软考网络工程师学习笔记----计算机基础知识

第一章计算机基础知识一、硬件知识1、计算机系统的组成包括硬件系统和软件系统硬件系统分为三种典型结构：(1)单总线结构(2)、双总线结构(3)、采用通道的大型系统结构中央处理器CPU包含运算器和控制器。2、指令系统指令由操作码和地址码组成。3、存储系统分为主存—辅存层次和主存—Cache层次Cache作为主存局部区域的副本，用来存放当前最活跃的程序和数据。计算机中数据的表示Cache的基本结构：Cache由存储体、地址映像和替换机构组成。4、通道是一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器，它使CPU与I/O操作达到更高的并行度。5、总线从功能上看，系统总线分为地址总线（AB）、数据总线(DB)、控制总线（CB）。6、磁盘容量记计算非格式化容量=面数*(磁道数/面)*内圆周长*最大位密度格式化容量=面数*(磁道数/面)*（扇区数/道）*（字节数/扇区）7、数据的表示方法原码和反码[+0]原=000…00[-0]原=100...00[+0]反=000…00[-0]反=111…11正数的原码=正数的补码=正数的反码负数的反码：符号位不变，其余位变反。负数的补码：符号位不变，其余位变反，最低位加1。二、操作系统操作系统定义：用以控制和管理系统资源，方便用户使用计算机的程序的集合。功能：是计算机系统的资源管理者。特性：并行性、共享性分类:多道批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统。进程：是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。进程分为三种状态：运行状态（Running）、就绪状态(Ready)、等待状态(Blocked)。作业分为三种状态：提交状态、后备运行、完成状态。产生死锁的必要条件：(1)、互斥条件：一个资源一次只能被一个进程所使用；(2)、不可抢占条件：一个资源仅能被占有它的进程所释放，而不能被别的进程强行抢占；(3)、部分分配条件：一个进程已占有了分给它的资源，但仍然要求其它资源；(4)、循环等待条件：在系统中存在一个由若干进程形成的环形请求链，其中的每一个进程均占有若干种资源中的某一种，同时每一个进程还要求（链上）下一个进程所占有的资源。死锁的预防：1、预先静态分配法2、有序资源使用法3、银行家算法虚拟存储器：是指一种实际上并不以物理形式存在的虚假的存储器。页架：把主存划分成相同大小的存储块。页：把用户的逻辑地址空间（虚拟地址空间）划分成若干个与页架大小相同的部分，每部分称为页。页面置换算法有：1、最佳置换算法OPT2、先进先出置换算法FIFO3、最近最少使用置换算法LRU4、最近未使用置换算法NUR虚拟设备技术：通过共享设备来模拟独占型设备的动作，使独占型设备成为共享设备，从而提高设备利用率和系统的效率。SPOOL系统：实现虚拟设备技术的硬件和软件系统，又Spooling系统，假脱机系统。作业调度算法：1、先来先服务调度算法FIFO：按照作业到达系统或进程进入就绪队列的先后次序来选择。2、优先级调度算法：按照进程的优先级大小来调度，使高优先级进程得到优先处理的调度策略。3、最高响应比优先调度算法：每个作业都有一个优先数，该优先数不但是要求的服务时间的函数，而且是该作业为得到服务所花费的等待时间的函数。以上三种都是非抢占的调度策略。三、嵌入式系统基本知识定义：以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应于特定应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的计算机系统。特点：硬件上，体积小、重量轻、成本低、可靠性高等特点、使用专用的嵌入式CPU。软件上，代码体积小、效率高，要求响应速度快，能够处理异步并发事件，实时处理能力。应用：从航天飞机到家用微波炉。第二章、计算机网络概论滑动窗口协议规定重传未被确认的分组，这种分组的数量最多可以等于滑动窗口的大小，TCP采用滑动窗口协议解决了端到端的流量控制。第三章数据通信基础一、数据通信的主要技术指标传输速率S=(1/T)log2NT—信号脉冲重复周期或单位脉冲宽度n—一个脉冲信号代表的有效状态数，是2的整数值log2N--单位脉冲能表示的比特数信道容量：表征一个信道传输数据的能力。单位：bps信道容量的计算：无噪声C=2H=2Hlog2N(奈奎斯特定理)H—信道带宽N—一个脉冲信号代表的有效状态数有噪声C=Hlog2(1+S/N)(香农公式)H—信道带宽S—信号功率N—噪声功率dB=10log10S/N,当S/N=1000时，信噪比为30dB二、数据交换方式延迟的计算1、电路交换总延迟=链路建立时间+线路延迟+发送时长2、虚电路分组交换总延迟=链路建立时间+(每个分组在交换结点延迟+每个分组线路延迟+每个分组发送时长)*分组数3、数据报分组交换总延迟=(每个分组在交换结点延迟+每个分组线路延迟+每个分组发送时长)*分组数三、a、模拟信号à模拟传输b、模拟信号à数字传输需要编码解码器（Codec）,模拟数据数字化分为三步：采样、量化、编码采样：对于连续信号是通过规则的时间间隔测出波的振动幅度从而产生一系列数据。量化：采样得到的离散数据转换成计算机能够表示的数据范围的过程，即将样值量化成一个有限幅度的集合X（nT）。编码：用一定位数的二进制数来表示采样所得脉冲的量化幅度的过程。常用编码方法有PCM脉冲编码调制。c、数字信号—数字传输常用编码：归零码、不归零码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码IEEE802.3以太网使用曼彻斯特编码，IEEE802.5令牌环使用差分曼彻斯特编码，两者的编码效率是50%，FDDI、100BASE-FX使用了4B/5B编码和NRZ-I（不归零码），编码效率是80%。d、数字信号à模拟传输需要调制和解调，调制：由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程；解调：在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程，调制的方法：载波的表示--y=A(t)sin(wt+Ф),分为ASK振幅调制、FSK频率调制、PSK相位调制。曼彻斯特编码：每比特的1/2周期处要发生跳变，由高电平跳到低电平表示1，由低电平跳到高电平表示0；差分曼彻斯特编码：有电平转换表示0，无电平转换表示1。四、差错控制CRC-CCITTG(X)=X16+X12+X5+1HDLC的帧校验用CRC-16G(X)=X16+X15+X2+1CRC-32G(X)=X32+…+X+1用在局域网中海明码m+k+12k数据位m，要纠正单个错误，得出冗余位k必须取的最小值。码距为m、n中最小值，它能够发现（码距-1）位错，并可纠正（码距-1-1）位错；比如8421的码距为1。要检测出d位错，码字之间的海明距离最小值应为d+1。CRC冗余码求法：(1)、如果信息位为K位，则其K-1次多项式可记为K(x)；如信息1011001，则k(x)=x6+x4+x3+1；(2)、冗余位为R位，其R-1位记为R(x)；如冗余位为1011，则R(x)=x3+x+1；(3)、发送信息为N=K+R,多项式为T(x)=Xr*K(x)+R(x),Xr表示将K(x)向左平移r位；(4)、冗余位产生过程：已知K(x)求R(x)的过程，一般应选一特定R次多项式G(x)(生成多项式)一般先事先商定好的，用G(x)去除Xr*K(x)得余式即为R(x)。R(x)=Xr*K(x)/G(x)；运算规则异或运算，相同取0，不同取1。五、压缩和解压缩方法JPEG属于黑白文稿数据压缩系统。二维压缩技术是指在水平和垂直方向都进行了压缩，在压缩算法中属于二维压缩技术的是MR。MMR数据压缩系统是在MR的基础上该进而来的，它主要在压缩效率和容错能力方面进行了改进和提高。下列压缩技术中，MPEG属于动态图像压缩技术。第四章、广域通信网一、在电气性能方面EIA-RS232-C与CCITT的V.28建议致，在功能特性方面与CCITT的V.24建议书一致，RS-449则与CCITT的V.35建议书一致，它采用37引脚的插头座。二、X.25公用数据网X.25是分组交换协议交换标准，公用数据网一般都用分组交换协议，所以X.25就是公用数据网的协议标准。X.25分为三层：物理层—采用X.21；链路层—采用LAP-B(链路访问平衡过程)，它是HDLC的子集；分组层—提供外部虚电路服务，使用X.25PLP协议。X.25又包括(1)HDLC协议--数据链路控制协议：面向字符的协议和面向比特的协议；HDLC定义了三种类型的站、两种链路配置和三种数据传输方式；(2)PLP协议—分组级协议。支持永久虚电路PVC和交换虚电路SVC。三、帧中继网F.R本质上仍是分组交换技术，但舍去了X.25的分组层，仅保留物理层和数据链路层，以帧为单位在链路层上进行发送、接收、处理，是简化了的X.25版本，是去掉了差错检测功能和纠错功能，只支持永久虚电路PVC，帧中继协议叫做LAP-D（Q.921）,链路层用它提供可靠的数据链路控制服务。四、ISDN和ATMISDN将话音传输、图像传输、数据传输等多种业务综合到一个网络中。为分四个参考点R、S、T、U，ISDN设备有：(1)1类终端设备TE1—与ISDN网络兼容的设备，可直接连接NT1或NT2；(2)2类终端设备TE2—与ISDN网络不兼容的设备，连接ISDN网时需要使用终端适配器TA；(3)终端适配器TA，把非ISDN设备的信号转换成符合ISDN标准的信号；(4)、1类网络终结设备NT1，用户端网络设备，可以支持连接8台ISDN终端设备；(5)、2类网络终结设备NT2，可接大型用户的较多终端设备。ISDN提供了一种数字化的比特管道，支持由TDM(时分多路复用)分隔的多个信道。常用的有2种标准化信道：D信道—16kb/s数字信道，用于带外信令，传输控制信号；B信道—64kb/s数字PCM信道，用于语音或数字。ISDN比特管道主要支持2种信道的组合：BRI—基本速率接口2B+D（N-ISDN速率达144kbps）;PRI—基群速率接口（一次群，B-ISDN），北美23B+D，1.544M(T1)，欧洲30B+D,2.048M(E1)。N-ISDN在传送信令的D通路使用分组交换，而B-ISDN则使用快速分组交换，即异步传递方式（ATM）。ISDN分为三层，第一层处理信令分帧，第二层处理分帧协议，第三层处理D信道的呼叫建立和拆卸协议，NT2提供数字数据与模拟电话交换功能。ATM是宽带综合业务数字网B-ISDN的核心技术，常称B-ISDN为ATM网，它是一种高速分组交换传输模式，交换单位为固定长度的信元53字节，支持永久虚电路PVC和交换虚电路SVC。ATM各层的功能层次子层功能与OSI的对应高层对用户数据的控制高层ATM适配层汇聚子层CS为高层数据提供统一接口第四层拆装子层SAR分割和合并用户数据ATM层虚通路和虚信道的管理，信元头的组装和拆分，信元的多路复用，流量控制第三层物理层传输会聚子层TC信元校验和速率控制，数据帧的组装和分拆第二层物理介质子层PMD比特定时,物理网络接入第一层ATM信元包含5个字节的信元头—主要完成寻址功能；48个字节的数据—用来装载不同用户，不同业务的信息。信元头中包括：GFC—通用流量控制，进行接入流量控制，用在NUI中；PTI—有效载荷，用来区分用户信息与非用户信息；HEC—首部差错控制，进行多个或单个比特的纠错。在交换过程中，当实施VP交换时，其中VPl、VCI的变化情况是VCI不变、VPI根据需要变化。若在交换过程中出现拥塞，该信息被记录在信元的CLP中。注：VP交换是把一困VC交换，VC交换是用交换机进行的。AAL协议AAL1：对应于A类业务。CS子层监测丢弃和误插入的信元，平滑进来的数据，提供固定速率的输出，并且进行分段。SAR子层加上信元顺序号和及其检测号和，以及奇偶校验位等。AAL2：对应于B类业务。用于传输面向连接的实时数据流，不进行错误检验，只检查顺序。AAL3/4：对应于C/D类业务。该协议用于面向连接的和无连接的服务，对信元错误和丢失敏感。AAL5：对应于C/D类业务，是计算机行业提出的协议。ATM局域网的优点：信道利用率高，对于突发业务延时更小。ATMLAN