系统工程基础

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一、系统工程

1、系统工程是运用系统方法，对系统进行规划、研究、设计、制造、试验和使用的组织管理技术，系统工程方法的特点是整体性、综合性、协调性、科学性和实践性。

2、系统工程方法可以分为：霍尔的三维结构、切克兰德方法、并行工程、综合集成法、WSR 系统方法。

3、霍尔的三维结构形成了由：时间维、逻辑维和知识维组成的三维空间结构。
● 时间维分为：规划、拟订方案、研制、生产、安装、运行、更新 7 个时间阶段；
● 逻辑维包括：明确问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施 7 个逻辑步骤；
● 知识维包括：工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术等知识和技能。

4、霍尔的三维结构的时间维各阶段工作如下：
● 规划阶段。即调研、程序设计阶段，目的在于谋求活动的规划与战略。
● 拟订方案。提出具体的计划方案。
● 研制阶段。作出研制方案及生产计划。
● 生产阶段。生产出系统的零部件及整个系统，并提出安装计划。
● 安装阶段。将系统安装完毕，并完成系统的运行计划。
● 运行阶段。系统按照预期的用途开展服务。
● 更新阶段。即为了提高系统功能，取消旧系统而代之以新系统，或改进原有系统，使之更加有效地工作。

5、切克兰德方法将工作过程分为：认识问题、根底定义、建立概念模型、比较及探寻、选择、设计与实施、评估与反馈 7 个步骤。

6、并行工程方法是：对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术，目标是提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。

7、综合集成法。钱学森等提出从系统的本质出发可以把系统分为简单系统和巨系统两大类。开放的复杂巨系统的一般基本原则：整体论、相互联系、有序性、动态，主要性质是：开放性、复杂性、进化与涌现性、层次性和巨量性。

8、WSR 系统方法是：物理—事理—人理方法论的简称。一般工作过程可理解为：理解意图、制定目标、调查分析、构造策略、选择方案、协调关系和实现构想 7 步。

9、系统工程的生命周期阶段包括：探索研究、概念阶段、开发阶段、生产阶段、使用阶段、保障阶段和退役阶段。生命周期方法有：计划驱动方法、渐进迭代式开发、精益开发和敏捷开发。

10、基于模型的系统工程（MBSE）是建模方法的形式化应用，产物包括：
● 在需求分析阶段：产生需求图、用例图及包图；
● 在功能分析与分配阶段：产生顺序图、活动图及状态机图；
● 在设计综合阶段：产生模块定义图、内部块图及参数图等。

11、系统工程的三大支柱：建模语言、建模工具和建模思路。

二、系统性能评价

1、评价计算机的主要性能指标有：时钟频率（主频）、运算速度、运算精度、数据处理速率（PDR）、吞吐率等。

2、评价路由器的主要性能指标有：设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、协议支持等。

3、评价交换机所依据的性能指标有：端口速率、背板吞吐量、缓冲区大小、MAC 地址表大小等。

4、评价网络的性能指标有：设备级性能指标、网络级性能指标、应用级性能指标、用户级性能指标和吞吐量。

5、评价操作系统的性能指标有：系统上下文切换、系统响应时间、系统的吞吐率（量）、系统资源利用率、可靠性和可移植性。

6、衡量数据库管理系统的主要性能指标有：最大并发事务处理能力、负载均衡能力、最大连接数等。

7、评价 Web 服务器的主要性能指标有：最大并发连接数、响应延迟和吞吐量。

三、性能指标计算

1、性能指标计算主要方法有：定义法、公式法、程序检测法和仪器检测法。

2、计算公式主要有：

● 每秒百万次指令数（MIPS）：MIPS = 指令条数 / (执行时间×10^6)

● 峰值计算：是指计算机每秒钟能完成的浮点计算最大次数。包括理论浮点峰值和实测浮点峰值。
理论浮点峰值 = CPU 主频×CPU 每个时钟周期执行浮点运算的次数×系统中 CPU 数

● 等效指令速度法或吉普森法：早期用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度，后来发展为各个指令的运算时间乘以占比。通常加、减法指令占 50%，乘法指令占 15%，除法指令占 5%，程序控制指令占 15%，其他指令占 15%。

四、性能调整

1、性能调整由查找和消除瓶颈组成。

2、对于数据库系统，性能调整主要包括：CPU/内存使用状况、优化数据库设计、优化数据库管理以及进程/线程状态、硬盘 I/O 及剩余空间、日志文件大小等。

3、对于应用系统，性能调整主要包括：应用系统的可用性、响应时间、并发用户数和特定应用的系统资源占用等。

4、阿姆达尔定律：计算机系统中对某一部件采用某种更快的执行方式所获得的系统性能改变程度，取决于这种方式所占总执行时间的比例。加速比的定义：
● 加速比 = 使用增强部件时完成整个任务的时间 / 不使用增强部件时完成整个任务的时间
● 新的执行时间 = 原来的执行时间 × [(1−增强比例) + 增强比例/增强加速比]
● 总加速比 = 原来的执行时间/新的执行时间 = 1/[(1−增强比例) + 增强比例/增强加速比]

5、性能评估主要包括：基准测试程序定义、Web 服务器的性能评测方法、系统监视的方法

6、基准测试程序定义：应用程序中用得最多、最频繁的那部分核心程序。基准测试程序中，评测的准确程度依次递减：真实的程序、核心程序、小型基准程序和合成基准程序。

7、Web 服务器的性能评测方法有：基准性能测试、压力测试和可靠性测试。

8、系统监视的方法通常有：系统内置命令、查阅系统日志、可视化技术 3 种方式。