第二章计算机系统基础知识

2.1计算机系统概述

计算机系统是指用于数据管理的计算机硬件、软件及网络组成的系统
计算机系统
- 硬件
  - 中央处理器
  - 存储器
  - 输入设备
  - 输出设备
- 软件
  - 系统软件
  - 应用软件

2.2 计算机硬件

2.2.1 计算机硬件组成

冯·诺依曼结构计算机
- 运算器
- 控制器
- 存储器
- 输入设备
- 输出设备
现实条件下的计算机硬件的构成
- 处理器（控制单元和运算单元为一体）
- 存储器
- 总线（输入输出设备集成为一体，按传输过程划分为总线、接口和外部设备）
- 接口
- 外部设备

2.2.2处理器

处理器作为计算机系统运行算和控制的核心部件，位宽由4位处理器发展到64位处理器
处理器再能力构成上从仅具有运算和控制功能发展到集成多级缓存、多种通信总线和接口
处理器在内核上从单核处理器发展为多核、异构多核和众核处理器
主要分复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）（主要，如下图2-3）

2.2.3 存储器

存储器是利用半导体、磁、光等介质制成用于存储数据的电子设备
- 存储器的硬件构成
  - SRAM
  - DRAM
  - NVRAM
  - Flash
  - EPROM
  - Disk
存储器按物理距离的分层体系结构
- 片上缓存
  - 在处理器核心中直接集成的缓存，一般为SRAM结构，容量小（16~512kb）,分为一级或二级
- 片外缓存
  - 在处理器核心外的缓存，SRAM结构，容量较大（256kb~4mb）,按照层级称为L2cache或L3cache，或者称为平台
- 主存（内存）
  - 通常采用DRAM结构（依赖不断充电维持其中的输出），以独立的部件/芯片存在，通过总线与处理器连接，容量为数百MB到数十GB之间
- 外存
  - 可以是磁带，光盘，磁盘，和改革中flash等介质器件，访问速度慢，但容量大，掉电后能保持数据（有年限，Flash外村能保存10年左右，光盘能数年到数十年，磁盘10年以上，磁带30年以上）

2.2.4 总线

总线是指计算机部件间遵循某一特定协议实现数据交换的形式，即以一种特定格式按照规定的控制逻辑实现部件间的数据传输
按照计算机所处位置的划分
- 内总线
  - 内总线用于各类芯片内部了互连，也称片上总线或片内总线
- 系统总线
  - 系统总线指计算机中cpu，主存，i/o接口的总线，也称局部总线
- 外部总线
  - 外部总线是计算机板与外部设备之间或者计算机系统之间互联的总线，也称通信总线
总线之间通过桥实现连接，是特殊的外设，主要实现总线协议之间的转换
总线的性能指标
- 总线带宽
- 总线服务质量Qos
- 总线延时
- 总线抖动
总线总类
- 并行总线
- 串行总线

2.2.5 接口

接口是指同一计算机不同功能之间的通信规则。一个总线可能存在多中接口，如PCIE总线具有多种形态的接口实现连接
接口类型
- 显示类接口（HDMI，DVI，DP等）
- 音频输入类接口（TRS，RCA，XLR等）
- 网络类接口
- PS/2接口
- usb接口
- SATA接口
- LPT打印接口
- RS-232接口等

2.2.6 外部设备

外部设备也称为外欸设备，是计算机的非必要设备。
常见的外部设备包括：鼠标、键盘、显示器、麦克风等

2.3 计算机软件

计算机软件含义
- 计算机软件是指计算机系统中的程序及其文档，是计算任务的处理对象和处理规则的描述
- 任何以计算机为处理工具的任务都是计算任务
- 处理对象是数据或者信息
- 处理规则一般是指处理的动作和步骤
- 文档是为了便于了解程序所需的阐述性资料

2.3.1 计算机软件的概述

软件系统是指在计算机硬件系统上运行的程序、相关的文档资料和数据的集合。
作用是来扩充计算机系统的功能，提交及玄机系统的效率
分类：
- 系统软件
  - 系统软件是整个计算机系统配置的不依赖特定引用领域的通用软件，对计算机系统的硬件和软件资源进行控制和管理，并为用户使用和其他应用软件的运行提供服务。
    - 操作系统
    - 程序设计语言翻译系统
    - 数据库管理系统
    - 网络软件
- 应用软件
  - 应用软件是指为某类应用需要或解决缪个特定问题而设计的软件（如图形处理软件，财务软件，游戏软件等）
    - 专用的应用软件
    - 通用的应用软件

2.3.2 操作系统

操作系统是计算机系统资源管理者，它包含对系统软件、硬件资源实施管理的一组程序，首要作用是通过CPU管理，存储管理，设备管理和文件管理对各种资源进行合理地分配，改善资源的共享和利用程度，最大限度地发挥计算机系统的工作效率，提高计算机系统在单位时间内处理工作的能力
1.操作系统的组成
- 操作系统是一种大型、复杂的软件产品，它们通常由操作系统内核和其他许多附件的配套软件所组成，
  - 包括图形用户界面程序
  - 常用的应用程序（如日历、计算器、资源管理器和网络浏览器等）
  - 实用程序（任务管理器、磁盘清理程序、杀毒软件和防火墙等）
  - 以及为支持应用软件开发和运行的各种软件构件（应用框架、编译器和程序库等）
- 操作系统内核指的是能提供进程管理（任务管理）、存储管理、文件管理和设备管理等功能的软件模块，是操作系统中的最基本的部分。用于为众多应用程序访问计算机硬件提供服务
- 内核通常都驻留在内存中，它以cpu的最高优先级运行，能执行指令系统中的特权指令，具有直接访问各种外设和全部主存空间的特权，负责对系统资源进行管理和分配
2.操作系统的作用
- 1.管理计算机中运行的程序和分配各种软硬件资源
- 为用户提供友善的恩济界面
- 为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台
3.操作系统的特征
- 并发性
  - 并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序同事运行，但实在单cpu运行环境线，每一个事件只有一个程序在运行
- 共享性
  - 共享是指操作系统中的资源（包括硬件资源和信息资源）可以呗多个并发执行的进程（线程）共同适用，而不是被一个进程独占
- 虚拟性
  - 虚拟性是指操作系统中的一种管理技术，它是把物理上的一个实体变为逻辑上的多个对应物，或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物的技术
- 不确定性
  - 由于多道程序环境中，允许多个进程并发执行，但由于资源有限，在多数情况下进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停的。
4.操作系统的分类
- 批处理操作系统
  - 单道批处理系统
    - 是一种早期的操作系统，用于可以向系统提交多个作业，但一次只有一个作业装入内存执行。
      - 作业由用户程序、数据和作业说明书组成
  - 多道批处理系统
    - 多道平处理操作系统允许多个作业装入内存执行，在任意一个时刻，作业都处于开始点和终止点之间。
    - 特点：多道、宏观上并行运行，微观上串行运行
- 分时操作系统
  - 分时操作系统是将cpu的工作事件划分为许多很短的时间片，轮流为各个终端的用户服务
  - 特点：多路性、独立性、交互性和及时性
- 实时操作系统
  - 实时是指计算机对于外来信息能够足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的事件范围内做出快速反映
  - 实时控制系统
    - 用户生成过程的自动控制（数据自动采集，武器控制和飞机自动驾驶等）
  - 实时信息处理系统
    - 用于实时信息处理，如飞机订票系统，情报检索系统
- 网络操作系统
  - 网络操作系统是使联网计算机能方便而有效地功效网络资源，为网络用户提供各种服务为的软件和有关协议的集合
  - 主要功能
    - 高效可靠的网络通信
    - 对网络重点额共享资源的有效管理（电子有效，文件传输，共享硬盘，打印机等服务）
    - 网络安全管理：提供互操作能力
- 分布式操作系统
  - 分布式计算机系统是由多个分散的计算机经过连接而成的计算机系统，系统中的计算机无主次之分，任意两台计算机可以通过通信交换信息。
  - 特点：是网络操作系统的更高级形式。保持网络系统所拥有的全部功能，同时具有透明性、可靠性和高效性能等。
- 微型计算机操作系统
  - 微型计算机操作系统简称为微机操作系统：windows。mac os，linux
- 嵌入式操作系统
  - 嵌入式操作系统运行在嵌入式智能设备环境中，对整个智能硬件以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、处理、控制和指挥
  - 特点：
    - 微型化
    - 可定制
    - 实时性
    - 可靠性
    - 易移植
  - 常用的由VxWorks，PalamOs、WindowsCE等

2.3.3 数据库

数据库是指长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。
早期分类
- 层次式数据库
- 网络式数据库
- 关系型数据库
目前常见分类
- 关系型数据库
- 非关系型数据库
数据存储体系分类
- 关系型数据库
  - 关系型数据库是把复杂的数据结构与归结为简单的二元关系，在数据库中，对数据的操作几乎全部建立在一个或多个关系表格上。
- 键值数据库
  - 键值数据库式一种非关系型数据库，它使用简单的键值方法来存储数据。
- 列存储数据库
  - 列式存储式相对于传统关系型数据库的行式存储来说的，区别式对表中数据的存储形式的差异
- 文档数据库
  - 可以存取文档，可以视为其值可查的键值数据库
- 搜索引擎数据库
  - 搜索引擎数据库式应用在搜索引擎领域的数据存储形式，由于搜索引擎会爬取大量的数据，并以特定的格式进行存储，这样在检索的时候才能保证性能最优
1.关系型数据库
- 数据模型式数据特征的抽象，它是对数据库组织方式的一种模型化表示，是数据库系统的核心和基础。
  - 具有数据结构、数据操作和完整性约束条件三要素
- 1.关系数据库设计的特点和方法
  - 数据库设计是指对于一个给定的应用环境构造最有的数据库，建立数据库及其应用系统，使之能有效地存储数据，满足用户的需求。（包括结构特性和行为特性两方面的内容）
  - 特点：
    - 从数据结果即数据模型开始，并以数据模型为核心展开，这是数据库设计的一个主要特点
    - 静态结构的设计和动态行为设计分离
    - 试探性
    - 反复性
    - 多步性
  - 数据库设计方法：
    - 直观设计法
    - 规范设计法
    - 计算机辅助设计发
    - 自动化设计法
  - 常用的设计方法
    - 3NF设计方法
    - 基于实体联系（E-R）模型的数据库设计方法
    - 基于视图概念的数据库设计方法
    - 面向对象的关系数据库设计方法
    - 计算机辅助数据库设计方法
    - 敏捷数据库设计方法等
- 2.关系数据库设计的基本步骤
  - 1.需求分析
    - 234
    - 需求分析阶段的主要任务是对现实世界要处理的对象（组织、部分和企业等）进行详细调用，在了解现行系统的概况和确定新系统功能的过程中，收集支持系统目标的基础数据及其处理方法。
    - 在用户调查的基础上，通过分析逐步明确用户对系统的需求，包括数据需求和围绕这些数据的业务处理需求
    - 产出：需求说明书**
  - 2.概念结构设计
    - 数据库概念结构设计是在需求分析的基础上，依照需求分析中的信息需求，对用户信息加以分类、聚集和概括，建立信息模型，并依据选定的数据库管理系统软件，把它们转为数据逻辑结构依照软硬件环境，最终实现数据的合理存储，也称为数据建模
    - 产出:信息模型(用户数据的模式)，建表
    - 最常用的是E-R方法，分为三步
      - 设计局部E-R模型
      - 设计全局E-R模型
      - 全局E-R模型的优化
  - 3.逻辑结构设计
    - 逻辑ȫ翱惶既懦日髎辚啤构饜渗怠懼⑥聰臏吮龌计实在概念结构设计基础上机型的数据模型设计，可以是层次、网状模型和关系模型。
    - 主要任务:确定数据模型，将E-R图转换为指定的数据模型，确定完整性约束，确定用户视图
    - 产出:视图，概念模式及应用处理说明书
  - 4.物理结构设计
    - 是对已确定的逻辑结构设计，利用DBMS所提供的方法、技术，以较优的存储结构和数据存储路径、合理的数据存放位置以及存储分配，设计出一个高效的，可以实现的数据库物理结构
    - DBMS的二次开发:
      - 一方面是对用户信息的存储:
      - 一方面是对用户处理要求的实现
  - 5.应用程序设计
    - 要做的工作有选择设计方法、制定开发计划、选择系统架构和设计安全策略
    - 设计方法两种
      - 结构化设计方法
      - 面向对象设计方法
    - 设计安全策略主要是指硬件平台、操作系统、数据库系统、网络及应用系统的安全
  - 6.运行与维护
    - 主要有数据库的转储和恢复
    - 数据库的安全性和完整性
    - 数据库性能的监督、分析和改造
    - 数据库的重组和重构等
2.分布式数据库
- 分布式数据库系统是针对地理上分散，而管理上有需要不同程度集中管理的需求而提出的一种数据管理信息系统
- 满足分布性、逻辑相关性、场地透明性和场地自主性的数据库系统也称为完全分布式数据库系统
- 特点：
  - 数据的集中控制性
  - 数据独立性
  - 数据冗余可控性
- 1）分布式数据库体系架构
  - 4层架构模式
    - 全局外层
    - 全局概念层
    - 局部概念层
    - 局部内层
  - 各层见有相应的层间映射，适用于同构型/异构型分布式数据库系统
- 2）分布式数据库的应用
  - 分布式计算
  - internet应用
  - 数据仓库
  - 数据复制
  - 全球联网查询等
3.常用数据库管理系统
- oracle
- IBM DB2
- Sybase
- Microsoft SQL Server
4.大型数据库管理系统的特点 7个
- 1.基于网络环境的数据库管理系统
- 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地访问数据
- 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.提供方便易用的分布式处理功能

2.3.4 文件系统

1.文件与文件系统
- 文件
  - 文件时具有符号的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息想的集合，如一个源程序、一个目标成要、编译程序、一批待加工的数据和各种文档等都可以各自组成一个文件。由文件体和文件说明组成。
    - 文件体
      - 文件提是文件真实的内容
    - 文件说明
      - 文件说明是操作系统为了管理文件所用到的信息，包括文件名，文件内部表示、文件类型、文件存储地址、文件长度、访问权限，建立时间、访问时间等
- 文件系统
  - 文件系统时操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合，是专门负责管理和存取文件信息的软件机构。
  - 文件系统功能包括
    - 按名存取，即用户可以按名存取，而不是按地址存取
    - 统一的用户接口，在不同设备上提供同样的几口，方便用户操作和编程
    - 并发访问和控制，在多道程序系统中支持对文件的并发访问和控制
    - 安全性控制，在多用户系统中的不同用户对同一文件可有不同的访问权限
    - 优化性能，采用相关技术提供系统对文件的存储效率，检索和读写性能
    - 差错恢复，能够验证文件的正确性，并具有一定的差错恢复能力
2.文件的类型
- （1）按文件的性质和用途分类
  - 系统文件
  - 库文件
  - 用户文件
- （2）按信息保存期限分类
  - 临时文件
  - 档案文件
  - 永久文件
- （3）按文件保护方式分类
  - 只读文件
  - 读写文件
  - 可执行文件
  - 不保护文件
- （4）UNIX系统分类
  - 普通文件
  - 目录文件
  - 设备文件（特殊文件）
- 目前常用的文件系统类型有
  - FAT
  - VFAT
  - NTFS
  - Ext2
  - HPFS等
- 文件分类的目的是对不同文件进行管理，提高系统效率，提高用户界面友好性。
3.文件的结构和组织
- 文件的结构是文件的组织形式，
  从用户角度看到文件组织形式称为文件的逻辑结构，
  从实现角度看，文件在文件存储器上的存放方式称为文件的物理结构。
- 1）文件的逻辑结构
  - 一是有结构的记录式文件，它是由一个以上的记录构成的文件
    - 记录式文件中，所有的记录通常式描述一个实体集的，有着相同或不同数据的数据项，记录的长度可分为定长和不定长两类（文件中记录的长度相同或不同）
  - 二是无结构的流式文件，它是由一串顺序字符流构成的文件
    - 流式文件中的文件体为字节流，不划分记录。无结构的流式文件通常采用顺序访问方式，并且每次读写访问可以指定任意数据擦汗高难度，其长度以字节为单位
- 2）文件的物理结构
  - 文件的物理结构是指文件的内部组织形式，即文件的物理存储设备上的存放方法。
    文件的逻辑块号到物理块号的转换也是由文件的物理结构决定的。
  - 常见的文件物理结构
    - （1）连续结构
      - 连续结构也称顺序结构，它将逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块上
    - （2）链接结构
      - 链接结构也称串联结构，它是将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块上，每个物理块设有一个指针指向下一个物理块
    - （3）索引结构
      - 索引结构，将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块中，系统为每个文件建立一张索引表
    - （4）多个物理块的索引表
      - 索引表是文件创建时由系统自动建立的，并与文件一起存放在同一文件卷上，占用1个或者多个物理块。多个物理块的索引表存在两种组织方式
        
        链接文件
        
        多重索引方式
4.文件存取方法和存储空间的管理
- 1）文件的存取方法
  - 文件的存取方法是指读写文件存储器上的一个物理块的方法
    - 顺序存取：指对文件中的信息按顺序一次进行读写
    - 随机存取：指对文件中的信息可以按任意次序随机地读写
- 2）文件存储空间的管理
  - 文件报到外部存储器中，需要知道存储空间的使用情况（占用/空闲）
  - 外存空闲空间管理的数据结构通常称为磁盘分配表
  - 常用的空闲空间管理方法
    - 1.空闲区表
      - 将外存空间上的一个连续的未分配区域称为“空闲区”
      - 空闲表包括：序号、第1块号，空闲块的块数和状态
    - 2.位示图
      - 这种方法时外存上建立一张位视图，记录文件存储器的使用情况
      - 每一位对应文件存储器上的一个物理块，取值0和1分为表示空闲和占用
      - 位示图的大小由磁盘空间大小决定（物理块总数），位示图描述能力强，适合各种物理结构
    - 3.空闲块链
      - 每个空闲物理块中由指向下一个空闲物理块的指针，所有空闲物理块构成一个链表，链表的头指针放在文件存储器的特定位置上，不需要磁盘分配表，节省空间。
    - 4.成组链接法
      - UNIX系统采用该方法，在实现时系统将空闲块分成若干组，每100个空闲块位一组，每组的第一个空闲块登记了下一组的物理空闲块号和空闲块总数。
      - 假如某组的第一个空闲块号等于0，意味这该组是最后一组，无下一组空闲块
5.文件共享和保护
- 1）文件的共享
  - 文件共享是指不同用户进程使用同一文件，它不仅是不同用户完成同一任务所必须的功能，还可以节省大量的主存空间，减少由于文件复制而增加的访问外存次数。常见的文件链接有2种
  - （1）硬链接
    - 文件的硬链接是指两个文件目录表指向同一个索引结点的链接，该链接也称基于索引结点的链接。硬链接是指不同文件名与同一个文件实体的链接。
  - （2）符号链接
    - 符号链接建立新的文件或目录，并与原来文件或目录的路径名进行映射，当访问一个符号链接时，系统通过该映射找到原文件的路径，并对其进行访问。
- 2）文件的保护
  - 文件系统对文件的保护常采用存取控制的方式进行。就是规定不同的用对文件的访问有不同的全雄安，以防止文件被未经文件主同意的用户访问
  - （1）存取控制矩阵。
    - 是个二维矩阵，一维列出计算机的全部用户，另一维列出系统种的全部文件，矩阵种
    - 的每个元素A，表示第i个用户对第j个文件的存取权限
  - （2）存取控制表
    - 按用户对文件的访问权限的差别对用户分类，而文件只有少数用户有关，所以这种分类方法可以使存取控制表简化。（R：可读4，W：可写2，X：可执行1）
      - UNIX系统采用存取控制表，把用户分为三类
        
        文件主
        
        同组用户
        
        其他用户
  - （3）用户权限表
    - 用户权限表是以用户或用户组位单位将用户可以存取的文件集中起来存入表中
  - （4）密码
    - 在创建文件时，有用户提供一个密码，在文件存入磁盘上时用该密码对文件的内容加密，读取操作时，要对文件进行解密。

2.3.5 网络协议

网络协议指的是网络中的计算机与计算机进行通信时，为了能够实现数据的正常发送与接受必须要遵循的一些事先约定好的规则（标准或约定），在这些规则中明确规定了通信时的数据格式，数据传输时序以及相应的控制信息和应答信号等内容
常用的网络协议
- 局域网协议（LAN）
- 广域网协议（WAN）
- 无线网协议
- 移动网协议
- 互联网是TCP/IP协议簇

2.3.6 中间件

中间件作为应用软件与各种操作系统之间使用的标准化编程接口和协议，可以起承上启下的作用，使应用软件的开发相对独立于计算机硬件和操作系统，并能在不同的系统上运行，实现相同的应用功能
1.中间件分类
- 1）通信处理（消息）中间件
  - 在分布式系统中，人们要建网和指定出通信协议，以保证系统能在不同平台之间通信，实现分布式系统中可靠的、高效的、实时的跨平台数据传输的，称为消息中间件
- 2）事务处理（交易）中间件
  - 要使大量事务在多台应用服务器上能实时并发运行，并进行负载平衡的调度，实现与昂贵的可靠性和大型计算机系统的同等功能
- 3）数据存取管理中间件
- 4）web服务器中间件
- 5）安全中间件
  - 一些军事、政府和商务部门上网的最大障碍是安全保密问题，需要使用国产产品。
- 6）跨平台和架构的中间件
  - 功能最强的是CORBA，可以跨任意平台，但过于庞大
  - JavaBeans灵活简单，适用于浏览器，但运行效率有待提升
  - COM+模型主要适合windows平台
- 7）专用平台中间件
  - 专用平台中间件为特定应用领域设计领域参考模式，建立相应架构，配置相应的构件库和中间件，为应用服务器开发和运行特定领域的关键任务（如电子商务、网站等）
- 8）网络中间件
  - 网络中间件包括网管、接入、网络测试、虚拟社区和虚拟缓冲等。
2.中间件产品介绍
- 1）IBM MQSeries。
  - 是IBM的消息处理中间件，提供一个具有工业标准、安全、可靠的消息传输系统，它用于控制和管理一个集成的系统，使得组成这个系统的多个分支应用之间通过床底消息完成整个工作流程
  - 由一个信息传输系统，一个应用程序接口组成，其资源是消息和队列
- 2）BEA Tuxdeo
  - 属于交易中间件，它允许客户机和服务器参与一个涉及多个数据库协调更新的交易，并能够保证数据的完整性。

2.3.7 软件构件

构件又称为组件，是一个自包容，可复用的程序集。
表现形式为源程序或二进制的代码
1.软件构件的组装模型
- 利用软件构件进行积木式的开发，即构件组装模型
- 开发过程
  - 设计构建组装-建立构件库-构件应用软件-测试与发布
- 构件组装模型的优点
  - 构件的自包容性让系统干的扩张变得更加容易；
  - 设计良好的构件更容易被重用，降低软件开发成本
  - 构件的力度较整个系统更小，因此安排开发任务更加灵活，可以将开发团队分成若干组，并行地独立开发构件
- 缺点：
  - 对构建的设计需要经验丰富的架构设计师，设计不良难于实现构件的优点，减低其重用度
  - 考虑软件的重拥堵时，往往会在其他方面让步，如性能
  - 构件增加了研发人员的学习成本
  - 第三方构件库的质量会最终影响软件的质量，且第三方构件库的质量难以被开发团队控制
2.商用构件的标准贵方
- 主流的商用构件标准规范包括对象管理组织（Object Management Group ，OMG）的CORBA、Sun的J2EE和Microsoft的DNA
- 1）CORBA
  - 公共对象请求代理框架（Common Object Request Broker Architecture），主要分为三层：
    - 对象请求代理
    - 公共对象服务
    - 公共设施
  - 开发和配置分布式应用的服务器端构件模型规范
    - （1）抽象构件模型
      - 用以描述服务器端构件结构和构件间互操作的结构
    - （2）构件容器结构
      - 用以提供构件运行和管理环境，并支持对安全、事务、持久状态等系统服务的集成
    - （3）构件的配置和打包规范
      - CCM使用打包技术来管理构件的二进制、多语言版本的可执行代码和配置信息，并指定了构件包的具体内容和文档内容规范
- 2）J2EE
  - 完整的基于Java语言开发面向企业分布的应用规范
  - 支持远程方法调用和互联网内部对象请求代理协议，
  - 服务端分布式引用的构件形式包括Java Serlvet，jsp，EJB等
  - java应用程序具有跨平台的特性
- 3）DNA 2000
  - 是扩展了分布式计算模型以及改了BackOffice系统服务器端分布计算产品发布的新的分布计算机架构和规范。
  - 具有事务处理，可伸缩性、异步消息队列和集群等内容
  - 提供了ASP、COM、Cluster等的引用支持
  - COM（Component Object Model）普通的构件对象模型

2.3.8 应用软件

应用软件是为了利用计算机解决某类问题而实际的程序的集合，是为了满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的软件（如办公软件，图形图像，系统管理，文件管理、邮件管理等）
按应用软件的开发方式和适用范围，应用软件可以分了通用应用软件和定制应用软件两大类
1.通用软件
- 文字处理软件
- 电子表格软件
- 媒体播放软件
- 网络通信软件
- 个人信息管理软件
- 演示软件
- 绘图软件
- 信息检索软件
- 游戏软件等
2、专用软件
- 专用软件是按照不同领域用户的特定应用要求而专门设计开发的。如
  - 超市的销售管理
  - 市场预测系统
  - 医院信息管理系统等

2.4 嵌入式系统及软件

嵌入式系统是为了特定应用而专门构建且件信息处理过程和物理过程紧密结合为一体的专用计算机系统
嵌入式软件是指可运行在嵌入式系统中的程序代码和帮助这些软件开发所用到的工具或环境软件的总称

2.4.1嵌入式系统的组成和特点

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，并将可配置的与可裁剪的软、硬件集成于一体的专用计算机系统，需要满足应用对功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求
通常通过外部接口采集相关输入信息或人机就看输入的命令，对输入数据进行加工和计算，并将计算结果通过外部接口输出，以控制受控对象。
嵌入式系统是指嵌入各种设备及应用产品内部的计算机系统。
1.嵌入式系统的组成
- （1）嵌入式处理器
  - 由于嵌入式系统一般是在恶劣的环境条件下工作，于一般处理器相比，嵌入式处理器应可抵抗恶劣环境的影响，比如高温、寒冷、电磁、加速度等环境因素。
  - 其工艺档次
    - 民用
    - 工业
    - 军用
- （2）相关支撑硬件
  - 相关支撑硬件是指除了嵌入式处理器以外的构成系统的其他硬件，包括存储器、定时器、总线、IO接口以及相关专用硬件。
  - 主要包括4类
    - 存储器
    - 输出设备
    - 输入设备
    - 接口
    - 网络总线
  - 嵌入式ARM处理器
- （3）嵌入式操作系统
  - 嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统中的基础软件，主要用于管理计算机资源和应用软件。
  - 嵌入式操作系统具有实时性、可剪裁性和安全性等特征
- （4）支撑软件
  - 支撑软件是指为应用软件开发与运行提供公共服务、软件开发、调试能力的软件，支撑软件的公共服务通常运行在操作系统之上，以库的方式被应用软件引用
- （5）应用软件
  - 应用软件是指为完成嵌入式系统的某一特定目标所开发的软件
2.嵌入式系统的特点
- （1）专用性强
- （2）技术融合
- （3）软硬件一体软件为主
- （4）比通用计算机资源少
- （5）程序代码固化在非易失存储器中
- （6）需要专门开发工具和环境
- （7）体积小、价格低、工艺先进、性能价格比高，系统环境配置低，实时性强
- （8）对安全性和可靠性的要求高

2.4.2 嵌入式系统的分类

用途分类
- 嵌入式实时系统
  - 强实时系统
  - 弱实时系统
- 嵌入式非实时系统
安全性分类
- 安全攸关系统
- 非安全攸关系统
（1）实时系统
- 实时系统是指能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统
（2）安全攸关系统
- 安全攸关系统也称为安全关键系统或者安全生命关键系统，是指不正确的功能或者失效会导致人员伤亡、财产损失等严重后果的计算机系统

2.4.3嵌入式软件的组成及特点

嵌入式系统的最大特点是系统的运行和开发是在不同环境中进行的，通常将运行环境的称为“目标机“，称开发环境的为”宿主机“。
嵌入式系统组成架构才有层次架构，具备可配置性、可裁剪能
- 硬件层
  - 硬件层主要式为了嵌入式系统提供运行支撑的硬件环境，其核心式微处理器、存储器、I/O接口和通用设备以及总线、电源、时钟等
- 抽象层
  - 在硬件层和软件层之间为抽象层，主要实现对硬件层的硬件进行抽线，为上层应用提供虚拟的硬件资源；
  - 板级支持包是一种硬件驱动软件，它是面向硬件层的硬件芯片或电路进行驱动，为上层操作系统提供硬件进行管理的支持。
- 操作系统层
  - 操作系统层主要有嵌入式系统、文件系统、图形用户接口、网络系统和通用组件等可配置模块组成，
  - 功能主要包括
    - 任务管理、内部存储器管理、任务件通信管理、时钟/中断管理
    - 完成系统的硬件资源、软件资源进行调度和管理
- 中间件层
  - 中间件是指一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用系统借助这种软件可在不同的技术之间共享资源。
    - 分类
      - 服务中间件
      - 集成中间件
      - 数据中间件
      - 消息中间件
      - 安全中间件
- 应用层
  - 应用层是指嵌入式系统的具体应用，主要包括不同的应用软件
嵌入式软件的主要特点如下
- （1）可裁剪性
  - 嵌入式软件能够根据系统功能需求，通过工具进行适应性功能的加或减，删除掉系统不需要的软件模块。是的系统更加紧凑
  - 设计方法
    - 静态编译
    - 动态库
    - 控制函数流程等实现功能控制
- （2）可配置性
  - 嵌入式软件能够根据系统运行功能或性能需要而被配置的能力，使得嵌入式软件能够根据系统的不同状态、不同容量和不同流程，对软件工作状况进行能力的扩展、变更和增量服务。
  - 设计方法
    - 数据驱动
    - 静态编译
    - 配置表等
- （3）强实时性
  - 嵌入式系统中的大多数属于强实时性系统，要求任务必须在规定的时限内处理完成，因此嵌入式系统软件采用的算法优劣是影响实时性的主要原因
  - 设计方法
    - 表驱动
    - 配置表
    - 静/动态编译
    - 汇编语言等
- （4）安全性
  - 安全性是指系统在规定的条件和规定的时间内不发生事故的能力
  - 设计方法
    - 编码标准
    - 安全保障机制
    - FMECA（故障模式、影响及危害分析）
- （5）可靠性
  - 可靠性是指系统在规定的条件和规定的时间周期内完成程序执行所要求的功能的能力
  - 设计方法
    - 容错技术
    - 余度技术
    - 鲁棒性设计等
- （6）高确定性
  - 嵌入式系统运行的时间、状态和行为是预先设计规划好的，其行为不能随时间、状态的变迁而变化。
  - 设计方法
    - 静态分配资源
    - 越界检查
    - 状态机
    - 静态任务调度等
- 嵌入式软件开发和传统的软件开发的差异
  - （1）嵌入式软件开发是在宿主机上使用专门的嵌入式工具开发，生成二进制代码后，需要使用工具下载到目标机或固化在目标机存储器上运行
  - （2）嵌入式软件开发更前代奥软硬件协同工作的效率和稳定性
  - （3）嵌入式软件开发的结果通过需要固化在目标系统的存储器或处理器内部存储器资源中
  - （4）嵌入式软件的开发一般需要专门的开发工具、目标系统和测试设备
  - （5）嵌入式软件对实时性要求更高
  - （6）嵌入式软件对安全性和可靠性要求更高
  - （7）嵌入式软件开发要充分考虑代码规模
  - （8）在安全攸关系统中嵌入式软件，其开发还应满足某些领域对设计和代码审定
  - （9）模块化设计即将一个较大的程序按功能划分为若干程序模块，每个模块实现特定的功能

2.4.4 安全攸关软件的安全性设计

软件安全的定义：在软件生命周期内，应用安全性工程技术，确保软件采取积极的措施提供系统安全性，确保降低系统安全性的错误，使其减少或控制在一个风险可接受的水平。
参考D0-178B标准
- （1）软件生命周期过的的目标（目标）
  - A级灾难性
  - B级危害性
  - C级严重的
  - D级不严重的
  - E级没有影响的
- （2）为满足上述目标要进行的活动（过程）
  - 软件计划过程
    - 软件计划过程策划和协调软件生命周期的所有活动，预测软件生命周期的过程和数据是否符合要求，制定一系列软件计划和软件标准，用以指导软件开发过程和软件综合过程活动
  - 软件开发过程
    - 如安全开发过程包括了生产软件产品的所有活动。又分为4个子过程
      - （1）软件需求过程
        
        软件需求过程包含可根据系统生命周期的输出来开发软件高层需求的活动
        
        简述：高层需求
      - （2）软件设计过程
        
        软件设计过程包含了对高层需求进行细化，开发软件体系结构和底层需求的所有活动
        
        简述：软件架构和底层需求
      - （3）软件编码过程
        
        软件编码过程包含了根据软件体系架构和底层需求编写源代码的所有活动
        
        简述：编写源代码
      - （4）集成过程
        
        集成过程包含了对源代码和目标码进行遍历、链接并加载到目标机，形成记载系统或设备的所有活动，
        
        简述：可执行目标代码
  - 软件综合过程
    - 软件综合过程包含了验证软件产品、管理软件产品、控制软件产品，以保证软件产品和软件过程的正确、受控和可信的所有活动，又分为4个子过程
      - （1）软件验证过程
        
        包含对软件产品和软件验证结果进行技术评估以保证其正确性、合理性、完好性、一致性、无歧义等特性的所有活动
      - （2）软件配置管理过程
        
        包含对数据进行配置标识、基线建立、更改控制、软件产品归档等一系列活动
      - （3）软件质量保证过程
        
        包含对数据和过程进行审计的所有活动
      - （4）审定联络过程
        
        包含了软件研制单位和合格审查机构建立交流和沟通的所有活动
- （3）证明上述目标已经达到的证据，也即软件生命周期的数据（数据）
  - 把软件生命周期中产生的文档、代码、报表、记录等所有产品统称为软件生命周期数据
- 软件生命与系统生存周期的关系
参考CMMI标准
- （1）CMMI标准是从过程改进的视角，对软件开发的技术和管理提出要求，覆盖了从个人、项目及组织三个层次的要求，更关注组织整体软件能力提升
- （2）CMMI主要由实践组成，实践是各行业最佳实践的抽象提炼，而D0-178是目标、活动（过程）和数据组成
- （2）CMMI 是集成了系统、软件和硬件等的视角，所以在内容和措辞上必须兼顾多个场景。而D0-178聚焦于软件。

2.5 计算机网络

计算机网络是利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，并依靠网络软件及通信协议实现资源共享和信息传递的系统

2.5.1网络的基本概念

1.计算机网络的功能
- （1）数据通信
  - 数据通信是依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个通信结点之间传递信息的一种通信方式
  - 特点：通常与远程信息处理相联系、是包括科学计算，过程控制，信息检索等内容的广义的信息处理
- （2）资源共享
  - 是建立计算机网络的主要目的之一。
    - 硬件共享：提高设备的利用率
    - 软件资源和数据资源共享：减少重复劳动或者重复建设
- （3）管理集中化
- （4）实现分布式处理
- （5）负荷均衡
2.网络有关指标
- 计算机网络性能是衡量网络服务质量的重要提现
- 1）性能指标
  - （1）速率
    - 网阔速率指的时连接在计算机网络上的主机或通信设备在数据信道上传送数据的速率，也曾为数据率或比特率（b/s）
  - （2）带宽（具有2种含义）
    - 1.带宽是指一个信号具有频带宽度，带宽的单位是赫兹（或千赫，兆赫，吉赫等）
    - 2.在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，单位是比特率
  - （3）吞吐量
    - 吞吐量表示单位实际按内通过某个网络的数据量
  - （4）时延
    - 时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。组成有
      - 发送时延
      - 传播时延
      - 处理时延
      - 排队时延等
  - （5）往返时间
    - 往返时间（RTT）时一个重要的网络性能指标，它表示从发送方发送数据开始，到发送方接收到来自接收方的确认总共经历的时间。
  - （6）利用率
    - 利用率有2种
      - 信道利用率
        
        信道利用率是指被利用的概率，通常百分数表示
      - 网络利用率
        
        网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值
- 2）非性能指标
  - （1）费用
    - 构建网络的费用包括设计和实现的费用
  - （2）质量
    - 网络的质量取决于网络种所有构建的质量以及由它们构建网络的方式
  - （3）标准化
    - 网络硬件和软件的设计既可以按照通用的国际标准，也可以遵循特定的专用网络标准
  - （4）可靠性
    - 与网络的质量和性能相关
  - （5）可扩展性和可升级性
    - 网络在构造是就应道考虑日后可能需要的扩展和升级
  - （6）易管理和维护性
3.网络应用前景
- 信息时代的重要特征就是数据化、网络化和信息化。
- 网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础

2.5.2 通信技术

计算机网络是利用通信技术将数据从一个结点传送到另一个结点的过程。通信技术是计算机网络的基础
- 数据指的是模拟信号和数据信号，它们通过信道来传输
  - 物理信道
    - 物理信道是由传输介质和设备组成，根据传输介质分为
    - 无线信道
    - 有线信道
  - 逻辑信道
    - 逻辑信道是指在数据发送端和接收端之间存在一条虚拟线路，可是有连接的或无连接
    - 逻辑信道以物理信道为载体
1.信道
- 信道传输就是信源和信宿通过信道收发信息的过程
- （1）信道是信息的传输通道
- （2）发信机接受信源发送的信息，进行编码和调制，将信息转化成适合在信道上传输的信号，发送到信道上。
- （3）收信接送信道上的信号，进行解调和译码，将信息转恢复发送给信宿。
- （4）香农公式
  - 信道容量就是信道的最大传输速率
  - C代表信道容量 b/s
  - B代表信号带宽 Hz
  - S代表信号平均功率 W
  - N代表噪声平均功率 W
  - S/N 代表信噪比 dB（分贝）
2.信号转换
- 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。
- 收信机进行的信号出苦力是解调、采样判决，去交织，信道译码和信源译码
- 1）信源编码
  - 将模拟信号进行模数转换，再进行压缩编码，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一边在接受端进行检错和纠错，解决信道、噪声和干扰导致的误码问题。但不能解决连接的误码
- 3）交织
  - 为了解决连续误码导致的信道译码出错问题，通过交织将信道编码之后的数据顺序按照一定规律打乱，然后通过去交织将数据顺序复原，从而解决连续误码问题。
- 4）脉冲成形
  - 为了减少宽带需求，需要将发送数据转换成合适的波形，就是脉冲成形
- 5）调制
  - 调制就是将信息承载到满足信号要求的高频载波信号的过程
3.复用技术和多址技术
- 同时传递多路数据就需要用到复用技术和多址技术
- 1）复用技术
  - 复用技术是指一条信道上同时传输多路数据的即使，如TDM时分复用，FDM频分复用、CDM码分复用等。
  - ADSL使用FDM技术，语音的上行和下行占用了不同的带宽
- 2）多址技术
  - 是指在一条线上同时传输多个用户数据的技术，在接收端把多个用户的数据分离（TDMA时分多址，FDMA频分多址，和CDMA码分多址）
4.5G通信网络
- 1）基于OFDM优化的波形和多址接入技术。
  - OFDM其可扩展至大宽带应用，具有高频谱效率和较低的数据复杂新，能够很好地满足5G要求
  - OFDM技术可实现多种增强功能
    - 通过加窗或滤波增加频率本地化，在不同用户与服务间提高多路传输效率
    - 创建单载波OFDM波形，实现高能效上行链路传输
- 2）实现可扩展的OFDM间隔参数配置
  - 同OFDM子载波之间的15KHz间隔，LTE最高可以支持20MHz的载波带宽
  - 5GNR 支持更丰富的频谱类型/带和部署方式，5G NR将引入有可扩展的OFDM间隔参数配置.
    - 可利用的频谱，毫米微波，非授权频段
    - 当快速傅里叶变换（FFT）为更大带宽扩展尺寸时，必须保证不会增加处理的复杂性
    - 能跨波形实现载波聚合，比如聚合毫米波和6G Hz以下频段的载波
- 3）OFDM加窗提高多路传输效率
  - 为了相邻频带不相互干扰，频带内和频带外信号辐射必须尽可能小。
  - OFDM能实现波形后处理，如时域加窗或频域滤波，来提升频率局域化
- 4）灵活框架设计
  - 5GNR 采用灵活的5G网络架构，进一步提高5G服务多路传输的效率。
    - 可扩展的传输时间间隔
    - 自包含集成子帧
- 5）大规模MIMO
  - 5G将2X2MIMO扩展到4X4MIMO
  - 跟多的天线意味这占用更多的空间，只能在基站叠加跟多的MINO
  - 5G NR可以在基站端使用最多256根天线。
  - 通过天线的二维排布，可以实现3D波速成形，从而提高信道容量和覆盖
- 6）毫米波
  - 将频率大于24G Hz以上的频段称为毫米波，用于移动带宽
  - 大量可用的高频段频谱可以提高极致的数据传输和容量
  - 但毫米波频段传送更容易造成路径受阻和损耗
  - 无法穿透墙体，面临波形和能量消耗等问题
- 7）频谱共享
  - 用共享频谱和非授权频谱，可将5G扩展到多个维度，实现更大容量，使用跟多频谱，支持新的部署场景。
  - 5G NR原生地支持所有频谱类型，并通过前向兼容灵活地利用全新的频谱共享模式。
- 8）先进的信道编码设计
  - 在5G通信中采用更符合5G网络应用场景的编码方式
    - LDPC码
      - LDPC码，低密度奇偶校验码是一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码，性能逼近香农容量极限，实现简单，译码简单且可实行并行操作，适合硬件实现。
    - Polar码
      - 是一种前向错误更正编码方式。没有误码率，迎合5G应用超高可靠性诉求
      - 是用作5G控制信道的主要编码方式

2.5.3 网络技术

网络通常按照网络的覆盖区域和通信介质等特征来分类：
1.局域网（LAN） 2.无线局域网（WLAN）3.城域网（MAN） 4.广域网（WAN）5.移动通信网
- 1.局域网（LAN）
  - 局域网是指在有限地理范围内将若干计算机通过传输介质互联成的计算机（即通信网络），通过网络软件实现计算机之间的文件管理、应用软件共享、代英机贡献、电子邮件、传真通信等功能。局域网是封闭型的。可以由办公室两台及以上计算机组成。
  - 1）网络拓扑
    - 局域网专用性非常强，具有比较稳定和规范的，常见的局域网拓扑结构有以下5种
      - （1）星状结构
        
        网络种每个结点设备都已中心结点为中心，通过连接线与中心结点相连
        
        任意连个结点间的通信最多两步。
        
        优点：
        
        传输速度快，网络结构简单、建网容易，便于控制和管理
        
        缺点：
        
        可靠性低，网络共享能力差，且中心结点出故障则导致全网故障
      - （2）树状结构
        
        也称为分级的集中式网络。
        
        任意2个结点之间不产生回路，每个链路支持双向传输，结点扩充方便灵活，方便巡查链路路径
        
        优点：
        
        网络成本地，结构简单。
        
        缺点：
        
        除叶结点及其相连的链路外，任何一个工作站或链路产生故障都会影响整个网络系统的正常运行
      - （3）总线结构
        
        总线结构是将网络各个结点设备和一根总线相连。
        
        网络种所有结点设备都是通过总线进行信息传输的，
        
        总线的负载能力有限的，取决于通信媒体本身的物理性能
        
        总线的故障将影响总线上每个结点的通信
      - （4）环形结构
        
        将网络各个结点通过一条首尾相连的通信链路连接起来，形成一个闭合环形结构网。
        
        任一结点的故障件导致物理瘫痪
        
        道路是封闭的，不便于扩充，系统响应延时长，且信息传输效率低
      - （5）网状结构
        
        网状网络中任何结点都存在一条通信链路，任何结点故障不影响其他结点之间的通信
        
        成本高，控制方法复杂
  - 2）以太网技术
    - 以太网是一种计算机局域网组网技术。
      IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准。
      规定了包括物理层的连线，电信号和介质访问层协议的内容。
      是当前应用最普遍的局域网技术
    - （1）以太网帧结构
      - DMAC 代表目的终端的MAC地址
      - SMAC 代表源MAC地址
      - Length/type 字段长度是2字节，值小于1500，代表该数据帧的类型，大于1500代表该数据帧的长度
      - DATA/PAD 代表具体数据，以太网数据帧的长度大于等于64字节
      - FCS 则是帧校验字段，用于判断数据帧是否出错
    - （2）最小帧长
      - 由于CSMA/CD算法限制，以太网帧的最小长度位64字节。数据与长度上限可以灵活设置一般位1500字节
      - 最小帧长主要为了防止链路上数据发送冲突
    - （3）最大传输距离
      - 没有严格限制，由线路质量、信号衰减等因素决定
    - （4）流量控制
      - 当通过交换机端口流量过大，超出它的处理能力时，就会发生端口阻塞，
      - 导致延迟增加，丢包和重传播情况
      - 半双工方式下，流量控制同个反压技术实现，模拟产生碰撞，使得信息源速度发送降低
      - 全双工方式下。流量控制遵循IEEE 802.3标准
        
        规定了一种64字节的“PAUSE” MAC控制帧格式，当端口阻塞时发送，告诉信息源暂停一段时间再发送
      - 高性能交换机采用的策略是仅仅则色线交换机拥塞端口输入帧的端口，保证其他端口用户的正常工作
- 2.无线局域网（WLAN）
  - 无线局域网利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号。
  - 利用的技术，红外传输技术、扩频技术、窄带微博技术、调制技术、加解扰技术、无线分集接收技术、功率控制技术和节能技术
  - 结构：
    - 点对点型
    - 点对多点型
    - 多点对点型
    - 混合型
  - 优点：
    - 安装便捷
    - 使用灵活
    - 经济节约
    - 易于扩展
  - 1）WLAN标准
    - IEEE 802.11是最早的无线局域网内技术标准，只有1~2mb/s，采用无连接的协议
    - IEEE 802.11 b标准速率可达11Mb/s，
    - IEEE 802.11a 54Mb/s
    - IEEE 802.11n 200Mb/s 以上
  - 2）WLAN拓扑结构
    - （1）点对点型
      - 是通过单频或扩频微波电台、红外发光二极管、红外激光等方法，连接两个固定的有线LAN网段，实际上是作为一种网络互联方案。
      - 特点：
        
        结构简单
        
        中远距离高速率链路
        
        收发信机的波束宽度可以很窄（增加设备调试难度）
        
        可以减少有波束发散引起的功耗衰耗
    - （2）HUB 型
      - 由一个中心结点和若干外围结点组成，外围结点可以是独立的结点，也可以于多个用户相连。属于集中控制式通信
      - 作用：
        
        监控所有结点对网络的访问
        
        管理外围设备对广播带宽的竞争
        
        任何两外围结点件的数据通信都必须通过HUB
      - 特点：
        
        用户设备简单
        
        维护费用低
        
        网络管理单一
        
        与微蜂窝技术结合可以实现空间和频率复用
      - 缺点：
        
        用户间通信延迟增加
        
        网络抗毁性能较差
        
        中心结点故障导致整个网络瘫痪
    - （3）全分布型
      - 无具体应用，处在理论阶段，要求相关结点在数据传输过程中发挥作用，类似分组无线网概念。
      - 特点：
        
        抗毁性好，移动能力强，可以形成多跳网，适合较低速率的中小型网络
        
        对用户结点来说，复杂性和成本大，网络管理困难，存在多径干扰问题
- 3.广域网（WAN）
  - 广域网式一种将分布与更广区域的计算机设备连接起来的网络。通常由电信部分负责组建、经营和管理，并向社会公众提供通信服务
  - 广域网由通信子网和资源子网组成
    - 通信子网是由一些通信结点设备和连接这些设备的链路组成，将分布不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。
      - 负责网络中数据的转发，其链路用于承载用户的数据、
      - 传输主干链路
      - 末端用户线路
      - 利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网来构建
    - 资源子网主要指网络资源设备，如信息服务或业务服务器、用户计算机、网络存储系统、独立运行的网络数据设备、软件资源和数据资源等
  - 1）广域网相关技术
    - （1）同步光网络
      - 同步光网络(SONET)是使用光纤进行数字化信息通信的一个标准
    - （2）数字数据网
      - 数字数据网DDN利用数字信道提供半永久性连接电路以传输数据。
      - 特点：传输速率高、传输质量高、协议简单、连接方式灵活、电路可靠性高和网络运行管理简便
    - （3）帧中继
      - 帧中继FR 是一种高性能广域网技术，运行于OSI/RM的物理层和数据链路层，是一种数据包交换技术，是X.25网络的简版版本
      - 特点：具有更高性能和传输效率
    - （4）异步传输技术
      - 异步传输模式ATM是以信元位基础的面向连接的一种分组交换和复用技术。
      - 特点：具有高速数据传输。
      - ATM中信元不仅是传输的基本单位，也是交换的信息单位，
        
        信元固定长度53个字节
        
        典型速率位150Mb/s
  - 2）广域网的特点
    - （1）主要面向提供数据通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换
    - （2）覆盖范围广，通信的距离元，没有固定的拓扑结构
    - （3）由电信部门或公司负责组件、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务
  - 3）广域网的分类
    - （1）公共传输网络
      - 公共传输网络一般是由政府电信部门组件、管理和控制，网络内的传输和交换装置可以提供给任何部门和单位使用
        
        电路交换网络
        
        分组交换网络
    - （2）专用传输网络
      - 专用传输网络由单个组织或团体自己建立、使用、控制和维护的私有通信网络。
      - 主要是数字数据网DDN
      - DDN可以在两个断点之间建立一条永久的、专用的数据通道
      - 特点：
        
        租用该专用线路期间，用户独占该线路的带宽
    - （3）无线传输网络
      - 主要是移动无线网。
- 4.城域网（MAN）
  - 城域网是在单个城市范围内所建立的计算机通信网，。
  - 由于才有源交换原件的局域网技术，网络中传输延时较，传输媒介主要用光缆。传输速率在100Mb/s以上
  - MAN是基于一种大型的LAN，通常使用于LAN显示的技术
  - 称为分布式队列双总线DQDB，即IEEE 802.6。
  - 三个层次
    - 核心层
      - 核心层主要提供高带宽的业务承载和传输，完成和已有网络（ATM，FR，DDN，IP网络）的互联互通，其特征为宽带传输和高速调度
    - 汇聚层
      - 汇聚层主要功能是给业务接入结点提供用户业务数据的汇聚和分发处理，同时要实现业务的服务等级分类
    - 接入层
      - 接入层利用多种技术，进行带宽和业务的分配，实现用户的接入
- 5.移动通信网
  - 1）移动通用通信网发展
    - 1G采用模拟信号传输
    - 2G采用数据调制技术，9.6~14.4kb/s
    - 3G沿用数据调制技术，开辟信电磁波频谱及研发新标准（384kb/s）
    - 4G采用更移动通信技术（更先进的通信协议和技术）达到20Mb/s
    - 5G通信网路。不在由某些业务能力或某个典型技术特征加油定义。不仅是更高速率、更大带宽，更强力的技术，而且是一个多业务、多技术融合的网络，更显面向业务应用和用户体验的只能网络，最终打造以用户为中心的信息生态系统。
      - 特征：高速率，低延时，海量设备连接、低功耗
  - 2）5G网络的主要特征
    - （1）服务化架构
      - 主要网元NF
      - 控制面NF
        
        认证服务功能 AUSF
        
        接入和移动性管理功能 AMF
        
        会话管理功能 SMF
        
        网络切片选择功能 NSSF
        
        网络能力开放能力 NEF
        
        网络存储功能 NRF
        
        策略控制功能 PCF
        
        统一数据管理功能 UDM
        
        应用功能AF 等
      - 用户面 NF
        
        用户设备功能 UE
        
        接入网或无线接入网（R）AN
        
        用户面功能UPF
        
        数据网 DN（运营商服务网络，Internet互联网等）
      - 控制面网元之间采用服务化结构（SBI）互通，使用HTTP协议作为承载协议
      - AMF和AN采用点到点方式通信，使用SCTP协议作为承载协议
      - UPF与SMF采用点到点方式通信，使用UDP协议作为承载协议
      - UPF于AN采用点到点方式通信，用UDP协议作为承载协议
      - UPF与DN 基于ip协议通信
    - （2）网络切片
      - 通过网络切片技术在单个独立的物理网络上切分多个逻辑网络，从而避免了为了每一个服务建设一个专用的物理网络，极大地降低了建网和运维陈本
        
        移动宽带 eMBB
        
        应用场景为超高清视频，全息技术、增加现实和虚拟先技术，对网络带宽和速率要求较高
        
        海量大规模物联网 mMTC
        
        应用场景如海量的物联网传感器部署于测量、建筑、农业、物流、智慧城市、家庭等领域，传感器设备密集，规模庞大、大部分是禁止的，对时延和移动性要求不高的
        
        关键任务物联网 uRLLC
        
        应用场景如无人驾驶、车辆王、自动工厂、远程医疗等，要求抄底时延和超高可靠性
    - 5G网络切片组网的需要，引入了SPN技术，包括基于灵活以太网FlexE的硬切片技术
      - FlexE基于PHY层的切片转发，提供刚性管道隔离，实现带宽灵活分配
        
        FlexE channel将业务隔离从端口扩张到网络级，可以对不同业务实现端到端子信道隔离。

2.5.4 组网技术

1.网络设备及其工作层级
- 网络设备是连接到网络中的物理实体。基本设备有以下：
- 1）集线器
  - 是最简单的网络设备。
  - 从一个端口收到的数据被转送到所有其他端口，无论与端口相连的系统是否准备好。
  - 还有一个端口被指定为上联端口，用来将该集线器连接到其他集线器或路由设备以便形成更大的网络
- 2）中继器
  - 中继器是局域网互连设备，工作于OSI体系结构的物理层，它接收并识别网络信号，然后再生信号，将其发送到网络的其他分支上。
  - 需要保证每一个分支终中数据包和逻辑链路协议相同。
- 3）网桥
  - 网桥工作于OSI体系的数据链路层。
  - OSI模型数据链路层以上各层的信息对网桥来说是他透明的
  - 网桥包含了中继器的功能和特性，不仅可以连接多种介质，还能连接不同的物理分支，如以太网，令牌网，能将数据包在更大的范围内传送。
- 4）交换机
  - 交换机工作在OSI体系的数据链路层，为接入交换机的任意两个网络结点提供独享的转发通路，将从一个端口接收的数据通过内部处理转发到指定的端口
  - 具有自动寻址和交换的功能
  - 具有避免端口冲突、提供网络吞吐的能力
- 5）路由器
  - 路由器工作在OSI体系结构的网络层，它可以在多个网络上交换和路由数据包。
  - 路由器可以通过在相互独立网络中交换路由信息以生成路由表来达到数据包的路径选择。
  - 包含网络地址、连接信息、路径信息和发送代价等属性
  - 通常用于广域网或广域网于局域网的互连
- 6）防火墙
  - 防火墙是网络中一种重要设备，它通常作为网络的门户，为网络的安全运行提供保障。
  - 通过你在防火墙设置若干安全规则实现对进出网络的数据进行监视和过滤
  - 网络中通常采用硬件防火墙
    - 硬件防火墙是把防火墙程序做到芯片里面，有硬件执行这些功能，能减少CPU负担，使路由更稳定
2.网络协议
- 1）开放系统互连模型
  - 开放系统是指遵从国际标准的、能够通过互连而相互作用的系统。
  - 开放系统互连参考模型 OSI/RM
    - 物理层
    - 数据链路层
    - 网络层
    - 传输层
    - 会话层
    - 表示层
    - 应用层
- 2）OSI协议集
- 3）TCP/IP协议集
  - TCP/IP作用Internet的核心协议，已被广泛应用于局域网和广域网中
  - TCP/IP的主要特性
    - 逻辑编址
    - 路由选择
    - 域名解析
    - 错误检测
    - 流量控制
    - 对应用程序的支持
  - TCP/IP是个协议簇（8个）
    - 因特网协议IP
    - 传输控制协议 TCP
    - 用户数据协议 UDP
    - 虚拟终端协议 TELNET
    - 文件传输协议 FTP
    - 电子邮件传输协议 SMTP
    - 网上新闻传输协议 NNTP
    - 超文本传送协议 HTTP
  - 模型分层 4层
    - 网络接口层
    - 网际层
    - 传输层
    - 应用层
- 4）ISO/OSI模型与TCP/IP模型对比
- Internet地址有两种表示形式：域名格式和IP地控制
- WWW也成为万维网，是指在因特网上以超文本为基础形成的信息网。
3.交换技术
- 数据在网络中转发通常离不开交换机，交换机功能包括
  - （1）集线功能
    - 提供大量可供线缆连接的端口达到部署形状拓扑网络的母的
  - （2）中继功能
    - 在转发帧时重新产生不失真的信号
  - （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框，以调高交换机整体宽带利用效率
- 1 ）基本交换原理
  - 交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转方法数据包功能的网络设备。
  - （1）转发路径学习。
    - 根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，写入MAC地址表中。
  - （2）数据转发。
    - 如果交换机根据数据帧中的目的MAC地址在建立好的MAC地址表中查询到了，就相对应端口转发
  - （3）数据泛洪
    - 如果数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发，也就是泛洪。广播帧和组播帧线所有端口转发
  - （4）链路地址更新
    - MAC地址表每隔一段时间更新一次（如300s）
4.路由技术
- 应用或业务数据在网络中的传输，是依照网络路由机制来进行的。
  - （1）异种网络互连，比如具有一种子网协议的网络互连
  - （2）子网协议转换，不同子网间包括局域网和广域网之间的协议装欢
  - （3）数据路由，即将数据从一个网络依据路由规则转发到另一个网络
  - （4）速率适配，利用缓存和流控协议进行适配
  - （5）隔离网络，防止广播风暴，实现防火墙
  - （6）报文分片和重组，超过接口的MTU报文被分片，到达目的地后报文被重组。
  - （7）备份、流量控制，如主备线路的切换和复杂流量控制等
- 1）路由原理
  - 路由器工作在OSI协议的第三层，即网络层。
  - 主要任务是接收来源于一个网络接口的数据包，通常更具次数据包的目的地址决定待妆发的下一个地址。
  - 路由器中维持着数据转发所需的路由表，所有数据报的发送或转发都通过查找路由表来实现
  - 路由表可以静态配置，也可通过动态路由协议自动生成
- 2）路由器协议
  - 路由协议通过路由器之间共享路由信息来支持可路由协议。
  - （1）内部网关协议
    - 在一个自治系统AS内运行的路由协议曾为内部网关协议
      - 距离矢量路由协议
        
        采用的是距离向量算法
      - 链路状态路由协议
  - （2）外部网关协议
    - 在AS之间的路由协议策划归纳为外部网关协议EGP，后续IETF边关协议工作组指定了标准的边界网关协议BGP

2.5.5网络工程

网络建设是一个复杂的系统工程，是针对计算机网络、信息系统建设和项目管理等领域知识进行综合利用的过程。作为系统架构设设计师，应充分分析和调研试产，确定网络建设方案。可以分为三个环节
- 1.网络规划
  - 网络规划是网络建设的首要环节，也是至关重要的步骤，同时也是系统性过程。
  - 网络规划需要以需求为导向，兼顾技术和工程可行性
  - 包括网络需求分析、可行性分析以及对现有网络的分析
- 2.网络设计
  - 网络设计是在网络规划基础上设计一个能解决用户问题的方案
  - 网络设计包括网络总体目标确定、总体设计原则确定，以及通信子网设计，设备选项，网络安全设计
- 3.网络实施
  - 网络实施时依据网络设计的结构进行设备采购、安装、调试和系统切换等
  - 具体包括：
    - 工程实施计划
    - 网络设备验收
    - 设备安装和调试
    - 系统试运行和切换
    - 用户培训等

2.6 计算机语言

2.6.1 计算机语言的组成

计算机语言是指用于人与计算机之间交流的一种语言，是人与计算机之间传递信息的媒介。有一套指令组成，如下
- 1）表达式
  - 表达式又包含变量、常量、字面量和运算符
- 2）流程控制
  - 流程控制有分支、循环、函数和异常
- 3）集合
  - 集合包括字符串、数组、散列表等数据结构

2.6.2 计算机语言的分类

1.机器语言
- 机器语言是最早使用的程序设计语言，是第一代计算机语言，是计算机滋生具有的本地语。
- 围绕的中心是指令，指令是一种基本的操作
- 特点;
  - 机器语言是计算机能偶直接接收并能识别和执行操作的语言
  - 执行速度块占用内存少
- 机器语言指令是一种二进制代码，由操作码和操作数组成。
  - （1）操作码
    - 具体说了操作的性质和功能
  - （2）操作数的地址
    - CPU通过该地址就可以取得所需的操作数
  - （3）操作结果的存储地址
    - 把对操作数据处理所产生的结果存在该地址中，以便再次使用
  - （4）下条指令的地址
    - 执行程序时，指令按顺序一次从主存中取出执行，只有遇到转移指令时，指令执行顺序才改变。
  - 指令包括两种信息即操作码和地址码。
    - 作码表示该指令所要完成的操作，其长度取决于指令系统中的指令条数
    - 地址码用来描述该指令的操作对象，要么直接给出操作数，要么指出操作数的存储器地址或寄存器地址
  - 指令包括操作域和地址域两部分，常见的指令格式
    - （1）三地址指令
      - 地址域中A1、A2分别确定第1、第2操作数地址吗，A3确定结果地址，
    - （2）二地址指令
      - 地址域中A1确定第一操作数地址，A2同时确定第二操作数地址和结果地址
    - （3）单地址指令
      - 地址与中A确定第一操作地址，固定使用某个寄存器存放第二操作数和操作数结果
    - （4）零地址指令
      - 存在堆栈型计算机中，操作数一般存放在堆栈顶的2个单元中，结果放入栈顶，地址被隐含，因而大多数指令只有操作码没有地址域。
    - （5）可变地址指令
      - 地址域涉及的数量随操作定义而改变，
2.汇编语言
- 为了降低机器语言编程的难度，用简洁的英文字符、字符拆给你来代替特定指令的二进制串，这种设计语言叫做汇编语言，也叫二代计算机语言。
- 代码短、省空间、效率高，但通用性差，是面向及其的程序设计语言，需要专门的程序负责将这些符号翻译成二进制的机器语言，这种翻译程序称为汇编语言程序
- 1）汇编语言的格式
  - 语句是汇编语言的基本组成单位。
  - （1）指令语句
    - 又称为机器指令语句，将其汇编后能产生相应的机器代码，能被cpu直接识别并执行相应的操作。基本的指令有ADD，SUB，AND等，书写指令语句时必须遵循指令的格式要求
    - 可分为传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令，移位指令、转移指令和处理控制指令
  - （2）伪指令语句
    - 伪指令语句指示汇编程序在汇编源程序时完成某些功能，例如变量分配存储单元地址，给某个符号赋值等
    - 伪指令语句与指令语句的区别是：伪指令语句经汇编后不产生机器代码，而指令语句经汇编后要产生相应的机器代码
    - 伪指令语句的操作是在源程序被汇编时完成的，指令语句的操作在程序运行时完成的。
  - （3）宏指令语句
    - 允许用户将多次重复使用的程序段定义为宏。宏指令语句就是宏的引用
- 2）指令语句和伪指令语句格式
  - （1）名字
    - 除少数伪指令语句必选外，其他多数语句是一个任选字段。
    - 指令语句中这个字段名字叫标号，且一定时用冒号作为名字字段的结束符。
    - 伪指令语句中，这个字段可以是常量名，变量名、过程名等，用空格作为结束符，不得使用冒号。（可以代表具体常数值胡哦这存储单元的符号地址）
  - （2）操作符
    - 一条语句中不可缺少的主要字段，反映了这个语句的操作要求。
    - 指令语句中，就是指令助记符，如MOV、ADD、SUB等，程序运行时CPU完成的操作
    - 伪指令语句中，表示汇编程序如何汇编源程序的各条语句，如DB、DW等，要求在汇编程序汇编源程序时完成的
  - （3）操作数
    - 操作数是由语句的操作符字段确定的，本字段与操作符字段用空格或制表符Tab作为分界符，多个操作数需要用逗号或者空格分隔
  - （4）注释
    - 属于任选字段。
    - 必须以分号最为字段的开始符
3.高级语言
- 由于汇编语言依赖于硬件，程序的可移植性差，使用新的计算机时还需学习新的汇编指令，工作量大，为此诞生计算机高级语言
- 是一类语言的同城，比汇编语言更贴近于人类使用的语言，易于理解，记忆和使用。
- 由于高级语言于计算机的架构、指令集无关，因此具有良好的可移植性
- 常见的高级语言有C、C++、Java、Pyhon、C#等
  - 1）C
    - 20世纪70年代为描述UNIX操作系统而开发的一种系统描述语言，
    - 语言简洁紧凑，使用灵活方便，运算符丰富，可移植性好，可以直接操作硬件，生成的代码质量高，程序执行效率高
  - 2）C++
    - 对C语言进行改进和扩充，引入面向对象程序设计思想，1983年正式
  - 3）Java
    - sun公司提出的面向计算机网络，完全面向对象的程序设计语言。
    - 可重用性好，编程效率高，安全性好，程序运行时系统不容易本款
    - 重要的是具有跨平台的特性。做到了于硬/软件平台无关。
  - 4）Python
    - python是一种结合了解析性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言
    - 就有简洁、易学、易读、易维护性、可移植、可嵌入、可扩展、互动的特点
    - 既有强大的标准库，提供了系统管理、网络通信、文本处理、数据库接口、图形系统、xml处理等额外功能
    - 主要应用：web应用、可续而计算、大数据分析处理等
4.建模语言
- UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍使用的建模语言、
- 不仅支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始软件开发的全过程
- 1）UML组成要素
  - UNL的基本构造快（事物、关系）、图（支配直奔构造块如何放置在一起的规则）和运用于整个语言的公用机制
  - （1）事物
    - 结构事物
      - 结构事物是UML模型中的名词，通常是模型的静态部分，描述概念或物理元素。
      - 包括类、接口、协作、用例、主动类、构建、制品和结点
    - 行为事物
      - 行为事物是UML模型的动态部分。是模型中的动词，描述了跨越时间和空间的行为
      - 包括交互、状态机和活动，它们包含在UML模型中的基本行为事物。
        
        状态机
        
        状态机描述了一个对象或一个交互在生命周期内响应事件所经历的状态序列，
        
        通常用圆角矩形表示，内含状态的名称及其子状态
        
        一个状态机设计一些其他元素，包括状态、转换、事件和活动
        
        活动
        
        活动是描述计算机过程执行的步骤序列，注重步骤之间的流而不关系哪个对象执行那个步骤。
        
        活动的一个步骤称为一个动作，动作也为圆角矩形，内涵其用途的名字
    - 分组事物
      - 分组事物是UML模型的组织部分，是由一些模型分解成的“盒子”。
      - 主要的分组事物是包，
        
        包是元素组织成组的机制，既有多种用途。
      - 结构事物、行为事物甚至其他分组事物都可以放进包内
      - 包与构建（仅在运行时存在）不同，它是概念上的，即它仅存在开发时。
    - 注释事物
      - 注释事物时UML模型的解释部分。用来描述、说明和标注模型的任何元素。
  - （2）关系
    - UML中有4种关系：依赖、关联、泛化和实现
    - 依赖是两个事物件的语义关系，其中一个数据发生变化会影响另一个事物的语义。图形为一条有方向的虚线
    - 关联是一种结构关系，它描述了一组链，链式对象之间的连接。聚集是一种特殊类型的关联，直连是关联，直线+菱形是聚集。
    - 泛化是一种特殊/一般关系，特殊元素的对象（子元素）可替代一般元素的对象（父元素）。子元素共享了父类元素的结构和行为，图形为带有空心箭头的实现（指向父元素）
    - 实现是类元之间的语义关系，其中一个类元指令了由另一个类元保证执行的七月。一种是在结果口和实现它们的类或构件之间；另一种是在用例和实现它们的协作之间，图形上为带有空心箭头的虚线
  - （3）UML种的图
    - 图是一组元素的图形表示
    - 13种图
      - 1.类图
      - 2.对象图
      - 3.用例图
      - 4.序列图
      - 5.通信图
      - 6.状态图
      - 7.活动图
      - 8.构件图
      - 9.部署图
      - 10.组合结构图
      - 11.包图
      - 12交互概览图和计时图，统称为交互图
    - 用例图用于对系统的静态用例视图进行建模。这个视图主要支持系统的行为，即该系统在他的周边环境的语境种所提供的外部可见服务。常用下列2种方式来使用用例视图
      - 1.对系统的语境建模
        
        对一个系统的语境进行建模,包括围绕整个系统画一条线，并声明有纳西而参与者位于系统之外并与系统进行交互
      - 2.对系统的需求建模
        
        对一个系统的需求进行建模，包括说明这个系统应该做什么，而不考虑系统应该怎样做。
- 2）UML5种视图
  - （1）用例视图
    - 描述系统的功能需求，方便找出用例和执行者；
    - 展示了外部用户能够观测到的系统功能模型。
    - 对此关心的开发团队成员主要包括客服、分析者、设计者、开发者和测试者
  - （2）逻辑视图
    - 描述如何实现系统内部的功能；
    - 系统的静态结构和因发送消息而出现的动态协作关系，
    - 逻辑视图包含：类图、状态图、顺序图、合作图和活动图
  - （3）进程视图
    - 描述系统的并发性，并处理这些线程间的通信和同步
    - 它将系统分割成并发执行的控制线程及处理这些线程的通信和同步
    - 进程视图主要包括状态图、顺序图、合作图、活动图、构件图和配置图
    - 对此关心的成员主要有开发者和系统集成者
  - （4）实现视图
    - 描述系统代码构件组织和实现模块及它们之间的依赖关系；
    - 实现视图主要包括构件图
    - 对此关心的成员主要有设计者、开发者和测试者
  - （5）部署视图
    - 定义系统软硬件的物理体系结构及连接、哪个程序或对象驻留在哪台计算机上执行
    - 主要包括配置图
    - 对此关心的成员主要有开发者，系统集成者和测试者
5.形式化语言
- 形式化方法是把概念、判断、推理转化成特定的形式符号后，对形式符号表达系统进行研究的方法，是具有精确语义的形式语言书写的程序功能描述，是设计和编制程序的出发点，也是验证程序是否正确的依据
- 形式化方法就是用符号化的数字变换把需求分析准确地表述出来，这样可以确保和需求的一致性，并能用于分析和验证应用程序。
- 1）形式化规格说明语言
  - （1）公理方法，利用前置条件和后置条件描述程序的行为。
  - （2）基于集合论和一阶谓词严选的meta-IV语言和Z语言。广泛用于书写大型软件的规格说明和设计
  - （3）代数规格说明，是关于抽象数据累哦行的代数描述，语言有OBJ和ACT
  - （4）进程描述语言，用于描述开发进程的行为，主要有Hoare的顺序通信进程CSP和通信理论系统CCS（R.Milner）
- 2）形式化方法的分类
  - 针对不同系统，需采用不同的形式化犯法，每种形式化方法都有不同的数学定义，可通过类型分析决定应用程序采用何种形式化方法。
  - 面向对象的形式化方法，通过定义状态和操作进行建模，如Z语言，VDM，B等
  - 面向属性的形式化方法，如OBJ3，Larch
  - 基于并发性是形式化方法，如CCS，CSP，ACP
  - 基于实时性的形式化方法，如TRIO，RTOZ等方法
  - （1）根据描述方式
    - 模型描述的形式化方法
      - 通过构造一个数学模型来描述系统或程序
    - 性质描述的形式化方法
      - 通过对目标软件系统中不同性质的描述来间接描述系统和程序
  - （2）根据表达能力
    - 模型方法
      - 模型方法是对系统状态和改变系统状态的动作直接给出抽象定义，并显式描述。
      - 缺点是不能并发显示
    - 代数方法
      - 代数方法通过定义不同操作系统的关系，隐式地描述操作。
      - 缺点是不能并发地显示
    - 进程代数方法
      - 进程代数方法是通过一个显式模型来描述并发过程，将并发性归为非确定性
      - 缺点时也不能并发显示
    - 逻辑方法
      - 逻辑方法通过描述程序状态规范和事件状态规范的逻辑方法来描述系统特性，如CSS，CSP和ACP等
    - 网络模型
      - 网络模型方法通过独立描述网络中的每一个结点显示地给出修通的并发模型，如Petri网
- 3）形式化方法的开发过程
  - 按照软件工程”自定向下、逐步求精“的原则，分为下面6个原则
  - （1）可行性分析
    - 可行性分析时对待开发系统提供一种综合性的分析方法。
    - 综合各方面论证待开发系统是否可行，为开发过程出题综合评价和决策依据
  - （2）需求分析
    - 需求分析时在软件开发过程的早期阶段，将用户需求转换为说明文档
  - （3）体系结构分析
    - 体系机构设计阶段的根本目的是将用户需求转换为计算机可以实现的目标系统
    - 侧重描述软件系统的接口、功能和结构。
  - （4）详细设计
    - 详细设计阶段的形式化是以体系结构规范为基础进行精化描述的过程。
    - 能够检验需要描述和用户需求是否一致
  - （5）编码
    - 自动化代码生成器是目前能将小规模的软件系统的形式化描述直接转换为可执行程序。
  - （6）测试发布
    - 软件开发的最后阶段是测试发。
    - 对测试来说，形式化方法可以用于测试用例的自动生成，保证测试用例的覆盖率
- 4）形式化规格语言-Z语言
  - Z 语言是一种形式化语言，它具有“状态-操作”风格的形式化规格说明语言，在许多大型软件项目中获得成功应用
  - 它以一阶逻辑和集合论作为形式语义基础，将函数、映射、关系等叫教学方法用于规格说明
  - 借助模式来表达系统结构，提供了一种独立于现实的，可以推理的系统数学模型，具有精确、简洁、无二义性的优点，保证了程序的正确性。
  - 模式是由变量说明和谓词约束两部分组成，可用于描述系统状态和操作。
  - Z 语言建立于集合论和数学逻辑的基础上，合二为一，形成了易学易用的数学语言
    - 集合论包括集合运算符、笛卡尔积和幂集
    - 数学逻辑包括一阶谓词演算
  - Z 语言具备将数学进行结构化的方式。数学对象与它上面的操作结合起来形成构型
    - 构型语言可以被用来描述系统的状态及改变系统的性质，对一个设计的可能求精细化推理
  - Z 语言是一个强类型系统。数学语言中的每个对象都有唯一的类型，类型作为当前的规格说明中一个最大集合来表示
    - 类型在程序设计实践中是非常有用的概念，据此可以检查一个规范说明中每个对象的类型的一致性
  - Z 语言可以使用自然语言。用数学陈述问题，发掘揭发，证明所作的设计满足规格说明的要求。
  - Z 语言可以进行求精。通过构造关于一个系统设计决策的另一个模型（利用简单数学类型标识所需的行为），作为第一个模型的一个实现，就是一次求精。求精的过程可以一直持续到产生可执行的代码
  - Z 语言具有强大构造机构的数学语言，同自然语言结合起来，可以被用来产生形式化规格说明
  - Z语言缺点是：没有提供计时的或并发的行为的描述（CSP和CSS有）

2.7 多媒体

2.7.1 多媒体概述

媒体是承载信息的载体，即信息的表示形式，如文字、剩余、图像、动画和视频等。媒体分为下面5种
（1）感觉媒体
- 指的是用户接触信息的感觉形式，如视觉、听觉和触觉等
（2）表示媒体
- 指的是信息的表示形式，如图像、声音、视频等
（3）表现媒体
- 也称为像是媒体，指的是表现和获取信息的物理设备，如键盘、鼠标、扫描仪、话筒和摄像机等为输入媒体，显示器、打印机和音响为输出媒体
（4）存储媒体
- 指用于存储表示媒体的物理介质，如硬盘、软盘、磁带、光盘，ROM及RAM等
（5）传输媒体
- 指传输表示媒体的物理介质，如电缆、光缆和电磁波等
多媒体
- 多媒体就是指利用计算机把文本、图形、图像、声音、动画和电视等多种媒体综合起来，是多种信息建立逻辑连接，并能对它们进行获取、压缩、加工处理和存储，集成为一个具有交互性的系统。广泛用于工业、医疗、军事、办公、娱乐等
1.多媒体的重要特征
- （1）多维化
  - 多维护是指媒体的多样化。它提供了多维化信息空间下的交互能力和获得多维化信息空间的方法，如输入、输出、传输、存储和处理的手段与方法等
- （2）集成性
  - 集成性不仅指多媒体设备集成，而且指多媒体信息集成或表现集成
- （3）交互性
  - 交互性是人们获取和使用信息是变被动为主动的额最重要的标志。
  - 交互性可以向用户提供更有效地控制和使用信息的手段，可增加人们对信息的注意和理解
- （4）实时性
  - 实时性是指多媒体技术中涉及的一些媒体，如音频和视频信息具有很强的时间特性，会随着时间的变化而变化
- 多媒体技术主要包括
  - 媒体的表示技术
  - 数据压缩技术
  - 多媒体存储技术
  - 多媒体数据库技术
  - 超文本与超媒体技术
  - 多媒体信息检索技术
  - 多媒体通信技术
  - 人机交互技术
  - 多媒体计算机及外部设备等
2.多媒体系统的基本组成
- 多媒体系统
  - 多媒体硬件
    - 多媒体计算机（MPC，图形工作站）
    - 多媒体外部设备（扫描仪，摄像头）
    - 多媒体板卡（外部设备控制接口）（显卡，音频卡，视频卡等）
  - 多媒体软件
    - 多媒体系统软件
      - 多媒体驱动程序
      - 多媒体操作系统
    - 多媒体支持系统
      - 多媒体素材制作工具
      - 多媒体著作工具
      - 多媒体编程语言
    - 多媒体应用软件
3.多媒体技术应用
- 对图像信息的处理，通过多媒体的压缩功能，能够将图像信息进行各种形式的转换，从而保证了信息的传递性
- 对音频信息的处理，多媒体技术能够通过音频的合成产生人们需要的一些特定语音信息
- 语音转换功能，能够实现语音信息和文本信息之间的转换

2.7.2多媒体系统的关键技术

1.视音频技术
- 视频技术
  - 视频数字化
    - 视频数字化是将模拟视频信号经模数转换变换为计算机可处理的数字信号，使计算机可以显示和处理视频信号
  - 视频编码技术
    - 视频编码技术时间数字化的视频信号通过编码成为视频信号，从而可以录制和播放
- 音频技术
  - 音频技术包括音频数字化、语音处理、语音合成和语音识别4个方面
- 1）视音频编码
  - 编解码器指的是能够对一个信号或者一个数据流进行变换的设备或程序。
  - 视音频编码的目的是对视音频数据进行传输和存储，在数据流中通常同时包含音频数据和视频数据，加入如字幕等通过的元数据。
  - 编码后的封装是通过视频文件格式实现的，如*.mpg、*.avi、*.mov、*.mp4等
- 2）视音频压缩方法
  - 有损压缩
    - 压缩前和解压后数据不一致，压缩过程中会丢失一些人眼和人耳不敏感的图像或音频信息
    - 常见格式：MP3，WMA，OGG等
  - 无损压缩
    - 压缩前和解压后数据完全一致，多数采用RLE形成编码算法
    - 常见的格式：WAV，OCA、TTA、FLAC、AU、APE、WV等
2.通信技术
- 通信技术是多媒体系统中一项关键技术，是指将信息从一个地点转送到另一个地点采用去的方法和措施。
- 数据传输信道技术
  - 指通信的物理介质，包括通州电缆、双绞线、光纤、余额海燕帝电缆、微波信道、短波信道、无线通信和卫星同行等
- 数据传输技术
  - 是指在物理介质上如何组织、传送数据的方法，包括基带传输、频带传输及调制技术、同步技术、多路复用技术、数据交换技术、编码、加密、差错控制技术和数据通信网，设备、协议等。
3.数据压缩技术
- 由于涉及各种媒体信息主要是非常规数据类型，如图形、图像、视频和音频等，它们所需的存储空间十分巨大，为了使多媒体技术达到实用水平，除了采用新技术手段增加存储孔家和通信带宽外，将数据进行有效压缩也是关键手段之一
- （1）即时压缩和非即时压缩。
  - 二者区别是在于信息在传输过程中被压缩还是信息压缩后再传输。
  - 即时压缩一般应用再影像、声音数据的传输中，
  - 即时压缩常用到专门的硬件设备，如压缩卡等
- （2）数据压缩和文件压缩
  - 数据压缩是专指一些具有时间性的数据，这些数据常是即时采集、即时处理或传输的
  - 文件压缩是指对将要保存在磁盘等物理介质的数据进行压缩
- （3）无损压缩和有损压缩
  - 无损压缩是利用数据的统计冗余进行压缩，通常无损压缩的压缩比比较低
  - 有损压缩式利用人类的视觉、听觉对图像、声音中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩的过程中损失一定的信息
  - （1）静态图像压缩编码的国际标准
    - JPEG
    - JPEG 2000
  - （2）动态图像视频编码标准 MPEG
    - MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4.MPEG-7,MPEG-21，DVI
  - （3）视频编解码器标准（H.26L）
    - H.26L旨在提供更高的压缩效率和灵活的网络适应性，以及增加对于差错的健壮性，适用于可视电话和视频会议等实时视频通信应用
4.虚拟现实VR/增强现实AR技术
- VR
  - 又称人工现实、临境等，是可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种虚拟环境，使用户沉浸到该环境中，让人有种身临其境的感觉。
  - VR采用计算机生成一个逼真的视觉、听觉、触觉、味觉及嗅觉的感知系统，用户可以用人的自然技能与这个生成的虚拟实体进行交互操作。其概念包括3层含义：
    - 虚拟实体是计算机生成的一个逼真的实体
    - 用户可以通过人的自然技能与该环境交互（头部转动，眼动，手势或其他身体动作）
    - 要借助一些三维传感设备来完成交互动作，常用的由头盔立体显示器、数据手套、数据服和三维鼠标等。
- AR
  - 增强现实技术是指把原本在现实世界的一定时间和空间范围很难体验到的实体信息（视觉信息、声音、味道和触感等），通过模拟仿真后，在叠加到现实世界中被人类感官所感知，从而到达超越现实的感官体验。
    - （1）计算机图形图像技术
      - 用户带上透明的护目镜，透过它看到整个世界，连同计算机生成而投射到这一世界表面的图像，从而使物理世界的景象超出用户的日产经验之外
    - （2）空间定位技术
      - 为了改善效果，AR所投射的图像必须在空间定位上与用户相关。
      - 当用户转到或移动头部时，视野变动，计算机产生的增加信息随之做相应的变化
    - （3）人文智能
      - 以将处理设备和人的身心能力结合起来为特点，并未仿真人的智能，而是视图发挥传感器、可穿戴计算等技术的优势，使人们能够捕获自己的日常经历、记忆及所见所闻，并与它们进行更有效的交流
- VR/AR技术主要分，桌面式、分布式、沉浸式和增强式4种
- 主要关键技术有待深入研究
  - （1）数据采集与优化传输技术
    - 数据采集主要解决如何获取光照、火焰、冬天地形等自然现象的数据问题
    - 通用的设备：全向相机、高速摄像机和激光设备
    - 优化传输技术是要满足低功耗、低延时、高效率等特点，保证传输的可靠性
  - （2）交互与情形实时再现技术
    - 交互技术的接触方式可分为
      - 力觉反馈
        
        力觉反馈指的式借助操作控制杆的反作用力效果将虚拟物理他的运动轨迹转换成真实物体的机械运动
      - 触觉反馈
        
        是指通过手戴3D数据手套获取手掌和手指的形态和温度等信息，来满足用户对虚拟物体的移动、抓取和触摸等操作
    - 情形实时再现技术包括了
      - 跟踪定位技术
      - 高效可靠的渲染技术
      - 逼真的显示技术等

2.8 系统工程

系统工程是一种组织管理技术
- 系统，首先要把研究的对象或工程管理问题看作一个由许多相互联系、相互制约的组成部分构成的总体，然后运用运筹学的理论合方法及电子计算机技术，对构成系统的各组成部分进行分析、预测和评价，最后进行综合，从而是该系统达到最优。

2.8.1 系统工程概述

系统工程是运用系统方法，对系统进行规划、研究、设计、制造、试验和使用的组织管理技术
系统是一组综合的元素、子系统或组件，用以完成一个确定的目标。
系统之系统适用于其系统元素本身也是系统的情况
系统工程是一个视角、一个流程或一门专业，从其出现到现在，系统工程有多种不同的定义和说明
系统工程是为了更好地实现系统的目的，对系统的组成要素，组织结构、信息源、控制结构等进行分析研究的科学方法。
系统工程是从整体出发，合理开发、设计、实施和运用系统科学的工程技术。
系统工程从系统观念开发，以最优化方法求得系统整体最优的、综合化的组织、管理、技术和方法的总称
系统工程是一种使系统能够成功实现的跨学科的方法和手段
总之，系统工程是人们用更科学方法解决复杂问题的技术，核心集中在分析和设计预期部分截然不同的整个，坚持全面看问题，考虑所有的侧面和一切可变因素，兵器恶霸问题的社会方面和技术方面联系起来
采有系统工程方法的主要步骤包括：
- 对系统提出要求
- 根据要求设计系统，评价设计方案
- 修改要求，修改配置，。如此方法求得最哦加方案
- 最后综合成一个技术商合理、经济商核算、研制周期短，并能协调运转的工程系统

2.8.2 系统工程方法

系统工程方法是一种现代的科学决策方法，也是一门基本的决策技术
- 系统工程方法分门别类地处理简要解决的问题及相关情况并确定边界，又强调把握各门类之间和各门类内部诸因素之间的内在联系的完整性和整体性，否定片面和静止的观点和方法
- 针对主要问题、主要情况和全过程、运用有效工具进行全面的分析和处理
- 系统工程的特点是:
  - 整体性
  - 综合性
  - 协调性
  - 科学性
  - 实践性
- 系统工程是人类在自然可续额和社会科学领域，不断实践种产生的一系列科学处理问题的方法，它包括整体观念、综合观念、科学观念和创新观念等
1.霍尔的三维结构
- 别称硬系统方法论（HSM），其内容可以直观展示在系统工程各项工作内容的三维结构图中
- 霍尔三维结构集中提现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容
- 从时间维表示系统工程活动从开始到结束按书记兼顺序排列的全过程
  - 分为规划、拟定方案、研制、生产、安装、运行、更新7个时间段
- 从逻辑维是指时间维的每个阶段内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序
  - 包括明确问题、明确目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施7个逻辑步骤
- 从知识维需要运用包括工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术等各种知识和技能。
- 系统工程主要用来寻求各种“战术”问题的最优策略，或用来组织和管理大型工程建筑项目，最适合霍尔方法论
2.切克兰德方法
- 又称软系统方法理论，系统工程越来多用于研究社会经济发展战略和组织管理问题，涉及的人、信息和社会因素相当负载，使得系统工程的对象软化。尤其是在设计价值系统、模型化和最优化等步骤方面，很多难衡量的因素。
- 由于不能事先将需求确定清楚，难以按价值系统的评价准则去设计出符合这种需求的最有系统方案，
- 核心不是最优化，而是比较和探寻
- 从模型和现状的比较重来学习改善现状的途径，比较的步骤包含组织讨论、听取各方面有人人员意见的意思，不拘泥于进行定量分析的要求，能更好的反映人的因素和社会经济系统的特点
- 切克兰德工作过程的7个步骤
  - （1）认识问题
  - （2）根底定义
  - （3）建立概念模型
  - （4）比较及探寻
  - （5）选择
  - （6）设计于实施
  - （7）评估与反馈
3.并行工程方法
- 并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。
- 并行工程的目标是提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间
- 做法是：产品开发初期，组织多种技能协同工作的项目组，是有关人员从一开始就获得对新产品需要的要求和信息，积极研究涉及本部门的工作业务，并将要求提供给设计人员，在开发早期解决许多问题，从而保证设计的质量，避免返工浪费
- 并行工程强调3点
  - （1）在产品的设计开发期间，将概念设计，结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来，保证以最快的速度按要求的质量完成
  - （2）各项工作由与此相关的项目小组完成。过程中小组成员各自安排自身的工作，但可以随时或定期反馈，并对出现的问题协调解决
  - （3）依据适当的信息系统工具，反馈与协调整个项目的进行。利用现代CIM技术，在产品的研制与开发期间，辅助项目进程的并行化。
4.综合集成法
- 把处理开放的复杂巨系统的方面命名从定性到定量的综合集成法，
- 综合集成法是从整体商考虑并解决问题的方法论。
- 从系统的本质出来，根据组成子系统及子系统中的多少和它们之间关联关系的复杂程度，可以把系统分为简单系统和巨系统两大类
  - （1）组成系统的子系统的数据比较少，它们之间的额关系比较单纯的系统称为简单系统，如一台测量仪器
  - （2）子系统数量非常巨大，则称为巨系统
  - （3）巨系统种子系统种类不太多（几十种），且它们之间的关联关系比较简单，就称作简单巨系统，比如激光系统
  - （4）子系统种类喝多并由层次结构，它们之间的额关联关系又很复杂，就是复杂巨系统，如果这个系统又开放的，就叫开放的复杂巨系统。
  - 开放的复杂巨系统
    - 它的一般基本原则与一般系统论的原则相一致;
      - 一是整体论原则
      - 二是互联系原则
      - 三是有序性原则
      - 四是动态原则
    - 主要性质包括
      - （1）开放性
      - （2）复杂性
      - （3）进化与涌现性
      - （4）层次性
      - （5）巨量性
5.WSR系统方法
- WSR是物理-事理-人理方法论的简称。
- 既是一种方法论，又是一种解决复杂问题的工具
- 在观察和分析问题时，尤其是观察分析具备复杂特性的系统时，WSR天线其独特性，具有中古传统哲学的思辨思想，是多种方法的综合统一
- WSR将多种方法条理化、层次化，起到化繁为简，属于定性和定量分析综合集成的东方系统思想
- 懂物理、明事理、通人理，就是WSR方法论的实践准则
- 工作过程的7个步骤：理解意图、制定目标、调查分析、构造策略、选择方案、协调关系和实现构想
- 这些步骤不一定严格依照顺序，协调关系贯穿整个过程。
  - 协调人与人的关系
  - 协调每一步种物理、事理和人理的关系
  - 协调意图、目标、现实、策略、方案、构想间的关系
- 物理的方法主要应用自然科学的各种科学方法
- 事理主要使用各种运筹学、系统工程、管理科学、控制论和一些数学方法。如特尔斐法、层次分析法
- 人理可分为
  - （1）关系
    - 人之间的相互关系，需要深入了解，并适当表示出来
  - （2）感情
    - 人之间是有感情的，可以用各种方法间接或直接找出来
  - （3）习惯
    - 待人、处世、办事和决策都有习惯
  - （4）知识
  - （5）利益
  - （6）斗争
  - （7）和解
  - （8）和谐
  - （9）管理

2.8.3 系统工程的生命周期

生命周期根据系统的本质属性、目的、用途和当时环境而变化。
定义系统生命周期的目的是：以有序且高效的方式建立一个满足利益攸关者需求的框架
1.生命周期阶段（7个）
- 1）探索性研究阶段
  - 探索性研究阶段的目的是识别利益攸关者的需求，探索创意和技术
- 2）概念阶段
  - 概念阶段的目的是细化利益攸关者的需求，探索可行概念，提出有望实现的解决方案。
  - 是对探索性阶段所开展的研究、实验和工程模型的细化和拓展，需要对利益攸关者的需求进行识别、明确并文档化。
- 3）开发阶段
  - 开发阶段的目的是细化系统需求。创建解决方案的描述、构建系统，验证并确认系统。
  - 开发阶段包括详细计划、开发和验证与确认活动。
- 4）生产阶段
  - 目的是生产系统并进行检验和验证
  - 生产阶段是系统被生产或制造的阶段，可能需要产品更改以解决生产问题，以降低生产成本、或提高产品或系统的能力
- 5）使用阶段
  - 使用阶段的目的是运行系统以满足用户需求
  - 使用阶段是系统在预期环境种运行以交付预期服务的阶段，在系统运行期间有计划地引入产品更改，这样的升级能提高系统的能力
- 6）保障阶段
  - 保障阶段的目的是提供持续的系统能力
  - 保障阶段是为系统提高服务，使之能持续运行的阶段。可建议进行更改以解决保障性问题，降低运行成本或延长系统寿命。
  - 对应的技术流程是维护流程
- 7）退役阶段
  - 退役阶段的目的是存储、归档或退出系统
  - 退役阶段是系统及其相关服务从运行中移除的阶段。
2.生命周期方法
- 1)计划驱动方法
  - 需求、设计、构建、测试、部署范式被认为是构建系统的传统方法。
  - 需要协调多家公司人员参与的大型团队项目中，计划驱动方法提供一种基础的框架，为生命周期流程提供规程
  - 计划驱动方法的特征：在于整个过程始终遵守规定流程的系统化方法。
  - 特别关注文档的完整性，需求的可追溯性以及每种表示的事后验证
- 2）渐进迭代方法（IID）
  - 渐进式迭代开发方法允许为项目提供一个初始能力，随之提高连续交付以达到期望的系统，
  - 目的在于快速产生价值并提供快速响应的能力
  - 当需求不清晰或不确定或者客户希望在系统中引入新技术时，使用IID方法。
  - 适用于较小的，不太复杂的系统。重点在灵活性，通过剪裁突出产品开发的核心活动
- 3）精益开发（SE）
  - 目标时通过彻底消除生产线上的浪费，不一致性以及不合理需求，高效率地生产出优质产品
  - 精益思想是一种整体性的范式，聚焦于向客户交付最大价值并使浪费活动最小化
  - 精益思想时一个动态的、知识驱动的，以客户为中心的过程，通过这一过程使特定企业的所有人员以创造价值为目标不断地消除浪费
  - 精益系统工程使将精益原则，实践和工具应用到系统工程，以提升对系统利益攸关者的价值交付
- 4）敏捷开发
  - 敏捷联盟致力于开发迭代和敏捷的方法，寻找更快更好的软件和系统开发犯法，挑战更多的传统模型
  - 敏捷的关键目标在于灵活性，当风险可接受时允许从序列中排除选的的事件
  - 敏捷原则
    - 更高的优先级时通过尽早地和持续地交付有价值的软件来满足客户
    - 欢迎需求变更，即使是在项目开发后期，敏捷流程利用需求变更帮助客户获得竞争优势
    - 不断交付可用的软件，周期从几周到几个月不等，且越短越好
    - 在项目中业务人员与开发人员每天在一起工作，业务人员始终参与到开发工作中
    - 在开发团队内部和团队之间，传递消息最有效的方法时面对面交谈
    - 工作软件时进展的主要度量
    - 对技术的精益求精以及对设计的不断晚上将提升敏捷性
    - 简单性是精髓
    - 最佳的架构、需求和设计出自于自组织的团队
    - 团队要定期反省如何能够做到更加高效，并相应地调整团队的行为。

2.8.4 基于模型的系统工程

基于模型的的系统工程（MBSE）是建模方法的形式化应用，以使建模方法支持系统需求，分析，设计，验证和确认等活动，这些活动从概念性设计阶段开始，持续贯穿到设计开发以及后来的所有生命周期阶段
MBSE依然还是系统工程，其层层分解、综合集成的思路没有变化，核心就是采用形式化、图形化、关联化的建模语言及相应的建模工具，改造系统工程的技术过程，充分利用计算机、信息技术的优化，开展建模（含分析、优化、仿真）工作，为系统实现、验证奠定更为坚实的基础，从而提升整个研制过程的效率
- 在需求分析阶段，产生需求图、用例图及包图
- 在功能分析与分配阶段：产生顺序图、活动图及状态机图
- 在设计综合阶段，产生模块定义图、内部块图及参数图
MBSE的三大支柱
- 1）建模语言
  - 在对UML2.0的子集进行重用和扩展的基础上，提出了一种新的系统建模语言SysML,做为系统工程的标准建模语言。
  - SysML的目的是统一系统工程中使用的建模语言。
  - 优点：
    - 一是相当于在现有的各个学科之间、各类人员之间建立了一门新的通用语言，各门学科的知识都可以翻译转换为系统建模语言的形式
    - 二是可以对知识进行图形化、可视化的表示，便于读者的理解
    - 三是便于计算机的处理。
  - 建模语言便于系统研制中知识的理解、继承、重用和集成，便于各方的技术沟通
- 2）建模工具
  - MBSE的建模工具主要是支持系统建模语言画图的计算机和网络环境，当然核实是支持系统建模语言的软件，
- 3）建模思路
  - 建模思路就是设计团队利用系统建模语言的各种图形来建立系统模型，也就是工作流程，
  - 主要方法包括 SYSMOD 、OOSE等
  - 在使用MBSE时，建模思路以及工作流程的研究、探索、试用，应该是重点工作和前置性工作，因为系统建模语言是统一的，不同的建模工具虽然各有特点，但本质是一样的，关键在于更具组织机构的特点，研究适合自身的建模思路和工作流程，这需要在试点型号中探索应用，然后推广。

2.9 系统性能

系统性能是一个系统提供给用户的所有性能指标的集合。
即包括硬件性能（处理器主频，存储器容量、通信带宽等）和软件性能（如上下文切换、延迟、执行事件等），也包括部件性能指标和综合性能指标
系统性能包括：性能指标，性能计算、性能设计和性能评估4个方面

2.9.1 性能指标

性能指标是软硬件的性能指标的集成
- 在软件中，包括操作系统、数据库、网络协议以及应用程序等
- 在硬件中，包括计算机、各种通信交换设备、各类网络设备等
1.计算机的性能指标
- 评价计算机的主要性能指标有时钟频率（主频）、运算速度、运算精度、内存的存储容量、存储器的存取周期、数据处理频率（PDR）、吞吐率、各种响应时间、各种利用率、RASIS特性（可靠性，可用性、可维护性，完整性、安全性）、平均故障响应时间、兼容性、可扩充性、性能价格比
2.路由器的性能指标
- 评价路由器的性能指标有设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、
  背靠背帧数、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、VPN支持能力、
  内部时钟精度、队列管理机制、端口硬件队列数、分类业务带宽保证、RSVP、IP DiffServ、
  CAR支持、冗余、热插拔组件、路由器冗余协议、网关、基本web的管理、网管类型、网管粒度
  计费能力/协议，分组语音支持方法、协议支持、语音压缩能力、端口密度、信令支持等
3.交换机的性能指标
- 评价交换机的性能所依据的性能指标有交换机类型、配置、支持的网络类型、最大ATM/SONET/FDDI端口数、背板吞吐量、缓冲区大小、最大MAC地址表大小、最大电源数、支持协议，各种路由
  VLAN、网管、Qos、宽带分欸、冗余，热交换组件、负载均衡等等
4.网络的性能指标
- 评价网络的性能指标有设备级新能指标，网络级性能指标、应用级性能指标、用户级性能指标和吞吐量
5.操作系统的性能指标
- 指系统上下文切换、系统响应时间、系统的吞吐量，系统资源利用率、可靠性和可移植性等
6.数据库管理系统的性能指标
- 主要指标包括数据库本身和管理系统两部分
- 数据库的大小、数据库表的数量，单表的小大、表中允许的记录（行）数量，单个记录（行）的大小，表上所允许的索引数据、数据库所允许的索引数量、最大并发事务处理能力、负载均衡能力、最大连接数等
7.web服务器的性能指标
- 评价web服务器的性能指标有最大并发连接俗话、响应延迟和吞吐量

2.9.2 性能计算

性能计算的主要方法有定义法、公式法、程序检测法和仪器检测法
常用的性能指标计算过程的计算方法（MIPS）、峰值计算、等效指令速度的。
在实际应用中，往往是对这些常用性能指标的复合计算，然后通过算法甲醛处理得到最终结果

2.9.3 性能设计

1.性能调整
- 当系统性能见到最基本的水平时，性能调整有查找和消除瓶颈组成，
- 对数据库系统，性能调整主要包括CPU/内存使用状况、优化数据库设计、优化数据库管理以及进程/线程状态、硬盘剩余空间、日志文件大小等
- 对应用系统，性能调整主要包括系统的可用性、响应时间、并发用户数以及特定应用的系统资源占用等
- 性能调整的准备工作有：识别约束、指定负载、设置性能目标
- 性能调整过程为：收集、分析、配置、测试
2.阿姆达尔解决方案
- 阿姆达尔定律时指计算机系统中对某一部件采用某种更快的执行方式所获得的系统性能，改变程序取决于这种方式被使用的频率，或所占总执行时间的比例
- 加速比=不使用增强部件时完成整个任务的时间除以使用增强部件时完成整个任务的时间
- 加速比取决于2个因素
  - （1）在原有的计算机上，能够改进并增强的部分在总执行时间所占的比例，这个值称为增强比例，永远小于等于1
  - （2）通过增强的执行方式取得的改进，即如果整个程序使用了增加的执行方式，那么这个任务的执行速度会有多少提高，这个值是在原来条件下程序的执行时间与使用增强功能后程序的的执行时间之比
  - 新的执行时间公式和总加速比计算公式如下

2.9.4 性能评估

性能评估是为了一个目的，按照一定的步骤，选用一定的额度量项目，通过建模和实验，对一个系统的性能进行各项检测，对测试结果做出解释，并形成一份文档的技术，
性能评估的另一个目的是为性能优化提供参考
1.基准测试程序
- 大多数情况下，为哦了测试新系统的性能，用户必须依靠评价程序来评价机器的性能
- 有4种评价程序，评测的准确度依次递减
  - 真实的程序
  - 核心程序
  - 小型基准程序
  - 合成基准程序
- 应用程序中用得最多，最频繁的那部分核心程序作为评价计算机性能能的标准程序，称为基准测试程序
  - 整数测试程序 Dhrystone
  - 浮点测试程序 Linpack
  - Whetstone基准测试程序
  - SPEC 基准测试程序
  - TPC 基准程序
2.web服务器的性能评估
- web服务器测试中，性能指标有：最大并发连接数、响应延迟和吞吐量等
- 评测方法有：基准性能测试，压力测试和可靠性测试
3.系统监视
- 一是通过系统本身提供的命令，如UNIX/Linux中的W、ps、last，window中的netstat等
- 二时通过系统记录文件查阅系统在特定时间内的运行状态
- 三是集成命令、文件记录和可视化技术，如window的perfmon应用程序

本文参考文档：《系统架构设计师第二版》

第二章 计算机系统基础知识

2.1计算机系统概述

2.2 计算机硬件

2.2.1 计算机硬件组成

2.2.2处理器

2.2.3 存储器

2.2.4 总线

2.2.5 接口

2.2.6 外部设备

2.3 计算机软件

2.3.1 计算机软件的概述

2.3.2 操作系统

2.3.3 数据库

2.3.4 文件系统

2.3.5 网络协议

2.3.6 中间件

2.3.7 软件构件

2.3.8 应用软件

2.4 嵌入式系统及软件

2.4.1嵌入式系统的组成和特点

2.4.2 嵌入式系统的分类

2.4.3嵌入式软件的组成及特点

2.4.4 安全攸关软件的安全性设计

2.5 计算机网络

2.5.1网络的基本概念

2.5.2 通信技术

2.5.3 网络技术

2.5.4 组网技术

2.5.5网络工程

2.6 计算机语言

2.6.1 计算机语言的组成

2.6.2 计算机语言的分类

2.7 多媒体

2.7.1 多媒体概述

2.7.2多媒体系统的关键技术

2.8 系统工程

2.8.1 系统工程概述

2.8.2 系统工程方法

2.8.3 系统工程的生命周期

2.8.4 基于模型的系统工程

2.9 系统性能

2.9.1 性能指标

2.9.2 性能计算

2.9.3 性能设计

2.9.4 性能评估

第二章计算机系统基础知识