软件设计师中级职称考试重点难点.docx
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软件设计师中级职称考试重点难点
软件设计师重点难点——数据库
数据库管理系统（DBMS）
数据库管理系统（DBMS）是指DBS中对数据进行管理的软件系统，它是DBS的核心成分。
DBS中所有与数据库打交道的操作，包括建库、查询、更新及数据控制，都是通过DBMS进行的。
数据库管理系统总是基于某种数据库模型，可分为网状型、层次型、关系型和面向对象型DBMS。
数据库管理系统的主要目标：
把数据作为可管理的资源处理。
数据库管理系统的5个重要功能：
◆数据库的定义功能：
DBMS提供数据定义语言（DDL）定义数据库的3级结构，包括外模式、概念模式、内模式及其相互之间的映象，定义数据的完整性约束、保密限制等条件。
因此在DBMS中包括DDL的编译程序。
◆数据库的操纵功能：
提供数据操纵语言（DML）实现对数据的操作。
有4种基本操作：
检索（查询）、插入、删除、修改。
在DBMS中包括DML的编译程序或解释程序。
◆数据库的保护功能：
DBMS对数据库的保护主要通过4个子系统：
A.数据库恢复（在数据库被破坏或数据不正确时，系统有能力把数据库恢复到最近某个正确的状态
B.数据完整性控制（保证数据库中数据及语义的正确性和有效性，防止任何对数据错误的操作）
C.多用户环境下的并发控制。
D.数据安全性控制（防止未被授权的用户蓄谋或无意地存取数据库中的数据，以免数据的泄露或破坏）。
◆数据库的维护功能：
这部分包括数据库的初始数据载入、转换功能、存储功能、数据库的改组、性能监视功能。
◆数据字典（DD）：
DD管理数据库3级结构的定义。
对于数据库的操作都要通过查阅DD才能进行。
现在有的大型系统中，把DD单独抽出来自成一个系统，成为一个系统工具，使得DD成为一个比DBMS更高级的用户与数据库之间的接口。
要注意的是：
应用程序并不属于DBMS的范围。
应用程序是用主语言和DML编写的，程序中的DML语句由DBMS执行，而其余部分仍由主语言编译程序完成。
数据库系统（DBS）
数据库系统是一个复杂的系统，它是采用了数据库技术的计算机系统。
因此，它不仅仅是一组对数据进行管理的软件（即DBMS），也不仅仅是一个数据库。
它是一个实际可运行的、按照数据库方法存储、维护和向应用系统提供数据支持的系统。
它是存储介质、处理对象和管理系统的集合体，由数据库DB、硬件支持系统、软件支持系统和数据库管理员DBA这四部分组成。
SQL语句
◆基本表的定义可用“CREATETABLE”语句实现，增加属性可以用ALTER...ADD...”语句，删除属性可以用“ALTER...DROP...”语句;删除已存在的表可用“DROPTABLE...”语句。
◆视图的定义和撤消
◆索引的定义和撤销
◆SELECT查询语句
◆DELETE删除语句
◆INSERT插入语句
◆uPDATE语句
关系运算
专门的关系运算包括选择、投影、连接、除等。
选择（Selection）
选择又称为限制（Restriction）。
它是在关系R中选择满足给定条件的诸元组，记作：
σF（R）={t|t∈R∧F（t）='真'}
其中F表示选择条件，它是一个逻辑表达式，取逻辑值‘真’或‘假’。
逻辑表达式F的基本形式为：
X1θY1[φX2θY2]
θ表示比较运算符，它可以是＞、≥、＜、≤、＝或≠。
X1、Y1等是属性名或常量或简单函数。
属性名也可以用它的序号来代替。
φ表示逻辑运算符，它可以是僼、∧或∨。
[]表示任选项，即[]中的部分可以要也可以不要，...表示上述格式可以重复下去。
因此选择运算实际上是从关系R中选取使逻辑表达式F为真的元组。
这是从行的角度进行的运算。
举例
设有一个学生-课程关系数据库，包括学生关系Student、课程关系Course和选修关系SC。
下面的许多例子将对这三个关系进行运算。
例1查询信息系（IS系）全体学生
σSdept='IS'（Student）或σ5='IS'（Student）
例2查询年龄小于20岁的元组
σSage<20（Student）
或σ4<20（Student）。
投影（Projection）
关系R上的投影是从R中选择出若干属性列组成新的关系。
记作：
ΠA（R）={t[A]|t∈R}
其中A为R中的属性列。
举例
例3查询学生关系Student在学生姓名和所在系两个属性上的投影：
ΠSname,Sdept（Student）
或
Π2,5（Student）
结果如图2-7（a）。
投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组，因为取消了某些属性列后，就可能出现重复行，应取消这些完全相同的行。
例4查询学生关系Student中都有哪些系，即查询学生关系Student在所在系属性上的投影
ΠSdept（Student）
投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组，因为取消了某些属性列后，就可能出现重复行，应取消这些完全相同的行。
连接（Join）
连接也称为θ连接。
它是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。
记作：
其中A和B分别为R和S上度数相等且可比的属性组。
θ是比较运算符。
连接运算从R和S的笛卡尔积R×S中选取（R关系）在A属性组上的值与（S关系）在B属性组上值满足比较关系θ的元组。
连接运算中有两种最为重要也最为常用的连接，一种是等值连接（equi-join），另一种是自然连接（Naturaljoin）。
θ为“＝”的连接运算称为等值连接。
它是从关系R与S的笛卡尔积中选取A、B属性值相等的那些元组。
即等值连接为：
自然连接（Naturaljoin）是一种特殊的等值连接，它要求两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且要在结果中把重复的属性去掉。
即若R和S具有相同的属性组B，则自然连接可记作：
一般的连接操作是从行的角度进行运算。
但自然连接还需要取消了重复列，所以是同时从行和列的角度进行运算。
除（Division）
给定关系R（X,Y）和S（Y,Z），其中X、Y、Z为属性组。
R中的Y与S中的Y&127;可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集。
R与S的除运算得到一个新的关系P（X），P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影：
元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。
记作：
其中Yx为x在R中的象集，x=tｒ[X]。
举例
例6设关系R、S分别为图2-9中的（a）和（b），R÷S的结果为图2-9（c）。
在关系R中，A可以取四个值{a1,a2,a3,a4}。
其中：
a1的象集为{（b1,c2）,（b2,c3）,（b2,c1）}
a2的象集为{（b3,c7）,（b2,c3）}
a3的象集为{（b4,c6）}
a4的象集为{（b6,c6）}
S在（B,C）上的投影为{（b1,c2）,（b2,c3）,（b2,c1）}
显然只有a1的象集（B,C）a1包含S在（B,C）属性组上的投影，所以R÷S={a1}。
R
S
R÷S
A
B
C
B
C
D
A
a1
b1
c2
b1
c2
d1
a1
a2
b3
c7
b2
c1
d1
a3
b4
c6
b2
c1
d1
a1
b2
c3
b2
c3
d2
a4
b6
c6
a2
b2
c3
a1
b2
c1
（a）
（b）
（c）
软件设计师重点难点——操作系统
一、进程相关的概念：
进程、线程和管程
这是三个看起来似乎比较容易混淆的概念，所以在复习的时候一定要牢记其定义和相互之间的区别。
*进程
进程是一个可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。
也就是说，它是运行中的程序，是程序的一次运行活动。
在操作系统中，进程是进行系统资源分配、调度和管理的最小单位。
*线程
对于一些多线程程序来讲，其包含两条或两条以上并发运行的部分，每个部分就称作一个线程，每个线程都有独立的执行路径。
线程是处理器分配资源的最小单位。
*管程
管程是一种并发性的构造，它包括用于分配一个共享资源或一组共享资源的数据和过程。
为了完成分配资源的功能，进程必须调用特定的管程入口。
操作系统中，多任务处理一般有两种方式：
基于进程和基于线程。
基于进程的多任务处理的特点是允许计算机同时运行两个或更多的程序。
而基于线程的多任务处理是指一个程序可以同时执行两个或者多个任务的功能。
多线程程序比多进程程序需要更少的管理费用。
进程是重量级的任务，需要分配它们自己独立的地址空间。
进程间的通信和相互转换需要很多的开销。
而线程是轻量级的任务，它们共享相同的地址空间并且分享同一个进程。
线程间的通信和转换开销要小很多
二、信号量处理：
信号量和P-V操作
为了解决进程同步的问题，提出了信号量机制。
这一机制取得了很大的发展，从整型信号量到记录型信号量，再进而发展为“信号量集”机制。
不过，在原理上和考试中，一般我们都只涉及整型信号量机制。
对于互斥临界区的管理要求：
n有空则进
n无空等待
n两者择一
n有先等待
在整型信号量机制中，信号量被定义为一个整型变量，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait（s）和signal（s）来访问。
其通常被分别称作P、V操作。
描述如下：
P操作
I.S-1→S
II.如果S<0，则该进程进入等待状态；否则继续进行
V操作
I.S+1→S
II.如果S≥0，则唤醒队列中的一个等待进程
进程互斥的情况初值是1，而同步的初值是0
进程同步的问题相对来说是比较复杂的，这其中一些比较经典的进程同步问题，如：
*生产者—消费者问题
*读者—写者问题
*哲学家进餐问题
三、各种调度算法：
操作系统中，涉及到的调度比较多，如进程调度、作业调度、磁盘调度等。
但是其调度算法的原理都大致相同。
进程调度是比较典型的一类调度，其调度算法较多。
包括：
*先来先服务
*优先数调度
*轮转法
*短作业优先
通过对这些调度算法的复习，对我们掌握其他种类调度的调度算法也会很有帮助。
例题：
一台PC计算机系统启动时，首先执行的是__（42）__，然后加载__（43）__。
在设备管理中，虚拟设备的引入和实现是为了充分利用设备，提高系统效率，采用__（44）__来模拟低速设备（输入机或打印机）的工作。
例题：
设有7项任务，分别标记为a、b、c、d、c、f和g，需要若干台机器以并行工作方式来完成，它们执行的开始时间和完成时间如下表所示：
四、信号量例题：
在某超市里有一个收银员，且同时最多允许有n个顾客购物，我们可以将顾客和收银员看成是两类不同的进程，且工作流程如下图所示。
为了利用PV操作正确地协调这两类进程之间的工作，设置了三个信号量S1、S2和Sn，且初值分别为0、0和n。
这样图中的a应填写__C__，图中的b1、b2应分别填写__D_，图中的c1、c2应分别填写__A。
（操作系统）？
软件设计师重点难点——多媒体
多媒体重点和难点
1.图形和图象的各种格式、几个主要的概念：
2.音频采集计算：
声音文件的存储量=采样频率×采样位数×声道数
3.视频图象的容量计算和国家标准：
图像文件的存储量=分辨率×色彩数（位）。
4.视频的几种集中压缩格式：
（44）A．128Kb/s
B．320Kb/s
C．1.5Mb/s
D．15Mb/s
（45）A．352×288
B．576×352
C．720×576
D．1024×720
（46）A．16帧/秒
B．25帧/秒
C．30帧/秒
D．50帧/秒
例题1：
MPEG-I编码器输出视频的数据率大约为__C__。
PAL制式下其图像亮度信号的分辨率为_A__，帧速为__B__。
（多媒体）
（44）A.128Kb/sB.320Kb/sC.1.5Mb/sD.15Mb/s
（45）A.352×288B.576×352C.720×576D.1024×720
（46）A.16帧/秒B.25帧/秒C.30帧/秒D.50帧/秒
例题2：
在多媒体的音频处理中，由于人所敏感的声频最高为A赫兹（Hz），因此数字音频文件对音频的采样频率为B赫兹（Hz）。
对一个双声道的立体声，保持1秒钟声音，其波形文件所需的字节数为C，这里假设每个采样点的量化位数为8位。
MIDI文件是最常用的数字音频文件之一，MIDI是一种D，它是该领域国际上的一个E。
A：
①50②10k③22k④44k
B：
①44.1k②20.05k③10k④88k
C：
①22050②88200③176400④44100
D：
①语音数字接口②乐器数字接口
③语音模拟接口④乐器模拟接口
E：
①控制方式②管理规范③通信标准④输入格式
在音频处理中，采样频率是决定音频质量的一个重要因素，它决定了频率响应范围。
对声音进行采样的三种标准以及采样频率分别为：
语音效果（11kHz）、音乐效果（22kHz）、高保真效果（44.1kHz），目前声卡的最高采样率为44.1KHz。
另外，一般人的听觉带宽为20Hz~20kHz，人敏感的声频最高为22kHz。
信号编码的位数是决定音频质量的另一个重要因素，它决定数字采样的可用动态范围和信噪比。
16位声卡的采样位数就是16。
声音文件的存储量等于采样频率×采样位数×声道数。
如本题所求波形文件的字节数计算公式如下：
44.1kHz×8bit×2×1秒=705.6Mbit/8=88.2MB=88200Byte
[答案]
A：
③B：
①C：
②D：
②E：
③
软件设计师重点难点——系统可靠性计算
系统可靠性计算是软件设计师考试的一个重点，近些年几乎每次考试都会考到，但这个知识点的难度不高，了解基本的运算公式，即可轻松应对。
可靠性计算主要涉及三种系统，即串联系统、并联系统和冗余系统，其中串联系统和并联系统的可靠性计算都非常简单，只要了解其概念，公式很容易记住。
冗余系统要复杂一些。
在实际的考试当中，考得最多的就是串并混合系统的可靠性计算。
所以要求我们对串联系统与并联系统的特点有基本的了解，对其计算公式能理解、运用。
下面将对这些计算的原理及公式进行详细的说明。
串联系统
假设一个系统由n个子系统组成，当且仅当所有的子系统都能正常工作时，系统才能正常工作，这种系统称为串联系统，如图1所示。
设系统各个子系统的可靠性分别用
表示，则系统的可靠性
。
如果系统的各个子系统的失效率分别用
来表示，则系统的失效率
。
\
并联系统
假如一个系统由n个子系统组成，只要有一个子系统能够正常工作，系统就能正常工作，如图2所示。
设系统各个子系统的可靠性分别用
表示，则系统的可靠性
。
假如所有子系统的失效率均为，则系统的失效率为：
在并联系统中只有一个子系统是真正需要的，其余n-1个子系统都被称为冗余子系统。
该系统随着冗余子系统数量的增加，其平均无故障时间也会增加。
串并混合系统
串并混合系统实际上就是对串联系统与并联系统的综合应用。
我们在此以实例说明串并混合系统的可靠性如何计算。
例1：
某大型软件系统按功能可划分为2段P1和P2。
为提高系统可靠性，软件应用单位设计了如下图给出的软件冗余容错结构，其中P1和P2均有一个与其完全相同的冗余备份。
若P1的可靠度为0.9，P2的可靠度为0.9，则整个系统的可靠度是 。
供选择的答案
A.0.6561 B.0.81 C.0.9801 D.0.9
试题分析
当系统采用串联方式时，其可靠度R可由公式R=R1R2…Rn求得。
当系统采用并联方式时，其可靠度R可由公式R=1-（1-R1）*（1-R2）…（1-Rn）求得。
这个系统总的来说是串联,但分成两个并联部分。
第一部分的可靠度为：
R1=1-（1-0.9）*（1-0.9）=0.99；第二部分的可靠度也为：
R2=0.99；所以整个系统的可靠度为：
R=R1*R2=0.9801，C答案。
试题答案
C
上面的例题是属于常规形式的可靠性计算题，如果把这种试题再拨高一个层次，可以。
例2：
1台服务器、3台客户机和2台打印机构成了一个局域网（如图4所示）。
在该系统中，服务器根据某台客户机的请求，数据在一台打印机上输出。
设服务器、各客户机及各打印机的可靠度分别为a、b、c，则该系统的可靠度为 。
A．ab3c3 B．a（1-b3）（1-c2）
C．a（1-b）3（l-c）2 D．a（1-（1-b）3）（1-（l-c）2）
例题分析
在试题给出的系统中，客户机之间是并联的（任何一台客户机出现故障，对其他客户机没有影响），同理，打印机之间是也并联关系。
然后，客户机、服务器、打印机之间再组成一个串联关系。
因此，我们可以把该系统简化为：
已知服务器、各客户机及各打印机的可用性分别为a、b、c，因此整个系统的可用性为：
例题答案
D
4．模冗余系统
m模冗余系统由m个（m=2n+1为奇数）相同的子系统和一个表决器组成，经过表决器表决后，m个子系统中占多数相同结果的输出可作为系统的输出，如图5所示。
在m个子系统中，只有n+1个或n+1个以上的子系统能正常工作，系统就能正常工作并输出正确结果。
假设表决器是完全可靠的，每个子系统的可靠性为R0，则m模冗余系统的可靠性为：
软件设计师重点难点——关键路径
关键路径这个知识点在软件设计师考试中，是一个难点。
说到关键路径这个概念，大家应该多少有些印象，可能都知道它是“最长路径”而不是“最短路径”，但说到它为什么是最长路径，提出这个概念的用意何在，它有什么应用，在计算机中关键路径是如何求的等问题却没有几个人能真正搞清楚，甚至书上给出了完整的例子，都有很多人看不懂。
下面我先会简单的说明基本概念，然后以一个例子，结合平时希赛教育学员的疑问，对这个知识点进行详细的分析。
在AOV网络中，如果边上的权表示完成该活动所需的时间，则称这样的AOV为AOE网络。
例如，图1表示一个具有10个活动的某个工程的AOE网络。
图中有7个顶点，分别表示事件1～7，其中1表示工程开始状态，7表示工程结束状态，边上的权表示完成该活动所需的时间。
下面我们来理解一下关键路径的思想，图1虽节点不多，但是为了让问题变得更为简单、直观，我们画另一个AOE网络，如图2所示。
从图2中我们可以看出，关键路路径实际上是从源点到目的地的最长路径。
为什么是最长路径呢?
因为图中的某些事件是可以并发执行的。
如图2所示，当到达V1后，可以同时往V2，V3，V4三个方向走，而V2，V3，V4都有到Vk的路径，且长度都为1，并且Vk是终点，则关键路径是V1->V2->Vk。
因为这条路径最长，只要这条路径到目的地Vk时其他的都已经到达Vk。
而在这条关键路径上的活动a2，a5称为关键活动。
为了找出给定的AOE网络的关键活动，从而找出关键路径，先定义几个重要的量：
Ve（j）、Vl（j）：
顶点j事件最早、最迟发生时间。
e（i）、l（i）：
活动i最早、最迟开始时间。
从源点V1到某顶点Vj的最长路径长度称为事件Vj的最早发生时间，记为Ve（j）。
Ve（j）也是以Vj为起点的出边所表示的活动ai的最早开始时间e（i）。
在不推迟整个工程完成的前提下，一个事件Vj允许的最迟发生时间记为Vl（j）。
显然，l（i）=Vl（j）-（ai所需时间），其中j为ai活动的终点。
满足条件l（i）=e（i）的活动为关键活动。
求顶点Vj的Ve（j）和Vl（j）可按以下两步来做。
（1）由源点开始向汇点递推。
其中，E1是网络中以Vj为终点的入边集合。
（2）由汇点开始向源点递推。
其中，E2是网络中以Vj为起点的出边集合。
对于前面的两个概念很多人不能理解：
从源点开始到汇点递推以后，我们已经得到了关键路径的长度，按理把这些点记录下来，就得到了关键路径，为什么在此时，还要从汇点到源点进行递推，来求关键路径，这样岂不多此一举？
其实不是这样的，一个AOE网络中可能有多条关键路径，若我们只正推过去，只能求得一条关键路径，而不能找出所有的关键路径。
要求一个AOE的关键路径，一般需要根据以上变量列出一张表格，逐个检查。
例如，求图1所示的求AOE关键路径的过程如表1所示。
因此，图1的关键活动为a1，a2，a4，a8和a9，其对应的关键路径有两条，分别为（V1，V2，V5，V7）和（V1，V4，V5，V7），长度都是10。
其实从学员的疑问可以看出，最关键的问题就在于此表如何填写。
首先值得我们注意的一点是，对于顶点的V1，V2等事件，有最早，最迟发生时间；对于边a1，a2，a3，等活动，有最早，最迟开始时间。
Ve（j）表示的是顶点j的最早发生时间，Vl（j）表示的是顶点j的最迟发生时间，e（i）表示的是活动i的最早开始时间，l（i）表示的是活动i的最迟开始时间。
总的来说填这个表有以下四个步骤。
—由源点开始递推计算出表1-1中的Ve（j）列；
—由Ve（7）=10，回算Vl（j）列；
—Vl（j）列算出后用公式l（i）=Vl（j）-（ai所需要的时间）；
—由l（i）=e（i）找出关键活动，求出关键路径。
下面来填写表格，首先我们来填最早发生时间和最早开始时间。
因为由源点V1到顶点V2的最长路径长度是3（到V2只有一条路径，长度为3，这个很好判断），所以V2的最早发生时间是3，从V2出发的活动有a4，a5，所以a4，a5的最早开始时间也是3。
又比如，到顶点V4的最长路径长度是6，所以V4的最早发生时间是6，从V4出发的活动有a8，a8的最早开始时间也是6，其余的依次类推。
最迟发生时间和最迟开始时间要先求出关键路径的长度后，再进行逆推。
通过上面求最早发生时间，我们可以求得关键路径长度为10。
现在可以开始逆推了。
首先由于关键路径长度为10，所以V7的最迟发生时间是10，再看V6，V6到V7有a10，长度为4，所以V6的最迟发生时间是10-4=6，同样V5到V7有a9，长度为3，所以V5的最迟
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