【系统架构】第二章-计算机系统基础知识（一）

计算机硬件

1、处理器：CISC（复杂指令集）、RISC（精简指令集）
2、存储器：按照与处理器的物理距离：片上缓存、片外缓存、主存、外存
3、总线：按照总线在计算机中的位置划分：内总线、系统总线、外部总线，也有并行总线、串行总线
4、接口：指同一计算机不同功能层之间的通信规则
5、外部设备：也称为外围设备，常见的包括：所有的输入输出设备、部分存储设备

计算机软件

通常分为：系统软件和应用软件

操作系统

操作系统的特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性
操作系统的分类：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、微型计算机操作系统、嵌入式操作系统

数据库

数据库的分类：按照存储体系分，关系型数据库、键值数据库、列存储数据库、文档数据库、搜索引擎数据库

大型数据库管理系统的特点
1、基于网络环境的数据库管理系统。可以用于C/S结构的数据库应用系统，也可以用于B/S结构的数据库应用系统
2、支持大规模的应用。
3、提供的自动锁功能使得并发用户可以安全而高效的访问数据
4、可以保证系统的高度安全性
5、提供方便而灵活的数据备份和恢复方法及设备镜像功能，还可以利用操作系统提供容错功能，确保设计良好的应用中的数据在发生意外的情况下可以最大限度地被恢复
6、提供多种维护数据完整性的手段
7、提供了方便易用的分布式处理功能

文件系统

文件的类型：
1、按文件的性质和用途分类：系统文件、库文件、和用户文件
2、按信息保存期限分类：临时文件、档案文件和永久文件
3、按文件的保护方式分类：只读文件、读/写文件、可执行文件和不保护文件
4、UNIX系统将文件分为普通文件、目录文件和设备文件（特殊文件）

常用的文件类型：FAT、VFAT、NTFS、Ext2、HPFS

文件的逻辑结构：
1、有结构的记录式文件，由一个以上的记录构成的文件
2、无结构的流式文件，由一串顺序字符流构成的文件

文件的物理结构：
1、连续结构，也叫顺序结构
2、链接结构
3、索引结构
4、多个物理块的索引表

网络协议

常用的协议：LAN、WAN、无线网协议和移动网协议，互联网使用TCP/IP协议簇

中间件

中间件分类：
1、通信处理（消息）中间件
2、事务处理（交易）中间件
3、数据存取管理中间件
4、Web服务器中间件
5、安全中间件
6、跨平台和架构的中间件
7、专用平台中间件

软件构件

构件又称为组件，是一个自包容、可复用的程序集。
1、软件构件的组装模型
2、商用构件标准规范：CORBA、J2EE、DNA 2000

应用软件

1、通用软件
2、专用软件

嵌入式系统及软件

嵌入式系统的组成：嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件、应用软件组成

嵌入式系统的特点：专用性强、技术融合、软硬一体软件为主、比通用计算机资源少、程序代码固化在非易失存储器中、需专门开发工具和环境、体积小价格低工艺先进等、对安全性和可靠性的要求高

嵌入式系统分类：实时系统、安全悠关系统

嵌入式系统的最大特点：系统的运行和开发在不同环境中进行

从现代嵌入式系统分：硬件层、抽象层、操作系统层、中间件层、应用层

嵌入式软件的主要特点：可裁剪性、可配置性、强实时性、安全性、可靠性、高确定性

计算机网络

计算机网络的功能：数据通信、资源共享、管理集中化、实现分布式处理、负荷均衡

网络有关指标：
1、性能指标（速率、带宽、吞吐量、时延、往返时间、利用率）
2、非性能指标（费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易管理性、可维护性）

信道容量：信道的最大传输速率

$$C=B\ast {\log }_2(1+\frac{S}{N})$$
C 代表信道容量，单位是b/s
B代表信号带宽，单位是Hz
S代表信号平均功率，单位是W
N代表噪声平均功率，单位是W
S/N代表信噪比，单位是dB（分贝）
提升信道容量可以使用比较大的带宽，降低信噪比；也可以使用比较小的带宽，升高信噪比

发信机进行的信号处理包括信源编码、信道编码、交织、脉冲成形和调制
收信机进行的信号处理包括解调、采样判决、去交织、信道翻译码、信源译码
1、信源编码：将模拟信号进行模数转换，再进行压缩编码（去除冗余信息），最后形成数字信号
2、信道编码：信道编码通过增加冗余信息以便在接收端进行检错和纠错，解决信道、噪声和干扰导致的误码问题，一般只能纠正零星的错误，对于连续的误码无能为力
3、交织：为了解决连续误码的问题
4、脉冲成形：为了减小带宽需求，将发送数据转换成合适的波形
5、调制：将信息承载到满足信号要求的高频载波信号的过程

复用技术：指在一条信道上同时传输多路数据的技术
多址技术：指在一条线上同时传输多个用户数据的技术

5G通信：
1、基于OFDM优化的波形和多址接入
2、实现可扩展的OFDM间隔参数配置
3、OFDM加窗提高多路传输效率
4、灵活框架设计
5、大规模MIMO
6、毫米波
7、频谱共享
8、先进的信道编码设计

网络按照网络的覆盖区域和通信介质等特征来分：局域网（LAN）、无线局域网（WLAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）和移动通信网

局域网：
1、网络拓扑（星状结构、树状结构、总线结构、环形结构、网状结构）
2、以太网技术（以太网帧结构、最小帧长、最大传输距离、流量控制）

无线局域网：
1、WLAN标准(802.11n新标准，可达200Mb/s以上)
2、WLAN拓扑结构（点对点型、HUB型、完全分布型）

广域网：
1、广域网相关技术（同步光网络、数字数据网、帧中继、异步传输技术）
2、广域网特点（主要提供面向数据通信的服务、覆盖范围广、通信距离远、没有固定的拓扑结构、由电信部门或公司组件，有偿提供）
3、广域网分类（公共传输网络、专用传输网络、无线传输网络）

城域网：通常分为，核心层、汇聚层、接入层

网络设备：集线器、中继器、网桥、交换机、路由器、防火墙等

OSI网络体系结构（从下往上）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

交换机功能：
1、集线功能，提供大量可供线缆连接的端口达到部署星状拓扑网络的目的
2、中继功能，在转发帧时重新产生不失真的电信号
3、桥接功能，在内置的端口上使用相同的转发和过滤逻辑
4、隔离冲突域功能，将部署好的局域网分为多个冲突域，而每个冲突域都有自己独立的带宽，以提高交换机整体带宽利用效率

路由协议：内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）

网络工程：网络建设工程可分为网络规划、网络设计、网络实施三个环节

总结自：系统架构设计师教程（第2版）

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