计算机系统基础

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一.计算机硬件基础

1、冯·诺依曼计算机结构将计算机硬件划分为运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5个部分。但在现实的硬件中，控制单元和运算单元被集成为一体，封装为通常意义上的中央处理器（CPU）

2、除了通用的处理器，还有用于专用目的的专用处理器，常见的有图形处理器（GPU）、信号处理器（DSP）以及现场可编程逻辑门阵列（FPGA）等。GPU 常有数百个或数千个内核，经过优化可并行运行大量计算；DSP 专用于实时的数字信号处理，常采用哈佛体系结构。

3、典型的处理器根据指令集的复杂程度可分为复杂指令集（CISC）与精简指令集（RISC）两类。CISC 以 Intel、AMD 的x86 CPU 为代表，RISC 以 ARM 和 Power 为代表。国产处理器目前有龙芯、飞腾、申威等品牌，常采用 RISC-V、MIPS、ARM 等精简指令集架构

4、存储器的硬件结构可分为 SRAM、DRAM、NVRAM、Flash、EPROM、Disk 等。按照与处理器的物理距离可分为 4 个层次：片上缓存、片外缓存、主存（内存）、外存。其访问速度依次降低，而容量依次提高

5、总线（Bus）是指计算机部件间遵循某一特定协议实现数据交换的形式，即以一种特定格式按照规定的控制逻辑实现部件间的数据传输。按照总线在计算机中所处的位置划分为内总线、系统总线和外部总线。目前，计算机总线存在许多种类，常见的有并行总线和串行总线。

6、接口是指同一计算机不同功能层之间的通信规则。计算机接口有多种，常见的有输入输出接口：如 HDMI、SATA、RS-232等；网络接口：如 RJ45、FC 等；以及A/D转换接口等非标准接口

7、外部设备也称为外围设备，例如键盘、鼠标、显示器等。其都是通过接口实现与计算机主体的连接，并通过指令、数据实现预期的功能

二.计算机软件基础

1、计算机软件是指计算机系统中的程序及其文档，是计算任务的处理对象和处理规则的描述。通常将计算机软件分为系统软件和应用软件两大类。

2、操作系统是计算机系统的资源管理者，包含对系统软、硬件资源实施管理的一组程序。操作系统通常由操作系统的内核（Kernel）和其他许多附加的配套软件所组成，如用户界面、管理工具、开发工具和常用应用程序等。操作系统具有并发性、共享性、虚拟性和不确定性的特征。操作系统一般分为：
批处理操作系统：分为单道批处理和多道批处理
分时操作系统：主要有 4 个特点：多路性、独立性、交互性和及时性
实时操作系统：在被控对象允许的时间范围内快速做出反应
网络操作系统：特征包括硬件独立性和多用户支持等
分布式操作系统：它保持网络系统所拥有的全部功能，同时又有透明性、可靠性和高性能等特性
嵌入式操作系统：特点是微型化、可定制、可靠性和易移植性。常采用硬件抽象层（HAL）和板级支撑包（BSP）来提高易移植性

3、数据库（DB）是指长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。数据是按一定格式存放的，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可为多个用户共享。数据库可以分为：关系型数据库、键值（Key-Value）数据库、列存储数据库、文档数据库等

4、分布式数据库系统（DDBS）是针对地理上分散，而管理上又需要不同程度集中的需求而提出的一种数据管理信息系统。满足分布性、逻辑相关性、场地透明性和场地自治性的数据库系统被称为完全分布式数据库系统。分布式数据库系统的特点是数据的集中控制性、数据独立性、数据冗余可控性、场地自治性和存取的有效性。

5、文件（File）是具有符号名的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合。文件系统是操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合。文件的类型如下：
按性质和用途分类可将文件分为：系统文件、库文件和用户文件
按信息保存期限分类可将文件分为：临时文件、档案文件和永久文件
按保护方式分类可将文件分为：只读文件、读/写文件、可执行文件和不保护文件
UNIX 系统将文件分为：普通文件、目录文件和设备文件（特殊文件）
文件的存取方法：通常有顺序存取和随机存取两种方法
文件组织方法：有连续结构、链接结构、索引结构、多重索引的方式

6、常用的网络协议包括局域网协议（LAN）、广域网协议（WAN）、无线网协议和移动网协议。互联网使用的是TCP/IP协议簇。

7、中间件是应用软件与各种操作系统之间使用的标准化编程接口和协议，属于可复用软件的范畴。常见中间件的分类如下：通信处理（消息）中间件、事务处理（交易）中间件、数据存取管理中间件、Web服务器中间件、安全中间件、跨平台和架构的中间件、专用平台中间件、网络中间件

8、构件又称为组件，是一个自包容、可复用的程序集，这个集合整体向外提供统一的访问接口，构件外部只能通过接口来访问构件，而不能直接操作构件的内部。构件的两个最重要的特性是自包容与可重用，利用软件构件进行搭积木式地开发。优点：易扩展、可重用、并行开发。缺点：需要经验丰富的设计师、快速开发与质量属性之间需要妥协、构件质量影响软件整体的质量。商用构件的标准规范有：
OMG的公共对象请求代理架构（CORBA）：分为 3 个层次：对象请求代理（ORB）、公共对象服务和公共设施
SUN的J2EE：EJB是J2EE的构件标准，EJB中的构件称为Bean，可以分为会话Bean、实体Bean和消息驱动Bean
Microsoft的DNA2000：采用DCOM/COM/COM+作为标准的构件

三.计算机语言

1、计算机语言由一套指令组成，这套指令一般包括表达式、流程控制和集合三大部分内容

2、计算机语言的分类有：机器语言、汇编语言、高级语言、建模语言、形式化方法和形式化语言

3、汇编语言的每条语句均由名字、操作符、操作数和注释4个字段组成。伪指令语句包括数据定义伪指令DB、DW、DD，段定义伪指令SEGMENT，过程定义伪指令PROC等

4、建模语言主要指统一建模语言（UML），UML由3个要素构成：UML的基本构造块（事物、关系）、图（支配基本构造块如何放置在一起的规则）和运用于整个语言的公用机制

5、UML中有 4 种事物：结构事物、行为事物、分组事物和注释事物。

结构事物有：名词、静态部分，用于描述概念或物理元素。
结构事物包括：类（Class）、接口（Interface）、协作（Collaboration）、用例（UseCase）、主动类（Active Class）、构件（Component）、制品（Artifact）和节点（Node）

行为事物有：动词，描述跨越时间和空间的行为。
行为事物包括：交互（Interaction）、状态机（State Machine）和活动（Activity）

分组事物有：包
注释事物有：注解

6、UML中有4种关系：依赖、关联、泛化和实现

依赖关系：其中一个独立事物发生变化会影响另一个事物
关联关系：是一种拥有的关系，它在一段时间内将多个类的实例连接在一起
泛化关系：泛化是一种特殊/一般关系，特殊元素（子元素）的对象可替代一般元素（父元素）的对象
实现关系：在两种情况下会使用实现关系，一种是在接口和实现它们的类或构件之间；另一种是在用例和实现它们的协作之间

7、UML 2.0提供了14种图，分别是类图、对象图、用例图、序列图、通信图、状态图、活动图、构件图、部署图、制品图、组合结构图、包图、交互概览图和计时图（定时图）。其中，序列图、通信图、交互概览图和计时图均被称为交互图。

8、包含关系的特点是当两个或多个用例中共用一组相同的动作时，可以将这组相同的动作抽出来作为一个独立的子用例，供多个基用例所共享；

9、扩展关系是对基用例的扩展，基用例是一个完整的用例，即使没有子用例的参与，也可以完成一个完整的功能。

10、UML 中有 5 种视图（View）：用例视图、逻辑视图、进程视图、实现视图、部署视图，其中的用例视图居于中心地位

11、形式化方法根据描述方式分，有模型描述和性质描述两类；根据表达能力分，有模型方法、代数方法、进程代数方法、逻辑方法和网络模型方法5类。形式化方法的开发过程贯穿软件工程的整个生命周期

四.多媒体技术

1、多媒体有4个重要的特征：多维化、集成性、交互性、实时性。

2、多媒体系统的关键技术：
视、音频技术：视频技术包括视频数字化和视频编码技术两个方面；音频技术包括音频数字化、语音处理、语音合成及语音识别4个方面。
通信技术：包括数据传输信道技术和数据传输技术。
数据压缩技术：包括即时压缩和非即时压缩、数据压缩和文件压缩、无损压缩与有损压缩等。
虚拟现实（VR）/增强现实（AR）技术：VR/AR技术主要分为桌面式、分布式、沉浸式和增强式4种。