原子标签索引：[概念×24 | 机制×5 | 流程×4 | 判据×7 | 分类×13 | 案例×2 | 数据×12] 上游：第1章（架构总概念） 下游：第3章信息系统、网络与嵌入式章节、安全章节均引用本章术语

标准表述

• 冯·诺伊曼结构五部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备；内部运算采用二进制，程序存放于存储器自动执行。
• 指令集分两类：CISC（复杂指令集，代表 x86：Intel、AMD）；RISC（精简指令集，代表 ARM、Power）。RISC 是指令集发展趋势。
• 存储器层次 4 级（按与处理器物理距离）：片上缓存（SRAM，16kB~512kB）→ 片外缓存（SRAM，256kB~4MB，L2/L3）→ 主存（DRAM，数百 MB~数十 GB，需刷新）→ 外存（磁盘/光盘/Flash，掉电保持）。
• 总线按位置分三类：内总线（片内/片上总线）、系统总线（CPU—主存—I/O 接口；广义含级联的局部总线）、外部总线（通信总线）；总线间用桥（Bridge）连接并转换协议。
• 操作系统是配置在硬件上的第一层软件；内核以最高优先级运行、可执行特权指令。
• 操作系统四大特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性。
• 操作系统三大作用：管理程序与分配软硬件资源、提供友好人机界面、为应用开发运行提供高效平台。
• 分时系统四特点：多路性、独立性、交互性、及时性。多道批处理三特点：多道、宏观上并行、微观上串行。
• 数据模型三要素：数据结构、数据操作、完整性约束。
• 数据库设计 6 阶段：需求分析 → 概念结构设计 → 逻辑结构设计 → 物理结构设计 → 数据库实施（应用程序设计）→ 运行维护。
• E-R 法概念结构设计三步：设计局部 E-R 模型 → 设计全局 E-R 模型 → 全局 E-R 模型优化。
• 分布式数据库 4 层结构：全局外层、全局概念层、局部概念层、局部内层（层间有映射，同构异构均适用）。
• 文件系统空闲空间管理方法：空闲区表（适合连续文件）、位示图（描述能力强、适合各种物理结构）、空闲块链、成组链接法（UNIX 采用，每 100 个空闲块为一组）。
• 文件共享方式：硬链接（多个目录表目指向同一索引结点，不能跨文件系统）；符号链接（建立路径映射，可跨文件系统甚至跨网络）。
• 中间件位于操作系统、网络和数据库之上、应用软件之下，属可复用软件，起承上启下作用。
• 构件（组件）两个最重要特性：自包含（自包含性）与可重用。
• 商用构件三大标准：OMG 的 CORBA（底层 ORB＝"软总线"）、Sun 的 J2EE（EJB 为服务器端分布构件规范，会话 Bean 维护会话、实体 Bean 处理事务）、Microsoft 的 DNA 2000（COM/DCOM/COM+）。
• 嵌入式系统：以应用为中心、软硬件可裁剪，须满足功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求。
• 嵌入式软件 5 层架构：硬件层 → 抽象层（HAL＋BSP）→ 操作系统层 → 中间件层 → 应用层。
• 嵌入式软件六大特点：可裁剪性、可配置性、强实时性、安全性、可靠性、高确定性。
• 安全性＝规定条件与时间内不发生事故的能力；可靠性＝规定条件与时间内完成规定功能的能力。
• DO-178B 软件安全等级 A~E（失效从灾难性到无影响），需满足目标数依次为 66、65、56、28、0。
• OSI/RM 七层（下→上）：物理、数据链路、网络、传输、会话、表示、应用。
• TCP/IP 四层：网络接口层、网际层（IP/ICMP/ARP/RARP）、传输层（TCP/UDP）、应用层。
• 以太网最小帧长 64 字节（CSMA/CD 所限），数据域上限通常 1500 字节。
• 香农公式：C = B·log₂(1+S/N)，C 为信道容量（b/s）、B 为带宽（Hz）、S/N 为信噪比。
• 发送端信号处理链：信源编码 → 信道编码 → 交织 → 脉冲成形 → 调制；接收端相反。
• 5G 四大基本特征：高速率（峰值＞20Gb/s，约为 4G 的 20 倍）、低时延（50ms→1ms）、海量连接（1000 亿量级）、低功耗。
• 5G 三大应用场景：eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量物联网）、uRLLC（超高可靠低时延）。
• UML 三要素：基本构造块（事物、关系）、图、公用机制；四种事物（结构、行为、分组、注释）；四种关系（依赖、关联、泛化、实现）；UML 2.0 共 13 种图。
• 媒体五类（ITU-T）：感觉媒体、表示媒体、显示（表现）媒体、存储媒体、传输媒体。
• VR 三层含义：计算机生成逼真实体；用自然技能交互；借助三维传感设备（头盔、数据手套等）。
• 系统工程是组织管理"系统"的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法（钱学森，1978）。
• 霍尔三维结构（1969，硬系统方法论）：时间维 7 阶段（规划、拟订方案、研制、生产、安装、运行、更新）、逻辑维 7 步骤（明确问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施）、知识维。
• 切克兰德方法（软系统方法论）核心不是"最优化"而是"比较"与"探寻"。
• MBSE 三大支柱：建模语言（SysML）、建模工具、建模思路。
• 阿姆达尔定律：系统性能改进程度取决于可增强部分占总执行时间的比例（增强比例≤1）与增强倍数。

蒸馏笔记

概念

• 计算机系统：硬件子系统＋软件子系统组成，按人的要求接收存储信息、自动处理并输出结果的机器系统。
• CISC/RISC：指令集两类；CISC 指令复杂庞大，RISC 指令精简、几乎所有后期新指令集均为 RISC。
• GPU/DSP/FPGA：GPU 数百至数千内核、并行运算（深度学习）；DSP 实时数字信号处理（饱和算法、乘加运算）；现场可编程门阵列。
• 虚拟化：把物理上一个实体变成逻辑多个对应物（或反之）的管理技术。
• 内核：提供进程、存储、文件、设备管理的模块；对硬件抽象，提供系统调用接口/API。
• 系统软件/应用软件：前者不依赖特定应用领域、管理软硬件资源；后者解决特定应用问题，分通用与定制（专用）两类。
• 数据模型：数据特征的抽象，数据库系统的核心与基础；关系＝二维表。
• 分布式数据库：地理分散但逻辑相关、场地自治又统一管理；特点：集中控制、数据独立、冗余可控、场地自治、存取有效。
• 文件：有符号名、逻辑上完整的信息项集合；分文件体（内容）与文件说明（管理信息）。
• 中间件：分布式环境中隔离应用与系统差异的标准编程接口与协议，使应用开发相对独立于硬件和 OS。
• 构件：自包含、可复用的程序集，只能经接口访问。
• 嵌入式系统：嵌入设备内部、专用、软硬件一体化、资源受限的计算机系统。
• 安全攸关系统：失效会导致人员伤亡、财产损失等严重后果的系统。
• 计算机网络：通信线路连接地理分散的独立计算机，靠网络软件与协议实现资源共享和信息传递。
• 信道：信息传输通道；物理信道（有线/无线介质）与逻辑信道（虚拟线路）。
• 复用/多址：复用＝一条信道同时传多路数据（TDM/FDM/CDM）；多址＝一条线上同时传多用户数据并在接收端分离（TDMA/FDMA/CDMA）。
• 机器语言：二进制指令集，计算机唯一可直接执行的语言；指令＝操作码＋操作数（地址码）。
• 汇编语言：机器语言符号化，仍面向机器；三种语句：指令语句、伪指令语句（汇编后不产生机器代码）、宏指令语句。
• UML：统一建模语言，与程序设计语言无关、是语言而非方法学；1997 年 OMG 采纳为 OO 标准建模语言。
• 形式化方法：用精确数学语义的形式语言书写规格说明，是设计依据和正确性验证依据；Z 语言建立在集合论与一阶逻辑之上，主要结构是"模式"。
• 多媒体：计算机技术综合处理多种媒体信息，建立逻辑连接，集成为有交互性的系统。
• 系统工程：跨学科的实现方法，从开发早期定义需求与功能，全生命周期考虑运行、成本、进度、性能等（INCOSE）。
• 系统之系统（SoS）：系统元素本身也是系统；部件系统可同时属于其他无关系统。
• MBSE：建模方法的形式化应用，支持需求、分析、验证、确认（V&V）等活动，贯穿整个生命周期。

分类体系

• 操作系统 7 类：批处理（单道/多道）、分时、实时（控制系统＋信息处理系统）、网络、分布式（网络 OS 的更高级形式，具透明性、可靠性、高性能）、微型机 OS（Windows/Mac OS/Linux）、嵌入式 OS（微型化、可定制、实时性、可靠性、易移植——HAL＋BSP）。
• 数据库按存储体系 5 类：关系型（二维表）、键值（Key-Value）、列存储（列式 vs 行式）、文档型（XML/JSON/BSON，自描述树状结构，可视为值可查的键值库）、搜索引擎数据库。
• 中间件按职责 8 类：通信处理（消息，销售额最大）、事务处理（交易，如 Tuxedo）、数据存取管理、Web 服务器、安全、跨平台架构（CORBA/JavaBeans/COM+）、专用平台、网络中间件。
• 文件分类四维度：按性质用途（系统/库/用户）；按保存期限（临时/档案/永久）；按保护方式（只读/读写/可执行/不保护）；UNIX（普通/目录/设备文件）。
• 文件逻辑结构：有结构记录式（定长/不定长）与无结构流式（字节流，顺序访问，可看作记录式特例）。
• 文件物理结构：连续（顺序）结构、链接（串联）结构、索引结构、多物理块索引表（链接文件/多重索引）。
• 嵌入式系统分类：实时（强实时 Hard / 弱实时 Weak）与非实时；安全攸关（Safety-Critical）与非安全攸关。
• 网络分类：局域网 LAN、无线局域网 WLAN、城域网 MAN、广域网 WAN、移动通信网。
• 局域网拓扑 5 种：星状（中心结点控制、单点故障）、树状（分级集中式）、总线（负载能力受限）、环形（单向流动、不便扩充）、网状（可靠但布线繁、成本高）。
• WLAN 拓扑 3 种：点对点型、HUB 型（集中控制）、完全分布型（仅理论探讨，军事前景好）。
• 网络设备工作层级：中继器/集线器→物理层；网桥/交换机→数据链路层；路由器→网络层；防火墙→安全门户（常为硬件防火墙）。
• 计算机语言演进：机器语言→汇编语言→高级语言（C/C++/Java/Python 等）→建模语言（UML）→形式化语言（Z）。
• 形式化方法分类：按描述方式分模型描述与性质描述；按表达能力分模型、代数、进程代数、逻辑、网络模型（Petri 网）五类。

机制

• 存储层次原理：越靠近 CPU 速度越快、容量越小、单位成本越高；分层体系以少量高速缓存换取接近高速存储的性能。
• 信道通信机制：信源 →(编码+调制) 发信机 → 信道 →(解调+译码) 收信机 → 信宿；带宽由频率响应决定。
• 信道编码 → 交织机制：信道编码只能纠零星错误 →(连续误码) 交织打乱顺序 → 接收端解交织 → 连续误码变零星 → 可纠错。
• 交换机转发机制：学习源 MAC 建 MAC 地址表 →(查到目的 MAC) 定向转发 →(查不到) 泛洪 → 定期（如 300s）更新地址表；生成树协议（STP）消除环路。
• 路由机制：查路由表选下一跳；表可静态配置或由动态路由协议自动生成；路由协议分内部网关协议 IGP（距离矢量算法 vs 链路状态算法 IS-IS/OSPF）与外部网关协议 EGP（现行为 BGP）。

流程

• 数据链路层以太网帧：DMAC | SMAC | Length/Type（＞1500 表类型、＜1500 表长度）| DATA/PAD | FCS。
• 数据库设计 6 阶段要点：需求分析（调查数据需求与处理需求）→ 概念结构（E-R 法三步）→ 逻辑结构（E-R 图转数据模型、定完整性约束、定用户视图）→ 物理结构（存储结构与存取方法）→ 应用程序设计（结构化或面向对象）→ 运行维护（转储恢复、安全完整性控制、性能监督、重组重构）。
• DO-178B 生命周期：软件计划过程；软件开发过程 4 子过程（需求、设计、编码、集成）；软件综合过程 4 子过程（验证、配置管理、质量保证、审定联络）。适航三要素＝目标、过程、数据。
• 系统工程生命周期 7 阶段：探索性研究 → 概念 → 开发（含 V&V）→ 生产 → 使用 → 保障 → 退役。四类方法：计划驱动、渐进迭代式 IID、精益（源于丰田准时化）、敏捷。

判据

• 选路由协议：小型网络→距离矢量（易配置，大网络有环路和带宽问题）；大型网络→链路状态（IS-IS、OSPF）。
• 批处理 vs 联机事务处理（OLTP）：批处理经济、适合定期出报表但主文件易过时；OLTP 即时更新与响应，但成本高、需授权机制与容错技术（双 CPU、后备机、冗余数据）。
• 性能指标清单：计算机（主频、运算速度、内存容量、存取周期、数据处理率 PDR、吞吐率、响应时间、利用率、RASIS 特性等）；网络（速率、带宽、吞吐量、时延、往返时间 RTT、利用率）；Web 服务器（最大并发连接数、响应延迟、吞吐量）。
• 性能评估程序准确度递减序：真实程序 → 核心程序 → 小型基准程序 → 合成基准程序；基准程序有 Dhrystone（整数）、Linpack（浮点）、Whetstone、SPEC、TPC。
• 系统监视 3 方式：系统命令（UNIX 的 w/ps/last，Windows 的 netstat）；记录文件查阅；集成可视化工具（Windows Perfmon）。
• 性能调整前置三准备：识别约束、设定负载、设置性能目标；调整循环＝收集→分析→配置→测试。
• 形式化方法选型：面向对象（Z、VDM、B、Object-Z）；面向属性（OBJ3、Larch）；基于并发（CCS、ACP、CSP、LOTOS）；基于实时（TRIO、RTOZ）。

案例

• 阿波罗登月计划（1960 年）成功运用系统工程方法，推动其全球重视。出处：2.8.1。
• 飞机订票系统（一台主机＋全美 2000 多终端）为第一代计算机网络典型应用。出处：2.5.1。

数据

• 内存介质保持年限：Flash 约 10 年、光盘数年～数十年、磁盘 10 年以上、磁带 30 年以上。
• 安全攸关系统可靠性指标通常要求 10⁶~10⁹；Polar 码可靠性 99.999%，用作 5G 控制信道编码；LDPC 性能逼近香农容量极限。
• ATM 信元固定 53 字节，典型速率 150Mb/s；城域网标准 DQDB＝IEEE 802.6，速率 100Mb/s 以上，分核心层/汇聚层/接入层。
• WLAN 速率演进：802.11 为 1~2Mb/s → 802.11b 为 11Mb/s → 802.11a/g 为 54Mb/s（g 兼容 b、2.4GHz）→ 802.11n 为 200Mb/s 以上。
• 移动通信演进：1G 模拟（仅语音）→ 2G 数字 9.6~14.4kb/s → 3G 达 384kb/s（室内可达 2Mb/s）→ 4G 体验≈固网 20Mb/s → 5G 峰值＞20Gb/s。
• 5G 基站端 MIMO 最多 256 根天线，二维排布实现 3D 波束成型；首次将 24GHz 以上毫米波用于移动宽带。
• 网络两级子网：广域网由通信子网（转发数据）与资源子网（提供共享资源）组成；广域网分公共传输网络、专用传输网络（DDN 独占带宽）、无线传输网络。
• SONET（美加标准）/SDH（国际电联标准）均为物理层传输技术，可封装 PDH、支持 ATM。
• C 语言标准演进：C89（ANSI）→C90（ISO）→C99→C11→C18；C++：C++98→C++11→C++14→C++17→C++20。
• Java"一次编写，处处运行"；UML 1997-10-17 被 OMG 采纳；1999 年底占面向对象建模市场 90%。
• 嵌入式处理器工艺三档：民用、工业、军用。
• 指令格式按地址域数量：三地址、二地址、单地址、零地址（堆栈机）、可变地址数指令。

易错点 / 边界情况

• 片上缓存与片外缓存均为 SRAM，区别是位置与容量；主存 DRAM 需不断充电维持数据。
• "带宽"两义：信号频带宽度（单位 Hz）与网络传送数据能力（单位 b/s），考题常混考。
• 伪指令语句汇编后不产生机器代码，其操作在汇编时完成；指令语句的操作在程序运行时完成——两者名字字段结束符也不同（指令语句标号用冒号，伪指令用空格）。
• 硬链接基于索引结点、不能跨文件系统；符号链接是路径映射、可跨文件系统甚至跨网络。
• 空闲区表只适合连续文件；位示图适合各种物理结构（描述能力强）——"适合哪种物理结构"是经典考点。
• 计算机网络四阶段时间线：诞生（60 年代中期前，单机联机）→ 形成（60 年代中期—70 年代，ARPANET，通信子网+资源子网）→ 互联互通（70 年代末—90 年代，TCP/IP 与 OSI 两大体系）→ 高速发展（90 年代至今，Internet）。
• IGP/EGP 与"距离矢量/链路状态"是两个维度：IGP 内含两类算法，BGP 属 EGP。
• 分时系统时间片例：20 终端×50ms 时间片→每 1s 全部服务一遍。
• 霍尔三维＝硬系统方法论（工程问题，可量化）；切克兰德＝软系统方法论（社会经济问题，核心是比较与探寻）；WSR＝物理-事理-人理（顾基发、朱志昌，1994），实践准则"懂物理、明事理、通人理"。
• 系统分类四层递进：简单系统 → 巨系统 → 简单巨系统 → （开放的）复杂巨系统；综合集成法（钱学森，1990）处理开放的复杂巨系统。
• 流式文件可看作记录式文件的特例；记录式文件的记录长度分定长与不定长。
• VR/AR 四类：桌面式（成本低、易实现）、分布式（多用户共享、研发成本极高）、沉浸式（完全沉浸、对硬件要求高）、增强式 AR（虚实叠加、起步最晚）。
• DO-178B/C 与 CMMI 区别：前者适航审定视角、聚焦软件与安全、目标更清晰；后者过程改进视角、覆盖个人/项目/组织三层、对组织体系更有指导性。
• MPSE 阶段产物对应关系：需求分析阶段→需求图/用例图/包图；功能分析与分配→顺序图/活动图/状态机图；设计综合→模块定义图/内部块图/参数图。