软件设计师考试学习1

前言

计算机组成原理及体系结构

数据的表示

进制的转换

原码反码补码移码

最高位是符号位，负数符号位为1
反码补码正数和原码一样，负数有区别
反码符号位不动，其他位置取反
补码在反码基础上加1

移码是将补码的符号为取反

在原码和反码中，正0和负0的表示是不一样的
而在补码中，正0和负0的表示都是00000000

-128的补码是10000000

浮点数运算

CPU

计算机体系结构分类FLynn

阵列处理机为SIMD代表，适用于对数组的运算
MISD为理论模型

CISC和RISC

CISC是原来定制的电脑

流水线

这里流水线周期是2ns
在第一个指令完成之后， 每个流水线周期都会完成一个指令，所以可以得到理论公式
但是如这个例子中，执行是1ns完成的，而分析是2ns，所以在第一条指令完成的时候，第二条指令并没有到执行阶段，还需要等1ns，也就是三个阶段都是2ns，所以有了实践公式

考试中多数情况是按理论公式来算，少数情况是实践公式（我记得这里应该不是随意选择的，应该是按具体例子来看用什么公式）

每个步骤时长一样流水线的效率最高

层次化存储结构

按内容存储是存储的时候考虑内容，速度效率高于按地址存储的存储器
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一部分作为关键字，按顺序写入信息，读出时并行地将该关键字与存储器中的每一单元进行比较，找岀存储器中所有与关键字相同的数据字，特别适合于信息的检索和更新。

相联存储器可用在高速缓冲存储器中，在虚拟存储器中用来作为段表、页表或快表存储器，用在数据库和知识库中。

Cache

空间局部性，访问临近的空间

主存

随机存储器掉电信息消失

磁盘工作原理

注意这里指针是一直转动的，由于是单缓存区，所以处理第一个记录的时候指针还一直转动，需要再转一圈才能处理第二个记录，也就是说处理第一个记录加转动到第二个记录前，需要3+33共36ms，处理10个记录就是360，在加上处理第11个，读取加处理共6，最后结果就是366

后面一个是B

计算机总线

内部总线是微机内部芯片和处理器之间的，芯片级别的
系统总线是微机中各个插件板和系统板之间的，是插件板级别的，例如PCI、VGA接口
外部总线是微机和外部设备的总线

串联系统和并联系统可靠度计算

校验码

CRC校验码

可以检错，但是不能纠错

模2除法中不是相减，而是做异或

将原始报文补充（多项式位数-1）位0，做模2的除法
得到的余数补充到原始报文后面，形成CRC
检测的时候做模2除法，得到余数为0则表示正确；反之错误

海明校验码

可以检错，也可以纠错
这个例子中，1011有四个信息位置，因此需要4个信息位
那么需要几个校验位呢，就是用（1）中所用的公式，需要3位校验位
校验位的值需要用异或得到

接收到信息之后，会按原来产生校验位的方式再产生校验位
两个校验位异或，得到出错的位置是在哪里

操作系统原理

进程的状态

前趋图

表达事件的前后关系

进程的同步和互斥

互斥的反义词是共享
同步的反义词是异步

同步指停下来等待

PV操作

P申请资源，V释放资源
S相当于资源个数，如果申请了一个资源以后，资源个数成-1了，那么只能让这个进程去等待；
如果S+1以后，相当于释放了一个资源，如果有大于0了，那么就运行进程，反之继续等待

AC
假设收银员要收款，但是没有人，需要等待，所以是b1是P(S1)
对应的，购书者来了，释放资源，V(S1)
付款以后，需要等待收银员操作，扫描、消磁等，所以a2是P(S2)
收银员释放资源，操作完以后，可以让购书者走，所以是V(S2)

将a1、b1调换，a2、b2同时调换也可以，但是不好解释
而如果a1、b1同时为P，那么这个进程就同时在等待资源，卡住了
同时为V可以吗，好像说不通，因为不管是从购书者还是收银员的角度，不可能刚开始都释放资源

PV操作与前趋图

CAA

死锁问题

银行家算法

存储管理——分区存储组织

页式存储 段式存储 段页式存储

页面大小为4K，即页内地址有12位，则页号为5，对应物理块号为6
物理块号又叫做页帧号
访问位为0的才能淘汰
DA

相联存储器，由内容查找

页面淘汰算法

最优算法是理论上的，实际应用中没法应用
一般考FIFO，LRU

抖动是分配了更多的资源，但是效率更低了

如图，用FIFO算法，给了4个内存，但是缺页次数更多了

没有使用快表，表示每次访问需要先查询一下页表，然后再查找相应的内存块；
所以每个块需要访问两次内存
6个块所以需要12次对内存的访问
指令无论占用几个页，都只产生一次缺页中断
数据占用几个页，就产生几次缺页中断
所以是1+2+2=5

索引文件结构

索引结点一般有13个结点，编号0到12；考试不是13个结点，会有说明

CD

树型目录结构

空闲存储空间管理–位示图法

第多少个字是从1开始算，而分配位置是从0开始算

数据传输控制方式

程序控制方式又叫程序查询方式，最为低级的，CPU介入很多，外设很被动，CPU发出指令查询外设有没有传输结束
程序中断方式主动性强一点，外设完成了数据传输发出中断，系统做下一步处理
DMA，直接存取控制方式，有专门的DMA控制器，外设与内存的数据交换用这个控制器监管

虚设备和Spooling技术

核心在于开设了缓冲区，按队列顺序处理，解决速度之间的矛盾差异

微内核操作系统

数据库系统

数据库三级模式两级映射

内模式管理按什么格式存储数据
概念模式是表这个级别，把数据分成若干张表
外模式，对应数据库的视图，灵活的数据控制手段

数据库设计过程说明

ER模型

局部ER图的集成

1:1最少可以转换成两个关系模式，联系可以放在任意一个实体
1:n最少可以转换成两个关系模式，联系可以放在n的那个实体（部门：员工）
m:n最少可以转换为3个关系模式

多个实体间的关系可以转为1个关系模式

关系代数

投影选的是列，选择选的是的行

也可以用这种方式写

连接操作不写条件的时候，称为自然连接，默认按相同的字段做等值

规范化理论

函数依赖

价值与用途

求候选关键字

超键可能存在冗余属性

1A
2ABCD
3B，不能写成AB这种形式，AB表示AB的组合键

范式

范式越高，表拆分越细

主属性是候选键的一部分

这里CREDIT学分这个列可以直接由课程号CNO确定，因此存在部分函数依赖，需要拆分
存在数据冗余，更新异常，插入异常（比如想插入一个新的课，插入不进去，因为没有学号）
删除异常，如果删除了一个学号，可能学分也都被删除了

也要求达到了第二范式

这个图中，没有非主属性，所以肯定是第三范式
但是由于T->J的函数依赖中，T不是候选键，所以不是BC范式

例题

第一个表中只有一个主键，所以没有部分函数依赖，所以CDA

模式分解

并发控制

持久性

S锁是读锁，X锁是写锁

完整性约束

实体完整性约束，主键不能为空不能重复
参照完整性约束，外键的约束
用户自定义完整性，用户可以设置一个变量的要求
是提高数据可靠性的手段

触发器是写脚本来约束数据库，复杂的要求要用触发器完成

数据库安全

审计是用日志记录用户操作

数据备份与恢复

数据仓库与数据挖掘

数据集市是部门级的数据仓库
OLAP是联机处理分析服务器

反规范化技术

空间换时间

大数据技术基本概念

计算机网络

七层模型

中继器是为了延长传输距离，集线器是多端的中继器

局域网工作在下面两层，典型设备是交换机，局域网内部有广播
P和S之间是由路由器连接的，是三层设备，不在一个局域网，因此不能通过

网路技术标准与协议

TCP/IP是一种重量级的协议，效率比较低，传输比较慢
IPX/SPX：局域网的即时战略游戏使用

ICMP：因特网控制协议
ARP：IP地址转MAC地址

DHCP动态IP地址分配
TFTP小文件传输协议
SNMP简单网络管理协议
DNS域名解析

中间三个是文件的共享协议，用两种传输层协议都能实现，SAMBA可以跨平台

169.254.0.0 是window里面的，后面是linux中的
是假地址，不能跟外界通信；可能是DHCP服务器故障，或电脑故障

网络类型与拓扑结构

星型中心结点一般是交换机

网络规划与设计

开放性是遵循通用的协议
先进性指不能用太过失的东西，但也不能用太新的

接入层和核心层只有一个层次
接入层把设备接入进来，最多做一下计费
核心层做高速数据的转发，可靠性要求比较高，所以经常有冗余设计
设计的时候从下往上设计

IP地址与子网划分

前面是网络地址，后面是主机地址
主机号全0代表的是网络的地址，全1的地址是广播地址
A类地址第一位为0
一个A类地址有2^24-2个主机

划分子网的时候不考虑两个特殊的地址，可以分配，也就是2^n>27

主机计算的时候需要考虑两个特殊的地址

C，4个剩余的位置可以划分子网

特殊含义的IP地址

回播地址，本机地址127.0.0.1
中间三个数值的地址是内部地址，不是公网上使用的地址；因为国内绝大部分局域网内没有分配公网IP，都是这些仅由于局域网的IP，对外出口才设置一个公网IP；这是因为国内IP地址严重不足

HTML

无线网

无线个人网还有一个ZIGBEE

网络接入技术

PSTN：传真/POS机
同轴光纤，有线电视

主要用的3G标准是WCDMA，后面两个都用的比较少，国内曾经移动推过TDSCDMA，但是推不动，不成熟
后面发展到4G，第一个LTE可以分为TDD和FDD，TDD是由TDSCDMA发展来的，现在在国内运用很广泛，FDD是由WCDMA发展来的
最后无线的标准其实在3G也有

IPV6

系统安全分析与设计

信息系统安全属性

对称加密与非对称加密

DES有密码本，对应翻译
对称加密速度快下，效率高

非对称加密速度慢，不适合加密大数据量的数据

信息摘要

信息摘要是信息的特征值
如果信息发生变化，摘要会改变
信息摘要是为了信息安全
单向hash函数，是指信息可以形成摘要，而摘要不能返回形成信息
所以信息摘要算法不能应用于加密
现在存在的信息摘要破解其实是有一个数据库，从里面推测信息，而不是真正的还原信息

数字签名

数字签名没有保密功能，只有识别功能
一般是对摘要进行签名，因为简短，适合非对称加密

数字信封与PGP

数字信封了解原理即可

非对称加密其实存在身份不确定的问题
数字证书将个人密钥和信息绑定、类似身份证
现在用的安全机密的体质往往都和数字证书结合起来
有专门的颁发机构CA
数字证书上有颁发机构的签名，可以验证数字证书是不是伪造的

设计邮件机密系统（例题）

大的附件加密用的是对称机密技术
邮件正文用对称加密，但是需要将密钥K用接受方的公钥加密（数字信封）；接收方用私钥解开，得到正文
发送者不可抵赖，需要用数字签名；无法篡改用到完整性技术，信息摘要技术
正文形成摘要，并用接收方的私钥加密；其实就是签名后的摘要
接收方解密得到摘要，将得到的正文形成摘要，经过对比，如果相同说明没有篡改

各个网络层次的安全保障

从第二层开始就是用协议保障安全，所谓协议就是通信时候分包的规则
PPTP、L2TP是隧道协议，在隧道中传输比较安全
防火墙有硬件的也有软件的；
IPSec针对IP包进行加密的协议（一般IP包不用加密），一种是将IP包中的数据加密；一种是将IP包整体加密，附加一个头传输
TLS标准传输层安全协议；SET电子商务的协议
SSL跨越了多个层次

网络威胁与攻击

重放攻击又叫做ARP欺骗攻击
窃听合法手段比如获得了更大的管理权限而获得信息
业务流重点是长期的监听，有分析的成分

防火墙技术

网络级的工作层次低，但是效率高；例如疫情时候的卫生检疫站，只检查来源自哪里，不检查内部的东西
应用级的工作层次高，但是效率低；开箱检查，需要把内部的东西拆出来检查
状态检测例如TCP连接检测

屏蔽子网涵盖了前面两种形式
屏蔽子网很复杂，基本思路是弥补防火墙的缺陷（不能防范内部攻击，防外不防内）
在外网和内网之间做了屏蔽子网区，也叫做隔离区，或者叫做DMZ，非军事区；这个区域既不属于内部也不属于外部；一般放对外提供服务的服务器，例如web、邮件服务器
这样做，有两道防火墙，提高了安全性；内部访问服务器，也需要经过防火墙
但是，纯粹的内部攻击也无法杜绝