计算机系统基础知识一

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（CPU）
• • 运算单元
• • 控制单元
• • 指令寄存器（IR）
• • 程序计数器（PC）
• • 存储器
• • 主存（内存）
• • 外存
• • 输入设备
• • 键盘
• • 鼠标
• • ...
• • 输出设备
• • 显示器
• • ...
• • 软件
• • 系统软件
• • 应用软件

计算机体系结构

计算机硬件分为5部分：CPU（运算器、控制器）、存储器、输入设备、输出设备。

计算机系统概述

• • 处理器：计算机系统运算和控制的核心部件。处理器的指令集按照复杂度分为复杂指令集CISC与精简指令集RISC。常见的有图形处理器GPU（一种特殊类型的处理器，具有数百或数千个内核，经过优化可并行运行大量计算）；信号处理器DSP（专门用于实时的数字信号处理）。
• • 存储器：存储器的硬件结构分为SRAM、DRAM等。分层存储体系结构：
• • CPU：片上缓存，容量小，速度块，价格贵，SRAM结构
• • Cache：片外缓存，缓存的是主存上部分数据的副本
• • 主存：DRAM结构，独立的部件芯片
• • 外存：磁带、光盘等介质
• • 总线：按照计算机中所处的位置划分为内总线、系统总线、外部总线。
• • 内总线用于各类芯片内部互联
• • 系统总线是指计算机中CPU、主存、I/O接口的总线
• • 外部总线是计算机板和外部设备之间
• • 接口
• • 外部设备

计算机软件概述

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、数据的集合。计算机软件分为系统软件和应用软件。

• • 系统软件：为整个计算机系统配置的不依赖特定应用领域的通用软件。
• • 应用软件：为某类应用需要或解决某个特定问题而设计的软件。

由下到上：计算机硬件-》操作系统-》系统软件-》应用软件

• • 操作系统开发人员关注：计算机硬件
• • 应用开发人员关注：操作系统和系统软件
• • 应用用户关注：应用软件

计算机软件操作系统

操作系统由操作系统内核和其他许多附加的配套软件所组成。

操作系统内核指的是进程管理、存储管理、文件管理、设备管理等功能的软件模块。

1. 1. 操作系统的特征：

• • 并发性：是指在一段时间内，宏观上有多个程序同时执行，但实际上在单CPU的运行环境，每一个时刻只有一个程序在执行。
• • 共享性：是指操作系统中的资源被多个并发执行的程序共同使用，而不是被一个进程所独占。
• • 虚拟性：是指把一个物理实体变成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。
• • 不确定性：是指在多道程序环境中，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”

1. 2. 操作系统的分类：

• • 批处理操作系统：
• • 单道批处理：一次只有一个作业装入内存执行。
• • 多道批处理：允许一次多个作业装入内存执行。特点：多道、宏观上并行允许、微观上串行运行
• • 分时操作系统：将CPU的工作时间划分为多个时间片，大家轮流使用。特定：多路性、交互性、独立性、及时性
• • 实时操作系统：对于外来系统能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应。
• • 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：主要特点 微型化、可定制、实时性、可靠性、易移植性

计算机软件数据库

1. 1. 数据库分类：

• • 关系型数据库：二维表
• • 键值数据库：将数据作为键值对集合存储，键作为唯一标识
• • 列存储数据库：数据的存储形式为列
• • 文档数据库：存放获取文档，可以是XML、JSON、BSON等
• • 搜索引擎数据库：搜索引擎领域的数据存储形式，便于搜索引擎爬取大量数据

1. 2. 数据库文件系统：

文件的结构和组织：

• • 文件的逻辑结构
• • 文件的物理结构
• • 连续结构：顺序结构，将逻辑上连续的文件信息依次存放在连续的物理块上。
• • 链接结构：串联结构，将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块上。通过指针查找下一个物理块。
• • 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上。通过索引表查找文件信息的物理位置。
• • 多个物理块的索引表：索引表在文件创建时由系统自动建立，并与文件一起存放在同一个文件卷上。

文件的存取方法：顺序存取、随机存取

文件存储空间管理：常用的空闲空间管理方法有空闲区表、位示图、空闲块链。

• • 空闲区表：外寸空间上的一个连续的未分配区域称为空闲区，适用于连续文件结构。
• • 位示图：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，0表示空闲，1表示已分配。
• • 空闲块链
• • 成组链接法

文件共享：

• • 硬链接
• • 符号链接

文件保护：

• • 存取控制矩阵
• • 存取控制表
• • 用户权限表
• • 密码

文件存储管理

索引节点：0-12，分类：

• • 直接索引：索引项指向物理盘块。
• • 一级间接索引：索引项指向一级间接索引表，一级间接索引表中每个项指向一个物理盘块。
• • 二级间接索引：索引项指向一级间接索引表，一级间接索引表中每个项指向二级间接索引表，二级间接索引表中每个项指向一个物理盘块。
• • 三级间接索引：索引项指向一级间接索引表，一级间接索引表中每个项指向二级间接索引表，二级间接索引表中每个项指向一个三级间接索引表，三级间接索引表中每个项指向一个物理盘块。