計算機系統概述

計算機系統是指用于數據管理的計算機硬件、軟件及網絡組成的系統。
它是按人的要求接收和存儲信息，自動進行數據處理和計算，并輸出結果信息的機器系統。

馮諾依曼體系計算機結構：

1、計算機硬件組成

馮·諾依曼計算機結構將計算機硬件分為五部分。

• 處理器
• 存儲器
• 總線
• 接口
• 外部設備
  但在現實的硬件構成中，控制單元和運算單元被集成為一體，封裝成CPU。
  按照傳輸過程被劃分為總線、接口和外部設備。
  

下面分別介紹

• ①、處理器(CPU) （理解記憶）

控制器:是分析和執行指令的部件。
指令寄存器(IR)
指令譯碼器(ID)
程序計數器(PC)

運算器:負責完成算術、邏輯運算功能。
算術邏輯單元(ALU)
累加寄存器(AC)
通用寄存器組

這里需要記一個知識點 (選擇題可能會考 中級的軟件設計師就考過)

RISC與CISC

為提高指令執行效率，選擇向指令系統中添加更多、更復雜的指令來實現，導致指令集越來越大。這種類型的計算機稱為復雜指令集計算機(CISC)。

對指令數目和尋址方式做精簡，指令的指令周期相同，采用流水線技術，指令并行執行程度更好，這就是精簡指令集計算機
(RISC)。

記住CISC 開頭的C是 complex 復雜的意思 就能記住這兩個縮寫了。

下表為RISC與CISC的區別

	CISC	RISC
指令條數	多	只選取常見的指令
指令復雜度	高	底
指令長度	變化	短、固定
指令執行周期	隨指令變化較大	大多數能在一個機器周期完成
指令格式	復雜	簡單
尋址方式	多	極少
涉及訪問主存指令	多	極少，大部分只有兩條存指令
通用寄存器數量	一般	大量
譯碼方式	微程序控制	硬件電路
對譯碼系統要求	低	高

• ②、存儲器（理解記憶）

RAM:隨機存儲器，可讀/寫，只能暫存數據，斷電后數據丟失。

SRAM:靜態隨機存儲器，在不斷電時信息能夠一直保持，讀寫速度快，生產成本高，多用于容量較小的高速緩沖存儲器。例如CPU的高速緩存。

DRAM:動態隨機存儲器，需要定時刷新以維持信息不丟失，讀寫速度較慢，集成度高，生產成本低，多用于容量較大的主存儲器。例如電腦內存條。

ROM:只讀存儲器，出廠前用掩膜技術寫入，常用于存放BIOS和微程序控制。

EPROM:可擦除的PROM，用某種方法可擦去信息，可寫入多次。

E2PROM:電可擦除EPROM，可以寫入，但速度慢。

閃速存儲器(Flash Memory):其特性介于EPROM與E2PROM之間。但不能進行字節級別的刪除操作。

Disk和磁帶。

存儲器分級體系結構
片上緩存
片外緩存
主存(內存)
外存(輔存)

	CPU寄存器	高速緩存	主存儲器	輔助存儲器
類型	寄存器	Cache	內存	硬盤、U盤
容量	十多KB至幾百KB	一般是幾MB至幾十MB	幾GB至幾十GB	數TB至數PB
速度	極快，納秒級別	非常快，幾納秒至幾十納秒	幾十納秒至幾百納秒	較慢，毫秒級別
價格	非常高	高	一般	便宜

• ③、總線（理解記憶）
  總線(Bus)是指計算機部件間遵循某一特定協議實現數據交換的形式。
  按照總線在計算機中的位置劃分為:
  內總線：用于各類芯片內部互連，也可稱為片上總線(0n-ChipBus)或片內總線。
  系統總線：是指計算機中CPU、主存、I/0 接口的總線。
  外部總線：是計算機板和外部設備之間，或者計算機系統之間互聯的總線，又稱為通信總線。

計算機總線有許多種類，常見的有并行總線和串行總線。
并行總線主要包括PCI、PCIe和ATA(IDE)等。
串行總線主要包括USB、SATA、CAN、RS-232、RS-485、 RapidIO和以太網等。

• ④、接口（了解）
  接口是指同一計算機不同功能層之間的通信規則。
  常見的包括顯示類接口(HDMI、DVI和DVI等)
  音頻輸入輸出類接口(TRS、RCA、XLR等)
  網絡類接口(RJ45、FC等)
  PS/2接口，USB接口，SATA接口，LPT打印接口和RS-232接口等:

• ⑤、外部設備（了解）
  常見的外部設備包括:鍵盤、鼠標、顯示器、掃描儀、攝像頭、麥克風、打印機、光驅、各型網卡和各型存儲卡/盤等。
  在移動和穿戴設備中，常見的包括加速計、GPS、陀螺儀、感光設備和指紋識別設備等。
  在工業控制、航空航天和醫療等領域，包括測溫儀、測速儀軌跡球、各型操作面板、紅外/NFC等感應設備、各種場強測量設備、功率驅動裝置、各型機械臂、各型液壓裝置、油門桿和駕駛桿等。

2、計算機軟件

軟件系統是指在計算機硬件系統上運行的程序、相關的文檔資料和數據的集合。(記憶 可能會考選擇題)
計算機軟件用來擴充計算機系統的功能，提高計算機系統的效率。

計算機軟件分為系統軟件和應用軟件兩大類。

系統軟件包括:操作系統、程序設計語言翻譯系統，中間件、數據庫管理系統和網絡軟件等。

應用軟件是指為某類應用需要或解決某個特定問題而設計的軟件，如圖形圖像處理軟件、財務軟件等。

結構如下：( 自下而上 需要記憶)

• 操作系統介紹
  操作系統是計算機系統的資源管理者，它包含對系統軟、硬件資源實施管理的一組程序，通過 CPU管理、存儲管理、設備管理和文件管理對各種資源進行合理地分配，改善資源的共享和利用程度，最大限度地發揮計算機系統的工作效率，提高計算機系統在單位時間內處理工作的能力。

操作系統特點：
(1)并發性:是指在一段時間內，宏觀上有多個程序同時運行，但實際上在單CPU的運行環境，每一個時刻只有一個程序在執行。
(2)共享性:共享是指操作系統中的資源被多個并發執行的進程共同使用，而不是被一個進程所獨占。
(3)虛擬性:是指把一個物理實體變成邏輯上的多個對應物，或把物理上的多個實體變成邏輯上的一個對應物的技術。
(4)不確定性:是指在多道程序環境中，允許多個進程并發執行但由于資源有限，在多數情況下進程的執行不是一貫到底的，而是“走走停停”。

操作系統的分類
批處理操作系統
分時操作系統
實時操作系統
網絡操作系統
分布式操作系統
微型計算機操作系統
嵌入式操作系統

前趨圖 （考選擇題 ☆☆☆☆☆）
前趨圖是一個有向無循不圖(DAG)，用來描述進程之間執行的前后關系。

前趨圖的兩個元素

• 結點：表示一個程序段或進程，或一條語句
• 有向邊: 表示結點之間的偏序或前序關系
  Pi → Pj ，Pi 是 Pj 的直接前趨，Pj 是 Pi 的直接后繼

圖示：

這個知識點會考個選擇題

例如：
前趨圖(Precedence Graph)是一個有向無環圖，記為:→={ (Pi ， Pj) { Pi must complete before Pj may start}，假設系統中進程P={P1, P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8} , 且進程的前趨圖如上圖所示，那么該前趨圖可記為？

答案：
→={ (P1,P2), (P1,P3), (P1,P4), (P2,P3), (P2,P5), (P3,P4), (P3,P6), (P4,P7), (P5,P6), (P5,P8), (P6,P7), (P7,P8)}

解析： 根據圖片 從小到大按照箭頭順序排列即可 ， 例如P1到P2\P3\P4都有箭頭 就先把P1的列完，再依次列P2的。

數據庫
數據庫(DB)是指長期存儲在計算機內、有組織、統一管理的相關數據的集合
常見的數據庫是關系型數據庫和非關系型數據庫。還可分為關系型數據庫、鍵值(Key-根據數據庫存儲體系分類居庫、文檔數據庫和搜索引擎數據庫等Value)數據庫、列存儲數類型。

例如 Web開發經常使用的Oracle、MySQL、PostgreSQL、SQLServer等 都是關系型數據庫。

文件系統

文件是指具有文件名的邏輯上具有完整意義的相關信息的集合，現代os中通過文件系統來組織和管理計算機中存儲的數據。

• 文件的結構:
  文件的邏輯結構。從用戶觀點出發所觀察到的文件組織形式它又可以分為兩類:
  有結構的記錄式文件(excel文件);
  無結構的流式文件(源程序、視頻文件)。

文件的物理結構。
又稱為文件的存儲結構，是指文件在外存上的存儲組織形式。與存儲介質的存儲性能和采用的外存分配方式有關。

文件的物理結構(外存分配方式): （會考選擇題 ☆☆☆☆☆）

• 連續分配
• 鏈接分配
• 索引分配
  單級索引方式
  多級索引方式
  混合索引方式

例：
某文件系統文件存儲采用文件索引節點法。假設文件索引節點中有8個地址項iaddr[0]~iaddr[7]，每個地址項大小為4字節，其中地址項iaddr[0]~iaddr[4]為直接地址索引，iaddr[5]、iaddr[6]是一級間接地址索引，iaddr[7]是二級間接地址索引，磁盤索引塊和磁盤數據塊大小均為1KB，若要訪問iclsclient.dll文件的邏輯塊號分別為1、518，則系統應分別采用()。
A.直接地址索引、直接地址索引
B.直接地址索引、一級間接地址索引
C.直接地址索引、二級間接地址索引
D.一級間接地址索引、二級間接地址索引

答案： C

解析：
每個地址項大小為4字節 即4B 1KB = 1024B
所以1kB 有256個地址項
由于 磁盤索引塊和磁盤數據塊大小均為1KB
所以如下圖所示 （注意邏輯塊號 是從0開始的）

如上圖所示
1、518 所在的邏輯塊號 分別是 直接地址索引、二級間接地址索引

存儲空間的管理
一般有兩種方式

• 空閑區表
  記錄空閑區序號 第一個空閑塊號 空閑塊的數量 以及狀態

序號	第1個空閑塊號	空閑塊數	狀態
1	10	30	可用
2	20	40	可用
3	30	50	可用

• 位示圖 （常考 ☆☆☆☆☆）
  0表示未分配 1表示已分配
  

中間件
中間件，作為應用軟件與各種操作系統之間使用的標準化編程接口和協議，起承上啟下的作用，使應用軟件的開發相對獨立于計算機硬件和操作系統 ，在不同的系統上運行，實現相同的功能。

常見的中間件：
(1)消息中間件 例如：RabbitMQ、Kafka等

消息中間件:是以消息為載體進行通信的中間件，利用高效可靠的消息機制來實現不同應用間大量的數據交換。
分兩類:消息隊列和消息傳遞。通過這兩種消息模型可以在復雜的網絡環境中高可靠、高效率的實現安全的異步通信。

(2)事務處理(交易)中間件 例如：seata

事務處理(交易)中間件:主要功能是提供聯機事務處理所需要的通信、并發訪問控制、事務控制、資源管理、安全管理、負載平衡、故障恢復等服務。事務式中間件支持大量客戶進程的并發訪問，可靠性高、擴展性強，主要應用于電信、金融、飛機訂票系統大量客戶的領域。 Web應用中經常需要使用事務中間件來處理分布式事務問題。

(3)數據存取管理中間件 例如：MyCat
(4)Web服務器中間件 例如：Tomcat ，Nginx等
(5)安全中間件 例如：Shiro 、SpringSecurity
(6)跨平臺和架構的中間件
(7)專用中間件
(8)網絡中間件

軟件構件
構件又稱為組件，是一個自包容、可復用的一組程序的集合，構件對外提供統一的訪問接口，只能通過接口來訪問構件，不能直接操作構件內部。構件的兩個重要特性是自包容(不依賴其他構件)與可重用。

軟件構件的組裝模型的開發過程

應用軟件

應用軟件是為滿足用戶不同領域、不同問題的應用需求而提供的軟件。按照應用軟件的開發方式和適用范圍，應用軟件可再分成通用應用軟件和定制應用軟件兩大類。

類別	功能	舉例
文字處理軟件	處理文字、排版	Word、WPS
電子表格	設計表格、計算、統計、制表	Excel、WPS
圖形處理軟件	圖像處理、繪圖	AutoCAD、Photoshop
多媒體播放軟件	播放各類媒體文件	PotPlayer、RealPlayer
網絡通信軟件	電子郵件、即時聊天、視頻、直播、會議	Outlook、MSN、Facebook、X、QQ、Instagram
演示軟件	幻燈片演示	PowerPoint、WPS
檢索軟件	檢索信息	Google、百度、ChatGPT
個人信息管理軟件	記事本、通訊錄	NotePad++、記事本
游戲	娛樂	掃雷、撲克、原神、DNF

3、嵌入式系統及軟件

嵌入式系統的組成及特點：
嵌入式系統(Embedded System)是為了特定應用而專門構建且將信息處理過程和物理過程緊密結合為一體的專用計算機系統。它對功能、可靠性、成本、體積、功耗、環境等綜合性能要求嚴格。

嵌入式軟件是指可運行在嵌入式系統中的程序代碼和幫助這些軟件開發所用的工具或環境軟件的總稱。

嵌入式系統的組成
一般嵌入式系統由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統、支撐軟件以及應用軟件組成。
(1)嵌入式處理器
(2)相關支撐硬件
(3)嵌入式操作系統
(4)支撐軟件
(5)應用軟件

嵌入式系統的特點
(1)專用性強。
(2)技術融合。
(3)軟硬一體軟件為主。
(4)比通用計算機資源少。
(5)程序代碼固化在非易失存儲器中。
(6)需專門開發工具和環境。
(7)體積小、價格低、工藝先進、性價比高、配置要求低、實時性強。
(8)安全性和可靠性要求高。

嵌入式系統的分類
根據不同用途可將嵌入式系統劃分為
嵌入式實時系統

• 強實時(Hard Real-Time)系統
• 弱實時(WeakReal-Time)

系統嵌入式非實時系統
從安全性要求，嵌入式系統可分為:

• 安全攸關系統(Safety-Critical或 Life-Critical)
• 非安全攸關系統

包含關系：

嵌入式軟件的組成及特點 （可能會考選擇題 ☆☆☆☆☆）
組成：
嵌入式系統軟件組成架構采用層次化結構，并且具備可配置、可剪裁能力。
從現代嵌入式系統觀看，把嵌入式系統分為硬件層、抽象層、操作系統層、中間件層和應用層。

特點：

• (1)可剪裁性
• (2)可配置性
• (3)強實時性
• (4)安全性
• (5)可靠性
• (6)高確定性

例：
嵌入式實時操作系統與一般操作系統相比具備許多特點，以下不屬于嵌入式實時操作系統特點的是( )。

A.可剪裁性 B.實時性 c.通用性 D.可固化性

答案： C

解析:嵌入式實時操作系統主要有以下特點
(1)微型化
(2)代碼質量高
(3)專業化
(4)實時性強
(5)可裁減、可配置

安全攸關軟件的安全性設計
美國電氣和電子工程協會(IEEE)將安全攸關軟件定義為:“用于一個系統中，可能導致不可接受的風險的軟件

軟件安全等級與目標關系表 舉例
航空器作為一個復雜的系統，對軟件安全性有著非常高的要求，不同的軟件安全等級對飛行安全的影響程度不同

等級	失效狀態	簡要說明	目標數量
A級	災難性的	軟件異常會導致的后果是:航空器無法安全飛行和著陸	66
B級	危害性的	軟件異常會導致的后果是:嚴重降低了航空器或機組在克服不利運行情況時的能力	65
C級	嚴重的	軟件異常會導致的后果是:顯著降低了航空器或機組在克服不利運行情況時的能力	56
D級	不嚴重的	軟件異常會導致的后果是:輕微降低了航空器或機組在克服不利運行情況時的能力	28
E級	沒有影響的	軟件異常會導致的后果是:不會影響航空器或機組任何能力	0

4、計算機網絡

網絡的基本概念
計算機網絡是利用通信線路將地理上分散的、具有獨立功能的計算機系統和通信設備按不同的形式連接起來，并依靠網絡軟件及通信協議實現資源共享和信息傳遞的系統。
計算機網絡技術涵蓋通信技術、網絡技術、組網技術和網絡工程等四個方面。

計算機網絡的功能

• 數據通信:依照一定的通信協議，利用數據傳輸技術在通信結點間傳遞信息的一種通信方式。
• 資源共享:包括硬件資源、軟件資源和數據資源。管理集中化:通過管理信息系統、辦公自動化系統實現日常工作的集中管理。
• 實現分布式處理:通過算法將大型的綜合性問題交給不同的計算機同時進行處理。
• 負載均衡:指工作負荷被均勻地分配給網絡上各臺計算機系統。

網絡相關指標
1)性能指標
(1)速率
網絡速率指的是連接在計算機網絡上的主機或通信設備在數字信道上傳送數據的速率，速率的單位是 b/s。

(2)帶寬
“帶寬”有兩種不同的意義

• 指一個信號具有的頻帶寬度。如，在傳統的通信線路上傳送的電話信號的標準帶寬是 3.1kHz。單位是赫茲。
• 表示網絡通信線路傳送數據的能力，單位時間內從一個結點到另一個結點所能通過的“最高數據率"。此處帶寬單位是 b/s。

(3)吞吐量
表示單位時間內通過某個網絡(或信道、接口)的數據量。吞吐量受網絡的帶寬或網絡額定速率的限制。

(4)時延
時延是指數據(報文、分組)從網絡(鏈路)的一端傳送到另一端所需的時間。網絡中的時延由以下部分組成

• 發送時延:又稱為傳輸時延，指從數據塊的第一個比特開始發送算起，到最后一個比特發送完畢所需的時間
• 傳播時延:電或光信號在傳輸介質傳播一定距離所花費的時間
• 處理時延:檢查分組首部和決定將分組導向何處所需要的時間
• 排隊時延:在隊列中，分組在等待傳輸時，它經受排隊時延

(5)往返時間。
往返時間(RTT)也是一個重要的網絡性能指標，它表示從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認(接受方收到數據后便立即發送確認總共經歷的時間。

(6)利用率
利用率有信道利用率和網絡利用率兩種信道利用率指信道被利用的概率(即有數據通過)，通常以百分數表示。完全空閑的信道利用率是零
網絡利用率是全網絡的信道利用率的加權平均值。

2)非性能指標

• (1)費用
• (2)質量
• (3)標準化
• (4)可靠性
• (5)可擴展性和可升級性
• (6)易管理和維護性

通信技術
計算機網絡是利用通信技術將數據從一個結點傳送到另一結點的。通信技術是計算機網絡的基礎。
信道可分為物理信道和邏輯信道:
物理信道由傳輸介質和設備組成，根據傳輸介質的不同，分為有線信道和無線信道。

邏輯信道是指在數據發送端和接收端之間存在的一條虛擬線路可以是有連接的或無連接的。
邏輯信道以物理信道為載體。

香農公式
（之前大學 學過一門專業課叫 信號與系統 電子信息工程專業的課 里面比這些知識深入的多 目前講的這些基本上全是基本概念）

信道容量就是信道的最大傳輸速率，可通過香農公式計算得到。

C代表信道容量 單位是 b/s
B代表信號帶寬，單位是 Hz
S代表信號平均功率，單位是 W
N代表噪聲平均功率，單位是 W
S/N代表信噪比，單位是 dB(分貝)

例：
設信道帶寬為4000Hz，信噪比為30dB，按照香農定理，信道容量為()。
A. 4Kb/s
B. 1.6Kb/s
C. 40Kb/s
D.120Kb/s

答案： C

解析：
根據香農公式

C=4000xlog2(1+S/N)
其中 信噪比 S/N 和分貝的換算公式為
dB = 10X lg（S/N）
帶入數據 30 = 10 x lg(S/N)
S/N = 1000
帶入香農公式

C = 4000 x log2 (1+1000) 約等于 4000 x 9.97 ( log2 (1+1000) 就是2的多少次方 等于 1001)

C 約等于 40000 b/s 40Kb/s

復用技術和多址技術

• 1)復用技術
  復用技術是指在一條信道上同時傳輸多路數據的技術，如TDM時分復用、FDM 頻分復用和CDM碼分復用等。
  ADSL使用了FDM的技術，語音的上行和下行占用了不同的帶寬。

• 2)多址技術
  多址技術是指在一條線上同時傳輸多個用戶數據的技術，在接收端把多個用戶的數據分離(TDMA時分多址、FDMA頻分多址和CDMA碼分多址)。

網絡技術
網絡通常按照網絡的覆蓋區域和通信介質等特征來分類，分為: （可能會考選擇題 軟件設計師就考過類似題目）

• 局域網(LAN)
• 無線局域網(WLAN)
• 城域網(MAN)
• 廣域網(WAN)
• 移動通信網

1.局域網(LAN)
局域網中常見的傳輸媒介有雙絞線、細同軸電纜、微波、射頻信號和紅外線等。主要特點：

• 距離短
• 速度快
• 高可靠性
• 成本較低
  常見的局域網拓撲結構是 星型 和總線型

網絡拓撲結構示例圖：

以太網技術
以太網(Ethernet)是一種計算機局域網組網技術。IEEE 802.3 標準給出了以太網的技術標準。
以太網是當前應用最普遍的局域網技術

(1)以太網結構
最大幀長為1518字節（最大的數據幀為1500字節），最小幀長為64字節，如果不足則需要加入填充位。
幀頭設有32位用于進行CRC32校驗，參與校驗的是幀頭中除前導字段和幀起始符之外的部分。

以太網幀結構圖

無線局域網(WLAN)
無線局域網是以無線通信為傳輸方式的局域網，是實現移動計算機網絡的關鍵技術之一。
無線局域網以微波、激光與紅外線等無線電波作為傳輸介質，來部分或全部代替傳統局域網中的有線傳輸介質。架設無線局域網
需要無線網卡和訪問接入點AP。
與有線網絡相比，無線局域網具有安裝便捷、使用靈活、經濟節約、易于擴展等優點。

WLAN標準

廣域網(WAN)
廣域網是一種將分布于更廣區域(如一個城市、一個國家甚至國家間) 的計算機設備聯接起來的網絡。由通信子網與資源子網組成。

• 通信子網由通信結點設備和連接這些設備的鏈路組成。
• 資源子網主要指網絡資源設備，如業務服務器、用戶計算機、網絡存儲系統、網絡上運行的各種軟件資源、數據資源等。

廣域網的特點

• 主要提供面向數據通信的服務，支持用戶使用計算機進行遠距離的信息交換。
• 覆蓋范圍廣，通信的距離遠，廣域網沒有固定拓撲結構。
• 由電信部門或公司負責組建、管理和維護，向全社會提供有償服務。

城域網(MAN)
在單個城市范圍內所建立的計算機通信網，覆蓋范圍介于局域網和廣域網之間。
城域網的主要技術是DQDB（分布式隊列雙總線），即IEEE802.6。
DQDB是由雙總線構成的，所有的計算機都連接在上面。

移動通信網
移動通信技術經歷了五個發展時期
第一代移動通信系統是模擬通信，采用的是FDMA（頻分多址）調制技術，其頻譜利用率低；
第二代移動通信系統是數字通信系統，采用的是TDMA（時分多址）的數字調制方式，對系統的容量限制較大；
第三代移動通信技術(3G)則采用了CDMA（碼分多址）數字調制技術，能夠提供大容量、高質量、綜合業務、軟切換的要求；
第四代移動通信技術(4G) 。包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。
第五代移動通信技術(5G)。

第五代移動通信(5G)
5G是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術，是實現人機物互聯的網絡基礎設施。與4G相比，5G可以提供小于1ms的端到端時延，以及99.9999%的可靠性，極大地豐富了網絡應用場景。5G的三大類應用場景：

• 增強移動寬帶(eMBB)，面向移動互聯網流量爆炸式增長，為移動互聯網用戶提供更加極致的應用體驗；

• 超高可靠低時延通信(uRLLC)，面向工業控制、遠程醫療、自動駕駛等對時延和可靠性具有極高要求的垂直行業應用需求；

• 海量機器類通信(mMTC)，面向智慧城市、智能家居、環境監測等以傳感和數據采集為目標的應用需求。

網絡切片
5G 網絡切片可在同一物理網絡基礎設施上劃分為多個邏輯獨立的虛擬網絡。每個網絡切片都是一個隔離的端到端網絡，包含自己獨特的延遲、吞吐量、安全性和帶寬特性，可以靈活應對不同的需求和服務。

例: 5G網絡采用 ( ) 可將5G網絡分割成多張虛擬網絡，每個虛擬網絡的接入，傳輸和核心網是邏輯獨立的，任何一個虛擬網絡發生故障都不會影響到其它虛擬網絡。
A.網絡切片技術
B.邊緣計算技術
C.網絡隔離技術
D.軟件定義網絡技術

答案： A

組網技術

網絡設備及其工作層級
常見的網絡互聯設備有 集線器、中繼器、網橋、交換機、路由器和防火墻。

中繼器(Repeater)

工作在物理層的設備。適用于完全相同的兩類網絡(邏輯鏈路協議相同)的互連，主要功能是通過對數據信號的復制、整形、放大再發送，來擴大網絡傳輸的距離。

集線器(Hub)
具有中繼器的功能，區別在于集線器能夠提供多端口服務，也稱多口中繼器。**集線器也是物理層設備。**集線器不具備交換機所具有的MAC地址表，所以它發送數據時是沒有針對性的，而是采用廣播方式發送。

網橋(Bridge)
網橋也稱橋接器，網橋是數據鏈路層的連接設備，是連接兩個局域網的存儲轉發設備，它不但能擴展網絡的距離或范圍，而且可提高網絡的性能、可靠性和安全性。

交換機(Switch)
也稱多端口網橋，工作在數據鏈路層，能夠識別幀的內容。交換機在同一時刻可進行多對端口之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。

交換原理

• 轉發路徑學習
  根據收到數據幀中的源MAC 地址建立該地址同交換機端口的映射寫入MAC 地址表中。

• 數據轉發
  根據數據幀的目的 MAC 地址在MAC 地址表中查詢到了，就向對應端口進行轉發。

• 數據泛洪
  如果數據幀中的目的 MAC 地址不在 MAC 地址表中，則向所有端口轉發也就是泛洪。廣播幀和組播幀向所有端口(不包括源端口) 進行轉發。

• 鏈路地址更新。MAC 地址表會每隔一定時間(如30s)更新一次。

路由器(Router)
路由器工作在OSI體系結構中的網絡層，它可以在多個網絡上交換和路由數據包。路由器會根據信道的情況自動選擇和設定路由，
以最佳路徑，按前后順序發送信號。路由表包含網絡目的地址、端口、下一跳地址和發送代價等屬性。路由器通常用于廣域網或廣域網與局域網的互連。

路由協議可分為兩類：

• 內部網關協議(IGP)
  RIP-1、RIP-2(路由信息協議) 基于距離矢量算法的路由協議，利用跳數來作為計量標準
  IGRP (內部網關路由協議)距離矢量算法，思科的專有協議
  EIGRP(增強型 IGRP)當拓撲結構變化時才發送路由更新
  IS-IS(中間系統到中間系統)基于鏈路狀態路由協議
  OSPF(開放式最短路徑優先)屬于鏈路狀態路由協議。提出了區域（area）的概念

• 外部網關協議(EGP)目前使用的是BGP協議。

防火墻
是一種位于內部網絡與外部網絡之間的網絡安全系統。它依照特定的規則，實現對進出網絡的數據進行監視和過濾。防火墻不能
阻止內部發起的攻擊。

下面這表要記住 （可能會考選擇題）

設備	工作層	功能
中繼器	物理層	對接收信號進行再生和發送，只起到擴展傳輸距離用，對高層協議是透明的，但使用個數有限(以太網是4個)
網橋	數據鏈路層	根據幀物理地址進行網絡間信息轉發，可緩解網絡通信繁忙度，提高效率。只能夠連接相同 MAC 層的網絡
路由器	網絡層	通過邏輯地址進行網絡間的信息轉發，可完成異構網絡之間的互連互通，只能連接使用相同網絡層協議的子網
網關	高層(4~7)	最復雜的網絡互聯設備，用于連接網絡層上執行不同協議的子網(例如Novell與 SNA)
集線器	物理層	多端口中繼器
二層交換機	數據鏈路層	多端口網橋
三層交換機	網絡層	帶路由功能的二層交換機
多層交換機	高層(4~7)	帶協議轉換的交換機

網絡協議
開放系統互連模型OSI

IMP（Internet Mail Protocol）是一種互聯網上常用的郵件傳輸協議。它定義了電子郵件的傳輸和交換方式，包括發件人和收件人之間的通信規則和數據格式。

IMP協議是基于SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）協議的擴展，SMTP主要用于從郵件客戶端將郵件發送到郵件服務器。而IMP協議則負責將郵件從郵件服務器傳遞到接收方的郵件客戶端。

TCP/IP協議集
TCP/IP協議簇分為應用層、傳輸層、網際層和網絡接口層四層
每一層的一些協議 需要記一下

網絡工程
網絡建設工程可分為網絡規劃、網絡設計和網絡實施三個環節。

• 1.網絡規劃：包括網絡需求分析、可行性分析以及對現有網絡的分析(需對現有網絡進行優化升級時)。
• 2.網絡設計：是在網絡規劃基礎上設計一個能解決用戶問題的方案。網絡設計包括網絡總體目標確定、總體設計原則確定以及通信子網設計，設備選型，網絡安全設計等。
• 3.網絡實施：是依據網絡設計結果進行設備采購、安裝、調試和系統切換(改造升級時)等。網絡實施包括工程實施計劃、網絡設備驗收、設備安裝和調試、系統試運行和切換、用戶培訓等。

5、計算機語言

計算機語言的分類

計算機語言分成

• 機器語言
• 匯編語言
• 高級語言

機器語言
機器語言是用二進制代碼表示的，計算機能直接識別和執行的語言，由操作碼和操作數兩部分組成。

• 優點是可以被計算機直接理解和執行，執行速度快、占用內存少。
• 缺點是難于記憶、編程困難、可讀性差。機器語言是面向機器的可移植性極差。

匯編語言
匯編語言是用助記符來表示各個基本操作的程序設計語言。如用ADD表示加法操作，MOV表示數據傳遞等。

匯編語言大大減少了程序編寫、閱讀、修改方面的工作量，但匯編語言也是一種面向機器的語言，計算機不能直接執行，通用性
和可移植性差，必須經過匯編程序翻譯成機器語言程序后才能在計算機上執行，需要程序員對計算機內部結構非常了解。

高級語言
高級語言是一種用接近自然語言和數學語言的語法、符號描述基本操作的程序設計語言。簡單易學、編程效率高、可移植性好。
但需用專門的翻譯程序將其轉換成機器語言程序后才能執行。

高級語言種類繁多，風格迥異，各有所長。常見的高級語言有C、C++、Visual Basic、Java、JSP、PHP、C#、Python、Ruby等。
(筆者就是Java程序員 主要做Web應用的開發 和一些項目管理、架構設計工作)

建模語言
UML (統一建模語言)是一個支持模型化和軟件系統開發的圖形化語言，UML是面向對象設計的建模工具，獨立于任何具體程序設
計語言。它不僅支持面向對象的分析與設計，還支持從需求分析開始的軟件開發的全過程。
UML 成為"標準"建模語言的原因之一在于與程序設計語言無關

UML 組成要素
UML由3個要素構成:

• 基本構造塊(事物、關系)
• 運用于整個語言的公用機制
• 圖(支配基本構造塊如何放置的規則)

下面展開講解：
事物
UML 中有 4 種事物：結構事物、行為事物、分組事物和注釋事物。

• ① 結構事物
  結構事物是UML 模型中的名詞。它們通常是模型的靜態部分，描述概念或物理元素。

結構事物包括類(Class)、接口(Interface)、協作 (Collaboration)、用例(UseCase)、主動類(Active Class)、構件(Component)、制品 (Artifact)和結點(Node)。

下面的圖形表示 要牢記

• ② 行為事物
  行為事物是 UML模型的動態部分。它們是模型中的動詞，描述了跨越時間和空間的行為。行為事物包括交互(Interaction)、狀態機(State Machine)和活動(Activity)。

行為事務圖示如下：

• ③分組事物
  分組事物是 UML 模型的組織部分，UML中的容器，用來組織模型，使模型更加的結構化。可以把它看作一個一個的盒子，每個盒子里面的對象關系相對復雜，而盒子與盒子之間的關系相對簡單。

最主要的分組事物是包 (Package)。包是把元素組織成組的機制，這種機制具有多種用途。結構事物、行為事物甚至其他分組事物都可以放進包內。

圖示：

• ④注釋事物
  注釋事物是UML 模型的解釋部分。這些注釋事物用來描述、說明和標注模型的任何元素。
  注解 (Note) 是一種主要的注釋事物。注解是一個依附于一個元素或者一組元素之上，對它進行約束或解釋的簡單符號。

圖示：

關系
UML 中有4 種關系：依賴、關聯、泛化和實現。

• 依賴是兩個事物間的語義關系，其中一個事物(獨立事物) 發生變化會影響另一個事物(依賴事物)的語義。

• 關聯是一種結構關系，它描述了一組鏈，鏈是對象之間的連接。關聯提供了不同類之間的對象可以相互作用的連接。

關聯關系又包括兩種特殊的關系：聚合關系和組合關系 （容易考選擇題 ☆☆☆☆☆）。
? 聚合關系是關聯關系的一種特例，是強的關聯關系。
聚合表示類之間的關系是整體與部分的關系，但整體與部分之間是可分離的，他們具有各自的生命周期。
使用 表示聚合關系，空心菱形指向的是代表“整體”的類。

? 組合關系也是關聯關系的一種特例，這種關系比聚合更強，也稱為強聚合；他同樣體現整體與部分間的關系，但此時整體與
部分是不可分的，整體的生命周期結束也就意味著部分的生命周期結束。使用帶有實心菱形的實線 表示組合關系。

• 泛化
  是一種特殊 /一般關系，即OO( object-oriented 面向對象)語言中，類之間的繼承關系。
  特殊元素 (子元素)的對象可替代一般元素 (父元素)的對象。用這種方法，子元素共享了父元素的結構和行為。泛化關系畫成
  一條帶有空心箭頭的實線，它指向父元素。
  

• 實現
  是類元之間的語義關系，其中一個類元指定了由另一個類元保證執行的契約。兩種情況下會使用實現關系：一種是在接
  口和實現它們的類或構件之間；另一種是在用例和實現它們的協作之間。
  

UML中的圖
UML 2.0 提供了13 種圖
分別是
用例圖、類圖、對象圖、序列圖、通信圖、狀態圖、活動圖、構件圖、部署圖、組合結構圖、包圖、交互概覽圖和計時圖。

• (1)用例圖（use case diagram）
  描述一組用例、參與者（一種特殊的類）及它們之間的關系
  

用例之間的關系 (記憶 可能會考選擇題 ☆☆☆☆☆)
1)包含（include） （是一種依賴關系，加了版型<<include>>）
- 兩個以上用例有共同功能，可分解到單獨用例形成包含依賴；

• 箭頭方向由基本用例指向被包含用例；
• 執行基本用例時，每次都必須調用被包含的用例（比如：催單之前先查詢訂單）；
• 被包含用例也可以單獨執行；
  

2)擴展（extend） （是一種依賴關系，加了版型<<extend>>）
如果一個用例明顯地混合了兩種或兩種以上的不同場景，即根據情況可能發生多種事情，則可以斷定將這個用例分為一個主用例和一個或多個輔用例進行描述可能更加清晰。

(2)類圖（class diagram）
描述一組類、接口、協作和它們之間的關系。類圖給出了系統的靜態設計視圖

(3)順序圖（sequence diagram）
是一種交互圖（interaction diagram），交互圖展現了一種交互，它由一組對象或角色以及它們之間可能發送的消息構成。
交互圖專注于系統的動態視圖。順序圖是強調消息的時間次序的交互圖。

(4)協作圖（通信圖，UML2.0后的名稱）
是一種交互圖，強調的是發送和接收消息的對象之間的組織結構。一個協作圖顯示了一系列的對象和在這些對象之間的聯系以及對象間發送和接收的消息。

(5)活動圖（activity diagram）
將進程或其他計算的結構展示為計算內部一步步的控制流和數據流。活動圖專注于系統的動態視圖。

下圖是Java線程池的執行動態圖

(6)狀態圖（state chart diagram）
它由狀態、轉移、事件和活動組成。狀態圖給出了對象的動態視圖


(7)構件圖（component diagram）
描述一個封裝的類和它的接口、端口，以及由內嵌的構件和連接、件構成的內部結構。
構件圖用于表示系統的靜態設計實現視圖。


上圖來源博客

(8)部署圖（deployment diagram）
用來顯示系統中軟件和硬件的物理架構。從部署圖中，可以了解到軟件和硬件組件之間的物理關系以及處理節點的組件分布情況。

例：
UML(Unified Modeling Language)是面向對象設計的建模工具，獨立于任何具體程序設計語言，以下( )不屬于UML中的模型。
A.用例圖
B.協作圖
C.活動圖
D. PAD圖

答案： D

解析：

PAD 圖（Process Activitiy Diagram，流程活動圖）不屬于常見的 UML 模型之一

其他選項 A. 用例圖，B. 協作圖和 C. 活動圖都是 UML 中常見的建模圖表，用于描述系統的不同方面和交互。

用例圖（Use Case Diagram）用于表示系統的功能需求和與外部參與者的交互。

協作圖（Collaboration Diagram，也稱為通信圖）用于顯示對象之間的交互和消息傳遞。

活動圖（Activity Diagram）用于顯示系統中的操作、流程和活動。

用例視圖 （UML是用例驅動的）
描述系統的功能需求

• 邏輯視圖
  表示系統的概念設計和子系統結構
• 進程視圖（并發視圖）
  系統中并發執行和同步的情況
• 實現視圖
  系統構件、代碼的組成結構
• 部署視圖
  系統硬件節點的物理結構
  

6、多媒體

多媒體概述
媒體是承載信息的載體，即信息的表現形式。如文字、聲音、圖像、動畫、視頻等。
媒體分為感覺媒體、表示媒體、表現媒體、存儲媒體和傳輸媒體。（可能會考選擇題 記憶 軟件設計師考過選擇題）

• (1)感覺媒體：指用戶接觸信息的感覺形式，直接作用于人的感官，產生感覺(視、聽、嗅、味、觸覺)的媒體，如視覺、聽覺、觸覺。
• (2)表示媒體：是指信息的表示形式。如圖像、聲音、視頻等。感覺媒體轉換成表示媒體后，能夠在計算機上進行加工處理和傳輸。
• (3)表現媒體：也稱為顯示媒體，是表現和獲取信息的物理設備。如鍵盤、鼠標、掃描儀、話筒、數碼相機、攝像機為輸入表現媒體，顯 器、打印機、音箱、投影儀為輸出表現媒體。
• (4)存儲媒體：指用于存儲表示媒體的物理介質。如硬盤、軟盤、光盤、ROM及RAM等。
• (5)傳輸媒體：是指傳輸表示媒體（即數據編碼）的物理介質。如電纜、光纜、電磁波等。

多媒體系統的關鍵技術
1.視音頻技術

1)視音頻編碼
編解碼器指的是能夠對一個信號或者一個數據流進行變換的設備或者程序。視音頻編碼的目的是對視音頻數據進行傳輸和存儲。
常見的視頻文件格式 .mpg、.avi、.mov、.mp4、.rm、.ogg和.tta等

2)視音頻壓縮方法
視音頻壓縮方法可分為

• 無損壓縮：解壓縮后的數據和壓縮前完全一致。多數無損壓縮都采用RLE 行程編碼算法。常見的格式有 WAV、PCM、TTA、
  FLAC、AU、APE、TAK 和 WavPack (WV) 等;

• 有損壓縮：解壓縮后的數據與壓縮前的數據不一致，壓縮過程中要丟失一些人眼和耳不敏感的圖像或音頻信息，這些丟失的信息是不可恢復的。常見的格式有 MP3、WMA、Ogg Vorbis(OGG)等。

2.數據壓縮技術
數據壓縮分為以下 3 類：

• (1)即時壓縮和非即時壓縮。即時/非即時壓縮的區別在于信息在傳輸過程中被壓縮還是信息壓縮后再傳輸。即時壓縮一般應用在影像、聲音數據的傳送中。即時壓縮常用到專門的硬件設備，如壓縮卡等。

即時壓縮是在數據生成或傳輸過程中立即進行壓縮操作。
即時壓縮通常通過在數據生成的同時或數據傳輸的過程中，對數據進行壓縮處理。
即時壓縮可以實時減小數據的體積，有助于提高數據傳輸的效率和減少存儲空間的占用。
即時壓縮的缺點是可能會增加數據生成或傳輸的延遲，因為需要在數據產生或傳輸過程中處理壓縮操作。

非即時壓縮是在數據生成或傳輸之后，或者在數據存儲之前，對數據進行批量壓縮操作。
非即時壓縮通常是在數據生成或傳輸完成后，通過調用壓縮算法對數據進行壓縮處理。
非即時壓縮可以在合適的時間點進行壓縮操作，例如在數據的空閑時間段進行批量壓縮。
非即時壓縮的優點是不會增加數據生成或傳輸的延遲，因為壓縮操作是在數據的處理或存儲過程之外進行的。

• (2)數據壓縮和文件壓縮。數據壓縮是專指一些具有時間性的數據，這些數據常常是即時采集、即時處理或傳輸的。而文件壓縮是指對將要保存在磁盤等物理介質的數據進行壓縮。
• (3)無損壓縮與有損壓縮。

3.虛擬現實(VR)/增強現實(AR)技術
虛擬現實 (VR) 又稱人工現實、臨境等，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，使用戶沉浸到該環境中讓人有種身臨其境的感覺。

其概念包含 3 層含義：

• 虛擬實體是用計算機生成的一個逼真的實體。
• 用戶可以通過人的自然技能(頭部轉動、眼動、手勢或其他身體動作) 與該環境交互。
• 要借助一些三維傳感設備來完成交互動作，常用的有頭盔立體顯示器、數據手套、數據服裝和三維鼠標等。

增強現實(AR)技術是指把原本在現實世界的一定時間和空間范圍內很難體驗到的實體信息(視覺信息、聲音、味道和觸覺等)，通過模擬仿真后，再疊加到現實世界中被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。增強現實的出現與計算機圖形圖像技術、空間定位技術和人文智能等技術的發展密切相關。

VR/AR 技術主要分為桌面式、分布式、沉浸式和增強式4種。

名稱	定義	特點
桌面式 VR	利用計算機形成三維交互場景，通過鼠標、力矩球等輸入設備交互，由屏幕呈現出虛擬環境	易實現、應用廣泛、成本較低，但因會受到環境干擾而缺乏體驗感
分布式 VR	將 VR與網絡技術相融合，在同一VR環境下，多用戶之間可以相互共享任何信息	忽略地域限制因素，共享度高，同時研發成本極高，適合專業領域
沉浸式 VR	借助各類型輸入設備與輸出設備，給予用戶一個可完全沉浸，全身心參與的環境	良好的實時交互性和體驗感，但對硬件配置、混合技術要求較高，開發成本高
增強式 VR(AR)	將虛擬現實模擬仿真的世界與現實世界疊加到一起，用戶無須脫離真實世界即可提高感知	體驗更完美，但對混合技術要求更高，開發成本高，起步晚

7、系統工程

系統工程概述
系統工程是為了最好地實現系統的目的，對系統的組成要素、組織結構、信息流、控制機構等進行分析研究的科學方法。它運用各種組織管理技術，使系統的整體與局部之間的關系協調和相互配合，實現總體的最優運行。(實現系統最優化管理工程技術)錢學森教授在1978年指出："系統工程"是組織管理"系統"的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有"系統"都具有普遍意義的科學方法。

系統工程方法
系統工程方法的特點:整體性、綜合性、協調性、科學性和實踐性。

常見的系統工程方法：

• 霍爾的三維結構
• 切克蘭德方法
• 并行工程方法
• 綜合集成法
• WSR系統方法

霍爾的三維結構
霍爾三維結構是指時間維、邏輯維和知識維。

• 時間維表示系統工程活動從開始到結束按時間順序排列的全過程，分為規劃、擬訂方案、研制、生產、安裝、運行、更新7個時間階段。

• 邏輯維是指時間維的每個階段內要進行的工作內容和應該遵循的思維程序，包括明確問題、確定目標、系統綜合、系統分析、優化、決策、實施7個邏輯步驟。

• 知識維需要運用包括工程、醫學、建筑、商業、法律、管理、社會科學、藝術等各種知識和技能。
  

切克蘭德方法
P.切克蘭德把霍爾方法論稱為"硬科學"方法論，他自己的方法論
稱為"軟科學"方法論。切克蘭德方法將工作過程分為 7 個步驟：

• 認識問題
• 根底定義
• 建立概念模型
• 比較及探尋
• 選擇
• 設計與實施
• 評估與反饋

并行工程方法
并行工程是對產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）進行并行、集成化處理的系統方法和綜合技術。它要求產品開發人員從設計開始就考慮產品生命周期的全過程，不僅要考慮產品的各項性能，如質量、成本和用戶要求，還應考慮與產品有關的各工藝過程的質量及服務的質量。

具體做法：在產品開發初期，組織多種職能協同工作的項目組，使有關人員從一開始就獲得對新產品需求的要求和信息，積極研究涉及本部門的工作業務，并將相應的要求提供給設計人員，使許多問題在開發早期就得到解決，從而保證了設計的質量，避免了大量的返工浪費。

綜合集成法
1990年初，錢學森等首次把處理開放的復雜巨系統的方法命名為從定性到定量的綜合集成法。綜合集成是從整體上考慮并解決問題的方法論。根據組成子系統及子系統種類的多少和它們之間關聯關系的復雜程度，把系統分為簡單系統和巨系統兩大類。

(1) 如果組成系統的子系統數量比較少，它們之間的關系比較單純的系統稱為簡單系統，如一臺測量儀器。

(2)如果子系統數量非常巨大(如成千上萬)，則稱作巨系統。

(3)如巨系統中子系統種類不太多 (幾種、幾十種)，且它們之間的關聯關系又比較簡單，就稱作簡單巨系統，如激光系統。

(4)如果子系統種類很多并有層次結構，它們之間的關聯關系又很復雜，這就是復雜巨系統。如果這個系統又是開放的，就稱作開放的復雜巨系統。

WSR系統方法
WSR 是物理 (Wuli)、事理 (Shili)、人理(Renli) 方法論的簡稱，它既是一種方法論，又是一種解決復雜問題的工具。WSR 是物理、事理和人理三者如何巧妙配置、有效利用以解決問題的一種系統方法論。“懂物理、明事理、通人理”就是 WSR 方法論的實踐準則

WSR 方法論工作過程包括七步：理解意圖、制定目標、調查分析、構造策略、選擇方案、協調關系和實現構想。

這些步驟不一定嚴格依照順序，協調關系始終貫穿于整個過程。

系統工程的生命周期
1.生命周期階段

• 1)探索性研究階段
• 2)概念階段
• 3)開發階段
• 4)生產階段
• 5)使用階段
• 6)保障階段
• 7)退役階段

2.生命周期方法

• 1)計劃驅動方法
• 2)漸進迭代式開發
• 3)精益開發
• 4)敏捷開發

1)計劃驅動方法
計劃驅動方法提供一種基礎的框架，為生命周期流程(需求、設計、構建、測試、部署)提供規程。計劃驅動方法的特征在于整個過程始終遵守規定流程的系統化方法。特別關注文檔的完整性、需求的可追溯性以及每種表示的事后驗證。

2)漸進迭代式開發
漸進迭代式開發(IID)方法允許為項目提供初始能力，隨之提供連續交付以達到期望的系統。目標在于快速產生價值并提供快速響應能力。
當需求不清晰不確定或者客戶希望在系統中引入新技術時，可使用 IID 方法。基于一系列最初的假設，開發候選的系統，然后對其評估以確定是否滿足用戶需求。若不滿足，則啟另一輪演進，并重復該流程，直到交付的系統滿足利益攸關者的要求。IID 方法適用于較小的、不太復雜的系統。

3)精益開發
精益開發的目標是通過徹底消除生產線上的浪費、不一致性及不合理需求，高效率地生產出優質產品精益思想是一個動態的、知識驅動的、以客戶為中心的過程，通過這一過程使特定企業的所有人員以創造價值為目標不斷地消除浪費。

4)敏捷開發
敏捷聯盟致力于開發迭代和敏捷的方法，尋求更快、更好的軟件開發方法，挑戰更多的傳統模型。敏捷的關鍵目標在于靈活性，當風險可接受時允許從序列中排除選定的事件。

8、系統性能

系統性能是一個系統提供給用戶的所有性能指標的集合。它既包括硬件性能(如處理器主頻、存儲器容量、通信帶寬等) 和軟件性能(如上下文切換、延遲、執行時間等)，也包括部件性能指標和綜合性能指標。系統性能包含性能指標、性能計算、性能設計和性能評估四方面。

性能指標

1.計算機的性能指標
評價計算機的主要性能指標有時鐘頻率(主頻)、運算速度、運算精度、內存的存儲容量、存儲器的存取周期、數據處理速率(PDR)、吞吐率、各種響應時間、各種利用率、RASIS特性(即可靠性(Reliability)、可用性(Availability)、可維護性(Serviceability)、完整性(Integrity)和安全性(Security))、平均故障響應時間、兼容性、可擴性和性能價格比。

2.路由器的性能指標
路由器的主要性能指標有設備吞吐量、端口吞吐量、全雙工線速轉發能力、背靠背幀數、路由表能力、背板能力、丟包率、時延、時延抖動、VPN 支持能力、內部時鐘精度、隊列管理機制、端口硬件隊列數、分類業務帶寬保證、RSVP、IP DiffServ、CAR 支持、冗余、熱插拔組件、路由器冗余協議、網管、基于 Web 的管理、網管類型、帶外網管支持、網管粒度、計費能力/協議、分組語音支持方式、協議支持、語音壓縮能力、端口密度、信令支持。

3.交換機的性能指標
交換機性能指標有交換機類型、配置、支持的網絡類型、最大ATM 端口數、最大SONET 端口數、最大FDDI端口數、背板吞吐量、緩沖區大小、最大 MAC 地址表大小、最大電源數、支持協議和標準、最大VLAN 數量、網管、支持網管類型、支持端口鏡像、QoS、支持基于策略的第2層交換、每端口最大優先級隊列數、支持基于策略的第3 層交換、支持基于策略的應用級 QOS、支持最小最大帶寬分配、冗余、熱交換組件(管理卡、交換結構、接口模塊、電源、冷卻系統)、支持端口鏈路聚集協議、負載均衡。

4.網絡的性能指標
網絡的性能指標有設備級性能指標、網絡級性能指標、應用級性能指標、用戶級性能指標和吞吐量。

5.操作系統的性能指標
操作系統的性能指標有系統上下文切換、系統響應時間、系統的吞吐率(量)、系統資源利用率、可靠性和可移植性。

6.數據庫管理系統的性能指標
衡量數據庫管理系統的主要性能指標包括數據庫本身和管理系統兩部分，包括數據庫的大小、數據庫中表的數量、單個表的大小、表中允許的記錄(行)數量、單個記錄(行)的大小、表上所允許的索引數量、數據庫所允許的索引數量、最大并發事務處理能力、負載均衡能力、最大連接數等。

7.Web 服務器的性能指標
Web 服務器的主要性能指標有最大并發連接數、響應延遲和吞吐量。

性能計算

1.性能指標計算的主要方法：

• 定義法：根據其定義直接獲取其理想數據。
• 公式法：適用于根據基本定義所衍生出的復合性能指標的計算。
• 程序檢測法：通過程序進行實際的測試來得到其實際值（由于測試的環境和條件不定，其結果也可能相差比較大）。
• 儀器檢測法：通過硬件儀器進行測試得到其實際值。

2.常用的性能指標計算方法：

(1)MIPS計算方法
MIPS 即 每秒處理的百萬級的指令數。

• Fz 為處理器的工作主頻
• CPI為每條指令所需的平均時鐘周期數
• IPC為每個時鐘周期平均執行的指令條數

(2)峰值計算
衡量計算機性能的一個重要指標就是計算峰值或者計算浮點峰值，它是指計算機每秒鐘能完成的浮點計算最大次數。包括理論浮點峰值和實測浮點峰值。理論浮點峰值是該計算機理論上能達到的每秒鐘能完成浮點計算最大次數，它主要是由 CPU 的主頻決定。理論浮點峰值 = CPU 主頻 * CPU 每個時鐘周期執行浮點運算的次數 * 系統中 CPU 數。

(3)等效指令速度法
也稱 Gibson (吉普森)法。通過統計各類指令在程序中所占比例進行折算。設某類指令i 在程序中所占比例為 wi，執行時間為 ti，則等效指令的執行時間為:T=w1 × t1 + w2×t2 + …+ wn × tn (n 為指令種類數)

性能設計

1.性能調整
為了優化系統的性能，有時需要對系統進行調整，這種調整也稱為性能調整，它是性能管理相關的主要活動。性能調整是一項循環進行的工作，包括收集、分析、配置和測試四個反復的步驟。

2.阿姆達爾解決方案
系統中對某部件采用某種更快的執行方式，所獲得的系統性能的改變程度，取決于這種方式被使用的頻率，或所占總執行時間的比例。
阿姆達爾定律定義了采用特定部件所取得的加速比。

原來的機器使用了增強功能后，執行時間等于未改進部分的執行時間加上改進部分的執行時間：

總加速比等于兩種執行時間之比：

例如，假如一個任務，浮點操作占整個操作時間的40%。現有一個新的設計，其浮點操作部分被加速了K倍，則總加速比為：

性能評估
性能評估是為了一個目的，按照一定的步驟，選用一定的度量項目，通過建模和實驗，對個系統的性能進行各項檢測，對測試結果做出解釋，并形成一份文檔的技術。性能評估的一個目的是為性能的優化提供參考。

1.基準測試程序
為測試新系統的性能，用戶必須依靠評價程序來評價機器的性能。下面的4 種評價程序，它們評測的準確程度依次遞減：真實的程
序、核心程序、小型基準程序和合成基準程序。把應用程序中用得最多、最頻繁的那部分核心程序作為評價計算機性能的標準程序，稱為基準測試程序(benchmark)。基準測試程序有整數測試程序、浮點測試程序、Whetstone 基準測試程序、SPEC 基準測試程序和TPC 基準程序。

2.Web服務器的性能評估
在 Web 服務器的測試中，反映其性能的指標主要有：最大并發連接數、響應延遲和吞吐量等。常見的 Web 服務器性能評測方法有基準性能測試、壓力測試和可靠性測試。

例：在Web服務器的測試中，反映其性能的指標不包括( )，常見的 Web服務器性能評測方法有基準性能測試、壓力測試和( )。
A.鏈接正確跳轉 B.最大并發連接數 C.響應延遲 D.吞吐量
A.功能測試 B.黑盒測試 C.白盒測試 D.可靠性測試

答案： A 、 D

3.系統監視
系統監視的方法：

• 通過系統本身提供的命令，如UNIX/Linux 中的W、ps、last，Windows 中的 netstat 等。
• 通過系統記錄文件，查閱系統在特定時間的運行狀態。
• 集成命令、文件記錄和可視化技術，如Windows 的 Perfmon應用程序。

例：進行系統監視三種形式，一是通過（ ）如PS，last；二是通過系統記錄文件查閱系統運行狀態；三是集成命令、文件記錄和可視化技術、監視器圖，如（ ）。
A.系統命令 B.系統調用 C.系統接口 D.系統功能
A.Windows netstat B.Linux iptables C. Windows perfmon D.Linux top

答案：A 、 C