【系统分析师_知识点整理】 1.计算机系统

核心考向：硬件体系结构、校验码计算、存储体系与调度、I/O系统、指令系统、多处理机、系统可靠性计算（计算题高频考点）；第二版新增/调整内容为考试重点考查区域。

解题关键：概念区分清晰、计算公式熟记、步骤类考点（校验码、磁盘调度）按流程解题、多处理机/存储模型抓核心特征。

一、计算机系统层次结构（第二版新增）

核心考点

层次划分及各层核心功能、硬件层的三级构成，选择题高频考查。

知识点梳理

1. 三层结构：硬件层（裸机）→系统层→应用层

2. 各层核心

   • 硬件层：硬联逻辑级（门电路、触发器）+微程序级（微指令集）+传统机器级（本机指令集）

   • 系统层：操作系统（管理软硬件资源）+语言处理程序（翻译高级/汇编语言为机器语言：编译、汇编、解释程序）

   • 应用层：面向用户的各类应用软件

3. 计算机基本硬件五部件：运算器+控制器+存储器+输入设备+输出设备（冯诺依曼体系核心）

   • 运算器+控制器=CPU（硬件核心，完成算术/逻辑运算、控制功能）

   • 输入/输出设备=外设（输入原始数据/命令，输出运行结果）

二、计算机软件（第二版新增）

核心考点

系统软件/应用软件分类、固件概念，选择题易考区分。

知识点梳理

1. 软件二分法

   • 系统软件：管理/调度/监视/服务，分5类→操作系统、语言处理程序、服务性程序、数据库管理系统、计算机网络软件

   • 应用软件：解决具体应用问题，用户/第三方开发（如办公软件、行业业务系统）

2. 固件：存储在EPROM/EEPROM等永久存储器件中的程序，具有软件功能的硬件（易考概念判断）

三、校验码（计算题高频考点）

核心考点

码距概念、奇偶校验/CRC/海明码的原理+计算步骤+检错纠错能力（CRC和海明码为计算大题重点）

知识点梳理

1. 码距基础

• 定义：两个编码转换需改变的位数；单个编码码距为1

• 规律：码距越大，检错/纠错能力越强（奇偶校验码距=2，海明码码距随校验位增加而增大）

2. 奇偶校验码

• 原理：增加1位校验位，使编码中1的个数为奇数（奇校验）/偶数（偶校验）

• 能力：只能检错（奇数个数据位出错），无法纠错

• 考向：概念判断、给定编码求校验位

3. 循环冗余校验码（CRC）

• 核心：只能检错，不能纠错；收发双方需约定相同生成多项式G(x)

• 生成多项式要求：最高位和最低位必须为1

• 计算步骤（必考）

  1. 确定生成多项式的阶数r，原始信息位后加r个0作为被除数；

  2. 将G(x)转换为二进制串（x的幂指数存在为1，不存在为0）作为除数；

  3. 进行模2除法（不进位、不借位），得到余数（不足r位时左边补0），即为CRC校验码；

  4. 最终发送信息=原始信息+CRC校验码；

  5. 接收方校验：用G(x)模2除接收信息，余数为0则无错，否则出错需重传。

• 解题技巧：模2除法按位计算，减法等价于异或，余数位数严格等于r。

4. 海明校验码

• 核心：既能检错，又能纠错；校验位位于2的n次方位（1、2、4、8、16…）

• 计算步骤（必考）

  步骤1：确定校验位个数k

  公式： $n+k\le 2^k-1$ （n为数据位个数，k为校验位个数，取满足公式的最小k）

  步骤2：分配数据位和校验位

  • 校验位：r₀(1位)、r₁(2位)、r₂(4位)、r₃(8位)…

  • 数据位：填充非2的n次方位，从低位到高位依次存放。

  步骤3：计算校验位值

  • 将数据位编号拆分为2的幂指数和；

  • 每个校验位校验编号包含其对应2的幂指数的所有数据位，校验位值=这些数据位的**异或（⊕）**结果（默认偶校验，奇校验则取反）。

  步骤4：检错与纠错

  • 接收方将每个校验位与其校验的所有位再次异或；

  • 偶校验结果全0为无错，奇校验全1为无错；

  • 若出错，将异或结果按rₙrₙ₋₁…r₀排列为二进制，其十进制值即为出错位数，将该位取反即可纠错。

• 解题技巧：编号从1开始，异或运算满足交换律和结合律，出错位数判断是纠错核心。

四、存储体系（第二版大幅调整，考试重点）

核心考点

存储分级原理、存储器分类、Cache与局部性原理、主存/辅存特性、磁盘调度算法（计算）、RAID级别特征、虚拟存储，选择题+计算题高频。

知识点梳理

1. 存储分级体系

• 核心目的：解决存储容量、成本、速度的矛盾

• 分级结构：CPU内部寄存器→Cache（高速缓冲）→主存储器→联机磁盘→脱机光盘/磁盘（速度从快到慢，容量从小到大，成本从高到低）

• 局部性原理（Cache存在的理论基础，易考概念）

  • 时间局部性：近期被访问的数据，大概率再次被访问（如循环操作）

  • 空间局部性：被访问数据的相邻地址数据，大概率被访问

2. 存储器的分类（多维度，选择题易考区分）

分类维度	类型及核心特征
所处位置	内存（速度快、容量小、临时存储）；外存（速度慢、容量大、长期存储）
构成材料	磁存储器（磁带）；半导体存储器（内存、Cache）；光存储器（光盘）
工作方式	RAM（可读可写，断电失存）；ROM（只读，断电永存）→PROM（一次写入）、EPROM/EEPROM（可擦写）、Flash（闪存）
访问方式	按地址访问（普通内存）；按内容访问（相联存储器，Cache常用）
寻址方式	随机存取（RAM，访问时间相同）；顺序存取（磁带，按序访问）；直接存取（磁盘，磁道随机、扇区顺序）

3. 三级存储核心特性

（1）高速缓冲存储器（Cache）

• 介于CPU和主存之间，速度最快，缓解CPU与主存的速度差距

• 基于局部性原理，存放CPU近期可能访问的程序和数据

（2）主存储器（主存）

• CPU可直接随机读写，存放运行时的程序和数据

• 分为RAM和ROM：

  • RAM：DRAM（动态，需定时刷新，成本低、容量大）；SRAM（静态，无需刷新，速度快、成本高，用于Cache）

  • ROM：存放BIOS、专用子程序等，断电信息不丢失

（3）辅助存储器（辅存）

• 持久性存储，容量大、成本低、速度慢

• 核心设备：硬盘（HDD机械、SSD固态、SSHD混合）、磁带、光盘、磁盘阵列

• 机械硬盘（HDD）关键概念：

  • 存储层次：记录面→圆柱面→磁道→扇区（数据存于扇区）

  • 存取时间=寻道时间（磁头移到目标磁道）+等待时间（扇区转到磁头下）（读写时间可忽略，计算题考点）

4. 磁盘调度算法（计算大题考点，重点掌握步骤）

核心：减少寻道时间（磁盘存取耗时最长的部分），给定磁头当前位置和请求序列，计算总寻道长度/平均寻道长度。

算法	核心规则	优点	缺点
先来先服务（FCFS）	按请求的先后顺序调度	公平、实现简单	寻道长度大，效率低
最短寻道时间优先（SSTF）	调度与当前磁道最近的请求	寻道时间短，效率较高	产生饥饿，远处请求可能永不被调度
扫描算法（SCAN，电梯算法）	磁道单向移动（里→外/外→里），调度同方向最近请求，到端点后掉头	无饥饿，效率高	端点请求等待时间长
单向扫描（CSCAN）	磁道始终单向移动，到端点后直接返回另一端起点，不中途掉头	请求等待时间更均匀	部分请求寻道长度略大

• 解题技巧：先明确磁头初始位置和移动方向（未说明则需考虑所有可能），按算法规则依次记录每次移动的磁道数，最后求和/求平均。

5. 磁盘冗余阵列（RAID）

• 核心目的：缩小CPU与磁盘的速度差距，提高I/O性能和可靠性

• RAID 0/1/5/10为考试重点，需熟记级别特征、可靠性、空间利用率

RAID级别	核心特征	空间利用率	可靠性	适用场景
0	无冗余、无校验，数据分块	100%	最低	对速度要求高、无可靠性要求
1	磁盘镜像，一工作盘一镜像盘	50%	最高	对可靠性要求高（如数据库）
5	无独立校验盘，校验信息分布在所有盘	(n-1)/n（n为盘数）	较高	综合速度、可靠性、利用率（主流）
10	先RAID1镜像，再RAID0分块	50%	高	高可靠+高性能场景
2/3/4	校验码存在独立校验盘，实际应用少	低	中等	极少考查
6	双分布式校验，可容忍2个盘失效	(n-2)/n	更高	大容量存储

6. 虚拟存储（第二版新增）

• 核心问题：解决逻辑卷与物理存储实体的映射关系

• 实现方式（3种，易考概念）：

  1. 主机级虚拟化：应用服务器卷管理软件实现，纯软件

  2. 存储设备级虚拟化：存储设备控制器实现，厂商独家

  3. 网络级虚拟化：SAN专用装置实现，支持多厂商设备，开放性好

• 核心优势：集中管理、提高访问带宽、兼容性强、应用与存储分离、减轻应用系统负担

五、输入输出（I/O）系统（第二版增加内容）

核心考点

I/O系统组成、5种工作方式的特征与对比、总线分类与性能、端口编址方式，选择题高频。

知识点梳理

1. I/O系统组成

I/O设备 + I/O接口（控制器） + I/O控制管理软件

2. I/O系统5种工作方式（重点区分，易考对比）

按CPU介入程度从高到低：程序控制方式→程序中断方式→DMA方式→通道方式→I/O处理机

工作方式	核心原理	优点	缺点	适用场景
程序控制（无条件+查询）	CPU执行I/O程序，无条件默认外设就绪；查询需循环判断外设状态	实现简单	CPU利用率极低	低速简单外设（如键盘）
程序中断方式	外设就绪发中断请求，CPU保存现场→执行中断服务程序→返回原程序	提高CPU利用率	中断开销，适合少量数据	中速外设（如打印机）
DMA方式	DMAC（DMA控制器）控制总线，主存与外设直接传数据，CPU放弃总线控制权	高速批量传数据，CPU干预少	仅传数据，无指令执行能力	高速外设（如磁盘、网卡）
通道方式	高级I/O控制部件，软件实现I/O控制，分3类通道	主机与外设并行性高	硬件复杂度增加	大型机多外设场景
I/O处理机（外围处理机）	独立的处理机，有指令系统和中断系统，专处理I/O，与主机共享存储器	CPU完全解放，效率最高	成本高，结构复杂	大型/高效计算机系统

• 通道分类：字节多路通道（低速多设备，共享）、选择通道（高速单设备，独占）、数组多路通道（结合前两者，高速多设备）

3. 总线

• 定义：计算机设备间传输信息的公共数据通道，所有设备共享

• 分类（4种维度，易考概念）：

  1. 按功能：地址总线（单向，传地址）、数据总线（双向，传数据）、控制总线（传控制信号）

  2. 按位置：机内总线（内部设备连接）、机外总线（外设接口标准）

  3. 按功用：局部总线、系统总线、通信总线

  4. 按数据线数：并行总线（多位同时传，速度快、短距离）、串行总线（一位依次传，速度慢、长距离）

• 常见接口标准（易考特征）：

  • SATA：串行硬盘接口，支持热插拔、速度快

  • eSATA：外部SATA接口，传输速率3.2Gb/s

  • USB：串行总线，支持热插拔，最多连127个设备（USB1.0=12Mb/s，USB2.0=480Mb/s，USB3.0=4.8Gb/s，数值易考）

  • PCMCIA：笔记本专用，体积小、扩展灵活

4. I/O端口编址（2种方式，易考区分）

• 端口：CPU可直接访问的I/O接口寄存器

编址方式	核心特征	指令支持	优点	缺点
独立编址（I/O映射）	主存地址与端口地址相互独立，单独编址	专用I/O指令	地址空间不冲突，控制简单	指令少，寻址方式单一
统一编址（存储器映射）	端口地址与主存单元地址统一编址，端口视为主存单元	通用数据传送指令	寻址方式丰富，无需专用指令	占用主存地址空间

六、指令系统

核心考点

指令组成、执行过程、寻址方式（概念+判断）、CISC与RISC对比，选择题高频。

知识点梳理

1. 指令设计基本要求

完整性、规整性、高效率、兼容性

2. 通用基本指令类型

数据传送类、运算类、程序控制类（转移+调用返回+循环）、I/O类、处理机控制/调试类（特权指令）

3. 指令的组成

操作码 + 操作数（地址码）

• 操作码：决定要完成的操作（如加、减、传送）

• 操作数：参加运算的数据或其存储单元地址（可多个）

4. 指令执行过程（三步，易考顺序）

取指令→分析指令→执行指令

1. 取指令：PC（程序计数器）送地址总线，从内存取指令存入IR（指令寄存器）；

2. 分析指令：指令译码器解析操作码；

3. 执行指令：取出源操作数，完成操作码指定的操作。

5. 寻址方式（分两类，重点区分，易考概念判断）

（1）指令寻址方式（确定下一条指令的地址）

• 顺序寻址：PC自动加1，按顺序执行（大部分情况）

• 跳跃寻址：下一条指令地址由本条指令直接给出，PC更新为该地址（如跳转、分支指令）

（2）操作数寻址方式（确定操作数的地址，核心考点）

寻址方式	核心特征	优点	缺点
立即寻址	地址码直接是操作数本身	速度最快	操作数范围有限
直接寻址	地址码是操作数在主存的直接地址	简单，速度较快	寻址范围有限
间接寻址	地址码指向的存储单元存的是操作数的地址	寻址范围大	需多次访存，速度慢
寄存器寻址	地址码是寄存器编号，寄存器存操作数	速度快（寄存器访存）	寄存器数量有限
寄存器间接寻址	地址码是寄存器编号，寄存器存操作数的主存地址	寻址范围大，速度较快	需一次访存
基址寻址	有效地址=基址寄存器内容 + 形式地址（基址寄存器内容固定，形式地址可变）	扩大寻址能力，适合多道程序	需基址寄存器
变址寻址	有效地址=变址寄存器内容 + 形式地址（变址寄存器内容可变，形式地址固定）	适合数组、循环操作	需变址寄存器
相对寻址	有效地址=PC内容（当前指令地址） + 形式地址	程序浮动，适合转移指令	寻址范围有限

6. CISC与RISC对比（核心特征区分，必考）

特征	复杂指令系统（CISC）	精简指令系统（RISC）
指令数量	繁多，数量大	少，仅保留常用指令
指令长度	可变	固定
指令使用频率	差异大	接近
实现方式	微程序实现	硬件实现（通用寄存器+硬布线逻辑控制）
兼容性	强（向下兼容）	弱
寄存器数量	少	多
执行效率	低	高

七、多处理机（第二版新增，考试重点）

核心考点

多处理机存储方式、MPP与SMP对比、存储模型（UMA/NUMA/COMA）、互连网络方式，选择题+概念题高频。

知识点梳理

1. 多处理机核心存储方式（2种）

存储方式	核心特征	耦合程度	代表结构
共享存储方式	所有处理机共享公共存储器（SM），通过互连网络访问	紧耦合	SMP（对称多处理机）
分布式存储方式	每个处理机独占本地存储器（LM），处理机间通过互连网络用消息机制共享	松耦合	MPP（海量并行处理）

2. 核心多处理机结构对比（MPP与SMP为重点）

• MPP（海量并行处理）：分布式存储，易扩展，编程困难、通信开销大；引入SVM（虚拟共享存储器）/DSM（共享分布存储器） 解决共享问题

• SMP（对称多处理机）：共享存储，编程简单、通信开销小，扩展能力有限；所有处理机对SM的访问权限相同

3. 共享存储方式的3种模型

模型	核心特征	访存速度
UMA（均匀存储器存取）	所有处理机访问SM的时间相同，存储器集中管理	均匀
NUMA（非均匀存储器存取）	访问本地存储器（LM）快，访问远程存储器（其他处理机的LM）慢，LM组成全局地址空间	非均匀（本地>远程）
COMA（只用高速缓存的存储器）	无传统存储器，全部由高速缓存组成全局地址空间，通过分布缓存目录实现远程访问	依赖缓存命中率

• 补充：S2MP体系结构属于NUMA，每个结点含处理机和LM，存储带宽可扩展，降低平均访存时延。

4. 多处理机互连网络方式（5种，易考特征）

按争用程度从高到低、复杂度从低到高：总线方式→多端口存储器→开关枢纽→多级互连网络→交叉开关

• 总线方式：最简单，共享总线，争用最严重

• 交叉开关：争用最低，连接复杂度最高

• 多端口存储器：仲裁逻辑移到存储器，由存储器分解冲突

• 开关枢纽：由仲裁单元（处理冲突）和开关单元（完成连接）组成

• 多级互连网络：MIMD/SIMD计算机常用，由开关模块、控制方式、级间连接模式决定

八、系统可靠性（计算题高频考点，必考）

核心考点

可靠性指标计算公式、串联/并联/模冗余系统可靠性计算，步骤固定，熟记公式即可得分。

知识点梳理

1. 核心可靠性指标（公式熟记，单位无要求，考数值计算）

• 平均无故障时间： $MTTF=1/失效率$

• 平均故障修复时间： $MTTR=1/修复率$

• 平均故障间隔时间： $MTBF=MTTF+MTTR$ （可修复系统用MTBF，不可修复用MTTF）

• 系统可用性： $可用性=\frac{MTTF}{MTTF+MTTR}\times 100$

2. 系统可靠性计算（设各设备可靠性为 $R_1,R_2,...,R_n$ ）

（1）串联系统

• 特征：一个设备失效，整个系统失效（如流水线）

• 公式： $R=R_1\times R_2\times ...\times R_n$

• 规律：串联设备越多，系统可靠性越低

（2）并联系统

• 特征：所有设备失效，系统才失效（如冗余备份）

• 公式： $R=1-(1-R_1)\times (1-R_2)\times ...\times (1-R_n)$

• 规律：并联设备越多，系统可靠性越高

（3）N模冗余系统

• 特征：由 $N=2n+1$ 个相同子系统+1个表决器组成，n+1个及以上子系统正常，系统即正常

• 公式： $R={\sum }_{k=n+1}^N{C}_N^k\times R_0^k\times (1-R_0{)}^{N-k}$ （ $R_0$ 为单个子系统可靠性， $C_N^k$ 为组合数）

• 考向：一般考查n=1（3模冗余），公式简化为 $R=3R_0^2-2R_0^3$

解题技巧

1. 混合系统（串并结合）：先算局部并联/串联，再整体计算；

2. 组合数计算： $C_N^k=\frac{N!}{k!(N-k)!}$ （3模冗余时 $C_3^2=3$ ， $C_3^3=1$ ）；

3. 可用性计算：直接代入公式，注意百分数转换。