软考笔记核心知识点

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于 2025-09-29 15:45:45 首次发布

一、计算机组成与体系结构

1、计算机基础

数据的表示

进制转换

进制转换：短除法、减法、按权展开法。

码制

原码：最高位符号位，其余低位表示数值。范围： $-(2^{n-1} - 1) \rightarrow 2^{n-1} - 1$

反码：整数的反码与原码相同，负数的反码其绝对值按位取反（符号位不变）。范围： $-(2^{n-1} - 1) \rightarrow 2^{n-1} - 1$

补码：正数的补码与原码相同，负数的补码是其反码+1（符号位不变）.范围： $-2^{n-1} \rightarrow 2^{n-1} - 1$

移码：补码的符号位取反。

0的补码表示是唯一的，原码和反码不一致，但补码一致。0有-0和+0.

浮点数的表示

浮点的格式：

尾数*基数^指数。
尾数用补码表示，阶码用移码表示：阶码的位数决定定数范围；尾数的位数决定树的精度。

浮点数计算过程：对阶（小阶向大阶看齐，尾数右移）

算术与逻辑运算

逻辑或（||、OR）连接两个逻辑值全为0才取0.
逻辑与（&&、AND）两个逻辑值全为1才取1
逻辑异或（XOR）连接两个逻辑不相同才取1，相同取0；
逻辑非（NOT、！）将逻辑取反即可

校验码

奇偶校验码：可检查奇数个数位的错误，不可纠错。
CRC循环冗余校验码：可检错，不可纠错，采用模二除法
海明校验码：既可检错，又可纠错；检验校验码的位数公式： $2^r >= m+r+1$

系统总线常用来连接计算机的各个部件。

寄存器和运算器主要用片内总线连接。接口外设、DMA控制器和中断控制器由外部总线进行连接。

系统开发基础：

数据耦合：一个模块访问另一个模块，彼此通过简单数据参数（不是控制参数、公共数据结构和外部变量）来交换、输出信息。
标记耦合：一组通过参数表传递记录信息。
控制耦合：如果一个模块通过开关、标识、名字等控制信息，明显控制另一个模块功能，就是控制耦合。
公共耦合：若一组模块访问同一个公共数据环境，则它们之间耦合就叫公共耦合。

web防火墙认为内部是安全的，只会对外部请求进行处理。

默认情况下：Linux系统使用Apache服务器使用/home/httpd作为默认目录。

IIS是window系统常见web服务器，DFS文件系统服务器。

2、计算机组成

CPU的组成（运算器与控制器）

运算器

算术逻辑单元ALU：数据的算术运算和逻辑运算
累加寄存器AC：通用寄存器，为ALU提供工作区，暂存数据
数据缓冲寄存器DR：写内存时，暂停指令或数据
状态条件寄存器PSW：存状态与控制标志

控制器

程序计数器PC：下一条指令的地址
指令寄存器DR：即将执行的指令
指令译码器ID：对指令的操作码字段进行分析解释
时序部件：提供时序控制信号

存储系统

层次化存储结构

CPU：寄存器最快，但容量小，成本高。
cache：按内容进行存取
内存：RAM随机寄存器、ROM只读存储器
外存：硬盘、光盘、U盘等
局部性原理是层次化存储结构的支撑：时间局部性（刚被访问的内容，立即又被访问）；空间局部性（刚被访问的内容，临近的空间很快被访问）

速度（快-慢）：CPU（寄存器、缓存）、主存、磁盘

cache

直接相连映象：冲突率高、电路简单
全相联映像：冲突率低、电路复杂
组相联映像：冲突率中、电路复杂折中

主存编码计算

存储单元个数=最大地址-最小地址+1
编码内容：按字编址（存储单元以字为存储单元，最小寻址是一个字）；按字节编址（存储单元以字节为存储单元，最小寻址一字节）
总容量=存储单元个数*编码内容
总片数=总容量/每片容量

输入输出技术

程序查询方式：方法简单，硬件开销小，但I/O能力不高，严重影响CPU利用率
程序的中断方式：与程序控制方式相比，中断方式因为CPU无须等待而提高传输请求的响应速度
DMA方式：DMA方式是为了在主存和外设之间实现高速、批量的数据交换而设置的

IO设备管理器一般分为4层：中断处理程序、设备驱动程序、与设备无关的系统软件和用户级软件

总线系统

3、指令系统

寻址方式

零地址指令/一地址指令/二地址指令/三地址指令：指令分类
寻址方式

立即寻址：操作数直接在指令上，速度快，灵活性差
直接寻址：指令中存放的是操作数地址
间接寻址：指令中存放一个地址，这个地址对应的内容是操作数的地址
寄存器寻址：寄存器存放操作数
寄存器间接寻址：寄存器内存放的是操作数的地址。

由快——>慢：立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、间接寻址。

CISC和RISC

CISC（复杂指令集）：数量多、支持多种寻址方式、微程序实现、研制周期长。一条指令干一堆活，硬件复杂
RISC（精简指令集）：数量少、定长格式、支持方式少，增加了统通用寄存器和硬布线逻辑控制、适合流水线技术。一条指令干一点活，靠多指令+优化速度

流水线技术

流水线周期为执行时间最长的一段
计算公式：1条指令执行时间+（指令条数-1）*流水线周期

4、可靠性

可靠性指标

可靠性：MTTF
可用性：MTBF

串联与并联系统

串联
并联

计算机性能指标

主频（计算机参数），时钟周期=主频倒数，主频=倍频*外频
平均每条指令的平均周期个数（CPI，clock per instruction），CPI=时钟周期总数/指令总条数
每（时钟）周期运行指令条数（IPC）IPC=指令总条数/时钟周期总数
百万条指令每秒（MIPS）=（IPC*时钟周期）/106
每秒百万浮点操作（MFLOPS）浮点操作
字节
总线宽度：每次脉冲通过的数据量
带宽：单位时间通过的数据量，带宽=数据总理/总时间
吞吐量，某个时间段内完成的任务总数；吞吐率，单位时间内完成的任务总数，吞吐率=任务总数/总时间

系统开发基础

软件工程概述

信息系统的基本生存周期

可行性分析-需求分析-概要设计-详细设计-编码-维护-测试

软件过程改进

CMM能力成熟度模型

初始级：杂乱无章，甚至混乱，几乎没有明确定义的步骤
可重复级：建立了基本项目管理过程和实践来跟踪项目费用、进度和功能特性。
已定义级：管理和工程两方面软件过程已经文档化、标准化
已管理级：制定了软件过程和产品质量的详细度量标准
优化级：加强定理分析，通过来自过程质量反馈和来自新技术的反馈过程能不断持续改进

CMMI连续式能力成熟度模型

CL0（未完成）：未执行或未得到
CL1（已执行）：可标准的输入工作产品转换成可标识的输出工作
CL2（已管理）：已管理的过程制度化
CL3（已定义级）：已定义的过程制度化
CL4（定量管理）：可定理管理的过程制度化
CL5（优化的）：量化手段改变和优化过程域

软件开发方法

结构化开发方法：需求明确，自顶向下，逐步分解
原型法：需求不明确
面向对象开发方法：更好的复用性、适合系统项目大。

在面向对象方法中，对象是基本的运行实体，它既包括数据（属性），也包括用于数据的操作（行为），即一个对象把属性和行为封装为一个整体。所有属性以及属性的当前值表示对象的状态

软件开发模型

瀑布模型与V模型

瀑布模型：以文档为驱动、适合软件需求很明确的软件项。

V模型：测试贯穿始终

演化模型（原型模型、螺旋模型）

演化模型：迭代的过程模型，适合软件需求缺乏准确认识的情况
原型模型：适合需求不明确经常变化的情况，系统规模不是很大也不复杂
螺旋模型：瀑布模型和演化模型的结合，加入了风险分析，特别适合庞大、复杂具有高风险的系统

增量模型

第一个增量往往是核心产品。将需求分段为一系列增量产品，每个增量可以分别开发

喷泉模型

以用户需求为动力，以对象作为驱动的模型，适合面向对象模型的开发方法，迭代无间隙

统一过程UP

用例为驱动，以架构为中心，迭代且增量

敏捷方法

尽可能早的、持续地对有价值的软件交付，使客户满意。“小步快跑思想”适合小项目
极限编程XP：4大价值观、5个原则、12个最佳实践
水晶法：以人为本、每个项目都需要一套不同的策略、约定和方法论、
开发式源码：程序开发人员在地域上分布很广
并列争球法：每30天依次的迭代作为一个冲刺
功能驱动PDF：首席程序员和类程序员
自适应软件开发ASD：三个非线性开发阶段：猜测、合作与学习

需求分析

需求分析相关概念

结构化分析结果：一套分层的数据流图，一本数据词典，一组小说明、补充材料

需求的分类

功能需求
性能需求
设计约束

需求分析的工具

数据流图与数据字典
决策表与决策树

系统设计

系统设计概述

设计概要与详细设计

抽象化、自顶向下、逐步求精、信息隐蔽、模块独立（高内聚、低耦合）

系统设计任务

体系结构设计
数据设计
接口设计
过程设计

模块设计

内聚性

内聚类型与模块之间部分功能之间的关系有关。

功能内聚：完成单一功能，各个部分协同工作，缺一不可
顺序内聚：处理元素相关，而且必须顺序执行
通信内聚：所有处理元素集中在一个数据结构的区域上
过程内聚：处理元素相关，而且必须按照特定的次序执行
瞬时内聚：所包含的任务必须在同一时间间隔内执行
逻辑内聚：完成逻辑上相关的一组任务
偶然内聚：完成一组没有关系或松散关系的任务

耦合性

耦合是各个模块之间的相对独立性的度量。耦合取决于各个模块之间接口的复杂程度、调用模块的方式以及通过接口的信息类型。

非直接耦合：两个模块没有直接关系
数据耦合：一组模块借助参数表传递简单数据
标记耦合：一组模块通过参数表传递记录数据
控制耦合：模块之间传递的信息包含控制模块内部逻辑信息
外部耦合：一组模块都访问同一个简单变量，而且不是通过参数传递该全局变量的信息
公共耦合：多个模块都访问同一个公共数据环境
内容耦合：一个模块直接访问另一个模块的内部数据

其他原则

保持模块的大小适中、尽可能减少调用深度、多扇入，少扇入、单入口、单出口、模块的作用域在模块之内、功能应该是可以预测的

人机界面设计

置于用户控制之下
减少用户的记忆负担
保持界面的一致性

软件测试

软件测试的基本概念与分类

测试的目的为了找出程序的错误

黑盒测试

等价类划分：确定无效和有效等价类，设计用例尽可能多的覆盖有效类，设计用例只覆盖一个无效类
边界分析：选取的测试数据恰好等于、稍小于或稍大于边界值

白盒测试

语句覆盖：被测试中每条语句至少执行一次
判定覆盖：被测试的每个判定至少获得“真”“假”值各一次
条件覆盖：每一个判定语句中每个逻辑条件的各种可能值至少满足一次
判定/条件覆盖：判定中每个条件的所有可能取值，至少出现一次，并使用每个判定本身的判定结果也至少出现一次
路径覆盖：覆盖被测试程序中所有可能的路径

测试阶段划分

单元测试：模块测试，模块功能、性能、接口等
集成测试：模块间测试
系统测试：真实环境下，验证完整的软件配置项能否和系统正确连接
确认测试：验证软件与需求的一致性
回归测试：测试软件变更之后，变更部分正确性对变更需求的符合性

面向对象软件测试可分为四个层次

算法层：测试类中定义的每个方法
类层：测试封装在同一个类中的所有方法与属性之间的相互作用
模板层：测试一组协同工作的类之间的相互作用
系统层：把各个子系统组装成完整的面向对象软件系统，在组装过程中进行测试

MaCabe复杂度计算

$V(G)=m-n+2$ =边-节点+2

或闭合区域+1

软件维护

软件开发和维护过程涉及种类繁多的工序，可以分为软件开发工具、软件维护工具、软件管理工具和支持工具。其中软件维护工具包括控制工具、文档分析工具、开发信息工具、逆向工程工具和再工程工具。

可维护因素决定

可理解性
可测试性
可修改性

软件维护分类

改正性维护：改正程序中出现的错误
适应性维护：适应环境的改变
预防性维护：未雨绸缪，提前预防
完善性维护：扩充功能和改善性能进行修改

软件文档

软件设计一般分为两个阶段：概要设计和详细设计。概要设计主要进行软件体系结构设计，逻辑数据结构设计，数据库设计和模块之间接口设计。而详细设计主要进行模块内部的数据结构和算法设计。

软件文档的作用:

1、提高软件开发过程的能见度;
2、提高开发效率;
3、作为开发人员在一定阶段的工作成果和结束标记
4、记录开发过程中的有关信息，便于协调以后的软件开发、使用和维护;
5、提供对软件的运行、维护和培训的相关信息;
6、便于潜在用户了解软件的功能、性能等各项指标。

开发文档

产品文档

管理文档

软件质量保证

功能性

适合性
准确性
互操作性
依从性
安全性

可靠性

成熟性
容错性
易恢复性

易用性

易理解性
易学性
易操作性

效率

时间特性
资源特性

维护性

易分析性
易改变性
稳定性
易测试性

可移植性

适用性
易安装性
一致性
易替换性

项目管理

进度管理

gantt图

关系
缺点：不能清晰地反映出各任务之间地依赖关系，难以确定整个项目地关键所在

pert图

优点：给出了每个任务地开始时间、结束时间和完成该任务所需地时间，还给出任务之间地关系
缺点：不能反映任务间地并行关系
关键路径：从开始到结束，需要时间最长地路径
总时差：在不延误总工期地前提下，该活动的动机时间

风险管理

项目管理
技术风险
商业风险
风险是指“损失或伤害的可能性”

成本管理

cocomoll模型：对象点、功能点、代码行。

沟通管理

无主程序员：计算公式n*（n-1）/2
有主程序员：计算公式n-1

其他

配置管理：软件配置项、版本控制、变更控制
人员管理

项目估算一般考虑规模、工作量、成本等因素，不考虑类型

标准化与知识产权

软件著作权属于软件开发者，软件著作权自软件开发完成之日起产生。

《计算机软件保护条例》是国务院颁布的。《著作权法》由全国人民代表大会常务委员会制定并颁布，是国家法律。

计算机软件著作权自开发完成之日产生，保护期50年。

主域名服务器在接收到域名请求后，查询顺序是本地缓存、本地 hosts 文件、本地数据库、转发域名服务器。

数据库

数据库的自然连接：是数据库中一种特殊的等值连接，它自动在两个表中所有同名的列上进行匹配，并只保留一份重复的列。这是它最核心的特点。

内连接：需要写ON和USING。不去重复列

左连接：需要写ON。不去重复列

右连接：需要写ON。不去重复列

全外连接：需要写ON。不去重复列

交叉连接：不需要（笛卡尔集），不去重。

例子：假设有两个表，

Student(SID, Name, Dept)
Dept(DID, Dept, Location)

自然连接

SELECT * FROM Student NATURAL JOIN Dept;

内连接

SELECT * FROM Student JOIN Dept ON Student.Dept = Dept.Dept;

左连接

-- 把左边表的所有行都保留，右边没匹配的填 NULL
SELECT *
FROM 表A
LEFT JOIN 表B
ON 表A.公共列 = 表B.公共列;

右连接

-- 把右边表的所有行都保留，左边没匹配的填 NULL
SELECT *
FROM 表A
RIGHT JOIN 表B
ON 表A.公共列 = 表B.公共列;