软考中级【数据库系统工程师】第1章：计算机系统知识，自学软考笔记，备考2022年5月份软考，计算机硬件系统CPU组成指令寄存器组总线输入输出的程序控制方式计算机体系结构与存储系统加密技术流水线技术
前情提要：笔记只整理与考试相关的重点知识，也就是历年真题出现过的考点我都会记录笔记，一些不重要的内容我就不记录了，大家可以自行查看教材。
1.1计算机硬件基础知识
考点1：计算机硬件系统的组成
考点2：CPU的组成：运算器+控制器
1.运算器的功能：
2.运算器的组成：
3.控制器的功能：
4.控制器的组成：
考点3：指令
1.指令是什么？
2.指令的组成
考点4：寄存器组（了解）
考点5：总线
考点6：输入输出的程序控制方式
本章节的习题：
1.2和1.3 计算机体系结构与存储系统
考点1：计算机体系结构的分类
考点2：流水线技术
考点3：RISC中采用的三种流水技术
超流水线技术siper pipeline：并行，以时间换取空间
超标量技术super scalar：并行，以空间换取时间
超长指令字技术very long instruction word：并行，充分发挥软件，使硬件简化，性能提高
考点4：存储系统
1、存储器的分类：
2、随机访问存储器：
3、高速缓存
考点5：地址映像
我的总结：
下图是直接映像的一道例子题
考点6：编制计算，虚拟/相联存储器
编制计算例题：
本章历年真题汇总：
1.4安全性、可靠性与系统性能评测基础知识
考点1：对称加密技术
考点2：非对称加密技术
考点3：Hash函数与信息摘要
考点4：数字签名和数字加密
数字签名和数字加密的区别和联系
考点4：计算机可靠性
（1）串联系统的可靠性：R=R1×R2×R3×…RN
（2）并联系统的可靠性：R=1-（1-R1)(1-R2)(1-R3)…(1-RN)
相关真题汇总
补充内容：逻辑运算
• 逻辑与（又称逻辑乘，类似于且，AND）：两个操作数同时为真则为真，否则哪怕有一个操作数为假，则为假。
• 逻辑或（又称逻辑加，类似于或，OR）：两个操作数只要其中一个为真即为真。 • 逻辑异或：（相异为真，相同为假）
• 逻辑非（NOT，类似于取反，！-）：操作数为真，则结果为假；操作数为假，则结果为真。
例题
1.1计算机硬件基础知识
考点1：计算机硬件系统的组成
这部分是属于计算机专业的基础知识，一定要了解清楚这部分的框架，很多期末题和考研题的简答题也有可能出这道。
下面扩展一下整个微型计算机的组成：
总结：计算机是由硬件系统和软件系统组成的，其中硬件系统是由运算器，控制器，存储器，输入/输出设备5大部件组成。运算器和控制器组成在一起称为CPU（中央处理单元），用于数据的加工处理，能完成算术运算，逻辑运算及控制功能。
考点2：CPU的组成：运算器+控制器
注意：这一部分一定要认真看，一般每年都会考一道选择题在运算器控制器的组成里。
1.运算器的功能：
（1）执行所有的算术运算。如加、减、乘、除等基本运算及附加运算。
（2）执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试。如与、非、或、零值测试或两个值的比较等。
2.运算器的组成：
（1）算术逻辑单元(ALU)：负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算。
（2）累加寄存器(AC)：也称累加器，当算术逻辑单元ALU执行运算时，为其提供一个工作区。
（3）数据缓冲寄存器(DR)：对内存进行读写操作时，用DR暂时存放由内存读写的一条指令或一个数据字。作为CPU和内存、外设之间在操作速度上的缓冲，以及数据传送的中转站。
（4）状态条件寄存器(PSW)：保存根据算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码的内容，主要分为状态标志和控制标志。如运算结果进位标志(C)、运算结果溢出标志(V)、运算结果为0标志(Z)、运算结果为负标志(N)、中断标志(I)、方向标志(D)等。
3.控制器的功能：
决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。
4.控制器的组成：
（1）指令寄存器(IR)：用来暂时存放一条指令，由指令译码器根据指令寄存器中的内容产生各种微操作指令，控制其它部分协调工作。
（2）程序计数器(PC)：存放的是将要执行的下一条指令的地址。
（3）地址寄存器(AR)：保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于内存和CPU存在操作速度上的差异，所以需要使用AR保存地址信息，直到内存读/写操作完成为止。
（4）指令译码器(ID)：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，然后向操作控制器发出具体的控制信号。
考点3：指令
1.指令是什么？
是对机器进行程序控制的最小单位。一条指令通常包括两个部份：操作码和操作数。
2.指令的组成
操作码是对机器进行程序控制的最小单位。
操作数直接指出操作数本身或者指出操作数所在的地址。
考点4：寄存器组（了解）
（1）专用寄存器：运算器和控制器中的寄存器是专用寄存器，其作用是固定的。
（2）通用寄存器：用途广泛并可由程序员规定其用途，其数目因处理器不同而不同。
考点5：总线
• 数据总线(DB)：用来传送数据信息，是双向的。DB的宽度决定了CPU和计算机其他设备之间每次交换数据的位数。
• 地址总线(AB)：用于传送CPU发出的地址信息，是单向的。地址总线的宽度决定了CPU的最大寻址能力。
• 控制总线(CB)：用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。CB中的每一条线的信息传送方向是单方向且确定的，但CB作为一个整体则是双向的
考点6：输入输出的程序控制方式
第四种DMA方式是指数据在主存和外设直接传送不需要CPU的干涉，一定要记住这句话已经考过三四次了。
1、无条件传送：外设总是准备好的，无条件，随时接收和提供数据。
2、程序查询方式：CPU利用程序来查询外设的状态，准备好了再传数据。
3、中断方式：CPU不等待，也不执行程序去查询外设的状态，而是由外设在准备好以后，向CPU发出中断请求。
• 以上三种方式都需要CPU的参与。
4、DMA方式：数据的传输是在主存和外设之间直接进行，不需要CPU的干预，实际操作是由DMA硬件直接执行完成的。
5、通道方式和外围处理机方式：更进一步减轻了CPU对I/O操作的控制，更进一步提高了CPU的工作效率，但是是以增加更多硬件为代价的。
本章节的习题：
1、20年第1题 下列属于CPU中算术逻辑单元的部件是（ ）。 A. 程序计数器 B. 加法器 C. 指令寄存器 D. 指令译码器
答案：B。加法器属于运算器的组成部分，程序计数器，指令寄存器，指令译码器都属于控制器的组成部分。
2、19年第1题 计算机执行程序时，CPU中（ ）的内容是一条指令的地址。 A. 运算器 B. 控制器 C. 程序计数器 D. 通用寄存器
答案：C，程序计数器(PC)中存放的是将要执行的下一条指令的地址
3、17年第1题 CPU执行算术运算或者逻辑运算时，常将源操作数和结果暂存在（ ）中。 A. 程序计数器（PC） B. 累加器（AC） C. 指令寄存器（IR） D. 地址寄存器（AR）
答案：B，根据题目前半句确定考查的是运算器中的知识，然后可以排除ACD，或者根据累计器的定义来做题：AC的功能是当运算器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。例如：在执行一个减法运算前，先将被减数暂存在AC中，再从内存储器中取出减数，然后与AC的内容相减，所得的结果送回AC暂存。
4、14年第1题 在CPU中，常用来为ALU执行算术逻辑运算提供数据并暂存运算结果的寄存器是（ ）。 A. 程序计数器 B. 状态寄存器 C. 通用寄存器 D. 累加寄存器
答案：D,解析参考上一题
5、11年第1题 在CPU中用于跟踪指令地址的寄存器是（ ）。 A. 地址寄存器 B. 数据寄存器 C. 程序计数器 D. 指令寄存
答案：C，程序计数器(PC)中存放的是将要执行的下一条指令的地址。易混淆：地址寄存器AR中存放的是当前CPU所访问的内存单元的地址。
第一节完结...
1.2和1.3 计算机体系结构与存储系统
考点1：计算机体系结构的分类
（1）按处理机的数量进行分类：
• 单处理系统：一个处理单元
• 并行处理与多处理系统：两个以上处理机互连
• 分布式处理系统：物理上远距离的多机系统
（2）微观上按并行程度分类：Flynn分类法、冯泽云分类法、Handler分类法等等
CISC和RISC：CISC：复杂指令集计算机，RISC：精简指令集计算机
考点2：流水线技术
流水线周期：各子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： Tn=执行一条指令所需时间+(n-1)*流水线周期 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。 吞吐率：p=1/max(∆t1，∆t2，…∆tm)，即最长子过程所用时间的倒数。
上面公式的实际应用可以看一下我笔记上的案例。
考点3：RISC中采用的三种流水技术
超流水线技术siper pipeline：并行，以时间换取空间
超标量技术super scalar：并行，以空间换取时间
超长指令字技术very long instruction word：并行，充分发挥软件，使硬件简化，性能提高
这个考点之前考过，是出英文对照汉语
考点4：存储系统
1、存储器的分类：
• 按存储器所处的位置：可分为内存和外存。
• 按构成存储器的材料：可分为磁存储器、半导体存储器和光存储器。
• 按存储器的工作方式：可分为读写存储器和只读存储器。
• 按访问方式：可分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器。
• 按寻址方式：可分为随机存储器、顺序存储器和直接存储器。
2、随机访问存储器：
• 静态随机访问存储器（SRAM）
• 动态随机访问存储器（DRAM）
3、高速缓存
• Cache是介于CPU与主存之间的一级存储器，其容量较小，但速度较快，一般比主存快5～10倍。
• 它的主要作用是：调和CPU的速度与内存存取速度之间的差异，从而提升系统性能。
• 它使用的是程序的局部性原理，其内容是主存局部域的副本。
• 当CPU需要读取数据时，首先判断要访问的信息是否在Cache中，如果在即为命中，如果不在，就要按替换算法把主存中的一块信息调入Cache中。
• 替换算法有：随机替换算法、先进先出替换算法、近期最少使用替换算法、优化替换算法等。
• 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，这种地址的转换叫作地址映像。
考点5：地址映像
我的总结：
1直接映像是指主存的块和cache的块是一一对应的，地址变换简答但灵活性差
2全相联映像是指全部都有联系了，不用一一对应，可以任意放置，优点是比较灵活缺点是变换复杂速度慢
3组相连映像是指将cache的块分成组，组内全相联映像，每个组一一对应，是前两种的折中。
下图是直接映像的一道例子题
考点6：编制计算，虚拟/相联存储器
（1）虚拟存储器实际上是一种逻辑存储器。
（2）相联存储器是一种按内容访问的存储器。
编制计算例题：
例（13年第5~6题）：地址编号从80000H到BFFFFH且按字节编址的内存容量为（ ）KB，若用16K X 4bit的存储器芯片构成该内存，共需（ ）片。 A.128 B.256 C.512 D.1024 A.8 B.16 C.32 D.6
第一问选B，第二问选C。详细解析布置见下图：
本章历年真题汇总：
1、20年第2题 在CPU和主存之间设置高速缓存（Cache）的目的是为了解决（ ）的问题。 A. 主存容量不足 B. 主存与外存储器速度不匹配 C. 主存与CPU速度不匹配 D. 外设访问效率
答案：C，Cache的定义。
2、20年第3题 在计算机外部设备和主存之间直接传送而不是由CPU执行程序指令进行数据传送的控制方式称为（ ）。 A.程序查询方式 B. 中断方式 C. 并行控制方式 D. DMA方式
答案：D，DMA是指不需要CPU的干涉，主存和外设直接传送。
3、19年第2题 DMA控制方式是在（ ）之间建立数据通路进行数据的交换处理。 CPU与主存 B. CPU与外设 C. 主存与外设 D. 外设与外设
答案：C，同上一题
4、19年第3题 在计算机的存储系统中，（ ）属于外存储器。 A .硬盘 B. 寄存器 C. 高速缓存 D. 内存
答案：A，计算机基础知识，硬盘是外存，BCD都是内存储器
5、18年第1~2题 计算机运行过程中，遇到突发事件，要求CPU暂时停止正在运行的程序，转去为突发事件服务，服务完毕，再自动返回原程 序继续执行，这个过程称为（ ），其处理过程中保存现场的目的是（ ）。
（1）A. 阻塞 B. 中断 C. 动态绑定 D. 静态绑定
（2）A. 防止丢失数据 B. 防止对其他部件造成影响 C. 返回去继续执行原程序 D. 为中断处理程序提供数据
答案：1，B。2，C 。这是中断的定义，记住即可。
6、18年第3题 流水线的吞吐率是指单位时间流水线处理的任务数，如果各段流水的操作时间不同，则流水线的吞吐率是（ ）的倒数。
A.最短流水段操作时间 B.各段流水的操作时间总和 C.最长流水段操作时间 D.流水段数乘以最长流水段操作时间
答案：C，书上的定义，吞吐量等于最长流水段操作时间的倒数。
7、18年第4题 计算机中机械硬盘的性能指标不包括（ ）。
A. 磁盘转速及容量 B. 盘片数及磁道数 C. 容量及平均寻道时间 D. 磁盘转速及平均寻道时间
答案：B，排除法：容量，平均寻道时间都是硬盘必不可少的性能指标。
8、17年第3题 计算机系统中常用的输入/输出控制方式有无条件传送、中断、程序查询和DMA 方式等。当采用（ ）方式时，不需要CPU 执行程序指令来传送数据。
A. 中断 B. 程序查询 C. 无条件传送 D. DMA
答案：D，同第二题解析
9、17年第6题 以下关于Cache（高速缓冲存储器）的叙述中，不正确的是（ ）。
A. Cache的设置扩大了主存的容量 B. Cache的内容是主存部分内容的拷贝 C. Cache 的命中率并不随其容量增大线性地提高 D. Cache位于主存与CPU之间
答案：A，cache只是一个相对于暂存区的东西，它并没有扩大内存的容量
10、16年第1题 VLIW是（ ）的简称。
A.复杂指令系统计算机 B. 超大规模集成电路 C. 单指令流多数据流 D. 超长指令字
答案：D，very long 什么什么的。very long就是超长的意思
11、16年第2题 主存与Cache的地址映射方式中，（ ）方式可以实现主存任意一块装入Cache中任意位置，只有装满才需要替换。
A.全相联 B.直接映射 C.组相联 D.串并联
答案：A，任意一块位置：全相联 12、16年第5题 内存按字节编址，从A1000H到B13FFH的区域的存储容量为（ ）KB。 A. 32 B. 34 C. 65 D. 67
答案：C，解析见下图：
1.4安全性、可靠性与系统性能评测基础知识
考点1：对称加密技术
特点：文件加密和解密使用相同的密钥
代表算法：
（1）数据加密标准DES：主要采用替换和移位的方法加密。它用56位密钥对64位二进制数据块进 行加密。
（2）三重DES：用两个56位的密钥。
（3）RC-5
（4）国际数据加密算法IDEA：类似于DES，其密钥长度为128位。
（5）高级加密标准AES：基于排列和置换运算
考点2：非对称加密技术
特点：使用两个密钥，加密密钥和解密密钥，一个是公开的，一个是非公开的私有密钥。他们是一对，只有使用对应的密钥才能解密。
两个不同的体制：加密模型和认证模型。
认证模型一般用于确认身份
考点3：Hash函数与信息摘要
• Hash函数：输入一个长度不固定的字符串，返回一串固定长度的字符串，又称Hash值。
• 单向Hash函数用于产生信息摘要。
• 对于特定的文件而言，信息摘要是唯一的。
• 在某一特定的时间内，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值的不同报文。
• 在数字签名中，可以解决验证签名和用户身份验证、不可抵赖性的问题。
• MD2、MD4和MD5是被广泛使用的Hash函数，它们产生一种128位的信息摘要。
考点4：数字签名和数字加密
数字签名可以确认信息发送者的身份和信息是否被修改过。但不能保证发送信息的保密性。
数字加密可以保证发送信息的保密性，但是不能确认发送者的身份。
数字签名和数字加密的区别和联系
• 数字签名使用的是发送方的密钥对，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。数字加密使用的是接收方的密钥对，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数据，但只有唯一拥有接收方私有密钥的人才能对信息解密。
• 数字签名只采用了非对称加密算法，它能保证发送信息的完整性、身份认证和不可否认性，但不能保证发送信息的保密性。
• 数字加密采用了对称密钥算法和非对称密钥算法相结合的方法，它能保证发送信息的保密性
考点4：计算机可靠性
（1）计算机系统的可靠性：是指从它开始运行（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）计算机系统的失效率：是指单位时间内失效的元件数与元件总数的比例，用λ表示。
（3）平均无故障时间（MTBF)：两次故障之间能正常工作的时间的平均值称为平均无故障时间MTBF=1/λ
（4）计算机系统的可维修性：一般平均修复时间（MTRF）表示，指从故障发生到机器修复平均所需的时间。
（5）计算机系统的可用性：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表示A=MTBF/(MTBF+MTRF)
上面的了解即可，真正需要记住的是以下公式，考试会考。
（1）串联系统的可靠性：R=R1×R2×R3×…RN
（2）并联系统的可靠性：R=1-（1-R1)(1-R2)(1-R3)…(1-RN)
相关真题汇总
1、20年第11题 以下关于字典攻击的说法中，不正确的是（ ）。
A. 字典攻击比暴力破解更加高效 B. 使用密码盐技术可以大大增加字典攻击的搜索空间 C. 字典攻击主要用于破解密码 D. 如果密码盐泄露，字典攻击就会和不加盐时的效果一样
答案：D，密码盐是指用户账号的密码在存放到数据库时，存放的不是用户的真实密码，而是添加了一些其他符号的密码，这些符号就称为密码盐，比如密码是123，密码盐abc，则实际存放在数据库中的就可能是12abc3，增加了数据安全。就算密码盐泄露，破解密码的难度也要比不加盐时大的多，所以c错误。A：暴力破解一般是效率最低的。B：密码盐的目的就是增加安全性，增加攻击者的搜索空间。C：字典攻击的定义就是用于破解密码。
2、20年第12题 以下关于哈希函数的说法中，不正确的是（ ）。
A. 哈希表是根据键值直接访问的数据结构 B. 随机预言机是完美的哈希函数 C. 哈希函数具有单向性 D. 哈希函数把固定长度输入转换为变长输出
答案：C，哈希函数是单向不可逆的，其计算过程是把变长输入转换为定长输出。
3、19年第4题 某系统由3个部件构成，每个部件的千小时可靠度都为R，该系统的千小时可靠度为(1-(1-R)2)R，则该系统的构成方式是（ ）
A. 3个部件串联 B.3个部件并联 C.前两个部件并联后与第三个部件串联D. 第一个部件与后两个部件并联构成的子系统串联
答案：C，(1-(1-R)2)是指两个并行，R是指一个串行，(1-(1-R)2)R按其顺序可知是前两个部件并联后与第三个部件串联。
4、18年第11题 数字信封技术能够（ ）。
A. 保证数据在传输过程中的安全性 B.隐藏发送者的真实身份 C. 对发送者和接收者的身份进行认证 D.防止交易中的抵赖发生
答案：A，数字信封是将对称密钥通过非对称加密（即：有公钥和私钥两个）的结果分发对称密钥的方法。数字信封是实现信息保密性验证的技术。
5、18年第12、13题 在安全通信中，S 将所发送的信息使用（ ）进行数字签名，T 收到该消息后可利用（ ）验证该消息的真实性。
A. S 的公钥 B.S 的私钥 C.T 的公钥 D.T 的私钥 A. S 的公钥 B.S 的私钥 C.T 的公钥 D.T 的私钥
答案：B A，本题考查的是认证模型，用于确认身份。发送时使用发送者的私钥，解密时使用发送者的公钥。
6、17年第4题 某系统由下图所示的冗余部件构成。若每个部件的千小时可靠度都为R，则该系统的千小时可靠度为（ ）。
A.(1-R³)(1-R²) B.(1-(1-R)³)( 1-(1-R)²) C.(1-R³) + (1-R²) D.(1-(1-R)³) + ( 1-(1-R)²)
答案：B，本题是三个并行与两个并行串联，根据刚刚给出的计算机可靠性公式即可算出(1-(1-R)³)( 1-(1-R)²)。
公式：（1）串联系统的可靠性：R=R1×R2×R3×…RN（2）并联系统的可靠性：R=1-（1-R1)(1-R2)(1-R3)…(1-RN)
7、17年第8题 以下加密算法中适合对大量的明文消息进行加密传输的是（ ）。
A.RSA B.SHA-1 C.MD5 D.RC5
答案：D，注意，A是属于非对称，D是属于对称，其他两个不属于这两项，非对称加密算法的保密性好但速度慢，所以只适用少量数据加密，对称加密算法则相反，所以本题说明需要传输大量明文则采用对称加密算法RC5。，
8、17年第9题 假定用户A、B 分别从I1、I2两个CA取得了各自的证书，下面（ ）是A 、B 互信的必要条件。
A.A、B 互换私钥 B.A、B 互换公钥 C.I1、I2互换私钥 D.I1、I2互换公钥
答案：D，首先排除AC，私钥一般情况只是自己知道自己适用，然后我们发现AB互信的话，交换AB各自的证书并没有什么用，比如我在I1机构获得一个证书，你在I2机构获得一个证书，我们交换后并不知道这两个机构是否可靠和其价值，但如果这两个机构互相进行了通信，就能证明这两个证书的有效性和价值，所以我们两个就能互相信任。
本章完结。
下面是补充的知识，因为之前有出过这方面的题但书上没有相关内容，如果已经会的同学可以跳过。
补充内容：逻辑运算
• 逻辑与（又称逻辑乘，类似于且，AND）：两个操作数同时为真则为真，否则哪怕有一个操作数为假，则为假。
• 逻辑或（又称逻辑加，类似于或，OR）：两个操作数只要其中一个为真即为真。 • 逻辑异或：（相异为真，相同为假）
• 逻辑非（NOT，类似于取反，！-）：操作数为真，则结果为假；操作数为假，则结果为真。
例题：
1、17年第2题 要判断字长为16位的整数a的低四位是否全为0，则（ ）
A. 将a与0x000F进行"逻辑与"运算，然后判断运算结果是否等于0
B. 将a与0x000F进行"逻辑或"运算，然后判断运算结果是否等于F
C. 将a与0xFFF0进行"逻辑异或"运算，然后判断运算结果是否等于0
D. 将a与0xFFF0进行"逻辑与"运算，然后判断运算结果是否等于F
答案：A，Ox开头是指该数为16进制，16进制的每一位是4个二进制位，0和F进行逻辑与结果全等于0.
2、12年第20题 对于逻辑表达式“x and y or not z”，and、or、not分别是逻辑与、或、非运算，优先级从高到低为not、and、or，and、or为左 结合，not为右结合，若进行短路计算，则（ ）。
A. x为真时，整个表达式的值即为真，不需要计算y和z的值
B. x为假时，整个表达式的值即为假，不需要计算y和z的值
C. x为真时，根据y的值决定是否需要计算z的值
D. x为假时，根据y的值决定是否需要计算z的值
答案：C，x为真时，可以进一步判断x and y是否为真，也就是y是否为真，如果是真则z就不用判断了，这称为短路计算。因为or两边只需要一个真结果就为真。
本章完结，有疑问可以联系我qq2394799692，一起探讨考试相关知识，我准备的是2022年5月份的软考。