计算机基础知识（第二篇）

嵌入式技术

特点：专用性、实时性、低成本、可靠性、体积小

应用：汽车电子、家用电器、通信设备、安防监控、工业自动化、医疗设备

体系结构：

冯诺依曼结构：传统计算机系统的基本架构，也是普林斯顿结构，程序和数据公用一个存储空间。
哈佛结构：程序和数据存储在不同的存储空间，允许并行处理程序指令和数据，提高速度。

微处理器分类

用途分类：

微控制器（MCU）：32位以上的处理器，有较高的性能，价格也相应较高，适用于简单控制与接口。
微处理器（MPU）：性能较高，运算能力强，适用于高性能控制与应用。
数字信号处理器（DSP）：性能强大，如语音、音频、图像的处理，适合大量运算。
片上系统（SoC）：MCU/MPU核、内存、外设集成在一片芯片上，适用于便携设备。

多核处理器

将两个或更多的微处理器内核封装在一个芯片内，提升计算能力，节省空间。

**工作协调实现方式：**对称多处理技术、非对称处理技术、粗粒度多处理技术

**多核CPU的调度方法：**全局队列调度、全局队列调度

嵌入式软件

嵌入式软件是专门应用于嵌入式计算机系统中的软件，它不仅具有通用软件的通用特性，还具备许多与嵌入式系统特定的独特特点：规模小、开发难度大、实时性和可靠性要求高、要求固化存储。

分为：系统软件、应用软件、支撑软件

板级支持包 (BSP)

介于主板硬件和操作系统中驱动层程序之间的一层，属于系设备驱动层，主要负责底层硬件资源的管理和控制，提供给上层软件使用。主要目的为了屏蔽底层硬件的多样性。

特点：硬件相关性、操作系统相关性

BSP主要包括以下两个方面的内容：

引导加载程序 (BootLoader)：负责在系统启动时初始化硬件设备、加载操作系统到内存，并启动操作系统的执行。
设备驱动程序：用于控制和管理各种硬件设备。

引导加载程序BootLoader

是嵌入式系统中在加电后首先运行的一段软件代码，它在操作系统内核运行之前执行。初始化的步骤：片级初始化 - 板级初始化 - 加载内核（系统级初始化）

设备驱动程序

用于管理和控制系统的具体硬件设备，为上层应用软件提供统一的设备接口和访问机制。驱动程序需要包含OS相关内容，根据OS的驱动模型编写，并通过OS提供的接口访问硬件资源。

嵌入式系统

组成包括嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件以及应用软件。

特点：专用性强、技术融合、软硬一体、软件为主、资源较少、程序固化、需专门开发工具和环境、体积小、价格低、工艺先进、性能价格比高、系统配置要求低、实时性强、高安全性和可靠性要求。

分层结构：硬件层、抽象层、抽象层、操作系统层、中间件层、应用层

嵌入式数据库系统EOS

特点：微型化、代码质量高、专业化、实时性强、可裁减和可配置

实时操作系统（RTOS）

特点：完全嵌入性、可预测性、确定性

实时操作系统的特征

高精度计时系统、多级中断机制、实时调度机制

嵌入式软件

交叉平台：运行在宿主机的强有力的交叉开发工具和实用程序、运行在目标机上的高性能、可裁剪的实时操作系统。

交叉编译：嵌入式软件开发中一个关键的技术。它涉及在一个平台（宿主机）上编译出另一个平台（目标机）上可以执行的代码。

交叉调试：允许开发者在宿主机上调试运行在目标机上的软件。这一过程与传统软件开发中的调试存在显著差异，主要体现在调试环境和方法上。

软件开发工具：帮助软件开发者进行有效编程、调试、维护、测试和管理应用程序的软件。

嵌入式软件开发：

编辑器：用于编写嵌入式源代码程序。如：集成开发环境（IDE）
交叉编译：将源代码编译成在目标机上运行的可执行文件的过程。如：gcc
交叉调试：调试过程涉及在宿主机上运行调试器，而被调试的程序则运行在目标机上。如：gdb

系统配置与性能评价

性能指标

计算机性能指标：

时钟频率、运算速度、运算精度、内存的存储容量、存储器的存取周期、数据处理速率、吞吐率、各种响应时间、CPU利用率、内存利用率、RASIS特性（可靠性、可用性、可维护性、完整性、安全性）、平均故障响应时间、兼容性、可扩充性性、性能价格比。

路由器性能指标：

设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、背靠背帧数、路由表能力、丢包率、时延、时延抖动、VPN支持能力、端口硬件队列数、CAR支持、路由器冗余协议、网管、网管类型、计费能力/协议、端口密度。

交换机性能指标：

交换机类型、配置、支持的网络类型、最大ATM端口数、最大SONET端口数、最大FDDI端口数、背板吞吐量、缓冲区大小、最大MAC地址表大小、支持协议和标准、路由信息协议 (RIP)、路由、支持多协议路由、支持最大路由表数、VLAN、支持端口链路聚集协议、负载均衡。

网络评价性能指标：

设备级（处理能力、可靠性、扩展性）、网络级（带宽、吞吐量、丢包率）、应用级（响应时间、并发用户数）、用户级性能指标（系统可用性、用户满意度）

操作系统评价性能指标：

系统的可靠性、系统的吞吐率、系统响应时间、系统资源利用率、可移植性

数据库管理系统性能指标：

数据库本身的特性：数据库的大小、数据库表中表的数量、单个表的大小、行记录、单行的大小、表中索引数量、允许的索引数量

管理系统的能力：最大并发事务处理能力、负载均衡能力、最大连接数能力。

WEB服务器评价性能指标：

最大并发连接数、响应延迟、吞吐性能指标

性能评价方法

基准测试

基准测试是通过运行一组预定的测试程序集合来评估系统性能的方法。这些测试程序模拟了不同的工作负载和使用模式，以评估系统在特定条件下的性能。

**性能评测的常用方法：**时钟频率、指令执行速度、等效指令速度法、数据处理速率 (PDR) 方法

基准程序法：整数测试程序、浮点测试程序、 SPEC基准程序、TPC基准程序

性能评测程序的准确度排序：真实的程序 - 核心的程序 - 小型基准程序 - 合成基准程序

阿姆达尔解决方法

阿姆达尔法则是一种用于预测计算机程序或系统改进后的理论最大性能提升的方法。

信息系统

信息系统是由计算机硬件、网络和通信设备、计算机软件、信息资源、信息用户和规章制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。

诺兰模型：

初始阶段：计算机作为办公设备使用，应用非常有限
传播阶段：企业对计算机有一定了解，开始利用计算机解决工作中的问题，例如数据处理。
控制阶段：企业开始全面控制计算机信息系统的发展，解决数据共享问题，但系统和资源利用率较低。
集成阶段：企业重新规划设计，建立基础数据库，实现资源信息集成共享。
数据管理阶段：企业意识到信息战略的重要性，信息成为重要资源，信息化建设进入数据处理阶段，实现资源整合和信息共享。
成熟阶段：信息系统可以满足企业各层次需求，从事务处理到支持高效管理的决策，将IT与管理过程结合起来。

信息系统的分类

业务处理系统TPS

电子数据处理系统，是信息系统的最初级形式，主要用于辅助管理人员记录、传票、记账、统计和分类等日常管理事务（如财会、销售、库存等），并据此制成报表，为经营决策提供有效信息。TPS是基于计算机的信息系统，其主要功能包括数据的输入、处理、维护、以及输出。

管理信息系统（MIS）

管理信息系统是由业务处理系统发展而成的，它通过引入大量管理方法对企业整体信息进行处理，并利用信息进行预测、控制、计划，以及辅助企业全面管理的信息系统。

管理信息系统的组成：总体销售市场子系统、生产子系统、后勤子系统、人事子系统、财务和会计子系统、信息处理子系统、高层管理子系统。

决策支持系统（DSS）

帮助决策者在复杂问题或未结构化问题中做出决策。它结合了数据、模型、分析工具和用户界面，以提供决策所需的信息和支持。

特点：面向决策者、支持半结构化问题、辅助决策者、动态性体现、交互式处理。

专家系统（ES）

基于知识的专家系统，它是人工智能领域的一个重要分支，其核心能力源自于其拥有的专家知识，并且其知识的表示和推理方法为应用提供了机理。

特点：超越时间限制、操作成本低廉、易于传递与复制、处理手段一致、不会因人而异、善于克服难题、适用特定领域

组成：知识库、综合数据库、推理机、知识获取、解释程序、人机接口

应用场景：医疗诊断、金融规划、故障诊断与维修、烹饪食谱推荐

办公自动化系统（OAS）

人机结合的综合性的办公事务管理系统，或称办公事务处理系统。

组成：文档处理、通讯、日程安排和时间管理、数据库管理、办公设备集成、安全和权限控制、报表和数据分析

OAS的主要功能：事务处理、信息管理、辅助决策

综合性信息系统：

ERP系统：主要管理公司的各种资源，处理进销存、供应链、生产计划MPS、MRP计算、生产订单、管理会计，是财务数据的强力支撑。
WMS系统：库房货位管理，包括收发料、扫码进出库、库龄管理等内容。
MES系统：负责生产过程和生产过程中防呆、自动化设备集成，是各个客户审核的重点，是生产全流程管控，核心在于生产过程、生产工艺、生产设备、自动化生产的直接管理。
PDM系统：管理研发阶段的物料、BOM、工程变更数据，主要涉及产品研发全过程管理，如协同研发等能力。

ERP系统

企业资源规划（ERP）是以信息技术为基础，结合系统化的管理思想创建的管理平台。它的目标是为企业的决策和日常运营提供支持。ERP系统通过集成和整合企业的所有资源，实现对这些资源的全面和一体化管理。

企业的四大资源：

物流：涉及物流管理，确保物品和服务从起点流向消费点的过程得到有效管理。
资金流：涉及财务管理，关注资金的筹集、分配和使用，保持资金流动性和健康的财务状况。
信息流：涉及生产控制管理，确保信息在企业内部流动，以支持决策制定和各项业务的执行。
人力资源：涉及人力资源管理，包括招聘、培训、薪酬福利和绩效管理等，确保企业能够吸引、保留和发展具有竞争力的员工队伍。

ERP中的11个模块：

生产预测：市场需求预测、计划层次。

销售管理：涉及企业销售部门的各项活动，包括客户订单处理、销售预测、销售策略实施等。

生产计划：经营计划（生产计划大纲）、主生产计划。

物料需求计划（MRP）：网络支持计划和时间进度。

能力需求计划（CRP）：能力核算与管理。

车间作业计划：产生加工订单。

采购与库存管理：采购管理模块、库存管理模块、

质量与设备管理：质量管理、设备管理。

财务管理：会计工作、财务活动。

ERP扩展应用模块：客户关系管理（CRM）、分销资源管理（DRM）、供应链管理（SCM）、电子商务

信息系统阶段

第一阶段：信息系统的产生阶段（概念的产生过程、需求分析过程）
第二阶段：信息系统的开发阶段（总体规划阶段、系统分析、系统设计、系统实施、系统验收）
第三阶段：信息系统的运行阶段（系统维护）
第四阶段：信息系统的消亡阶段（意系统的消亡条件和时机，以及相关成本）

信息系统主要原则

高层管理人员介入原则
用户参与开发原则
自顶向下规划原则
工程化原则
其他原则（创新性、整体性、发展性、经济性）

信息系统的开发方法

常见的信息系统开发方法包括：瀑布模型、原型模型、增量模型、增量模型、敏捷开发、融合开发方法

信息系统的开发方法

结构化方法：将软件开发过程划分为若干个阶段和步骤，每个阶段有明确的输入和输出，以及采用特定的技术或表示方式来描述各个阶段的工作成果。

主要阶段有：需求分析阶段、概要设计阶段、详细设计阶段、根据详细设计文档、测试阶段、部署阶段。

特点：开发目标清晰化、开发工作阶段化、开发文档规范化、设计方法结构化

不足和局限：开发周期长、难以适应需求变化、很少考虑数据结构
原型化方法：展示给用户，并与用户交流，最终实现用户需求的信息系统快速开发。

优点：缩短系统开发周期、降低成本和风险、加快开发速度、提高综合开发效益、提高用户满意度、有利于系统移交

不足和局限：要求开发环境和管理水平高、适用于需求不明确，对于分析层面难度大、技术层面难度不大的系统
面向对象的方法：每一个事物都是对象，具有自己的运动规律和内部状态。

特点：复用性、阶段划分、普适性

不足和局限：面向对象方法必须依赖于相应的面向对象技术支持，通常将结构化方法和面向对象方法结合起来使用。
面向服务的方法：将接口的定义与实现进行解耦的开发方法，它引入了服务和面向服务的概念。

面向服务开发的思想是将系统分割成不同的服务，每个服务完成一项业务功能，服务之间通过开放接口进行交互。例如，新增业务时可以调用已有服务，无需从头开发。

政府信息化和电子政务

电子政务实质：是利用信息技术对传统的政府形态进行现代化改造。

组成：政府内部的电子化办公、政府部门间的信息共享和实时通信、政府部门间的信息共享和实时通信

电子政务交互方向

电子政务的交互主要分为五个方向，分别是政府到政府（G2G）、政府到企业（G2B）、政府到公众（G2C）、企业到政府（B2G）和公众到政府（C2G）

企业信息化

企业信息化方法：业务流程重构方法、核心业务应用方法、信息系统建设方法、主题数据库方法、资源管理方法、人力资本投资方法

数据库设计

数据库系统是一种用于存储、管理、处理和检索数据的系统。

核心组成：数据库、数据库管理系统、数据库模式（视图和索引）、数据语言（SQL）

数据库系统分为：

关系型数据库系统：Oracle, MySQL
非关系型数据库系统：MongoDB, Redis
对象数据库系统：存储对象数据，而不是数据表
分布式数据库系统：数据分布在多个网络节点上

数据库系统有核心部分：数据库、硬件、软件（数据库管理系统）、人员（DBA）

三级模式两级映像

数据库管理系统从三个层次来管理数据：外部层、概念层、内部层

三级模式

概念模式：描述整个数据库的逻辑结构和关系，概念模式起着连接外部模式（用户视图）和内部模式（数据库存储结构）之间的桥梁作用，由数据库设计人员或数据库管理员定义和管理，创建表结构。

内模式：描述数据在物理存储介质上的存储方式和组织结构，数据在磁盘上存储，内模式也是数据库系统中的最底层，通过概念模式和外模式来操作和访问数据。

外模式：指的是用户能够看到和操作的数据的逻辑结构和表示方式，外模式是用户与数据库系统交互的接口，如：视图，一个数据库中会有多个外模式，而概念模式和内模式则只有一个。

两级映像

外部层与概念层的产生：外模式/概念模式映像；概念层与内部层的产生：概念模式/内模式映像。

通过二级映像，体现了逻辑和物理两个层面的数据独立性。

逻辑独立性：外模式/概念模式映像体现了逻辑独立性，概念模式这里发生变化，不会要影响外模式（视图）。

物理独立性：概念模式/内模式映像体现了物理独立性，更改数据库，不会影响原有的概念模式。

数据库设计

需求分析

数据库模型

数据库模型三要素：数据结构、数据操作、数据约束条件

关系模型：采用二维表格的形式来表示数据，基于实体-联系模型（ER模型）转换而来的。

概念模型：表示为实体-联系模型，通过图形化的ER图来表达。

网状模型：表示为复杂的网络结构。

面向对象模型：基于面向对象编程的概念，以对象为单位进行数据库设计。

E-R：描述概念数据模型，世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间的联系构成的。