信息系统管理工程师学习笔记.docx
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信息系统管理工程师学习笔记
知识体系结构
1、信息系统基础知识：
计算机基础知识以及数据结构、数据库、计算机网络等核心技术知识。
2、信息系统开发过程：
信息系统的开发管理、需求分析、系统设计、系统实施、系统测试的整个建设过程。
3、信息系统管理：
系统管理的各个方面，包括有系统管理规划、IT组织职能设计、IT财务管理、系统日常作业管理、IT资源管理、故障管理、性能管理、安全管理、系统转换、系统维护、用户支持等内容。
一、计算机硬件基础
1、计算机的基本组成
计算机硬件系统：
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
（CentralProcessingUnit）中央处理器+内部外设
主机
运算器：
进行算术和逻辑运算的部件，运算数据以二进制格式给出，它可从存储器取出或来自输入设备，运算结果或写入存储器，或通过输出设备输出。
控制器：
协调整个计算机系统的正常工作。
工作实质就是解释、执行指令。
1程序计数器（PC）：
在大多数机器中存放的是要执行的下一条指令的地址。
2指令寄存器（IR）：
用以存放现行指令，以便在整个指令执行过程中，实现一条指令的全部功能控制。
3指令译码器：
对指令寄存器中的操作码部分进行分析解释，产生相应的控制信号提供给操作控制信号形成部件。
4脉冲源及启停控制线路：
脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的时钟脉冲，是周期、节拍和工作脉冲的基准信号。
启停线路是对脉冲源产生脉冲的的控制。
5时序信号产生部件：
以时钟脉冲为基础，产生不同指令相对应的周期、节拍、工作脉冲等时序信号，以实现机器指令执行过程的时序控制。
6操作控制信号形成部件：
综合时序信号、指令译码信息、被控功能部件反馈的状态条件信号等，形成不同指令所需要的操作控制信号序列。
7中断机构：
实现对异常情况和某些外来请求的处理。
8总控制逻辑：
实现对总线信息传输的控制。
控制器组成图
存储器：
存放数据和程序的部件，通过地址线和数据线与其他部件相连。
按功能分类：
（1）高速缓冲存储器（Cache）：
其存取速度接近CPU的工作速度，用来临时存放指令和数据。
（2）主存储器：
用来存放计算机运行时的大量程序和数据。
CPU能够直接访问的存储器称为内存储器，高速缓存和主存都是内存储器，主存与缓存之间要不断交换数据。
（3）辅助存储器：
其中的内容需要调入主存后才能被CPU访问。
输入/输出部件：
各类输入/输出设备及相应的输入/输出接口。
2、计算机的系统结构
（1）并行处理的概念
指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性。
它包括同时性与并发行。
同时性指的是两个或两个以上的事件在同一时刻发生，并发行指的是两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生。
提高并行性的措施可概括为：
①时间重叠：
②资源重叠：
③资源共享：
根据指令流和数据流的多重性，系统可分为：
单指令流单数据流（SISD）、单指令流多数据流（SIMD）、多指令流单数据流（MISD）、多指令流多数据流（MIMD）。
（2）流水线处理机系统（时间并行技术）
把一个重复的过程分解为若干个子过程，每个过程与其他自过程并行进行。
（3）并行处理机系统
并行处理机通常由一个控制器CU、N个处理器单元（PE）以及一个互连网络部件组成。
主要特点：
①并行处理机是以单指令流多数据流方式工作的。
②并行处理机采用资源重复方法引入空间因素。
此外，它还利用了并行性中的同时性，所以处理器单元必须同时进行相同操作。
③并行处理机是以某一类算法为背景的专用计算机。
④并行处理机的研究必须与并行算法的研究密切结合，以使它的求解算法的适应性更强一些，应用面更广一些。
⑤实际的并行处理机系统是由以上三部分构成的一个异构型多处理机系统。
（4）多处理机系统
在多处理机系统中，处理机与处理机之间通过互连网络进行连接，从而实现程序之间的数据交换和同步。
MIMD计算机与SIMD计算机的本质差别在于并行性级别的不同：
前者要实现任务或作业一级的并行，而后者只实现指令一级的并行。
与并行处理机进行比较：
①结构灵活性
②程序并行性
③并行任务派生性
④进程同步
⑤资源分配和进程调度
（5）CISC/RISC指令系统
使指令系统越来越复杂的出发点有
①使目标程序得到优化
②给高级语言提供更好的支持
③提供对操作系统的支持
RISC与CISC比较：
①指令数目较少，一般都选用使用频率最高的一些简单指令
②指令长度固定，指令格式种类少，殉职方式种类少
③大多指令可在一个机器周期内完成
④通用寄存器数量多，只有存数/取数指令访问存储器，其他指令均在寄存器之间进行操作。
3、计算机存储系统
（1）概述及分类
概述：
存储系统由存放程序和数据的各类存储设备及相关的软件构成。
分类：
（具体解说同上计算机的基本组成）
①高速缓冲存储器
②主存储器
③辅助存储器
（2）存储器层次结构
①“高速缓存—主存”层次：
解决速度问题
②“主存—辅存”层次：
解决容量问题
4、计算机应用领域
（1）科学计算
（2）信息管理
（3）计算机图形学与多媒体技术
（4）语言与文字的处理
（5）人工智能
二、操作系统知识
1、操作系统简介
（1）定义与作用
操作系统是管理软硬件资源、控制程序执行，改善人机界面，合理组织计算机工作流程和为用户使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。
①通过资源管理，提高计算机系统的效率
②改善人机界面，向用户提供良好的工作环境
（2）功能及特征
特征：
并发性、共享性、异步性
功能：
处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理、作业管理、网络与通信管理
（3）系统类型
①批处理操作系统
特征：
用户脱机管理、成批处理作业、多道程序运行、作业周转时间长。
②分时操作系统
特征：
同时性、独立性、及时性、交互性。
③实时操作系统
组成：
数据采集、加工处理、操作控制、反馈处理。
2、处理机管理
（1）进程的基本概念
进程：
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。
进程属性：
结构性、共享性、动态性、独立性、制约性、并发行。
（2）进程的状态和转换
三态模型：
运行态、就绪态、等待态。
五态模型：
新建态、运行态、就绪态、等待态、终止态。
（3）进程的描述
进程上下文：
进程物理实体和支持进程运行的环境的合称。
一个进程映像包括：
进程程序块、进程数据块、系统/用户堆栈、进程控制块。
常用的现场信息：
通用寄存器的内容、控制寄存器的内容、用户堆栈指针、系统堆栈指针等。
常用的控制信息：
进程的调度相关信息，进程组成信息、进程间通信相关信息、进程在二级存储器内的地址、CPU资源的占用和使用信息、进程特权信息、资源清单。
（4）进程的同步于互斥
进程之间的两种基本关系：
竞争、协作。
互斥是解决进程间竞争关系的手段；同步时解决进程间协作关系的手段；临界区管理可以解决进程互斥问题；进程互斥关系是一种特殊的进程同步关系，即逐次使用互斥共享资源。
典型的进程间同步问题：
生产者—消费者问题。
最常用的同步机制：
信号量及PV，管程。
原语：
操作系统中执行时不可中断的过程，即原子操作（P（测试）、V（增量））。
P操作---申请资源；V操作---释放资源。
（5）死锁
死锁：
两个进程分别等待对方占用的一个资源，于是两者都不能执行而处于永远等待的状态。
死锁产生的条件（必须同时满足）：
互斥条件、占有和等待条件、不剥夺条件、循环等待条件。
3、存储管理
存储管理类型：
分区存储管理、分段存储管理、分页存储管理、虚拟存储管理。
存储管理的功能：
主存储空间的分配和回收、地址转换和存储保护、主存储空间的共享、主存储空间的扩充。
（1）存储器的层次
计算机系统的存储器可分为：
寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质
（2）地址转换与存储保护
逻辑地址转化为物理地址，称为地址转换或重定位。
两种转换方式：
一、在作业装入时由作业装入程序实现地址转换—静态重定位；
二、在程序执行时实现地址转换---动态重定位。
（3）分区存储管理
管理方式：
固定分区和可变分区
可变分区分配算法：
最先适用分配算法、最优适应分配算法、最坏适应分配算法。
（4）分页式存储管理
优点：
既可以免去移动信息的工作，又可尽量减少主存的碎片。
基本原理：
页框：
物理地址分成大小相等的区多分区每个区称为一块；
页面：
逻辑地址分成大小相等的区，区的大小与块的大小相等；
逻辑地址形式：
页表和地址转换：
重定位寄存器的集合称为页表；
相联存储器和快表
（5）分段式存储管理
（6）虚拟存储管理
4、设备管理
外围设备：
存储型设备、输入输出型设备。
设备管理功能：
外围设备中断处理、缓冲区管理、外围设备的分配、外围设备驱动调度。
（1）I/O硬件原理
①输入输出系统
I/O系统：
把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件的统称。
I/O设备划分：
输入型外围设备、输出型外围设备、存储型外围设备。
②输入输出控制方式
按照I/O控制器功能的强弱以及和CPU之间联系方式的不同，可划分为：
询问方式（程序直接控制方式）、中断方式、DMA方式（直接存储器存取方式）、通
道（输入输出处理器）方式。
采用通道技术主要解决了输入输出操作的独立性和各部件工作的并行性。
把中央理
理器从琐碎的输入输出操作中解放出来。
（2）I/O软件原理
总体设计目标：
高效率、通用性。
I/O软件组成：
I/O中断处理程序（底层）、设备驱动程序、与设备无关的操作系统
I/O软件、用户I/O软件。
输入输出中断的类型和功能：
通知用户程序输入输出操作沿链推进的程度、通知用户程序输入输出操作正常结束、
通知用户程序发现的输入输出操作异常、通知程序外围设备上重要的异步信号。
设备驱动程序的功能：
从与设备无关的软件中接收抽象的请求并执行。
与设备无关软件完成的功能：
对设备驱动程序的统一接口、设备命名、设备保护、提供独立于设备的块大小、缓
冲区管理、块设备的存储分配、独占性外围设备的分配和释放、错误报告。
设备无关软件的基本功能：
执行适用于所有设备的常用I/O功能，并向用户层软件
提供一个一致的接口。
（3）Spooling系统（外围设备联机操作）
Spooling技术：
用一类物理设备模拟另一类物理设备的技术，是使独占使用的设备
变成多台虚拟设备的一种技术，也是一种速度匹配技术。
“预输入程序”能将信息从输入设备输入到辅助存储器缓冲区。
主要任务是控制
信息从输入设备输入到输入井存放，并填写好输入表以便在作业执行中要求输入信息
量，可以随时找到它们的位置。
“缓输出程序”能将信息从辅助存储器输出缓冲区域输出到输出设备。
“井管理程序”控制作业和辅助存储器缓冲区之间交换信息。
“井”是用作缓冲的存储区域，采用井的技术能调节供求之间的矛盾，消除人工
干预带来的风险。
系统拥有一张作业表用来登记进入系统的所有作业的作业名状态、预输入位置等。
作业表是作业调度程序执行作业调度的依据，是Spooling系统和作业调度程序共
享的数据结构。
输入井的作业状态：
输入状态、收容状态、执行状态、完成状态。
（4）磁盘调度
分类：
移臂调度（电梯调度）、旋转调度。
5、文件管理
文件系统：
操作系统中负责存取和管理信息的模块，用统一的方式管理用户和系统信息的存储、检索、更新、共享和保护，并为用户提供一整套方便有效的文件使用和操作方法。
文件：
由文件名字标识的一组相关信息的集合。
文件分类：
①按用途分：
系统文件、库文件、用户文件；
②按保护级别分：
只读文件、读写文件、不保护文件；
③按信息流分：
输入文件、输出文件、输入输出文件。
文件类型：
普通文件、目录文件、块设备文件、字符设备文件。
文件系统面向用户的功能：
文件的按名存取、文件目录建立和维护、实现从逻辑文件到物理文件的转换、文件存储空间的分配和管理、提供合适的文件存取方法、实现文件的共享、保护和保密、提供一组可供用户使用的文件操作。
存取方法是操作系统为用户程序提供的使用文件的技术和手段。
存取方式：
顺序存取、直接存取、索引存取。
文件目录项一般应该包括：
有关文件存取控制的信息、有关文件结构的信息、有关文件管理的信息。
目录结构：
一级目录结构、二级目录结构、树型目录结构。
文件结构：
逻辑结构、物理结构。
逻辑结构分两种形式：
流式文件、记录式文件（定长、变长）。
物理结构分三种形式：
顺序文件、连接文件、索引文件。
文件保护：
是指防止文件被破坏，包括2方面：
1、防止系统崩溃所造成的文件破坏；2、防止其他用户的非法操作所造成的文件破坏。
为防止系统崩溃造成文件破坏，定时转储是一种经常使用的方法。
“三元组”：
用户、对象、存取权限。
密码种类：
文件密码、终端密码。
6、作业管理
作业：
用户提交给操作系统计算的一个独立任务。
作业步：
作业加工过程中的一个步骤。
作业由用户组织，作用步由用户指定，一个作业从提交给系统到运行结束，要经过提交、收容、执行、完成四个步骤。
作用管理可以采用脱机和联机两种方式。
作用调度算法：
①先来先服务算法：
②最短作业优先算法：
③响应比最高者优先算法：
响应比=已等待时间/估计计算时间
④优先数法：
分动态与静态
多道程序设计：
指允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法。
引入多道程序设计的好处：
1、提高了CPU的利用率；2、提高了内存和I/O设备的利用率；3、改进了系统的吞吐率；4、充分发挥了无系统的并行性。
缺点：
作业周转时间延长。
三、程序设计语言
语言架构：
程序设计语言的基本成分：
数据成分、运算成分、控制成分、函数。
数据：
程序操作的对象，具有存储类别、类型、名称、作用域和生存期等属性，使用时要为它分配内存空间。
数据类型分类：
按程序运行过程中数据的值能否改变：
常量（整型、实型、字符、符号）、变量。
按数据的作用域范围：
全局量、局部量。
按数据组织形式：
基本类型（整型、实型、字符型、枚举型）、构造类型（数组类
型、结构类型、共用类型）、指针类型、空类型。
基本运算：
算术运算、关系运算、逻辑运算。
为了确保运算结果的唯一性，运算符号要规定优先级和结合性。
控制结构：
顺序结构、选择结构、循环结构。
“翻译”方式：
编译方式、解释方式。
解释方式：
VisualBasic、VisualFoxpro、PowerBuilder、Java
编译方式：
VisualC/C++、Delphi
编译过程：
四、系统配置和方法
1、系统配置技术
系统架构：
客户端/服务器系统、浏览器/服务器系统、多层分布式系统。
多层分布式系统：
瘦客户、业务服务（完成业务逻辑，实现客户与数据库对话的
桥梁，实现分布式管理、负载均衡、Fail/Recover、安全隔离）、数据服务。
多层系统主要特点：
安全性、稳定性、易维护、快速响应、系统扩展灵活。
例子：
Sun的J2EE和Microsoft.Net。
2、系统配置方法
常用配置方法：
双机互备、双机热备、群集系统、容错服务器。
双机互备和双机热备的切换时机：
系统软件或应用软件造成服务器宕机、服务器
没有宕机，但系统软件或应用软件工作不正常、SCSI卡损坏，造成服务器与磁盘
阵列无法存取数据、服务器内硬件损坏，造成服务器宕机、服务器不正常关机。
群集技术与双机热备的本质区别：
能否实现并行处理和某些节点失效后的应用程序
的平滑接管。
群集服务优点：
高可用性、修复返回、易管理性、可扩展性。
容错服务器：
通过CPU时钟锁频，对系统中所有硬件的备份，系统内所有冗余部件
的同步运行，实现容错。
3、系统处理模式
集中式计算模式的特征：
通过主机系统形成大部分的通信流程，构成系统的所有通
信协议都是系统专有的，大型主机在系统中占据着绝对的支配作用，所有控制和管
理功能都由主机来完成。
分布式计算经历的三个阶段：
桌上计算（DesktopComputing）、工作组计算（WorkgroupComputing）、网络
计算（NetworkComputing）。
实时处理也叫联机处理（OnlineTransactionProcessing）：
Web计算：
基于网络浏览器的分布式计算方式。
对象Web：
分布式对象和网络技术的集成。
Web计算的优点：
统一的用户界面；经济性、可维护性；鲁棒性；可伸缩性；兼容性；安全性；适应网络的异构、动态环境。
4、系统事务管理
事务：
用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做要么不做，是一个不可
分割的工作单位。
在SQL语言中，定义事务的语句：
BEGINTRANSACTION、COMMIT、ROLLBACK。
事务的4个特性：
原子性（atomicity）、一致性（consistency）、隔离性（isolation）、
持续性（durability）。
事务时并发控制的基本单位。
并发操作带来的数据不一致性包括：
丢失修改、不可重复读和读“脏”数据。
产生不一致的主要原因：
并发操作破坏了事务的隔离性。
封锁：
实现并发操作的一个非常重要的技术。
封锁类型：
排它锁（X锁）、共享锁（S锁）。
事务撤销：
撤销该事务已经做出的任何对数据库的修改，使得该事务好像根本没有
启动一样。
5、系统性能
响应时间：
用户从输入信息到服务器完成任务给出响应的时间，即计算机系统完成
某一任务（程序）所花费的时间。
作业吞吐量：
整个服务器在单位时间内完成的任务量。
单个用户的吞吐量与响应时
间成反比，即响应时间越短，吞吐量越大。
性能调整：
根据应用要求和服务器具体运行环境和状态，改变各个用户和服务器程
序所分配的系统资源，充分发挥系统能力，用尽量少的资源满足用户要求，达到为
更多用户服务的目的。
性能指标：
MIPS（MillionInstructionPerSecond）、MFLOPS（MillionFloating-pointInstructionPerSecond）。
MIPS=指令数/（执行时间*1000000）
MFLOPS=浮点指令数/（执行时间*1000000）
1MFLOPS≈3MIPS
6、系统性能评估
系统性能评估技术：
分析技术、模拟技术、测量技术。
分析技术主要是利用排队论模型进行分析。
分析和模拟技术最后均需要通过测量技术验证。
测量技术的评估层次：
实际应用程序、核心程序、合成测试程序。
国际认可的用来测试机器性能的测试基准测试程序：
实际的应用程序方法
核心基准程序方法
简单基准测试程序
综合基准测试程序
7、系统可靠性
计算机系统的硬件故障是由元器件引起的。
元器件的可靠性阶段：
不稳定期、正常工作期、老化期。
衡量计算机系统的三个指标：
可靠性、可维护性、可用性。
计算机系统的可靠性用平均无故障时间（MTTF）来度量；可维护性用平均维修时间
（MTTR）来度量。
计算机系统可用性定义：
MTTF/（MTTF+MTTR）*100%。
计算机可靠性模型：
串联系统可靠性
并联系统可靠性
混联系统
提高计算机的可靠性措施：
提高元器件质量、发展容错技术。
五、数据结构与算法
1、数据结构与算法简介
基本术语：
数据、数据元素、数据记录、关键项、数据处理、数据结构、数据类型
数据对象等。
算法应具备的5个特性：
有穷性、确定性、可行性、输入、输出。
“好”算法应具备：
正确性、可读性、健壮性、效率和低存储量需求。
算法评价：
时间复杂度、空间复杂度。
2、线性表
线性表：
n各数据元素的有限序列。
数据元素（记录）：
由若干个数据项组成。
文件：
含有大量记录的线性表。
存储结构：
顺序、链式、散列。
3、栈和队列
栈：
一种特殊的线性表，限定在表尾进行插入（进栈）或删除（出栈）的线性表。
栈的主要操作：
栈的初始化、插入和删除运算、判断栈是否为空以及读取栈顶结点
的值得操作。
表达式：
由操作数、运算符、界限符组成。
表达式类别：
中缀表达式、后缀表达式。
队列：
只允许在一端（队尾）进行插入，另一端（队头）进行删除的线性表。
队列类别：
链队列、循环队列。
4、数组和广义表
数组存放规则：
一维采用顺序存储结构；多维采用顺序存储（列为主、行为主）。
广义表的深度：
该广义表展开后所含括号的层数。
广义表的两种结点：
表结点：
表示列表，由标志域、指示表头的指针域、指示表为的指针域组成。
原子结点：
表示原子，由标志域、值域组成。
5、树和二叉树
树的表示方法：
树型、括号、嵌套集合、凹入。
树的存储结构：
双亲表示法、孩子表示法、孩子兄弟表示法。
树的遍历方式：
前序、后序、层次。
右图树遍历结果：
前序：
ABCEFHIGD
后序：
BEHIFGCDA
层次：
ABCDEFGHI
6、图
图：
由一个非空的顶点集合和一个描述顶点之间多对多关系的边际和组成的一种数
据结构。
图的遍历：
深度优先、广度优先。
7、双链表例题：
六、多媒体基础知识
1、多媒体技术概论
多媒体计算机技术：
计算机综合处理多种媒体信息，使多种信息建立逻辑连接，集
成为一个系统并具有交互性。
多媒体计算机技术特性：
集成性、交互性、实时性、数字化。
多媒体计算机：
指能综合处理多媒体信息，使多种信息建立联系并具有交互性的计算机系统。
多媒体计算机硬件系统：
多媒体主机、多媒体输入设备、多媒体输出设备、多媒体存储设备、多媒体功能卡、操纵控制设备。
多媒体技术的主要组成：
各种媒体信息的处理技术和信息压缩技术、多媒体计算机技术、多媒体网络通信技术、多媒体数据库技术。
多媒体计算机系统的关键技术：
①视频和音频数据的压缩和解压技术；
②多媒体专用芯片技术；
③多媒体系统软件技术；
④大容量信息存储技术；
⑤多媒体网络通信技术；
⑥超文本与超媒体技术。
多媒体计算机技术的应用：
①教育与培训
②桌面出版与办公自动化
③多媒体电子出版物
④多媒体通信
⑤多媒体声光艺术品的创作
2、多媒体压缩编码技术
多媒体压缩编码框架图：
国际标准：
JPEG、MPEG（兼容性好、压缩比高、数据失真小）、H.261、DVI。
3、多媒体技术应用
数字图像类型：
二值图像、黑白灰度图像、彩色图像、活动图像。
与数字图下岗相关的概念：
像素、屏幕分辨率、图像分辨率、像素分辨率、色彩数和图形灰度。
常用彩色表示方法：
①R（红）G（绿）B（蓝）；
②H（色调）I（光的强度）S（饱和度）；
③C（青）M（紫红）Y（黄）K（黑）；
YUV：
彩色电视视频信号在PAL彩色电视制式中采用的色彩空间。
数字图像的类型：
位图、矢量图形。
数字图像的文件格式：
静态图像：
GIF、TIF、BMP、PCX、JPG、PCD。
动态图像：
AVI、MPG。
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