要使得 IPv6 与 IPv4 通信，需要使用 “翻译技术”

DNS 服务器与计算机不在一个子网，不会导致计算机网络不可访问， 只要路由可达 DNS都可以正常工作

层次化局域网模型核心层的主要功能：将分组从一个区域高速的转发 到另一个区域

默认网关要和当前 IP 地址在同一个子网段中

54第 1 章 计算机系统知识

**第** 10**章 操作系统**

• **操作系统地位**

计算机系统由软件、硬件组成，没有配置软件的称为裸机

操作系统地位：计算机硬件 》操作系统 》 系统软件 》 应用软件 》 用户

所有其他软件，如编译程序、汇编程序、数据库管理系统等，以及大 量应用软件都是建立在操作系统之上的

把操作系统看做用户与计算机之间的接口

• **进程管理**

进程是源分配和独立运行的基本单位

进程管理重点是要研究诸进程之间的并发特性，以及进程间相互合作 与资源竞争产生的问题

• **前趋图**

有向无循环图，由节点和单向边组成，节点代表各个程序段的操作， 单向边表示前前趋关系 Pi(节点、前趋 ) -——> Pj(节点、后继 ) ， Pi 执行结束 Pj 才能执行

前趋图，有 n 个箭头就要设置 n 个信号量，按照从小到大顺序写 到图中，箭头方向是 P 操作，箭头尾部是 V 操作

程序顺序执行的主要特征：顺序性、封闭性（独享资源）、可再现性

程序并发执行的主要特征：失去程序封闭性、程序和机器执行程序的 活动不再一一对应、并发程序之间的相互制约性

55第 1 章 计算机系统知识

• **进程的三态模型**

在多道程序系统中，进程在处理器上交替运行，一般由三种状态 运行 就绪、阻塞

运行：当一个进程在处理机（ CPU）上运行时，就是运行态

就绪：一个进程获得了除了处理机（ CPU）外的所有资源 , 一旦得 到处理机即可运行，这个时候就是就绪态

阻塞：等待、睡眠，一个进程正在等待某个事件（例如等待 I/O 完 成）发生而停止运行

• **同步与互斥**

同步是合作资源进程之间直接制约的问题

互斥是申请临界资源进程间的间接制约问题

• **临界区管理原则**

有空即进，临界区无进程，则允许进入，且只能在临界区运行有限时 间

无空则等，临界区有进程，其他进程则要等待

有限等待，在外等待的进程，要保证在有限时间可进入

让权等待，进程有 CPU 没有资源时，不能进入自己的临界区，要立 即释放 CPU 资源，避免忙等

• **信号量机制**

信号量 S 的物理意义， S>=0 表示资源的可用数， S<0 表示等待该 资源的进程数

56第 1 章 计算机系统知识

• PV **操作是实现同步和互斥的常用方法**

P 表示申请一个资源（ S = S-1，可以理解为从信号量 S 中申请 出一个来使用，申请后 S<0 则进程转为阻塞态，插入阻塞队列），

V 表示释放一个资源（ S = S+1，可以理解为 释放一个资源到信号 量，释放后， S<=0 则从阻塞队列唤起一个进程，插入就绪队列）

• PV **操作实现进程互斥**

令信号量 mutex 初值为 1 ，当进入临界区时 执行 P 操作，退出 临界区时执行 V 操作，这两就利用 PV 实现代码互斥

• PV **操作实现进程的同步**

单缓冲区同步 ( 缓冲区只能放一个产品 ) ：分为生产者和消费者，需 要设置两个信号量 , S1 初值为 1 表示可放入缓冲区的产品数， S2 初值为 0 ，表示可从缓冲区取出的产品数；每次生产产品 要进行 P(S1) 和 V(S2), 每次消费产品要进行 P(S2) V(S1)

多缓冲区同步 ( 缓冲区可以放多个产品 ) ：在 单缓冲区的基础上增 加一个信号量 S, 名为互斥信号量，初始值为 1 ，标记缓冲区可 操作的量（缓冲区是个互斥资源）；每次生产产品及消费产品是都要 增加一个 P(S1) P(S) V(S) V(S2) 操作 , S 的 PV 操作放中间

• **死锁**

同类资源分配不当引起的死锁：若采用的资源分配策略是，轮流的为 每个进程分配，则可能会导致分配几轮后，没有一个进程达到所需的 资源数，这个时候，每个进程都在等待资源分配，形成死锁；

同类资源分配不当引起的死锁的解法： m 为资源总量、 n 为进程 数、 k 为每个进程需要的资源，满足 m >= n \* (k-1) + 1 就可 以避免死锁

57第 1 章 计算机系统知识

• **进程资源图**

Pi 代表进程， Ri 代表资源类型；每个 Ri 可以有多个资源； 指向 进程的箭头表示分配资源；指向资源的箭头表示申请资源；

先分配资源再申请资源，经过分配申请后没有满足资源的进程即为 “阻塞”

是否可化简：取决于是否可以在某个进程完成后释放资源，并使得后 续进程得以完成

可化简的就是非死锁的

• **死锁避免**

死锁处理策略：鸵鸟策略（不理睬）、预防策略、避免策略、检测与 解除死锁

死锁避免算法：银行家算法，即在每次分配资源前检测分配资源后系 统是否安全（是否安全取决与分配资源后，系统是否可以有某种进行 序列，来将所有的进程都执行完），资源利用率高，但增加了检测的 开销

银行家算法题计算：， 1. 先算出仍需资源数， 2. 在算出，剩余资 源数

• **线程**

进程在创建、撤销、切换中，系统会付出较大的时空开销，故系统引 入的进程不易过多，进程切换频率不易太高，因此引入了线程

线程作为调度和分配的基本单位，进程作为独立分配资源的单位，线 程是进程中的一个实体

线程与线程之间不可见，但是线程与线程可以共享进程的资源

58第 1 章 计算机系统知识

• **局部性原理**

时间局限性：程序的某一条指令执行，那在不久的将来该指令可能被 再次执行，如果某个存储单元被访问，那不久的将来还可能被再次访 问

空间局限性：程序访问了某个存储单元，不久的将来其附近的存储单 元也可能被访问

• **相关题型“淘汰”问题**

在内存中才能被淘汰

先淘汰未访问过的

再淘汰未修改过的

• **分页存储管理**

纯分页存储管理的地址结构： n 位的页号 + m位的页内地址

计算机的页面大小为 4k => 则代表 n 位页内地址 2^n = 4 \* 1024 => n=12

页面变换表逻辑地址转物理地址 => 逻辑地址即为纯分页存储管理的 地址结构，由 n 位的页号 + m位的页内地址组成 => 页内地址组成 不变，将页号替换成“页面变换表”中对应的物理块号即可

• **段页式存储管理**

段页式存储管理地址结构： n 位段号 + k位段内页号 + m位的页内 地址

• **单缓冲区**

缓冲区只能有一个“作业”，缓冲区为空时可以输入，缓冲区有作业

59第 1 章 计算机系统知识

时可以传送

I/O设备 —输入 (T)—> 缓冲区 —传送 (M)—> 工作区 ( 处理 C)

计算 n 个作业单缓冲区所花时间： (T+M)\*n + C

• **双缓冲区**

缓冲区有两个，每个可存一个”作业“

计算 n 个作业双缓冲区所花时间： T\*n + M + C

• **磁盘调度算法**

先来先服务（ FCFS ） : 按请求访问者的先后顺序来启动磁盘驱动 器，平均寻道长度大

最短寻道时间优先（ SSTF ） : 让距离当前磁道位置最短的先执行， 不考虑访问者的先后顺序

扫描算法或者电梯调度算法（ SCAN ） : 从磁头当前位置开始，沿 着磁头移动方向，选择最近的柱面，如果磁头移动方向无请求柱面， 则调转方向，选择最近的

循环扫描算法（CSCAN） : 在扫描算法的基础上，调转方向后不再 选择最近的柱面，而是移动到最里端

• **旋转调度算法**

磁盘旋转不会停下，磁盘旋转完一个扇区，就代表读取了一个扇区的 记录，记录读取后的处理时间内，磁盘不会停下

如果是顺序处理 n ，总时间 = (读时间 + 扇区一圈时间 )\*(n-1) + 第一个扇区的读时间 + 第一个扇区的处理时间

优化处理：重排扇区，让第一个扇区处理后所停在的位置，在第二个 记录所在扇区的起始位置，所耗时 = (读时间 + 处理时间 )\*n

60第 1 章 计算机系统知识

• **多级索引结构**

直接地址索引：索引从 0 开始，一个地址项指向一个磁盘数据块

一级间接地址索引：一个地址项指向一个磁盘索引块（也可以叫一级 索引块），一个磁盘索引块又包含很多个地址项，磁盘索引块中的地 址项指向一个磁盘数据块

二级间接地址索引：比一级间接地址索引，多了一级磁盘索引块

• **文件目录**

为了实现按名存取，系统为每个文件设置用于描述和控制的数据结构， 至少包含文件名和存放文件的物理地址，这个结构称为文件数据块 FCB

文件目录是由文件控制块组成的，用来文件检索

文件控制块包含三类信息

基本信息：文件名、文件物理地址、文件长度、文件块数等

存取控制信息：文件存取权限

使用信息：建立日期、最后修改日期、当前使用信息

目录文件的修改时发生崩溃对系统的影响很大

• **目录结构**

多级目录结构：倒置的有根树，也称为树形目录结构

全路径名：从根目录开始，一直到文件名 D:\\

绝对路径：从根目录开始，最后是 /

相对路径：从当前目录开始，最后是 /

• **位视图**

位视图用二进制来表示一个物理块的使用情况， 0 表示空闲 1 表 示使用

61第 1 章 计算机系统知识

位视图的大小由磁盘空间大小（物理块数）决定，位视图描述能力强， 适合各种物理结构

假设计算机系统 n 位，那位视图第 0 个字能对应存储器上的第 0~n-1 号物理块，第 1 个字能对应存储器上的第 n~2n-1 号物理块后边以 此类推

• **其他**

可变式分区分配方案：进程 P 有上邻空闲区 或 有下邻空闲区，那 么 P 进程释放后，空闲区合并成一个

当用户通过鼠标或键盘进入某应用系统时，中断处理程序最先获得键 盘或鼠标的输入信息

实时操作系统的实时是指，计算机对于外来信息能够以足够快的速度 处理，并在被控制对象允许的时间范围内做出快速响应

I/O 系统的层次结构：硬件 - 》中断处理程序 - 》设备驱动程序 - 》设备无关程序 - 》用户进程

I/O 软件隐藏了 I/O操作的实现细节，方便用户使用

磁盘调度管理中，先进行移臂调度在进行旋转，访问不同柱面信息时 要先移臂调度，访问同一磁道只需要进行旋转

62第 1 章 计算机系统知识

**第** 11**章 结构化开发**

• **模块化**

模块化是指将一个待开发的软件分解成若干个小的简单部分–模块， 每个模块独立开发测试

• **模块独立**

模块独立是指每个模块完成一个相对独立的特定子功能，并且与其他 模块间的联系简单，衡量模块独立的标准有两个：内聚性、耦合性

• **耦合**

耦合是模块之间相对独立性（互相连接的紧密程度）的度量，耦合程 度越高，模块独立性越弱

耦合的七种类型由低到高排序

无直接耦合：两个模块之间没有直接关系（没有调用、不传递任 何信息）

数据耦合：两个模块间有调用关系，传递简单的数据值（值传 递）

标记耦合：有调用关系，传递的是数据结构

控制耦合：有调用关心，传递的是控制变量，控制变量可以让被 调用方有选择的执行某一功能

外部耦合：模块间通过软件之外的环境联结

公共耦合：通过公共数据环境相互作用的那些模块间的耦合

内容耦合：一个模块直接使用另一个模块的内部数据，或通过非 正常入口传入另一模块内部时

63第 1 章 计算机系统知识

• **内聚**

内聚是对一个模块内部各个元素之间彼此结合紧密程度的度量，内聚 程度越高，模块独立性越强

内聚的其中类型由低到高排序

偶然内聚（巧合内聚）：模块内各元素间没有任何联系

逻辑内聚：指模块内执行若干个结逻辑相似的功能，通过参数来 确定要执行哪一个

时间内聚：特定时间需要同时执行的动作组合在一起形成的模块、

过程内聚：一个模块完成多个任务，这些任务必须按照指定过程 执行

通信内聚：模块内的处理元素都在同一个数据结构上操作

顺序内聚：单一功能，模块内各个处理元素密切相关，且需要顺 序执行

功能内聚：模块内所有元素共同完成同一功能，缺一不可

• **系统结构设计原则**

分解 - 协调原则：大问题分解成小问题

自顶向下原则：抓住系统的主功能，由上到下分层分解

信息隐蔽 - 抽象原则：上层规定下层做什么和模块间协调，但不规定 怎么做

一致性原则：统一规范、统一标准、统一的文件模式

明确性原则：每个模块功能明确、接口明确，消除多重功能、无用接 口，避免病态链接、消除接口复杂度

高内聚低耦合

扇入扇出适中：模块调用其他模块称为扇出，被其他模块调用称为扇 如

模块规模适中：过大，则是分解的不充分，过小，则可能降低模块独 立性

64第 1 章 计算机系统知识

模块的作用范围应该再其控制范围之内

• **系统文档**

系统文档是系统建设过程的”痕迹“，是系统维护人员的指南，是开 发人员与用户的交流工具

系统文档在系统开发人员、项目管理人员、系统维护人员、系统评价 人员、用户之间的作用

用户–系统分析人员：可行性研究报告、总体规划报告、系统开 发合同、系统方案说明书

系统开发人员–项目管理人员：系统开发计划、系统开发月报、 系统开发总结报告、项目管理文件

系统测试人员–系统开发人员：系统方案说明书、系统开发合同、 系统设计说明书、测试计划文档

系统开发人员–用户：用户手册、操作指南

系统开发人员–系统维护人员：系统设计说明书、系统开发总结 报告、技术手册

用户–维修人员：系统运行报告、维护修改建议

• **数据流图**

基本图形元素

外部实体：矩形，一般用 Ei 表示

数据存储：两条横线或者缺边矩形，一般用 Di 表示

数据流：有向边，起点 ———— > 终点

加工：圆角矩形或圆，一般用 Pi 表示

顶层数据流图描述了系统的输入输出， 0 层数据流图是对顶层数据流 图的细分

外部实体：当前系统之外的人、物、外部系统

人：学生、老师、员工、主管

65第 1 章 计算机系统知识

物 : 传感器、控制器、车辆、采购部门

外部系统：支付系统、车辆交易系统、库存管理系统

数据存储：存储数据、提供数据

存储加工后的输出数据，提供加工的输入数据

例如： xxx表、 xxx文件

加工 : 将输入数据处理后得到输出数据

一个加工至少有一个输入数据流和一个输出数据里

只有输入没有输出称为”黑洞“

只有输出没有输入称为”白洞“

加工的数据不足以产生输出”灰洞“

数据流：数据流的起点或者重点必有一个是加工

• **父图子图平衡**

父图中的数据流，子图中也要有，其实就是根据父图去子图里一个个 找看看有没有是父图里有的数据流但是子图没有

找出丢失数据流的技巧

父图子图平衡

加工既要有输入数据里、也要有输出数据流

数据守恒（到题目的内容中去找图中有哪些丢失的部分）

数据建模 – E-R图；行为建模 – UML；功能建模 – 数据流图

• **数据字典**

数据字典为数据流图中的每个数据流、文件、加工，以及组成数据流 的数据项做出说明

数据字典有四类条目：数据流、数据存储、基本加工、数据项

数据项是组成数据流和数据存储的最小元素，外部实体不再字典中说 明

常用的加工逻辑描述方法：结构化语言、判定表、判定树

66第 1 章 计算机系统知识

• **结构化开发方法**

总的指导思想是自顶而下，逐层分解（从抽象到具体）

基本原则是功能的分解与抽象

软件工程中最早提出的方法，特别适合数据处理领域的问题

不适合解决大规模的、特别复杂的项目，难以适应需求的变化

• **结构化设计**

体系结构设计：定义软件的主要结构元素及关系

数据设计：确定文件系统结构和数据库表结构

接口设计：描述软件使用放的外部接口，及各种构件间的内部接口

过程设计：定义各组成部分内的算法及内部数据结构

界面设计黄金原则

用户操纵控制

减少用户记忆负担

保持界面一致

构造分层数据流图时需要注意的问题

适当命名

图中要表示出数据流

一个加工不适合过多数据流

分解尽可能均匀

67第 1 章 计算机系统知识

**第** 12**章 软件工程**

• CMM( **能力成熟度模型** )

CMM 将软件过程改进分为以下五个级别

初始级：杂乱无章，没有明确定义的步骤

可重复级：建立了基本的项目管理过程和实践，有必要的过程准则来 重复以前在同类项目中的成功

已定义级：软件过程文档化、标准化

已管理级：制定了软件过程和产品质量的详细度量标准

优化级：加强了质量分析，通过过程质量反馈、新观念、新技术等不 断改进

• CMMI( **能力成熟度集成模型** )

阶段式模型，结构类似 CMM，关注组织的成熟度

初始的，过程不可预测缺乏控制

已管理的，过程为项目服务

已定义的，过程为组织服务

定量管理的，过程已度量和控制

优化的，集中于过程改进

连续式模型，关注每个过程域的能力

CL0( 未完成的 ) ：表明过程域的一个或多个目标没有被满足

CL1( 已执行的 ) ：过程域特定目标完成，转化可识别的输入目标 产品，产生可识别的输出目标产品

CL2( 已管理的 ) ：已管理的过程制度化，关注针对单个过程实例 的能力

CL3( 已定义级 ) ：已定义的过程制度化，关注过程的组织标准化 及部署

68第 1 章 计算机系统知识

CL4( 定量管理级 ) ：可定量管理的过程制度化

CL5( 优化的 ) ：优化的过程制度化，持续改进优化

• **瀑布模型**

瀑布模型是将软件生命周期中各个活动，规定为依线性顺序链接的若 干阶段模型

需求分析 》 设计 》 编码 》 测试 》 运行与维护，由前至后，相 互衔接的固定次序

瀑布模型假设，一个待开发的系统需求是完整的，简明的，一致的， 而且可以先于设计和实现之前完成

以项目的阶段评审和文档控制来对开发过程进行指导

优点：

容易理解，管理成本低

强调开发早期计划，需求调研，和产品测试

适合开发需求明确的，大致固定不会随意变更的系统

缺点：

客户必须要完整的，正确的，清晰的表达出需求

开始的两到三个阶段很难评估进度

接近项目结束时，出现大量的集成和测试工作

项目结束之前都不能演示系统能力

需求或者设计中的错误，到了项目后期才能发现

项目风险控制能力较弱

V 模型是瀑布模型的一个变体，重点在于质量保证活动和沟通，将 基本问题逐步细化，实际上执行了一系列测试

• **增量模型**

融合了瀑布模型的基本成分，和原型实现的迭代特征，它假设可以将 需求分段为一系列的增量，每一个增量可以分别开发

69第 1 章 计算机系统知识

第一个增量往往是核心产品，客户对每个增量的使用和评估都作为下 一个增量的新特征和功能

每个增量均发布一个可操作版本

优点：

具有瀑布模型的所有优点

第一个可交付版本所需的成本时间很少

开发由增量表示的小系统所承担的风险不大

缺点：

如果没有对用户的变更要求有规划，那么产生的初始增量可能造 成后续增量的不稳定

管理成本、进度、复杂性

• **演化模型**

演化模型是迭代的过程模型，使得软件开发人员能够逐步的开发出更 完整的软件版本

演化模型特别适合对软件需求缺乏准确认识的情况，

典型的演化模型有，原型模型和螺旋模型

演化模型与增量模型区别：增量每次开发的时小的功能模块，演化每 次开发整个产品

• **原型模型**

原型模型比较适合用户需求不清、需求经常发生变化的情况，当系统 规模不是很大，也不太复杂时采用比较合适

一个原型不必满足目标软件的所有约束，其目的是能快速、低成本的 构建原型，迅速的开发出一个看得见摸得着的系统框架

步骤：交流沟通 》 快速计划 》 快速设计方式建模 》构建原型 》 部署交付和反馈 – 完成后继续循环步骤

原型始于沟通其目的是为了定义软件的总体，有效的捕获用户需求

70第 1 章 计算机系统知识

原型模式不适合大规模的系统开发

• **螺旋模型**

螺旋模型将瀑布模型和演化模型相结合，加入了两个模型都忽略了的 风险分析

每个螺旋周期和瀑布模型大致相符合

每个螺旋周期分为四个步骤

制定计划：确定软件目标，制定实施方案，明确项目开发的限制 条件

风险分析：识别风险、消除风险

实施工程：软件开发、验证阶段性产品

用户评估：提出修正建议，制定下一周期开发计划

螺旋模型的特点是加入了风险分析，适合大规模、高风险、需求变化 的系统

缺点：过多的迭代次数，会增加开发成本，延迟提交时间

• **喷泉模型**

喷泉模型是一种以用户需求为动力，以对象作为驱动的模型，适合与 面向对象的开发方法

喷泉模型克服了瀑布模型不支持软件重用，和多项开发活动集成的局 限性

喷泉模型的开发过程具有迭代性和无间隙性

无间隙是指在开发活动（分析、设计、编码）之间不存在明显边界， 允许活动交叉、迭代进行

优点：

软件开发效率高，节省开发时间

缺点：

开发阶段重叠，需要大量开发人员，管理成本高

71第 1 章 计算机系统知识

需要严格的管理文档，审核难度大

• **统一过程模型（** UP **）**

是一种 用例和风险驱动，以架构为中心，迭代并增量的开发过程

每次迭代有 5 个核心工作流

统一过程的四个技术阶段及里程碑

起始阶段：专注于项目初创；里程碑：生命周期目标

精化阶段：需求分析和架构演进；里程碑：生命周期架构

构建阶段：关注系统的构建，产生实现模型；里程碑：初试运作 功能

移交阶段：关注软件提交方面的工作，产生软件增量；里程碑： 产品发布

• **敏捷开发**

总体目标是尽可能早、持续地对有价值的软件交付

敏捷开发使用户能够在开发周期的后期增加或改变需求

极限编程 (XP)

XP 是一种轻量级（敏捷）、高效、低风险、柔性、可预测、科学 的软件开发方式

XP 的四大价值观：沟通、简单性、反馈、勇气

5 个原则：快速反馈、简单性假设、逐步修改、提倡更改和优质工 作

12 个最佳实践：计划游戏、小型发布、隐喻、简单设计、测试先 行、重构、结对编程、集体代码所有制、持续集成、每周 40h、 现场客户和编码标准

水晶法 (Crystal) ：每一个不同的项目都需要一套不同的策略、约 定和方法论

并列征求法 (Scrum)：使用迭代的方法，每 30 天一个冲刺，按需求

72第 1 章 计算机系统知识

级别来实现产品

自适应软件开发(ASD)： 6 个基本原则

有一个使命作为指导

特征被视为客户价值的关键点

”重做“与”做“同样关键

变化不被视为改正，而是 ”调整“

交付时间迫使考虑每一个生产版本的关键需求

风险包含

敏捷统一过程（ AUP ） : 采用 ”在大型上连续，在小型上迭代 “的原理来构建

每个 AUP 执行以下活动：建模、实现、测试、部署、配置及项 目管理、环境管理

• **需求分析**

软件需求：指用户对目标软件在功能、行为、性能、设计约束等方面 的期望

功能需求 : 考虑系统做什么、何时做

性能需求

用户或人因素：用户理解使用系统难度、错误操作的可能性

环境需求：硬件或软件环境，机型，操作系统，平台

界面需求：考虑来自其他系统输入输出，数据格式存储介质规定

文档需求：文档针对那些读者

数据需求：接收发送数据格式

资源使用需求：运行所需计算机资源，维护所需人力

安全保密需求：数据隔离，系统备份

可靠性需求：隔离错误，出错重启等待

软件成本消耗和开发进度

其他非功能性需求

73第 1 章 计算机系统知识

• **概要设计**

设计软件系统的总体结构：将复杂系统按功能分成模块，并确定模块 的功能、调用关系、接口、结构和质量

数据结构及数据库设计：数据库设计（概念设计 E-R、逻辑设计、物 理设计）

编写概要设计文档：概要设计说明书、数据库设计说明书、用户手册、 修订测试计划

评审

• **详细设计**

对每个模块进行详细的算法设计

对模块内的数据结构进行设计

对数据库进行物理设计

其他设计

编写详细设计说明书

评审

• **系统测试**

系统测试的意义：为了发现错误而执行程序的过程，成功的测试就是 发现了至今为发现的错误

测试的目的：以最小的人力和时间发现潜在的各种错误和缺陷

测试的基本原则：

尽早和不断的测试，贯穿整个开发阶段

避免由原开发人员进行测试

测试时要有预期的输出结果，与测试结果作比较

关心不合理的输入或操作造成的结果

不仅要检查程序是否做了该做的事，还要检查程序是否做了不该

74第 1 章 计算机系统知识

做的事

严格按照计划测试，避免随意性

妥善保存测试用例及相关文档

后续测试以前次测试的基础上修改

系统测试的测试目标来源于需求分析阶段

• **单元测试**

单元测试又称为模块测试，在模块编写完成且没有编译错误后开始执 行

单元测试侧重于模块内部的处理逻辑与数据结构

单元测试检查模块的 5 个特征

模块接口：保证测试模块的数据流可以正常输入输出；测试：形 参与实参是否匹配，全局变量使用， I/O格式 , 文件处理等

局部数据结构：测试：变量定义及使用

重要的执行路径

出错处理

边界条件

单元测试过程

由于模块不是独立运行的，各模块之间存在调用与被调用关系， 因此测试时需要开发两种模块

 驱动模块：相当于一个主程序，接收测试用例的数据，将数据 输入到被测试模块，输出测试结果

 桩模块（存根模块）：用来代替 被测试模块所调用的子模块， 检测测试模块的输入

高内聚可以简化单元测试

• **集成测试**

集成测试就是将模块按照系统说明书组合起来测试，旨在发现与接口

75第 1 章 计算机系统知识

2023 上半年软件设计师知识点复习总纲

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