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• 考试相关
• 案例分析
• 论文写作
• 计算机硬件-CPU-校验码
• 指令系统-存储系统-cache
• 磁盘-输入输出技术-总线
• 进程调度-死锁-存储管理-固定分页分段
• 三级模式-数据库设计-数据模型
• 关系代数-函数依赖-范式
• 模式分解-事务并发-封锁协议
• 数据库新技术-SQL语言
• 嵌入式微处理器-多核处理器-嵌入式技术
• 嵌入式软件-系统-RTOS-软件开发
• 七层模型-局域网-TCPIP协议族
• 传输介质-通信方式-IP地址-子网划分
• IPv6-网络规划-网络存储-补充考点
• 其他计算机系统基础知识
• 系统配置与性能评价
• 信息系统概述-生命周期
• 开发方法-TPS-MIS-DSS
• ES-OAS-ERP-电子政务-企业信息化
• 信息化战略规划-CRO-SCM-应用集成-电子商务
• 信息安全基础-技术体系-加密技术
• 摘要-签名-PKI-访问控制-DOS-欺骗技术
• 端口扫描-安全体系-网络安全技术和协议
• 软件工程概述-CMM-软件过程模型-逆向工程
• 需求分析-获取-定义-验证-管理
• 处理流程设计-系统设计-人机界面设计
• 测试原则-阶段-测试用例设计-调试
• 系统转换-系统维护-净室软件工程-基于构件
• 面向对象基本概念-分析设计测试
• 统一建模语言UML-事务关系图
• 设计模式
• 项目管理
• 软件架构概述-构件技术
• 软件架构风格
• 层次风格-SOA
• 架构复用-DSSA-ABSD
• 质量属性-架构评估
• 其他架构评估方法-中间件
• 超纲内容

考试相关

• 上半年考试日期为5月24日至27日
• 下半年考试日期为11月8日至11日
• 考试设置的科目包括：
  • （1）信息系统综合知识，考试时间为 150 分钟，笔试，选择题；
  • （2）系统架构设计案例分析，考试时间为 90 分钟，笔试，问答题；
  • （3）系统架构设计论文，考试时间为 120 分钟，笔试，论文题。

案例分析

• ❗️important

  • 先看问题，有些问题无关题目信息，需要时再读题干
  • 概念解释的，要准确记忆

数据库

• 数据库设计关注的问题：性能、数据一致性、安全
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规范化

• 数据规范化和反规范化：插入异常、删除异常、数据冗余
• 反规范化手段
  • 增加派生性冗余列
  • 增加冗余列
  • 重新组表
  • 分割表：把用户表水平分割，长沙的用户存在长沙，上海的用户存在上海
• 反规范化优点：连接操作少、检索快。统计快；需要的表减少、检索容易、不容易出错
• 反规范化缺点：数据冗余，需要更大存储空间，插入、更新、删除操作开销大，数据不一致，可能产生添加、修改、删除异常（触发器同步。应用程序数据同步）、更新和插入代码更难写

数据库视图

• 视图的优点：
  • 1、视图能简化用户的操作
  • 2、视图机制可以使用户以不同的方式查询同一数据
  • 3、视图对数据库重构提供了一定程度的逻辑独立性
  • 4、视图可以对机密的数据提供安全保护
• 物化视图：将视图的内容物理存储起来，其数据随原始表变化，同步更新。

分区分表分库

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分区策略	分区方式	说明
范围分区（Range）	按数据范围值来做分区	按用户编号分区，0-10 存在分区 A，10-100 存在分区 B
散列分区（Hash）	通过对 key 进行 hash 运算分区	可以把数据分配到不同分区，这类似于取余操作，把余数相同的放在一个分区上
列表分区（List）	根据某字段的某个具体指进行分区	长沙的用户分成一个分区，北京的一个分区

• 分区的优点：
  • 相对于单个文件系统或硬盘，分区可以存储更多的数据
  • 数据管理比较方便，比如要清理或废弃某年的数据，就可以直接删除该日期的分区数据即可
  • 精准定位分区查询数据，不需要全表扫描查询，大大提升数据检索效率
  • 可以跨多个分区磁盘查询，来提高查询的吞吐量
  • 在设计聚合函数查询时，可以很容易进行数据的合并

NoSQL

对比维度	关系数据库	NoSQL
应用领域	面向通用领域	特定应用领域
数据容量	有限数据	海量数据
数据类型	结构化数据（二维表）	非结构化数据
并发控制	支持并发，但性能低	高并发
事务支持	高事务性	弱事务性
扩展方式	向上扩展	向外扩展

分类	典型应用场景	数据模型	优点	缺点	举例
键值（Key-Value）	内容缓存，主要用于处理大量数据的高访问负载，也用于一些日志系统等。	Key 指向 Value 的键值对，通常用 hashtable 实现	查找速度快	数据无结构化，通常只被当作字符串或二进制数据	Redis，TokyoCabinet，Tyrant，Voldemort，OracleBDB
列存储数据库	分布式的文件系统	将同一列数据存在一起	扩展性强，更容易进行分布式扩展	功能相对局限	Riak
文档型数据库	Web 应用（与 Key-Value 类似，Value 是结构化的，数据库能了解 Value 的内容）	Key-Value 对，Value 为结构化数据	数据结构要求不严格，表结构可变，无需预定义	查询性能不高，缺乏统一的查询语法	CouchDB，MongoDB
图形数据库（Graph）	社交网络，推荐系统等，专注于构建关系图谱	图结构，利用最短路径寻址、N度关系查找等算法	适合复杂关系分析	需对整个图计算，分布式集群方案较难实现	Neo4J，InfoGrid

联邦数据库系统

• 联邦数据库系统（FDBS）是一个彼此协作却又相互独立的成员数据库（CDBS）的集合，它将成员数据库系统按不同程度进行集成对该系统整体提供控制和协同操作的软件叫做联邦数据库管理系统（FDBMS）
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• 联邦数据库特征：分布性、异构性、自治性、透明性
• 联邦数据库分类：紧耦合、松耦合

架构设计

• 质量属性：主要考察：性能、可用性、可修改性（可维护性、可扩展性、结构重组、可移植性）、安全性

• ℹ️note

  • 非功能性指标通常带有量化数字
  • 四个概念要记牢

Web 架构

• 最关注的是：高性能、高可用、可维护、应变、安全

维度	涉及技术内容
从架构来看	MVC，MVP，MVVM，REST，Webservice，微服务
从并发分流来看	集群（负载均衡）、CDN
从缓存来看	MemCache，Redis，Squid
从数据来看	主从库(主从复制)，内存数据库，反规范化技术，NoSQL，分区（分表）技术，视图与物化视图
从持久化来看	Hibernate，Mybatis
从分布存储来看	Hadoop，FastDFS，区块链
从数据编码来看	XML，JSON
从Web应用服务器来看	Apache，WebSphere，WebLogic，Tomcat，JBOSS，IIS
从安全性来看	SQL 注入攻击
其他	静态化，有状态与无状态，响应式 Web 设计，中台

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• 应用层负载均衡
  • 1、http 重定向。HTTP 重定向就是应用层的请求转发。用户的请求其实已经到了 HTTP 重定向负载均衡服务器，服务器根据算法要求用户重定向，用户收到重定向请求后，再次请求真正的集群。
  • 特点：实现简单，但性能较差。
  • 2、反向代理服务器。在用户的请求到达反向代理服务器时（已经到达网站机房），由反向代理服务器根据算法转发到具体的服务器。常用的 apache、nginx 都可以充当反向代理服务器。
  • 特点：部署简单，但代理服务器可能成为性能的瓶颈。
• 传输层负载均衡
  • 1、DNS 域名解析负载均衡。DNS 域名解析负载均衡就是在用户请求 DNS 服务器，获取域名对应的 IP 地址时，DNS 服务器直接给出负载均衡后的服务器 IP。
  • 特点：效率比 HTTP 重定向高，减少维护负载均衡服务器成本。但一个应用服务器故障，不能及时通知 DNS，而且 DNS 负载均衡的控制权在域名服务商那里，网站无法做更多的改善和更强大的管理。
  • 2、基于 NAT 的负载均衡。基于 NAT 的负载均衡将一个外部 IP 地址映射为多个 IP 地址，对每次连接请求动态地转换为一个内部节点的地址。
  • 特点：技术较为成熟，一般在网关位置，可以通过硬件实现。像四层交换机一般就采用了这种技术。
• 静态算法（不考虑动态负载）
  • (1) 轮转算法：轮流将服务请求（任务）调度给不同的节点（即：服务器）。
  • (2) 加权轮转算法：考虑不同节点处理能力的差异。
  • (3) 源地址哈希散列算法：根据请求的源IP地址，作为散列键从静态分配的散列表找出对应的节点。
  • (4) 目标地址哈希散列算法：根据请求目标IP做散列找出对应节点。 (5）随机算法：随机分配，简单，但不可控。
• 动态算法（考虑动态负载）
  • (1) 最小连接数算法：新请求分配给当前活动请求数量最少的节点，每个节点处理能力相同的情况下。
  • (2) 加权最小连接数算法：考虑节点处理能力不同，按最小连接数分配。
  • (3) 加权百分比算法：考虑了节点的利用率、硬盘速率、进程个数等，使用利用率来表现剩余处理能力。
• 硬件负载均衡：F5
• 软件负载均衡：LVS、Nginx、HAproxy

读写分离

• 主从数据库结构特点：
  • 1、一般：一主多从，也可以多主多从。
  • 2、主库做写操作，从库做读操作。
• 主从复制步骤：
  • 1、主库（Master）更新数据完成前，将操作写 binlog 日志文件。
  • 2、从库（Salve）打开 I/O 线程与主库连接，做 binlog dump process，并将事件写入中继日志。
  • 3、从库执行中继日志事件，保持与主库一致。

缓存技术

• 常见缓存技术：
  • MemCache：Memcache 是一个高性能的分布式的内存对象缓存系统，用于动态 Web 应用以减轻数据库负载。Memcache 通过在内存里维护一个统一的巨大的 hash 表，它能够用来存储各种格式的数据，包括图像、视频、文件以及数据库检索的结果等。
  • Redis：Redis 是一个开源的使用 ANSIC 语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value 数据库，并提供多种语言的 APl。
  • Squid：Squid 是一个高性能的代理缓存服务器，Squid 支持 FTP、gopher、HTTPS 和 HTTP 协议。
• 缓存与数据库的协作
  • 数据读取
    • 1、根据 key 从缓存读取
    • 2、若缓存中没有，则根据 key 在数据库中查找
    • 3、读取到“值”之后，更新缓存
  • 数据写入
    • 1、根据 key 值写数据库
    • 2、根据 key 更新缓存
• MemCache 与 Redis 对比

工作特性	MemCache	Redis
数据类型	简单 key/value 结构	丰富的数据结构（如String，Hash，List，Set，SortedSet 等）
持久性	不支持	支持（可通过 RDB 快照或 AOF 日志持久化）
分布式存储	客户端哈希分片/一致性哈希	多种方式（主从复制、Sentinel 高可用、Cluster 集群模式）
多线程支持	支持	不支持（Redis6.0 开始支持多线程 I/O）
内存管理	私有内存池/内存池	无
事务支持	不支持	有限支持（通过 MULTI/EXEC 命令实现简单事务）
数据容灾	不支持，不能做数据恢复	支持（可通过持久化文件恢复数据）

• Redis 集群切片方式

集群切片方式	核心特点
客户端分片	在客户端通过 key 的 hash 值对应到不同的服务器。
中间件实现分片	在应用软件和 Redis 中间，例如：Twemproxy、Codis 等，由中间件实现服务到后台 Redis 节点的路由分派。
客户端服务端协作分片	Redis Cluster 模式，客户端可采用一致性哈希，服务端提供错误节点的重定向服务 slot 上。不同的 slot 对应到不同服务器。

• Redis 分片方式

分片方案	分片方式	说明
范围分片	按数据范围值分片	例：按用户编号分片，0-999999 映射到实例 A；1000000-19999999 映射到实例 B
哈希分片	对 key 进行 hash 运算分片	类似取余操作，余数相同的数据放在同一个实例上
一致性哈希分片	哈希分片的改进版	解决节点重新分配时导致的缓存命中率下降问题

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Redis 常见问题

• 缓存雪崩：大部分缓存失效，导致数据库崩溃。解决方案
  • 1、使用锁或队列：保证不会有大量的线程对数据库一次性进行读写，从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上。
  • 2、为 key 设置不同的缓存失效时间：在固定的一个缓存时间的基础上+随机一个时间作为缓存失效时间。
  • 3、二级缓存：设置一个有时间限制的缓存+一个无时间限制的缓存。避免大规模访问数据库。
• 缓存穿透：查询无数据返回->直接查数据库。解决方案
  • 1、如果查询结果为空，直接设置一个默认值存放到缓存，这样第二次到缓冲中获取就有值了。设置一个不超过 5 分钟的过期时间，以便能正常更新缓存。
  • 2、设置布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的 bitmap 中，一个一定不存在的数据会被这个 bitmap 拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。
• 缓存预热：系统上线后，将相关需要缓存数据直接加到缓存系统中。解决方案
  • 1、直接写个缓存刷新页面，上线时手工操作。
  • 2、数据量不大时，可以在项目启动的时候自动进行加载。
  • 3、定时刷新缓存。
• 缓存更新：除 Redis 系统自带的缓存失效策略，常见采用以下两种：
  • 1、定时清理过期的缓存。
  • 2、当有用户请求过来时，再判断这个请求所用到的缓存是否过期，过期的话就去底层系统得到新数据并更新缓存。
• 缓存降级
  • 降级的目的是保证核心服务可用，即使是有损的，而且有些服务是无法降级的（如电商的购物流程等）；
  • 在进行降级之前要对系统进行梳理，从而梳理出哪些必须保护，哪些可降级。

内容分发网络 CDN

• CDN 的全称是 Content Delivery Network，即内容分发网络。其基本思路是尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输得更快、更稳定。
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XML 和 JSON

• 扩展标记语言(Extensible Markup Language，XML)，用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。
• XML的优点
  • 格式统一，符合标准；
  • 容易与其他系统进行远程交互，数据共享比较方便。
• XML的缺点
  • XML文件庞大，文件格式复杂，传输占带宽;
  • 服务器端和客户端都需要花费大量代码来解析XML，导致服务器端和客户端代码变得异常复杂且不易维护;
  • 客户端不同浏览器之间解析XML的方式不一致，需要重复编写很多代码;
  • 服务器端和客户端解析XML花费较多的资源和时间。
• JSON（JavaScript Object Notation）一种轻量级的数据交换格式，具有良好的可读和便于快速编写的特性。可在不同平台之间进行数据交换。
• JSON 的优点
  • 1、数据格式比较简单，易于读写，格式都是压缩的，占用带宽小；
  • 2、易于解析，客户端 JavaScript 可以简单的通过 eval() 进行 JSON 数据的读取；
  • 3、支持多种语言，包括 ActionScript，C，C#，ColdFusion，Java，JavaScript，Perl，PHP，Python，Ruby 等服务器端语言，便于服务器端的解析;
  • 4、因为 JSON 格式能直接为服务器端代码使用，大大简化了服务器端和客户端的代码开发量，且完成任务不变，易于维护。
• JSON 的缺点
  • 没有 XML 格式这么推广得深入人心和使用广泛，没有 XML 那么通用。

应用服务器

• WEB 应用服务器可以理解为两层意思：
  • （1）WEB 服务器：其职能较为单一，就是把浏览器发过来的 Request 请求，返回 Html 页面。
  • （2）应用服务器：进行业务逻辑的处理。
• Apache：Web 服务器，市场占有率 60% 左右。它可以运行在几乎所有的 Unix、Windows、Linux系统平台上。
• IIS：早期 Web 服务器，目前小规模站点仍有应用。
• Tomcat：开源、运行 servlet 和 JSP Web 应用软件的基于 Java 的 Web 应用软件容器。
• JBOSS：JBOSS 是基于 J2EE 的开放源代码的应用服务器。一般与 Tomcat 或 Jetty 绑定使用。
• WebSphere：一种功能完善、开放的 Web 应用程序服务器，它是基于 Java 的应用环境，用于建立、部署和管理 Internet 和 Intranet Web 应用程序。
• WebLogic：BEA WebLogic Server 是一种多功能、基于标准的 web 应用服务器，为企业构建自己的应用提供了坚实的基础。
• Jetty：Jetty 是一个开源的 servlet 容器，它为基于 Java 的 web 容器。

REST

• REST（Representational State Transfer，表述性状态转移）是一种只使用 HTTP 和 XML 进行基于 Web 通信的技术，可以降低开发的复杂性，提高系统的可伸缩性。如：http://www.educity.cn/orders/29127123134
• REST 的 5 个原则
  • （1）网络上的所有事物都被抽象为资源。
  • （2）每个资源对应一个唯一的资源标识。
  • （3）通过通用的连接件接口对资源进行操作。
  • （4）对资源的各种操作不会改变资源标识。
  • （5）所有的操作都是无状态的。

响应式 WEB 开发

• 响应式 WEB 设计是一种网络页面设计布局，其理念是：集中创建页面的图片排版大小，可以智能地根据用户行为以及使用的设备环境进行相对应的布局。
• 方法与策略
  • （1）采用流式布局和弹性化设计：使用相对单位，设定百分比而非具体值的方式设置页面元素的大小。
  • （2）响应式图片：不仅要同比的缩放图片，还要在小设备上降低图片自身的分辨率。

中台

• 中台是一套结合互联网技术和行业特性，将企业核心能力以共享服务形式沉淀，形成“大中台、小前台”的组织和业务机制，供企业快速低成本的进行业务创新的企业架构。中台又可以进一步细分，比如业务中台，数据中台，XX 中台。本质上，都是对企业通用能力在不同层面的沉淀，并对外能力开放。
• 中台的践行者：
  • Supercell：芬兰移动游戏巨头，2015 年世界游戏前 10 占 5 席，员工仅 200 多人，因使用中台，具有小团队快速开发能力，后被腾讯 86 亿美金收购。
  • 阿里：2015 年参观 Supercell，而后推行中台。
• 业务中台VS数据中台
  • 多个电商渠道使用一个下单服务，一个订单接口同时为多个前台系统提供服务。
  • 多个前台系统，根据一个用户的手机号，获取对应的画像、用户的标签。
  • 将多个支付通道，抽象建立成一个支付API，暴露给前台业务系统。
  • 通过一个订单编号，来获取可能的商品推荐清单，从而做到交叉销售。

web 系统分层

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论文写作

• 论文写作四部曲：
  • 找准核心论点（5 分钟）
  • 搭建论文框架（10 分钟）
  • 撰写摘要（10 分钟）
  • 正文写作（90 分钟）
• 摘要 300~320 字
  • 项目相关背景及主要功能
  • 你的岗位及主要职责
  • 论文主体内容的总体概览
  • 项目最终的实施效果或你的总结和感悟等
• 正文 2200~2500 字
  • 项目背景介绍（400 字左右）
    • 项目背景的详细介绍
    • 项目开发的原因
    • 项目开始时间、实施周期
    • 我的主要岗位职责
  • 过渡内容（300~400 字）
    • 非核心论点问题的回应
    • 引出主体内容（核心论点）
  • 主体内容（1000~1500 字）
    • 采用“总-分”式描述
    • “一总” + “三分”，“一对三”模式
    • 可分为四个段落，每个段落 300~400 字
  • 论文总结（400~600 字）
    • 结构上分为三步走
    • 先分析项目运行效果
    • 再总结项目不足
    • 最后体解决思路

• ❗️important

  • 在实际写作过程中，将题目中的各小问题考虑放到上述哪个框架中加以说明，

摘要范例

• 本文讨论···系统的···（论文主题）。该系统···（系统背景、简单介绍）。在本文中首先讨论了···（过程、方法、措施），最后···（不足之处、如何改进、特色之处）。在本系统的开发过程中，我担任了···（我的工作角色）
• 根据···需求（项目背景），我所在的···组织了···系统的开发。该系统···（系统背景、简单功能介绍），在该系统的开发过程中，我担任了···（我的工作角色）。我通过采取···（过程、方法、措施），使系统开发工作圆满完成，得到了用户们的一致好评。但现在看来，···（不足之处、如何改进、特色之处）。
• ··年··月，我参加了···系统的开发，担任···（我的工作角色），该系统（系统背景，简单功能介绍）。本文结合作者的实践，以···系统为例，讨论···（论文主题），包括···（过程、方法、背景）
• ···是···（戴帽子，讲论文主题的重要性）。本文结合作者的实践，以···系统为例，讨论了···（论文主题），包括···（过程、方法、措施）。在本系统的开发过程中，我担任了···（我的工作角色）

正文写作

• ℹ️note

  • 以我为中心
  • 站在高级工程师角度
  • 忠实于论点
  • 条例清晰，开门见山
  • 图文并茂，能收奇效
  • 标新立异，要有主见
  • 首尾一致
• 下述情况，可考虑适当加分（可考虑加5分到10分）
  • 有独特的见解或者有着很深入的体会、相对非常突出的论文
  • 起点很高，确实符合当今信息系统发展的新趋势与新动向，并能加以应用的论文
  • 内容详实、体会中肯、思路清晰、非常切合实际的很优秀的论文
  • 项目难度很高，或者项目完成的质量优异，或者项目涉及国家重大信息系统工程且
  • 作者本人参加并发挥重要作用、并且能正确按照试题要求论述的论文
• 下述情况的论文，需要适当扣 5 分到 10 分：
  • 没有写论文摘要、摘要过于简略、或者摘要中没有实质性内容的论文
  • 字迹比较潦草、其中有不少字难以辨认的论文
  • 确实属于过分自我吹嘘或自我标榜、夸大其词的论文
  • 内容有明显错误和漏洞的，按同一类错误每一类扣一次分
  • 内容仅属于大学生或研究生实习性质的项目、并且其实际应用水平相对较低的论文
• 下述情况给予不合格
  • 虚构情节、文章中有较严重的不真实的或者不可信的内容出现的论文
  • 没有项目开发的实际经验、通篇都是浅层次纯理论的论文
  • 所讨论的内容与方法过于陈旧、或者项目的水准非常低下的论文
  • 内容不切题意，或者内容相对很空洞、基本上是泛泛而谈且没有较深入体会的论文
  • 正文与摘要的篇幅过于短小的论文（如正文少于 1200 字）
  • 文理很不通顺、错别字很多、条理与思路不清晰、字迹过于草等情况相对严重的论文

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计算机硬件-CPU-校验码

计算机硬件基本组成

• 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备（外设）。运算器和控制器集成在 CPU（Central Processing Unit）中，用于数据的加工处理，能完成各种算术、逻辑运算和控制功能。存储器分为内部存储器（内存）和外部存储器（外存）
• CPU 功能：程序控制、操作控制、时间控制、数据处理。还需要对系统内部和外部中断（异常）做出响应。
• CPU 组成：运算器、控制器、寄存器、内部总线
  • 运算器：包括算数逻辑单元 ALU（实现数据的算术和逻辑运算）、累加寄存器 AC（运算结果或源操作数的存放区）、数据缓冲寄存器 DR（暂时存放内存的指令或数据）、状态条件寄存器 PSW（保存指令运行结果的条件码内容，如溢出标志）
  • 控制器：包括指令寄存器 IR（暂存 CPU 指令）、程序计数器 PC（存放指令执行地址）、地址寄存器 AR（保存当前CPU所访问的内存地址）、指令译码器 ID（分析指令操作码）。控制整个 CPU 的工作，最为重要。
  • CPU 在指令周期的不同阶段来区分二进制的指令和数据。因为在指令周期的不同阶段，指令会让 CPU 去取指令或数据。

校验码

• 码距：在两个编码中，从A码转换为B码所需改变的位数
• 奇偶校验码：在编码末尾中增加1位校验位使得编码中1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验），从而使码距为2。奇（偶）校验是让接收方收到的编码中有奇（偶）数个1。奇偶校验只能检1位错，并且无法纠错。
• 循环冗余校验码（CRC）：先约定一个 4 阶的生成多项式 G(x)=x^4+x+1，在原始信息位 10110 后添加 4 个 0 作为被除数 101100000，由多项式得到除数 10011，将被除数和除数进行模 2 运算（异或运算），不要商，只要 4 位的余数 1111，如果余数不足 4 位，左边用 0 补齐，然后将余数添加至原始信息位之后 101101111，发送给接收方，接收方用多项式 G(x) 来除，得到余数为 0，则信息无误。

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指令系统-存储系统-cache

指令系统

• 指令组成：操作码和操作数。操作码决定要完成的操作，操作数指参加运算的数据及其所在的单元地址。操作码和操作数地址都由二进制数码表示，分别称为操作码和地址码，整个指令以二进制的形式存放在存储器中
• 指令执行过程：取指令——分析指令——执行指令。首先从 PC 中的指令地址取出指令，然后送入地址总线，CPU 依据指令去内存中取出指令内容存入 IR；而后由指令译码器分析指令操作码，最后指令执行，取出指令所需的源操作数。
• 指令寻址方式：
  • 顺序寻址：执行指令时，是一条指令接着一条指令地顺序执行
  • 跳跃寻址：下一条指令地地址码不是由程序计数器给出，而是由本条指令直接给出。程序跳跃后，按新的指令地址开始执行顺序，因此程序计数器的内容也要相应改变，以追踪新的指令地址。
• 指令操作数的寻址方式：
  • 立即寻址方式：指令地地址码字段指出的不是地址，而是操作数本身
  • 直接寻址方式：在指令地址字段中直接指出操作数在主存中的地址
  • 间接寻址方式：指令地址码字段所指向的存储单元中存储的是操作数的地址。（类似指针的指针）
  • 寄存器寻址方式：指令中的地址码是寄存器的编号
  • 基址寻址方式：将基址寄存器的内容加上指令中的形式地址而形成操作数的有效地址，优点是可以扩大寻址能力
  • 变址存执方式：将变址寄存器的内容加上形式地址形成有效地址
• 指令集：复杂指令系统（CISC）：兼容性强，指令繁多，长度可变，由微程序实现。精简指令系统（RISC）：指令少， 使用频率接近，主要依靠硬件实现（通用寄存器、硬布线逻辑控制）

指令系统类型	指令	寻址方式	实现方式	其他
CISC	数量多，使用频率差别大，可变长格式	支持多种寻址方式	微程序控制技术（微码）	研制周期长
RISC	数量少，使用频率接近，订长格式，大部分为单周期指令，操作寄存器，只有 Load/Store 操作内存	支持寻址方式少	增加了通用寄存器，硬布线逻辑控制为主，适合采用流水线	优化编译，有效支持高级语言

• 指令流水线：将指令分成不同段，每段由不同的部分去处理，因此可以产生叠加的效果，所有的部件去处理指令地不同段。由不同的部件执行不同的指令部分，执行完之后，即可继续执行下一个
• RISC 中的流水线技术：
  • 超流水线技术（Super Pipe Line）：细化流水、增加级数和提高主频，是的在每个机器周期内完成一个甚至两个浮点操作。实质是以时间换空间
  • 超标量技术（Super Scalar）：内装多条流水线同时执行多个处理，实质是以空间换时间
  • 超长指令字技术（Very Long Instruction Word，VLIW）技术：VLIW 类似与超标量技术，不同在于超标量依靠硬件实现并行处理调度，VLIW 充分发挥软件作用，而使硬件简化性能提高
• 流水线时间计算：
  • 流水线周期 $T_0$：执行时间最长的段为流水线周期 $T_0=\max t_i$
  • 流水线执行时间 $T$：$T=\sum_{1}^{n} t_i+(n-1)T_0$
  • 流水线吞吐率：单位时间执行的指令条数 $n/T$
  • 流水线加速比：使用流水线比不使用快了多少倍 $\frac{n\sum_{1}^{n}t_i}{T}$

存储系统

• 采用分级存储体系，目的是为了解决存储容量、成本和速度之间的矛盾问题
• 局部性原理：在 CPU 运行时，所访问的数据会趋向于一个较为小的局部空间地址内，包括：
  • 时间局部性原理：如果一个数据正在被访问，那么近期它很可能会再次被访问，即在相邻的时间里会访问同一个数据项
  • 空间局部性原理：在最近的将来会用到的数据的地址和现在正在访问的数据地址很可能是接近的，即相邻的空间地址会被连续访问
• 高速缓存 Cache 用来存储当前最活跃的程序和数据，直接与 CPU 交互，位于 CPU 和主存之间，容量小，速度为内存 5-10 倍，其内容是主存的副本拷贝
• Cache 由控制部分和存储器组成，存储器存储数据，控制部分判断 CPU 要访问的数据是否在 Cache 中，在则命中；不在则依据一定的算法从主存中替换。
• 地址映射：CPU 工作时，送出的是主存单元的地址，而应从 Cache 存储器中读写数据，这就需要将主存地址转换为 Cache 存储器地址，这种地址转换称为地址映像，由硬件自动完成映射，分为三种方法：
  • 直接映像：将 Cache 存储器等分成块，主存也等分成块并编号。主存中的块与 Cache 中的块的对应关系是固定的，即二者块号相同才能命中。地址变化简单，但不灵活，容易造成资源浪费
  • 全相连映像：等分成块并编号，主存中任意一块都与 Cache 中任意一块对应，因此可以随意调入 Cache 任意位置，但地址变化复杂，速度较慢。是最不容易发生块冲突的映像方式
  • 组组相连映像：结合直接映像和全相联映像，Cache 先分块再分组，主存也先分块再分组，组间采用直接映像，即主存中组号与 Cache 中组号相同的组才能命中，但是组内采用全相连映像，即组号相同的两个组内的所有块可以任意调换
• 命中率及平均时间：当 CPU 所访问的数据在 Cache 中时，则命中，直接从 Cache 中读取数据，设读取一次 Cache 的时间为 1ns，若 CPU 访问的数据不在 Cache 中，则需要从内存中读取，设读取一次内存的时间为 1000ns，如果有 90% 命中，则 CPU 读取一次的平均时间为 (90%*1+10%*1000)ns，命中率随着 Cache 的容量增加而逐渐增大，趋近于 100%

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磁盘-输入输出技术-总线

磁盘

• 磁盘结构和参数：磁盘有正反两个盘面，每个盘面有多个同心圆，每个同心圆是一个磁道（有时也叫柱面），每个同心圆被划分为多个扇区，数据存放在扇区中。
• 磁头首先寻找到对应的磁道，然后等待磁盘进行周期旋转，旋转到指定的扇区，才能读取到对应的数据。因此，会有寻道时间和等待时间，公式为：存取时间=寻道时间+等待时间（平均定位时间+转动延迟），寻道时间是指磁头移动到磁道所需的时间，等待时间为等待读写的扇区转到磁头下方所用的时间。
• 磁盘调度算法：寻道时间耗时最长，需要重点调度，常用算法如下：
  • 先来先服务 FCFS：根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度
  • 最短寻道时间优先 SSTF：请求访问的磁道与当前磁道最近的进程优先调度，使得每次寻道时间最短。会产生“饥饿”现象：即远处进程可能永远无法访问。
  • 扫描算法 SCAN：又称“电梯算法”，磁头在磁盘上双向移动，其会选择离磁头当前所在磁道最近的请求访问的磁道，并与磁头移动方向一致，磁头永远都是从里向外或从外向里移动完才掉头，与电梯类似。
  • 单向扫描调度算法 CSCAN：与 SCAN 不同的是，其只做单向移动，即只能从里向外或从外向里。只能从头开始移动

输入输出

• 计算机系统内存在多种内存与接口地址的编址方法：（接口地址就是 I/O 地址空间，用于访问外部设备（如键盘、鼠标、硬盘、网络接口等）的寄存器或端口。）
  • 内存与接口地址独立编址方法：内存地址和接口地址是完全独立的两个地址空间。访问数据时所用的指令也是完全不同，用于接口的指令只用于接口的读写，其余的指令全都是用于内存的。这种编址方法的缺点是用于接口的指令太少、功能太弱。
  • 内存与接口地址统一编址方法：内存地址和接口地址统一在一个公共的地址空间里，即内存单元和接口公用地址空间。优点是原则上用于内存的指令全部都可用于接口。大大增强了对接口的操作功能，指令不再区分内存指令和接口指令。缺点是整个地址空间被分为两部分，导致内存地址不连续。
• CPU 与外设的数据交互方式：
  • 程序控制（查询）方式：CPU 主动查询外设是否完成数据传输，效率较低
  • 程序中断方式：外设完成数据传输后，向 CPU 发送中断，等待 CPU 处理数据，效率相对较高。中断响应时间是指从发出中断请求到开始进入中断处理程序；中断处理时间是指从中断处理开始到中断处理结束。中断向量提供中断服务程序的入口地址。多级中断嵌套，使用堆栈来保护端点和现场。
  • 直接内存访问（DMA）：CPU 只需完成必要的初始化操作，数据传输的整个过程都由 DMA 控制器完成，在主存和外设直接建立直接的数据通路，效率很高。
• 在一个总线周期结束后，CPU 会响应 DMA 请求开始读取数据；CPU 响应程序中断方式请求是在一条指令执行结束时。

总线结构

• 总线（Bus）：计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道，总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路。它的重要特征是由总线上的所有设备共享。分为三类：
  • 内部总线：内部芯片级的总线，芯片与处理器之间通信的总线。
  • 系统总线：是板级总线，用于计算机内部各部分之间的连接，具体分为数据总线（并行数据传输位数）、地址总线（系统可管理的内存空间的大小）、控制总线（传输控制命令）。代表的有 ISA 总线、EISA 总线、PCI 总线。
  • 外部总线：设备一级的总线，微机和外部设备的总线，代表的有 RS232（串行总线）、SCSI（并行总线）、USB（通用串行总线，即插即用，支持热插拔）

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进程调度-死锁-存储管理-固定分页分段

进程

• 进程调度方式是指当有更高优先级的进程到来的时候如何分配 CPU。分为可剥夺和不可剥夺。可剥夺是指当有高优先级的进程到来时，强行将正在与运行进程的 CPU 分配给高优先级进程；不可剥夺是指高优先级进程必须等待当前进程自动释放 CPU。
• 在某些操作系统中，一个作业从提交到完成需要经历高、中、低三级调度。作业表示一组相关联的进程
  • 高级调度：又称长调度、作业调度或接纳调度，它决定处于输入池中的哪个后备作业可以调入主系统做好运行的准备，成为一个或一组就绪进程。在系统中一个作业只需经过一次高级调度。
  • 中级调度：又称中程调度、对换调度，它决定处于交换区中的哪个就绪进程可以调度内存，以便直接参与对 CPU 的竞争。
  • 低级调度：又称短程调度、进程调度，它决定处于内存中的哪个就绪进程可以占用 CPU。低级调度是操作系统中最活跃、最重要的调度程序，对系统的影像很大。
  • 高级调度决定哪些作业是就绪的，中级调度决定哪个进程可以参与争夺 CPU，低级调度决定哪个进程可以得到 CPU
• 调度算法：
  • 先来先服务 FCFS：先到达的进程优先分配 CPU，用于宏观调度
  • 时间片轮转：分配给每个进程 CPU 时间片，轮流使用 CPU，每个进程的时间片大小相同，很公正，用于微观调度
  • 优先级调度：每个进程拥有一个优先级，优先级大的先分配 CPU
  • 多级反馈调度：时间片轮转和优先级调度的组合。设置多个就绪队列，每个队列设置不同的优先级，分配不同的时间片长度，新进程先进入队列 1 末尾，按 FCFS 原则，执行队列 1 的时间片；若未能执行完进程，则转入队列 2 的末尾，如此重复。
• 死锁：产生的四个必要条件：资源互斥，每个进程占用资源并等待其它资源，系统不能剥夺进程资源，进程资源图是一个环路
• 打破死锁的方法：（破坏死锁的四个条件）
  • 死锁预防：采用策略限制并发进程对于资源的请求，使得系统任何时刻都不满足死锁条件
  • 死锁避免：采用银行家算法来避免，就是计算出一条不会死锁的资源分配方法，才分配资源，否则不分配资源。
  • 死锁检测：允许死锁产生，但系统定时运行一个检测死锁的程序，若检测到死锁，则设法解除
  • 死锁解除：发生死锁的解除方法，例如强行剥夺资源、撤销进程
• 死锁资源计算：系统内有 n 个进程，每个进程都需要 R 个资源，则发生死锁的最大资源数为 n*(R-1)，不发生死锁的最小资源数为 n*(R-1)+1，表示资源达到这么多的时候，无论如何不会发生死锁

线程

• 传统进程属性：可拥有资源的独立单位；可独立调度和分配的基本单位
• 进程的创建、撤销和切换所需的性能开销大，所以系统中不宜设置过多进程。引入线程将进程的两个基本属性分开，线程作为可独立调度和分配的基本单位，进程作为可独立分配资源的单位，
• 线程基本上不拥有资源，只拥有一点运行中必不可少的资源（程序计数器、一组寄存器和栈），它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源，例如进程的公共数据、全局变量、代码、文件资源。但不能共享线程独有的资源，如线程的栈指针等标识数据。

分区存储管理

• 分区存储组织：就是整存，将某进程运行所需的内存整体一次性分配给它，然后再执行程序。有三种分区方式：
  • 固定分区：静态分区法，将主存分为若干个固定的分区，将要运行的作业装配进去，由于分区固定，大小和作业需要的大小不同，会产生内部碎片
  • 可变分区：动态分区法，主存空间的分区是在作业转入时划分，正好划分为作用需要的大小，这样就不存在内部碎片，但容易将整片内存空间切割成许多块，会产生外部碎片，常用的分区算法有：
    • 首次适应法：按内存地址顺序从头查找，找到第一个满足的空间切割给分配给进程
    • 最佳适应法：将所有空闲块按升序排列，找到第一个满足的空间，切割分配给进程，这个方法会找到与所需的空间最接近的的空闲块
    • 最差适应法：和最佳适应法相反，将内存块中最大的切割给进程，这是为了预防系统中产生过多的细小空闲块。
    • 循环首次适应法：按空闲内存块大小查找，找到第一个满足的空闲块，而后若还需分配，则找下一个，不用每次都从头找。
  • 可重定位分区：可以解决碎片问题，移动所有已经分配好的区域，使其成为一个连续的区域，将外部细小的碎片合并为大的分区，满足作用要求。只在外部作业请求空间得不到满足时进行

分区存储管理

• 将内存划分为固定小的页（逻辑地址），应用程序页划分为页帧（页框，对应物理地址，也就是实际的内存地址），进程需要运行那一页的程序就将该页帧调入内存运行。其中涉及逻辑地址和物理地址的转换。
• 逻辑页分为页号和页内地址。假设内存大小为 4GB，页大小为 4KB，则内存可划分为 2^20 个页，页号中存储的就是每个页的编号，2^20 个页就需要 20 位才能表示出所有的页，则剩余的 32-20=12 位用来表示业内地址（物理偏移地址）。
• 物理地址也分为物理块号和页内地址，两者的页内地址是相同的，而页号和物理块号的对应关系则需要查询页表，物理块号加上偏移地址（页内地址）才能得出真正运行时的物理地址。
• 优点：利用率高，碎片小，分配及管理简单
• 缺点：增加了系统开销。可能产生抖动现象（页数的增加可能导致系统性能降低）
• 
• 页面置换算法：
  • 最优算法：OPT，理论上的算法，无法实现。在进程执行完后进行的最佳效率计算，用来让其他算法比较差距。原理是选择未来最长时间内不被访问的页面置换，这样可以保证未来执行的都是马上要访问的
  • 先进先出算法 FIFO：先调入内存的页先被置换淘汰，会产生抖动现象，即分配的页数越多，缺页率可能越多（效率越低）
  • 最近最少使用算法 LRU：在最近的过去，进程执行过程中，过去最少使用的页面被淘汰，根据局部性原理，这种方式效率高，且不会发生抖动现象，使用大量计数器，但是没有 LFU 多
  • 淘汰原则：优先淘汰最近未访问的，而后淘汰最近未被修改的页面
• 快表：是一块小容量的相联存储器，由快速存储器组成，按内容访问，速度快，并且可以从硬件上保证按内容并行查找，一般用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号。快表是将页表存于 Cache 中；慢表是将页表存于内存上，慢表需要访问两次内存才能去除页，而快表是访问一次 Cache 和一次内存，因此更块。快表就是存在 Cache 上的页表，慢表就是存在内存上的页表；慢表第一次去内存上访问页表，得到物理地址，然后拿着物理地址去内存访问数据

分段存储管理

• 将进程空间分为一个个段，每段有段号和段内地址（段内偏移地址），每段物理大小不同，分段是根据逻辑整体分段的。因此，段表也与页表的内容不同，段表中有段长和基址，一起确定一个逻辑段在物理段中的位置。但段内地址还是相同的，通常判断段内偏移地址是否合法，就是判断段内偏移地址是否超出段长
• 优点：多道程序共享内存，各段程序修改互不影响
• 缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大
• 

段页存储管理

• 对进程空间先分段，后分页，具体原理图和优缺点如下：
• 优点：空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态链接。
• 缺点：由于管理软件的增加，复杂性和开销也随之增加，需要的硬件以及占用的内容也有所增加，使得执行速度大大下降。
• 

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三级模式-数据库设计-数据模型

数据库技术基础

• 数据：是数据库中存储的基本对象，是描述事物的符号记录，包括文本、图像、图形、音频、视频等
• 数据库：是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合，特征有：
  • 按一定的数据模型组织、描述和存储
  • 可为各种用户共享
  • 冗余度小
  • 数据独立性高
  • 易扩展
• 数据库系统DBS：是一个采用了数据库技术，有组织地、动态地存储大量相关数据，方便多用户访问的计算机系统。其由下面四个部分组成：
  • 数据库 (统一管理、长期存储在计算机内的，有组织的相关数据的集合)
  • 硬件（构成计算机系统包括存储数据所需的外部设备）
  • 软件(操作系统、数据库管理系统及应用程序)
  • 人员（系统分析和数据库设计人员、应用程序员、最终用户、数据库管理员DBA）。
• 数据库管理系统DBMS的功能：
  • 实现对共享数据有效的组织、管理和存取。
  • 包括数据定义、数据库操作、数据库运行管理、数据的存储管理、数据库的建立和维护等。

三级模式-两级映像

• 
• 内模式：管理如何存储物理的数据，对应具体物理存储文件。是定义所有内部的记录类型，索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节
• 模式：又称概念模式，就是通常使用的基本表，根据应用、需求将物理数据划分为一张张表。是全部数据的逻辑结构和特征的描述
• 外模式：对应数据库中的视图级别，将表进行一定的处理后再提供给用户使用，描述局部数据的逻辑结构和特征
• 外模式-模式映像：是表和视图之间的映射，存在于概念级和外部级直接，若表中数据发生了修改，只需修改此映射，而无需修改应用程序。
• 模式-内模式映像：是表和数据的物理存储之间的映射，存在于概念级和内部级之间，若修改了数据存储方式，只需修改此映射，而不需要去修改应用程序

数据库设计

• 
• 需求分析：即分许数据存储的要求，产出物有数据流图、数据字典、需求说明书
• 概念结构设计：就是 E-R 图，也即实体-联系图，与物理实现无关，说明有哪些实体和属性
• 逻辑结构设计：将 E-R 图转换成关系模式，也即转换成实际的表和表中的列属性，需要考虑规范化
• 物理设计：根据生成的表等概念，生成物理数据库。

数据模型

• 关系模型：用二维表的形式表示实体-联系模型，是实体-联系模型转换而来的
  • 优点：建立在严格的数学概念基础上；概念单一、结构简单、清晰，用户易懂易用；存取路径对用户透明，从而数据独立性、安全性好，简化数据库开发工作。
  • 缺点：于存取路径透明，查询效率往往不如非关系数据模型。
• 概念模型：是从用户的角度进行建模，是现实世界到信息世界的第一抽象，是真正的实体-联系模型
• 网状模型：表示实体类型及其实体之间的联系，一个事物和另外几个都有联系，形成一张网
• 面向对象模型：采用面向对象的方法设计数据库，以对象为单位，每个对象包括属性和方法，具有类和继承的特点
• 数据模型的三要素：数据结构（所研究的对象类型集合）、数据操作（对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合）、数据的约束条件（一组完整性规则集合）
• 用 E-R 图来描述概念数据模型，使用椭圆表示属性（一般没有）、长方体表示实体（分强实体，弱实体两边加竖线，依赖强实体而存在）、菱形表示联系，联系的两端填写联系类型
• 实体：客观存在并且可相互区别的事物，是具体的人、事、物或抽象的概念
• 属性：实体所具有的特性，包括简单属性和复合属性；单值属性和多值属性；NULL 属性；派生属性（可以由其他属性进行计算来获得的属性）
• 域：属性的取值范围称为该属性的域
• 码（key）：唯一表示实体的属性集（主键）
• 联系：现实世界中事物内部以及事物之间的联系，E-R 图中反映为实体内部的联系和实体之间的联系，包括：一对一、一对多、多对多
• 两个以上实体的联系：
• 
• E-R 模型转换为关系模型：每个实体都对应一个关系模式，联系分为三种：
  • 一对一联系：联系可以放到任意两端实体中，作为一个属性，也可以单独转换为一个关系模式
  • 一对多联系：联系可以作为单独的一个关系模式，也可在 n 端中加入 1 端实体的主键
  • 多对多联系：联系必须作为一个单独的关系模式，其主键是 M 端和 N 端的联合主键

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关系代数-函数依赖-范式

关系代数

• 并：S1∪S2，结果是两张表中的所有记录的合并，表结构必须相同，相同记录只显示一次
• 交：S1∩S2，结果是两张表中相同的记录
• 差：S1-S2，结果是 S1 表中存在而 S2 中不存在的记录，即从 S1 表中去除两表中相同的记录
• 笛卡尔积：S1*S2，产生的结果包含 S1 和 S2 的所有属性列，并且 S1 中每条记录依次和 S2 中每条记录组合成一条记录，最终属性列为 S1 和 S2 的所有属性列（包括重复列），记录数为 S1 和 S2 的记录数的乘积
• 投影：π，实际是按条件选择关系模式中的某列，列亦可以用数字表示
• 选择：σ，实际是按条件选择某种关系模式中的某条记录
• 自然连接：R∞S，结果显示全部的属性列，但是相同属性列只显示一次，显示两个关系模式中属性相同且值相同的记录
• 笛卡尔积和自然连接的转换：对于模式 R(A, B, C, D) 和模式 S(C, D, E)，与 $\sigma_{R.B>S.E}(R \infty S)$ 等价的关系代数是 $\pi_{1,2,3,4,7}(\sigma_{2>7 \cap 3=5 \cap 4=6}(R \times S))$
  • $R \infty S=N(A,B,C,D,E)$
  • $R \times S=D(A,B,C,D,C,D,E)=D(1,2,3,4,5,6,7)$
  • 自然连接的条件是属性相同且值相同，加上原本条件 R.D>S.E：$\sigma_{2>7 \cap 3=5 \cap 4=6}(R \times S)$
  • 自然连接中重复列只显示一次：$\pi_{1,2,3,4,7}(R \times S)$

元组演算

• 
• 其中 t 是 R 中的元组（记录），u 是 S 中的元组，{t|xxx} 表示最终选择的 R 中的元组，条件是只要存在 u 满足 t 的第 3 列元素的值小于 s 的第 2 列的值，则把 t 选择出来

函数依赖

• 函数依赖：给定 X，能唯一确定 Y，或者说 Y 依赖 X，表示为 X→Y
• 部分函数依赖：A 可以确定 C，(A,B) 也可以确定 C，(A,B) 中的一部分（即 A）可以确定 C，称为部分函数依赖
• 传递函数依赖：当 A 和 B 不等价时，A 可以确定 B，B 可以确定 C，则 A 可以确定 C
  • 
• 函数依赖公理系统（Armstrong）：设关系模式 R<U, F>，U 是关系模式 R 的属性全集，F是关系模式 R 的一个函数依赖集，对于 R<U, F> 来说有以下：
  • 自反律：若 X⊆Y，则 X→Y 为 F 所逻辑蕴含
  • 增广律：若 X→Y 为 F 所逻辑蕴含，且 Z⊆U，则 XZ→YZ 为 F 所逻辑蕴含，两边同乘
  • 传递律：若 X→Y 和 Y→Z 为 F 所逻辑蕴含，则 X→Z 为 F 所逻辑蕴含
  • 合并规则：若 X→Y，X→Z，则 X→YZ 为 F 所逻辑蕴含
  • 分解规则：若 X→Y，Z⊆Y，则 X→Z 为 F 所蕴含，确定范围缩小
  • 伪传递律：若 X→Y，WY→Z，则 XW→Z 为 F 所蕴含

键与约束

• 超键：能唯一表示此表的属性的组合
• 候选键：超键中去掉冗余的属性，剩余的属性就是候选键
• 主键：任选一个候选键，即可作为主键
• 外键：其他表中的主键
• 主属性：候选键内的属性为主属性，其他属性为非主属性
• 实体完整性约束：即主键约束，主键值不能为空，也不能重复
• 参照完整性约束：即外键约束，外键必须是其他表中已存在的主键的值，或者为空
• 用户自定义完整性约束：用户自定义约束

范式

• 第一范式（1NF）：关系中 的每个分量必须是不可分的数据项。通俗的说，就是表中不能有小表的存在。
• 第二范式（2NF）：如果关系 R 属于第一范式，且每个非主属性完全函数依赖于任何一个候选键，则属于 2NF，2NF 是为了消除部分函数依赖。通俗的说，2NF 就是每一个非主属性不会依赖附和主键中的某个列。就是非主属性不部分依赖于复合主键。或者说非主属性必须依赖于主键整体，多个主属性才能确定非主属性
• 第三范式（3NF）：在满足 2NF 的基础上，表中不存在非主属性对主键的传递依赖。是为了消除传递依赖
• BC 范式（BCNF）：在第三范式的基础上，消除主属性对于候选键的部分函数依赖和传递依赖。通俗的说，就是每种情况下，每个依赖的左边决定因素都必须包含候选键。
  • 对于候选键 (S,T) 和 (S,J)，依赖集为 (SJ→T, T→J)。对于 候选键 (S,T)，每个依赖左侧的决定因素都包含一个主属性。而对于候选键 (S,J)，对于依赖 T→J，T 不是候选键，即 T→J 的决定因素不包含任何候选键，不满足 BCNF。
• 求候选键：先找到依赖集中在右侧没出现的属性，一定是候选键之一，因为没有其他属性可以推导出，然后看这些候选键能否推导出其他的属性，可以使用组合，传递等规律，依次扩展属性，看能否推导出其他属性。

冲突

• 属性冲突包括属性域和属性取值的冲突。
• 命名冲突包括同名异义和异名同义。
• 结构冲突包括同一对象在不同应用中具有不同的抽象，以及统一实体在不同的局部 E-R 图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同

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模式分解-事务并发-封锁协议

模式分解

• 范式之间的转换一般都是通过拆分属性，即模式分解，将具有部分函数依赖和传递函数依赖的属性分离出来，来达到一步步优化，
• 保持函数依赖分解：对于关系模式 R，有依赖集 F，若对 R 进行分解，分解出来的多个关系模式，保持原理的依赖集不变，则为保持函数依赖的分解。注意：需要消除掉冗余的依赖（如传递依赖）
  • 原关系模式 R(A,B,C)，依赖集 F(A→B,B→C,A→C)，将其分解为两个关系模式 R1(A,B) 和 R2(B,C)，此时 R1 中保持依赖 A→B，R2 保持依赖 B→C，说明分解后的 R1 和 R2 是保持函数依赖的分解，因为 A→C 这个函数依赖实际是一个余依赖，可以由前两个依赖传递得到，因此不需要管。
• 保持函数依赖的判断：
  • 方法一：如果 F 上的每个函数依赖都在其分解后的每个模式上成立，则这个分解是保持函数依赖的（充分条件）。即看函数每个依赖的左右两边的属性是否都在同一个分解的模式中。
  • 方法二：
    • F+ 是代表 F 函数依赖集的闭包，通俗一点，就是从函数依赖集 F 能推导出来的依赖关系。
    • 属性闭包：$X_{F}^+ = Y$ 针对某一属性集，计算它能推导出的属性。表示属性 X 通过函数依赖 F 所能推导出的属性为 Y。如果 Y 包含关系模式 R 的所有属性，则 X 就是候选键（检查属性集的闭包是否包含所有属性），推导方法：先令 Y 等于 X，然后对每个依赖 A→B，如果 A 中的属性都在 Y 中，则把 B 加入 Y（不包含重复属性），重复多轮 F，直到 Y 不再增加
    • 
• 无损分解：分解后的关系模式能够还原出原关系模式就是无损，否则就是有损。判断方法：
  • 当分解为两个关系模式时：如果 R 的分解为 p={R1,R2}，F 为 R 所满足的函数依赖集，分解 p 具有无损分解的充要条件是：R1∩R2→(R1-R2) 或者 R1∩R2→(R2-R1)
  • 当分解为三个及以上个关系模式时通过表格求解，只要有一行全部打勾即是无损分解：
  • 

并发控制

• 事务：由一系列操作组成，这些操作要么全做，要么全不做。四个特性
  • （操作）原子性 Atomicity：要么全做，要么全不做
  • （数据）一致性 Consistency：事务发生后数据是一致的，例如 A 账户转出，B 账户要收到
  • （执行）隔离性 Isolation：任一事务的更新操作直到成功提交的过程对其他事务不可见，不同事务之间是隔离的，互不干涉
  • （改变）持续性 Durability：事务操作的结果是持续的，持久化
• 事务是并发控制的前提条件，并发控制就是控制不同的事务并发执行，提高系统效率，存在三个问题：
  • 丢失更新：事务 1 对数据 A 进行了修改并写回，事务 2 也对 A 进行了修改并写回此时事务 2 写回的数据会覆盖事务 1 写回的数据，就丢失了事务 1 对 A 的更新。即对数据A的更新会被覆盖。A 更新后 B 又更新，导致 A 的更新 A 看不到
  • 不可重复读：事务 2 读 A，而后事务 1 对数据 A 进行了修改并写回，此时若事务 2 再读 A，发现数据不对。即一个事务重复读 A 两次，会发现数据 A 有误。在 A 读取数据的间隙，数据被 B 修改
  • 读脏数据：事务 1 对数据 A 进行了修改后，事务 2 读数据 A，而后事务 1 回滚，数据 A 恢复了原来的值，那么事务 2 对数据 A 做的事是无效的，读到了脏数据。A 读到了 B 未提交的数据

封锁协议

• X 锁是排它锁（写锁），若事务 T 对数据 A 加上 X 锁，则只允许 T 读写数据 A，其他事务都不能对 A 加任何类型的锁，直到 T 释放 A 上的锁
• S 锁是共享锁（读锁），若事务 T 对数据 A 加上 S 锁，则只允许 T 读取 A，但不能修改，其他事务只能对 A 加 S 锁，也只可读不可写，直到 T 释放 A 上的锁
• 三级封锁协议：
  • 一级封锁协议：事务在修改数据 R 之前必须对其加 X 锁，直到事务结束才释放，可解决丢失更新问题
  • 二级封锁协议：一级封锁协议的基础上，加上事务 T 在读数据 R 之前必须先对其加上 S 锁，读完后可立即释放该锁。可解决丢失更新、读脏数据的问题。
  • 三级封锁协议：一级封锁协议上，加上事务 T 在读数据 R 之前先对其加 S 锁，直到事务结束才释放，可解决丢失更新、读脏数据、不可重复读问题。

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数据库新技术-SQL语言

数据库安全

• 用户标识和鉴定：最外层的安全保护措施，可以使用用户账户、口令及随机数检验等方式
• 存取控制：对用户进行授权，包括操作类型（如查找、插入、删除、修改等动作）和数据对象（主要是数据范围）的权限。
• 密码存储和传输：对远程终端信息用密码传输
• 视图的保护：对视图进行授权
• 审计：使用一个专用文件或数据库，自动将用户对数据库的所有操作记录下来

故障关系	故障原因	解决办法
事务本身的可预期故障	本身逻辑	在程序中预先设置 Rollback 语句
事务本身的不可预期故障	算术溢出、违反存储保护	由DBMS的恢复子系统通过日志，撤消事务对数据库的修改，回退到事务初始状态
系统故障	系统停止运转	通常使用检查点法
介质故障	外存被破坏	一般使用日志重做业务

• 静态存储：即冷备份，在转储期间不允许对数据库进行任何存取、修改操作；
  • 优点：是非常快速的备份方法、容易归档（直接物理复制操作）；
  • 缺点：是只能提供到某一时间点上的恢复，不能做其他工作，不能按表或按用户恢复。
• 动态存储：即热备份，在转储期间允许对数据库进行存取、修改操作，因此，转储和用户事务可并发执行。
  • 优点：是可在表空间或数据库文件级备份，数据库扔可使用，可达到秒级恢复；
  • 缺点：是不能出错，否则后果严重，若热备份不成功，所得结果几乎全部无效。
• 完全备份：备份所有数据
• 差量备份：仅备份上一次完全备份之后变化的数据。
• 增量备份：备份上一次备份之后变化的数据。
• 日志文件：在事务处理过程中，DBMS 把事务开始、事务结束以及对数据库的插入、删除和修改的每一次操作写入日志文件。一旦发生故障，DBMS 的恢复子系统利用日志文件撤销事务对数据库的改变，回退到事务的初始状术

分布式数据库

• 局部数据库位于不同的物理位置，使用一个全局的 DBMS 将所有局部数据库联网管理，这就是分布式数据库
• 
  • 全局外模式是对分布式数据库最高层的抽象，
  • 全局概念模式是分布式数据库整体抽象，描述了全部数据的特性和逻辑结构，是全局数据的逻辑视图，使得数据使用方便，如同没有分布一样。能看到全局表
  • 分片模式描述了全局数据逻辑划分的视图，是全局数据根据条件进行的逻辑划分。定义如何将全局关系拆分为分片（Fragment），并指定分片的存储位置
  • 分配模式描述了局部逻辑的局部物理结构，是划分后的片段的物理分配视图，属于全局概念层的内容。指定分片在物理节点上的分布策略（如复制或分区）
  • 局部概念模式，是全局概念模式的子集，并被分配在各个局部场地上。描述单个节点上的数据逻辑模型，是全局关系在该节点的子集或映射。
  • 局部内模式：定义单个节点上数据的物理存储细节（如文件组织、索引结构）
• 分片模式：
  • 水平分片：将表中水平的记录分别存放在不同的地方
  • 垂直分片：将表中垂直的列值分别存放在不同的地方
• 分布透明性：
  • 分片透明性：用户或应用程序不需要知道逻辑上访问的表具体是如何分块存储的
  • 位置透明性：应用程序不关系物理存储位置的改变
  • 逻辑透明性：用户或应用查询无序知道局部使用的是哪中数据模型
  • 复制透明性：用户或应用查询不关心复制的数据从何而来

数据仓库

• 数据仓库是一个面向主题的、集成的、非易失的、且随时间变化的数据集合，用户支持管理决策
  • 面向主题：按照一定的主题域进行组织的
  • 集成的：数据仓库中的数据是在对原有分散的数据库抽取、清理的基础上经过加工、汇总和整理得到的，必须消除源数据中的不一致性，以保证数据仓库的信息是关于整个企业的一致的全局信息
  • 相对稳定的：数据仓库的数据主要供企业决策分析用，所涉及的数据操作主要是数据查询，一旦某个数据进入数据仓库后，一般情况下将被长期保留，也就是数据仓库中一般有大量的查询操作，但修改和删除操作很少，通常只需要定期的加载、刷新
  • 反应历史变化：数据仓库中的数据通常包含历史信息，系统记录了企业从过去某一时间点到目前的各个阶段的信息，通过这些信息，可以对企业的发展历程和未来趋势做出定量分析和预测。
• 数据仓库结构：
  • 数据源：是数据仓库的基础，是整个系统的数据源泉
  • 数据的存储和管理：是整个数据仓库系统的核心
  • OLAP（联机分析处理）：对分析需要的数据进行有效集成，按多维模型组织，以便进行多角度、多层次的分析，并发现趋势
  • 前端工具：主要包括各种报表工具、查询工具、数据分析工具、数据挖掘工具以及各种基于数据仓库或数据集市的应用开发工具
  • 
• 商业智能（BI）：主要包括数据预处理、建立数据仓库、数据分析和数据展现：
  • 数据预处理：是整合企业原始数据的第一步，包括数据的抽取（Extraction）、转换（Transformation）和加载（Load）三个过程（ETL 过程）
  • 建立数据仓库：是处理海量数据的基础
  • 数据分析：是体现系统智能的关键，一般采用连接分析处理（OLAP）和数据挖掘。联机分析处理不仅进行数据汇总、聚集，同时还提供切片、切块、下钻、上卷和旋转等数据分析的功能，用户可以方便地对海量数据进行多维分析。数据挖掘的目标则是挖掘数据背后隐藏的知识，通过关联分析、聚类和分类等方法建立分析模型，预测企业未来发展趋势和将要面临的问题
  • 数据展现：主要保障系统分析结果的可视化

反规范化技术

• 数据库设计者希望牺牲部分规范化来提供性能。
  • 优点：降低连接操作的需求，降低外码和索引的数量，还可能减少表的数量，能够提高查询效率
  • 缺点：数据的重复存储，浪费存储空间；可能出现数据的完整性问题，为了保证数据的一致性，增加了数据维护的复杂性，会降低修改速度。
• 具体方法：
  • 增加冗余列：在多个表中保留相同的列，通过增加数据冗余减少或避免查询时的链接操作。
  • 增加派生列：在表中增加由本表或其他表中数据计算生成的列，减少查询时的连接操作并避免计算或使用集合函数。
  • 重新组表：将两个表重新组合成一个表来减少连接而提供性能
  • 水平分割表：根据一列或多列数据的值，把数据放到多个独立的表中，主要用于数据规模大、表中数据相对独立或数据需要存放到多个介质上时使用。
  • 垂直分割表：对表进行分割，将主键与部分列放到一个表中，主键与其他列放到另一个表中，查询时减少 IO 次数

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嵌入式微处理器-多核处理器-嵌入式技术

嵌入式微处理体系结构

• 冯诺依曼结构：
  • 传统的冯诺依曼结构（又称普林斯顿结构），是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。
  • 计算机程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理地址。
  • 采用单一的地址及数据总线，程序指令和数据的宽度相同
  • 处理器执行指令时，先从储存器中取出指令解码，再取操作数执行运算，即使单条指令也要耗费儿个甚至几十个周期，在高速运算时，在传输通道上会出现瓶颈效应
• 哈佛结构：
  • 哈佛结构是一种并行体系结构，主要特点是程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问
  • 与两个存储器相对应的是系统中的两套独立的地址总线和数据总线
  • 这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令字和操作数，从而提高了执行速度，使数据的吞吐率提高了一倍

微处理器分类

• 根据嵌入式微处理器的字长宽度：分为 4、8、16、32、64 位。把 16 位及一下的称为嵌入式微控制器，32 位及以上的称为嵌入式微处理器
• 按系统继承度划分：
  • 一般用途型微处理器：微处理器内部仅包含单纯的中央处理单元
  • 单芯片微控制器：将 CPU、ROM、RAM、I/O 等部件集成到同一个芯片上
• 根据用途分类：
  • 嵌入式微控制器 MCU：典型代表是单片机，其片上外设资源丰富，适合于控制。MCU 芯片内部集成 ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM 等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高，其片上外设资源一般较丰富，适合于控制，是嵌入式系统工业的主流
  • 嵌入式微处理器 MPU：由通用计算机中的 CPU 演化而来，特征是具有 32 位以上的处理器，具有较高性能，价格也较高。与计算机处理器不同的是，实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。嵌入式处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠洗高的优点。目前常见的有 ARM、MIPS、POWER PC 等
  • 嵌入式数字信号处理器 DSP：专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令地执行速度。采用哈佛结构、流水线处理，其处理速度比最快的 CPU 还快 10-50 倍。在数字滤波、FFT、谱分析得到大规模应用
  • 嵌入式片上系统 SOC：是追求产品系统最大包容的集成器件。SOC 最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容

多核处理器

• 多核指多个微处理器内核，是将两个或更多的微处理器封装在一起，集成在一个电路中。多核处理器是单枚芯片，能够直接插入单一的处理器插槽中。多核与多 CPU 相比，很好的降低了计算机系统的功耗和体积。在多核技术中，由操作系统软件进行调度，多进程，多线程并发都可以。
• 多核工作协调实现方式：
  • 对称多处理技术 SMP：将 2 颗完全一样的处理器封装在一个芯片中，达到双倍或接近双倍的处理性能，节省运算资源。
  • 非对称处理技术 AMP：2 个处理内核彼此不同，各自处理和执行特定的功能，在软件的协调下分担不同的计算任务。
• 多核 CPU 调度：多核 CPU 环境下进程的调度算法一般有全局队列调度和局部队列调度两种：
  • 全局队列调度：是指操作系统维护一个全局的任务等待队列，当系统中有一个 CPU 空闲时，操作系统就从全局任务等待队列中选取就绪任务开始执行，CPU 核心利用率高。
  • 局部队列调度：是操作系统为每个 CPU 内核维护一个局部的任务等待队列，当系统中有一个 CPU 内核空闲时，就从该核心的任务等待队列中选取适当的任务执行，优点是无需在多个 CPU 之间切换。

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嵌入式软件-系统-RTOS-软件开发

嵌入式软件

• 嵌入式软件是指应用在嵌入式计算机系统中的各种软件，除了具有通用软件的一般特性，还具有一些与嵌入式系统相关的特点，包括：规模较小、开发难度大、实时性和可靠性要求高、要求固化存储。
• 嵌入式软件分类：
  • 系统软件：控制和管理嵌入式系统资源，为嵌入式应用提供各种支持的各种软件，如设备驱动查询、嵌入式操作系统、嵌入式中间件
  • 应用软件：嵌入式系统中的上层软件，定义了嵌入式设备的主要功能和用途，并负责与用户交互，一般面向特定应用领域，如飞行控制软件、手机软件、地图等
  • 支撑软件：辅助软件开发的工具软件，如系统分析设计工具，在线仿真工具，交叉编译器等

板级支持包

• 板级支持包（BSP）的介于主板硬件和操作系统中驱动层程序之间的一层，一般认为它属于操作系统一部分。主要是实现对操作系统的支持，为上册的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包，使之能够更好的运行于硬件主板
• 具体功能包括：
  • 单板硬件初始化，主要是 CPU 的初始化，为整个软件系统提供底层硬件支持
  • wie操作系统提供设备驱动程序和系统中断服务程序
  • 定制操作系统功能，为软件系统提供一个实时多任务的运行环境
  • 初始化操作系统，为操作系统的正常运行做好准备
• 主要特点：
  • 硬件相关性：因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性，而作为上层软件与硬件平台之间的接口，BSP 需为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法
  • 操作系统相关性：不同操作系统具有各自的软件层次结构，因此不同操作系统具有特定的硬件接口形式
• 一般来说，BSP 主要包括两个方面的内容：引导加载程序 BootLoader 和设备驱动程序
  • BootLoader：是嵌入式系统加电后运行的第一段软件代码，是在操作系统内核运行之前运行的一小段程序，通过这段程序，初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境设置到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好准备。包括以下功能：
    • 片级初始化：主要完成微处理器的初始化，包括设置微处理器的核心寄存器和控制寄存器、微处理器的核心工作模式及其局部总线模式等。片级初始化把微处理器上上电时的默认状态逐步设置成系统运行所要求的工作状态。是纯硬件的初始化过程
    • 板级初始化：通过正确地设置各种寄存器的内容来完成微处理器以外的其他硬件设备的初始化。例如初始化LED显示设备、初始化定时器、设置中断控制寄存器、初始化串口通信、初始化内存控制器、建立内存空间的地址映射等。在此过程中，除了设置各种硬件寄存器以外，还有设置某些软件的数据结构和参数。因此这是一个同时包含有软件和硬件的初始化过程。
    • 加载内核（系统级初始化）：将操作系统和应用程序的映像从 Flash 存储器复制到系统的内容中，然后跳转到系统内核的第一条指令处继续执行
  • 设备驱动程序：嵌入式系统中，操作系统是可有可无的，但设备驱动程序是必不可少的。设备驱动程序是一组库函数，用来对硬件进行初始化和管理，并向上层软件提供良好的访问接口。具备的基本功能
    • 硬件启动：在开机上电或系统重启的时候，对硬件进行初始化
    • 硬件关闭：将硬件设置为关机状态
    • 硬件停用：暂停使用这个硬件
    • 硬件启用：重新启用这个硬件
    • 读操作：从硬件中读取数据
    • 写操作：往硬件中写入数据

嵌入式系统

• 嵌入式系统组成：
  • 嵌入式处理器：由于嵌入式系统一般是在恶劣的环境条件下工作，与一般处理器相比，嵌入式处理器应可抵抗恶劣环境的影响，比如高温、寒冷、电磁、加速度等环境因素。为适应恶劣环境，嵌入式处理器芯片除满足低功、体积小等需求外，根据不同环境需求，其工艺可分为民用、工业和军用等三个档次。
  • 相关支撑硬件：相关支撑硬件是指除嵌入式处理器以外的构成系统的其他硬件，包括存储器、定时器、总线、IO 接口以及相关专用硬件。
  • 嵌入式操作系统：嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统中的基础软件，主要用于管理计算机资源和应用软件。与通用操作系统不同，嵌入式操作系统应具备实时性、可剪裁性和安全性等特征。
  • 支撑软件：支撑软件是指为应用软件开发与运行提供公共服务、软件开发、调试能力的软件，支撑软件的公共服务通常运行在操作系统之上，以库的方式被应用软件所引用。
  • 应用软件：应用软件是指为完成嵌入式系统的某一特定目标所开发的软件。
• 嵌入式系统应具备特性：
  • 专用性强：嵌入式系统面向特定应用需求，能够把通用 CPU 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内，从而有利于嵌入式系统的小型化
  • 技术融合：入式系统将先进的计算机技术、通信技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合，是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
  • 软硬一体软件为主：软件是嵌入式系统的主体，由 IP 核。嵌入式系统的硬件和软件都可以高效的设计，量体裁衣，去除冗余，可以在同样硅片面积上实现更高的性能
  • 比通用计算机资源少：由于嵌入式系统通常只完成少数几个任务，设计时考虑到其经济性，不能使用通用 CPU，这意味着管理的资源少、成本低、结构更简单
  • 程序代码固化在非易失存储器中：为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是磁盘中
  • 需专门开发工具和环境：嵌入式系统本身不具备开发能力，即使设计完成后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发
  • 体积小、价格低、工艺先进、性价比高、系统配置要求低、实时性强
  • 对安全性和可靠洗要求高
• 嵌入式系统分类：按不同用途分为嵌入式实时系统和嵌入式非实时系统，实时系统又可分为强实时系统和弱实时系统。从安全角度划分为安全攸关系统和非安全攸关系统
• 嵌入式系统分为 5 层：
  • 硬件层：主要是为嵌入式系统提供运行支撑的硬件环境，其核心是微处理器、存储器、IO 接口和通用设备以及总线、电源、时钟等
  • 抽象层：在硬件层和操作系统层之间为抽象层，主要实现对硬件进行抽象，为上层应用（操作系统）提供虚拟的硬件资源：板级支持包（BSP）是一种硬件驱动软件，它是向硬件层芯片或电路进行驱动，为操作系统提供对硬件进行管理的功能
  • 操心系统层：主要是由嵌入式系统、文件系统、图形用户接口、网络系统和通用组件等可配置模块组成
  • 中间件层：一般位于操作系统之上，管理计算机资源和网络通信，中间件是连接两个独立应用的桥梁
  • 应用层：嵌入式系统的具体应用，主要是不同的应用软件

嵌入式数据库系统 EDBMS

• 使用环境特点：
  • 设备随时移动：嵌入式数据库主要用在移动信息设备上，设备的位置经常随使用者一起移动
  • 网络频繁断接：移动设备或移动终端在使用的过程中，位置经常发生变化，同时也受到使用方式、电源、无线通信和网络条件等因素的影响。所以，一般并不持续保持网络连接，而是经常主动或被动地间歇性断接和连接
  • 网络条件多样化：由于移动信息设备位置的经常变化，导致它们与数据库服务器在不同的时间可能通过不同的网络系统连接，这些网络在带宽、通信代价、网络延迟和 QoS 等方面可能有所差异。
  • 通信能力不对称：由于受到移动设备资的源限制，移动设备与服务器之间的网络通信能力是非对称的。移动设备的发送能力都非常有限，使得数据库服务器到移动设备的下行通信带宽和移动设备到数据库服务器之间的上行带宽相差很大。
• 系统组成：主数据库、同步服务器、嵌入式数据库和连接网络
• 嵌入式移动数据库在实际应用中必须解决好数据的一致性（复制性）、高效的事务处理和数据的安全性等关键问题
• 

嵌入式操作系统 EOS

• 主要特点：
  • 微型化：EOS 的运行平台不是通用计算机，而是嵌入式系统。这类系统一般没有大容量的内存，几乎没有外存，因此，EOS 必须做得小巧，以占用尽量少的系统资源。
  • 代码质量高：在大多数嵌入式应用中，存储空间依然是宝贵的资源，这就要求程序代码的质量要高，代码要尽量精简。
  • 专业化：嵌入式系统的硬件平台多种多样，处理器的更新速度快，每种处理器都是针对不同的应用领域而专门设计的。因此，EOS 要有很好适应性和移植性，还要支持多种开发平台。
  • 实时性强：嵌入式系统广泛应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等要求实时响应的场合，因此，实时性成为 EOS 的又一特点。
  • 可裁剪和可配置：应用的多样性要求 EOS 具有较强的适应能力，能够根据应用的特点和具体要求进行灵活配置和合理裁减，以适应微型化和专业化的要求。
• 嵌入式实时操作系统 RTOS：是一种完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统。在嵌入式实时系统中，要求系统在投入运行前即具有确定性和可预测性
  • 确定性：是指系统在给定的初始状态和输入条件下，在确定的时间内给出确定的结果
  • 可预测性：是指系统在运行之前，其功能、响应特性和执行结果是可预测的
• 实时操作系统的特点：当外界事件或数据产生时，能够接收并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行。提供及时响应和高可靠性是其主要特点
• 实时操作系统有硬实时和软实时之分，硬实时要求在规定的时间内必须完成操作，这是这操作系统设计时保证的；软实时则只要求按照任务的优先级，先尽可能快的完成操作即可。
• 实时操作系统特征：
  • 高精度计时系统：计时精度是影响实时性的一个重要因素。在实时应用系统中，经常需要精确确定实时地操作某个设备或执行某个任务，或精确的计算一个时间函数。这些不仅依赖于一些硬件提供的时钟精度，也依赖于实时操作系统实现的高精度计时功能。
  • 多级中断机制：一个实时应用系统通常需要处理多种外部信息或事件，但处理的紧迫程度有轻重缓急之分。有的必须立即作出反应，有的则可以延后处理。因此，需要建立多级中断嵌套处理机制，以确保对紧迫程度较高的实时事件进行及时响应和处理。
  • 实时调度机制：实时操作系统不仅要及时响应实时事件中断，同时也要及时调度运行实时任务。但是，处理机调度并不能随心所欲的进行，因为涉及到两个进程之间的切换，只能在确保“安全切换”的时间点上进行，实时调度机制包括两个方面，一是在调度策略和算法上保证优先调度实时任务；二是建立更多“安全切换”时间点，保证及时调度实时任务。

嵌入式软件设计

• 典型的交叉平台开发环境，包含三个高度集中的部分：
  • 运行在宿主机和目标机上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
  • 连接宿主机和目标机的多种通信方式，例如：以太网、USB、串口
• 交叉编译：嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。就是在一个平台上生成可以在在另一个平台上执行的代码。嵌入式系统的开发需要借助宿主机（通用计算机）来编译出目标机的可执行代码
• 交叉调试：在宿主机和目标机之间进行的交叉调试，调试器仍然运行在宿主机的通用计算机上，而被调试的进程却是运行在基于特定硬件平台的嵌入式操作系统中。调试器和被调试进程通过串口或网络进行通信，调试器可以控制、访问被调试进程，读取被调试进程的当前状态，并能够改变被调试进程的运行状态。

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七层模型-局域网-TCPIP协议族

网络分类和功能

• 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它实现了远程通信、远程信息处理和资源共享。
• 计算机网络功能：数据通信、资源共享、管理集中化、实现分布式处理、负载均衡
• 网络性能指标：速率、带宽（频带宽度或传送线路速率）、吞吐量、时延、往返时间、利用率
• 网络非性能指标：费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易管理性、可维护性
• 计算机网络按分布范围和拓扑结构划分：
  • 
  • 总线型：利用率低、干扰大、价格低
  • 星型：交换机形成的局域网、中央单元负荷大
  • 环型：流动方向固定、效率低、扩充难
  • 树型：总线型扩充，分级结构
  • 分布式：任意节点连接、管理难、成本高
  • 

通信技术

• 计算机网络是利用通信技术将数据从一个节点传送到另一个节点的过程。通信技术是计算机网络的基础。信道可分为物理信道和逻辑信道。
  • 物理信道由传输介质和设备组成。根据介质不同，分为有线信道和无限信道
  • 逻辑信道是指在数据发送端和接收端之间存在的一条虚拟线路，可以是有连接的或无连接的。逻辑信道以物理信道为载体
• 发信机进行的信号处理包括：信源编码、信道编码、交织、脉冲成形和调制。相反地，收信机进行的信号处理包括解调、采样判决、去交织、信道译码、信源译码
• 如果同时传递多路数据就需要复用技术和多址技术。
  • 复用技术是指在一条信道上同时传输多路数据的技术，如 TDMA 时分复用、FDMA 频分复用和 CDMA 码分复用等。
  • 多址技术是指在一条线上同时传输多个用户数据的技术，在接收端把多个用户的数据分离（TDMA 时分多址、FDMA 频分多址和 CDMA 码分多址）
• 5G 通信技术的特征体现在：
  • 基于 OFDM 优化的波形和多址接入
  • 实现可扩展的 OFDM 间隔参数配置
  • OFDM 加窗提高多路传输效率
  • 灵活框架设计
  • 大规模 MIMO：最多 256 根天线
  • 毫米波：频率大于 24GHz 以上的频段
  • 频谱共享
  • 先进的信道编码设计
• 5G 网络的主要特征是：服务化架构、网络切片

OSI 七层模型

层	功能	单位	协议	设备
物理层	在链路上透明地传输位。需要完成的工作包括线路配置、确定数据传输模式、确定信号形式、对信号进行编码、连接传输介质。为此定义了建立、维护和拆除物理链路所具备的机械特性、电气特性、功能特性以及规程特性	比特	EIA/TIA RS-232、RS-449、V.35、RJ-45、FDDI	中继器、集线器
数据链路层	把不可靠的信道变为可靠的信道。为此将比特组成帧，在链路上提供点到点的帧传输，并进行差错控制、流量控制等	帧	SDLC、HDLC、LAPB、PPP、STP、帧中继等、IEEE802、ATM	交换机、网桥
网络层	在源节点-目的节点之间进行路由选择、拥塞控制、顺序控制、传送包，保证报文的正确性。网络层控制通信子网的运行，因此又称为通信子网层	IP分组	IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP	路由器
传输层	提供端到端（端口）间可靠的、透明的数据传输，保证报文顺序的正确性、数据的完整性	报文段	TCP、UDP	网关
会话层	建立通信进程的逻辑名字与物理名字之间的联系，提供进程之间的建立、管理和终止会话的方法，处理同步与恢复等		RPC、SQL、NFS	网关
表示层	实现数据转换（包括格式转换、压缩、加密等），提供标准的应用接口、公用的通信服务、公共数据表示方法）		JPEG、ASCII、GIF、MPEG、DES	网关
应用层	对用户不透明的提供各种服务，如 Email	数据	Telnet、FTP、HTTP、SMTP、POP3、DNS、DHCP	网关

局域网和广域网协议

• 以太网是一种计算机局域网组网技术，以太网规范 IEEE 802.3 是重要的局域网协议，包括：

协议	以太网	速率	介质
IEEE 802.3	标准以太网	10Mb/s	传输介质为细同轴电缆
IEEE 802.3u	快速以太网	100Mb/s	双绞线
IEEE 802.3z	千兆以太网	1000Mb/s	光纤或双绞线
IEEE 802.3ae	万兆以太网	10Gb/s	光纤

• 以太网帧结构：目的 MAC 地址（DMAC）、源 MAC 地址（SMACK）、长度/类型（Length/Type）、数据填充（DATA/PAD）、校验（FCS）。最小帧长：64 字节
• 无限局域网 WLAN 技术标准：IEEE 802.11，在 WLAN 中，通常使用的拓扑结构主要有 3 种形式：点对点型、HUB 型、全分布型
• 广域网相关技术：同步光网络（SONET，利用光纤进行数字化信息通信）数字数据网（DDNS，利用数字信道提供半永久性连接电路以传输数据）、帧中继（FR，数据包交换技术）、异步传输技术（ATM。以信元为基础的面向连接的一种分组交换和复用技术）

TCP/IP 协议

• 网络协议三要素：语法、语义、时序。其中语法部分规定传输数据的格式。语义部分规定所要完成的功能，时序部分规定执行各种操作的条件、顺序关系等。
• 网络层协议
  • IP：网络层最重要的协议，在源地址和目的地址之间传送数据，无连接、不可靠
  • ICMP：因特网控制报文协议：用于在 IP 主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络痛不痛、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。
  • ARP/RARP：地址解析协议，ARP 是将 IP 地址转换为物理地址（MAC），RARP 是将物理地址转换为 IP 地址
  • IGMP：网络组管理协议，允许因特网中的计算机参与多播，是计算机用做向相邻多目路由器报告多目组成员的协议，支持组播
• 传输层协议
  • TCP：传输控制协议，整个 TCP/IP 协议族中最重要的协议之一，在 IP 协议提供的不可靠数据传输基础上，采用了重发技术，为应用程序提供了一个可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务。一般用于传输数据量比较少，且对可靠性要求高的场合
  • UDP：用户数据报协议，是一种不可靠、无连接的协议，有助于提高传输速率，一般用于传输数据量大，对可靠性要求不高，但要求速度块的场合
• 应用层协议：基于 TCP 的 FTP、HTTP、SMTP、POP3、Telnet 等都是可靠传输，基于 UDP 的 DHCP、DNS、SNMP、TFTP 等都是不可靠的传输
  • FTP：可靠的文件传输协议，用于因特网上的控制文件的双向传输
  • HTTP：超文本传输协议，用于从 www 服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。使用 SSL/TSL 加密后的安全网页协议为 HTTPS
  • SMTP 和 POP3：简单邮件传输协议，是一种用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，邮件报文采用 ASCII 格式表示
  • Telnet：远程连接协议，是因特网远程登录服务的标准协议和主要方式
  • DHCP：动态主机配置协议，基于UDP，基于 C/S 模型，为主机动态分配 IP 地址，有三种方式：固定分配、动态分配、自动分配
  • DNS：域名解析协议，通过域名解析出 IP 地址
  • SNMP：简单网络管理协议，由一组网络管理的标准协议，包含一个应用层协议、数据库模型和一组资源对象，该协议能够支持网络管理系统，用于监测连接到网络设备上的设备是否有任何引起管理施行关注的情况
  • TFTP：不可靠的、开销不大的小文件传输协议

交换技术

• 数据在网络中转发离不开交换机。交换机功能包括：
  • 集线功能：提供大量可供线缆连接的端口达到部署星状拓扑结构的目的
  • 中继功能：在转发帧时重新产生不失真的电信号
  • 桥接功能：在内置的端口上使用相同的转发和过滤逻辑
  • 隔离冲突域功能：将部署好的局域网分为多个冲突域，而每个冲突域都有自己的独立带宽，以提高交换机整体宽带利用效率
• 交换机需要实现的功能：
  • 转发路径学习：根据收到的数据帧中的源 MAC 地址建立该地址同交换机端口的映射，写入 MAC 地址表中
  • 数据转发：如果交换机根据数据帧中的目的 MAC 地址在建立好的 MAC 地址表中查询到了，就向对应端口进行转发
  • 数据泛洪：如果数据帧中的目的 MAC 地址不在 MAC 地址表中，则向所有端口进行转发，也就是泛洪。广播帧和组播帧向所有端口（不包括源端口）进行转发
  • 链路地址更新：MAC 地址表会每隔一定时间更新一次

路由技术

• 路由功能由路由器提供，包括：
  • 异种网络互连：比如具有异种子网协议的网络互连
  • 子网协议转换：不同子网包括局域网和广域网之间的协议转换
  • 数据路由：即将数据从一个网络依据路由规则转发到另一个网络
  • 速率适配：利用缓冲和流控协议进行适配
  • 隔离网络：防止广播风暴，实现防火墙
  • 报文分片和重组：超过接口的 MTU 报文被分片，到达目的地之后的报文被重组
  • 备份、流量控制：如主备线路的切换和复杂流量控制
• 路由器工作在 OSI 七层模型的第 3 层，即网络层。其任务是接收来源于一个网络接口的数据包，通常根据此数据包的目的地址决定待转发的下一个地址（即下一跳地址）。路由器中维持着数据转发所需的路由表，所有的数据包的发送或转发都通过查找路由表来实现。这个路由表可以静态配置，也可以通过动态路由协议自动生成
• 一般来说，路由协议可分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）
• 网络建设工程可分为网络规划、网络设计、网络实施三个环节

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传输介质-通信方式-IP地址-子网划分

传输介质

• 双绞线：将多根铜线按规则缠绕在一起，能给减少干扰；分为无屏蔽双绞线 UTP 和屏蔽双绞线 STP，都是由一对铜线簇组成，也即常说的网线；双绞线的传输距离在 100m 以内
  • 无屏蔽双绞线 UTP：价格低、安装简单、但可靠性相对较低，分为 CAT3（3 类 UTP，速率为 10Mbps）、CAT4（ 4类 UTP，与 3 类差不多，无应用）、CAT5（5 类 UTP，速率为 100Mbps，用于快速以太网）、CAT5E（超 5 类 UTP，速率为 1000Mbps）、CAT6（6 类 UTP，用来替代 CAT5E，速率也是 1000Mbps）。
  • 屏蔽双绞线 STP：相交于 UTP 增加了一层屏蔽层，可以有效地提高可靠性，但价格相对较高，安装麻烦，一般用于传输可靠性要求很高的场合
• 网线有两种安装标准，都是八根不同颜色的线，按照不同顺序排列，插入水晶头中，区分在第 1246 四根网线的位置不同
• 光纤：由纤芯和包层组成，传输的光信号在纤芯中传输，然而从 PC 端出来的信号都是电信号，要经过光纤传输必要将电信号转换为光信号
• 多模光纤 MMF：纤芯半径较大，因此可以同时传输多种不同的信号，光信号在光纤中以全反射的形式传输，采用发光二极管 LED 为光源，成本低，但是传输效率和可靠性都较低，适合短距离传输，其传输距离与传输速率相关，速率为 100Mbps 时为 2km，速率为 1000Mbps 时为 550m。
• 单模光纤 SMF：纤芯半径很小一般只能传输一种信号，采用激光二极管 LD 作为光源，并且只支持激光信号的传播，同样是以全反射形式传播，只不过反射角很大，看起来像一条直线，成本高，但是传输距离远，可靠性高，传输距离可到 5km
• 无限信道：分为无限电波和红外光波：
  • 无限电波有：长波、中波、短波、超短波、微波（包括地面微波、卫星微波）
  • 红外光波有：近红外线、中红外线、远红外线

通信方式和交换方式

• 通信方向：数据通信是指发送方发送数据到接收方，分类如下：
  • 单工：只能由设备 A 发给设备 B，即诗句只能单向流动
  • 半双工：设备 A 和设备 B 可以互相通信，但是同一时刻数据流只能单向流动。
  • 全双工：设备 A 和设备 B在任意时刻都能互相通信
• 同步方式：
  • 异步传输：发送方每发送一个字符，需要约定一个起始位和停止位插入到字符的起始和结尾处，这样当接收方收到该字符时能够识别，但是这样会造成资源浪费，传输效率降低。
  • 同步传输：以数据块为单位进行传输，当发送方要发送数据时，先发送一个同步帧，接收方收到后做好接收准备，开始接收数据块，结束后又会有结束帧确认，这样一次传输一个数据块，效率高
  • 串行传输：只有一根数据线，数据只能 1bit 挨个排队传送，适合低俗设备，远距离的传送，一般用于广域网中
  • 并行传输：有多根数据线，可以同时传输多个 bit 数据，适合高速设备的传送，常用于计算机内部各硬件模块之间
• 交换方式：
  • 电路交换：通信一方进行呼叫，另一方接收后，在二者之间会建立一个专用电路，特点为面向连接、实时性高、链路利用率低，一般用于语音视频通信
  • 报文交换：以报文为单位，存储转发模式，接收到数据后先存储，进行差错校验，没有错误则转发，有错误则丢弃，因此会有时延，但可靠性高，是面向无连接的
  • 分组交换：以分组为单位，也是存储转发模式，因为分组的长度比报文小，所以时延小于报文交换，又可分为三种方式：
    • 数据报：是现在主流的交换方式，各个分组携带地址信息，自由的选择不同的路由路径传送到接收方，接收方在接收到分组后再根据地址信息重新组装成原数据，是面向无连接的，但是不可靠的
    • 虚电路：发送方发送一个分组，接收方收到后二者间建立一个虚拟的通信线路，二者之间的分组数据交互都是通过这条线路传送，在空闲的时候这条线路也可以传输其他数据，是面向连接的，可靠的
    • 信元交换：异步传输模式 ATM 采用的交换方式，本质都是按照虚电路方式进行转发，只不过信元是固定长度的分组，共 53B，其中 5B 为头部，48B 为数据域，也是面向连接的，可靠的

IP 地址

• IP 地址是 32 位二进制代码，每隔 8 位插入一个空格，可提高可读性，一般采用点分十进制方法表示。
• 分类 IP 地址：IP 地址分为网络号和主机号
• 
  • A 类 0 开头，范围是 0-127
  • B 类 10 开头，范围 128-191
  • C 类 110 开头，范围 192-223
  • D 类（组播）1110 开头，范围 224-239
  • E 类（保留）1111 开头，范围 240-255
• 无分类编址：即不按 A，B，C 类规则，自动规定网络号，格式为 IP 地址/网络号，例如：128.168.0.11/20，表示网络号占 20 位，主机号占 32-20=12 位，可分配 IP 地址数 2^12-2 个
• 特殊 IP 地址：
  • 公有地址：通过它直接访问因特网，是全网唯一的 IP 地址
  • 私有地址：属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，不能直接访问因特网

类别	IP 地址范围	网络号	网络数
A	10.0.0.0~10.255.255.255	10	1
B	172.16.0.0~172.31.255.255	172.16~172.31	16
C	192.168.0.0~192.168.255.255	192.168.0~192.168.255	256

• 其他特殊地址如下：

网络号	主机号	源地址使用	目的地址使用	代表的意思
0	0	可以	可以	在本网络上的本主机
全 1	全 1	不可	可以	在本网络上广播
Net-ID	全 1	不可	可以	对 Net-ID 上的所有主机进行广播
127	非全 0 或全 1 的数	可以	可以	运作本地软件回环测试使用
169.254	非全 0 或全 1 的数	可以	可以	WIndows 主机 DHCP 服务器故障分配

子网划分

• 一般公司在申请网络时，会获得范围很大的网络，例如 B 类地址，主机数之间相差的太大了。一般采用子网划分的方法划分网络，即自定义网络号位数，就能自定义主机号位数，根据主机数来划分出最合适的方案，不会浪费资源
• 将主机号拿出几位作为子网号，就可以划分出多个子网，此时 IP 地址组成为：网络号+子网号+主机号
• 网络号和子网号都为 1，主机号都为 0 的是子网掩码
• 子网号可以全 0 或 全 1，而主机号不能全 0 或全 1，因此主机数需要减 2，而子网数不用
• 还可以聚合网络为超网，就是子网划分的逆过程，将网络号取出几位作为主机号，此时这个网络内的主机数量就变多了，成为一个更大的网络。

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IPv6-网络规划-网络存储-补充考点

IPv6

• 主要为了解决 IPv4 地址数不够用的情况而设计，具有以下特性：
  • 地址长度为 128 位，地址空间增大了 2^96 倍
  • 灵活的 IP 报文头部格式，使用一系列固定格式的扩展头部取代了 IPv4 中可变长度的选项字段，IPv6 中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单略过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度；
  • IPv6 简化了报文头部格式，加快报文转发，提高了吞吐量
  • 提高安全性，身份认证和隐私权是 IPv6 的关键特性；
  • 支持更多服务类型
  • 允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术发展
• IPv4 和 IPv6 的过渡期间，主要采用三种基本技术：
  • 双协议栈：主机同时运行 IPv4 和 IPv6 两套协议栈，同时支持两套协议，一般来说，IPv4 和 IPv6 之间存在某些转换关系，如 IPv6 的低 32 位可以直接抓换为 IPv4 地址，实现互相通信。
  • 隧道技术：这种机制用来在 IPv4 网络之上建立一条能够传输 IPv6 数据报的隧道，例如将 IPv6 数据报当作 IPv4 数据报的数据部分加以封装，只需要一个 IPv4 的首部，就能在 IPv4 网络中传输 IPv6 报文
  • 翻译技术：利用一台专门的翻译设备（如转换网关），在纯 IPv4 和纯 IPv6 网络之间转换 IP 报头的地址，同时根据协议不同对分组做相应的语义翻译，从而使纯 IPv4 和纯 IPv6 站点之间能够透明通信

网络规划与设计

• 三层模型将网络划分为核心层、汇聚层、接入层，每一层都有着特定作用
  • 核心层提供不同区域之间的最佳路由和高速数据传送
  • 汇聚层将网络业务连接到接入层，并且实施与安全、流量和路由相关的策略。
  • 接入层为用户提供了在本地网段访问应用系统的能力，还要解决相邻用户之间的互访需要，接入层要负责一些用户信息，（例如用户 IP 地址，MAC 地址和访问日志等）的收集工作和用户管理功能（包括认证和计费等）
  • 
• 建筑物综合布线系统 PDS：
  • 工作区子系统：实现工作区终端设备到水平子系统的信息插座之间的互联
  • 水平布线子系统：实现信息插座和管理子系统之间的连接
  • 设备间子系统：实现中央主配线架与各种不同设备之间的连接
  • 锤子干线子系统：实现各楼层设备之间子系统之间的互联
  • 管理子系统：连接各楼层水平布线子系统和春子干线缆线，负责连接控制其他子系统为连接其他子系统提供连接手段
  • 建筑群子系统：各个建筑物通信系统之间的互联
  • 

磁盘阵列

• RAID 即磁盘冗余阵列技术，将数据分散存储在不同磁盘中，可并行读取，可冗余存储，提高磁盘访问速度，保证数据安全性
• RAID0 将数据发散的存储在不同的磁盘中，磁盘利用率为 100%，访问速度最快，但是没有提供冗余和错误恢复技术
• RAID1 子啊成对的独立磁盘上产生互为备份的数据，增加存储可靠性，可以纠错，但磁盘利用率只有 50%
• 
• RAID2 将数据条块化的分布与不同硬盘上，并使用海明码校验
• RAID3 使用奇偶检验，并用单块磁盘存储奇偶校验信息（可靠性低于 RAID5）
• RAID5 在所有磁盘上交叉的存储数据及奇偶校验信息（所有校验信息存储总量为一个磁盘容量，但分布存储在不同的磁盘上），读写指针可同时操作
• 
• RAID1+0 是两个 RAID1，不允许同一组中的两个磁盘同时损坏，与 RAID1 原理类似，磁盘利用率只有 50%，但安全性更高
• RAID0+1 是两个 RAID0，若一个磁盘损坏，则当前 RAID0 无法工作，即有一半磁盘无法工作
• 

网络存储技术

• 直接附加存储（DAS）：是指将存储设备通过 SCSI 接口直接连接到同一台服务器上使用，其本身是硬件的堆叠，存储操作依赖于服务器，不带有任何存储操作系统。
  • 存在的问题：短传递距离、连接数量、传输速率扥方面都受到限制，容量难以扩展升级，数据处理和传输能力降低，服务器异常会波及存储器
• 网络附加存储（NAS）：通过网络接口与网络直接相连，由于用户通过网络访问，有独立的存储系统。NAS 存储设备类似与一个专用的文件服务器，去除通用服务器计算功能，而仅仅提供文件系统功能。以数据为中心，将存储设备与服务器分离，其存储设备在功能上完全独立于网络中的主服务器，客户机与存储设备间的数据访问不再需要文件服务器的干预，同时它允许客户机与存储设备之间进行直接的数据访问，所以不仅响应速度快，而且数据传输速率也很高
  • NAS 的性能特点是进行小文件及的共享存取，支持即插即用，可以很经济的解决存储容量不足的问题，但难以获得满意的性能
• 存储区域网（SAN）：SAN 是通过专用交换机将磁盘阵列与服务器连接起来的高速专用子网，他没有采用文件存取方式，而是采用块（block）级别存储。SANDISK 通过专用高速网络将一个或多个网络存储设备和服务器连接起来的专用存储系统，其最大特点是将存储设备从传统的以太网中分离出来，成为独立的存储区域网络（SAN）的系统结构。根据数据传输过程采用的协议，其技术划分为 FC SAND（光纤通道）、IPSAN（IP 网络）和 IB SANDISK（无线宽带）技术
• 

其他考点

• 网络地址翻译 NAT：公司局域网内的电脑可以互联通信，但是访问外部因特网困难，只提供固定的少量 IP 地址能够访问因特网，将公司所有电脑的地址集合映射到能够访问因特网的少量 IP 地址集合的过程就是 NAT。使用 NAT 之后，只需少量固定 IP 就可以上网，大大减少了 IP 地址的使用量
• 默认网关：一台主机可以有多个网关，默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发送给默认指定网关，由这个网关来处理数据包，现在主机使用的网关，一般指的都是默认网关。默认网关的 IP 地址必须与本机 IP 地址在同一个网段内，即同网络号
• 虚拟局域网 VLAN：是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理位置限制，可以根据功能，部门及应用等因素组织起来，相互之间的通信好像在一个网段中一样，
  • VLAN 工作在 ISO 中的第 2 层和第 3 层，一个 VLAN 就是一个广播域，VLAN 之间的通信是通过第 3 层的路由器完成的
  • 与传统的局域网技术相比，VALN 更加灵活，优点是：网络设备的移动。添加和修改的管理开销少，可以控制广播活动，可以提高网络的安全性
• 虚拟专用网络 VPN：是在公用网络上建立专用网络的技术，其之所以称为虚拟网，主要是因为整个 VPN 网络的任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是架构在公用网络服务商所提供的网络平台，如 Internet、ATM（异步传输模式）、Frame Relay（帧中继）之上的逻辑网络，用户数据在逻辑链路中传输
• PPP：安全认证介绍：PPP 的 NCP 可以承载多种协议的三层数据包。PPP 使用 LCP 控制多种链路的参数（建立、认证。压缩、回拨）
• PPP 的认证类型：
  • pap 认证是通过二次握手建立认证（明文不加密）
  • chap 挑战握手认证协议，通过三次握手建立认证（密文采用 MD5 加密—）。
  • PPP 的双向验证，采用的是 chap 的主验证风格
  • PPP 的加固验证，采用的是两种（pap，chap）验证同时使用
• 冲突域和广播域：路由器可以阻断广播域和冲突域，交换机只能阻断冲突域，因此一个路由器下可以划分为多个广播域和多个冲突域，一个交换机下整体是个广播域，但可以划分多个冲突域，而物理层设备集线器整体作为一个冲突域和一个广播域
  • 广播域是指网络中能接收到同一广播消息的所有设备的集合
    • 同一广播域：所有通过二层交换机（Switch）或集线器（Hub）直接连接的设备通常属于同一个广播域。
    • 不同广播域：通过路由器（Router）或三层交换机分隔的网络属于不同的广播域，因为路由器默认不转发广播帧。
  • 冲突域是指网络中共享同一信道、可能发生数据冲突（Collision）的设备范围。当两个设备同时发送数据时，如果信道被共享，就会发生冲突
    • 同一冲突域：所有通过集线器（Hub）连接的设备属于同一冲突域，因为集线器是物理层设备，所有端口共享带宽。
    • 不同冲突域：通过交换机（Switch）或路由器连接的设备属于不同的冲突域，因为交换机的每个端口是一个独立的冲突域

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其他计算机系统基础知识

计算机语音

• 机器语言：指令必须包括：操作码，操作数，操作结果存放地址，下条指令地地址
• 常见指令格式：三地址指令（2个操作数+1个结果地址）、二地址指令（1操作数+1操作数和结果地址）、单地址指令（1操作数+固定寄存器存放）、零地址指令（堆栈顶指示操作数和结果地址）、可变地址数指令（0-6个）
• 汇编语言三种语句：
  • 指令：汇编后直接产生机器代码
  • 伪指令：指示汇编源程序时完成的操作，汇编后不产生机器代码
  • 宏指令：多次重复使用的程序段，宏的引用
• 指令语句和伪指令语句格式：名字（标号，第一个字节单元地址）、操作符、操作数、注释
• 形式化语言：形式化方法是把概念、判断、推理转化成特定的形式符号后，对形式符号表达系统进行研究的方法，是用具有精确语义的形式语言书写的程序功能描述，它是设计和编制程序的出发点，也是验证程序是否正确的依据。
• 形式化方法的开发过程：可行性分析、需求分析、体系结构设计、详细设计、编码、测试发布。

多媒体

• 媒体是承载信息的载体，即信息的表现形式（或者传播形式），如文字、声音、图像、动画和视频等。按照 ITU-T 建议的定义，媒体可分为感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体和传输媒体
  • 感觉媒体，指的是用户接触信息的感觉形式，如视觉、听觉和触觉等。
  • 表示媒体，指的是信息的表示形式，如图像、声音、视频等。
  • 表现媒体，也称为显示媒体，指表现和获取信息的物理设备，如键盘、鼠标、扫描仪、话筒和摄像机等为输入媒体；显示器、打印机和音箱等为输出媒体。
  • 存储媒体，指用于存储表示媒体的物理介质，如硬盘、软盘、磁盘、光盘、ROM及RAM等。
  • 传输媒体，指传输表示媒体的物理介质，如电缆、光缆和电磁波等。
• 多媒体有4个重要的特征。
  • 多维化。多维化是指媒体的多样化。它提供了多维化信息空间下的交互能力和获得多维化信 息空间的方法，如输入、输出、传输、存储和处理的手段与方法等。
  • 集成性。集成性不仅指多媒体设备集成，而且指多媒体信息集成或表现集成。
  • 交互性。交互性是人们获取和使用信息时变被动为主动的最重要的标志。交互性可向用户提 供更有效地控制和使用信息的手段，可增加人们对信息的注意和理解。
  • 实时性。实时性是指多媒体技术中涉及的一些媒体。例如，音频和视频信息具有很强的时间特性，会随着时间的变化而变化。
• 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。
  • 通信技术是多媒体系统中的一项关键技术，是指将信息从一个地点传送到另一个地点所采取的方法和措施。通信技术通常包括了数据传输信道技术和数据传输技术。
  • 数据压缩技术。数据压缩算法分为下面三类：
    • 即时压缩和非即时压缩。即时/非即时压缩的区别在于信息在传输过程中被压缩还是信息压缩后再传输。即时压缩一般应用在影像、声音数据的传送中。即时压缩常用到专门的硬件设备，如压缩卡等。
    • 数据压缩和文件压缩。数据压缩是专指一些具有时间性的数据，这些数据常常是即时采集、即时处理或传输的。而文件压缩是指对将要保存在磁盘等物理介质的数据进行压缩。
    • 无损压缩与有损压缩。无损压缩是利用数据的统计元余进行压缩，通常无损压缩的压缩比比较低。而有损压缩是利用了人类对视觉、听觉对图像、声音中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩的过程中损失一定的信息。
    • 压缩编码格式：联合图像专家小组标准（JPEG）、动态图像视频编码标准（MPEG）、视频编解码器标准（H.26L）。

虚拟现实（VR）/增强现实（AR）技术

• VR 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中，让人有种身临其境的感觉。VR 采用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉、味觉及嗅觉的感知系统，用户可以用人的自然技能与这个生成的虚拟实体进行交互操作，其概念包含3层含义。
  • 虚拟实体是用计算机生成的一个逼真的实体。
  • 用户可以通过人的自然技能（头部转动、眼动、手势或其他身体动作）与该环境交互。
  • 要借助一些三维传感设备来完成交互动作，常用的有头盔立体显示器、数据于套、数据服装和三维鼠标等。
• 增强现实技术（AR）是指把原本在现实世界的一定时间和空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息、声音、味道和触觉等），通过模拟仿真后，再叠加到现实世界中被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。包括下面技术：
  • （1）计算机图形图像技术。增强现实的用户可以戴上透明的护目镜，透过它看到整个世界，连同计算机生成而投射到这一世界表面的图像，从而使物理世界的景象超出用户的日常经验之外。这种增强的信息可以是在真实环境中与之共存的虚拟物体，也可以是实际存在的物体的非几何信息。
  • （2）空间定位技术。为了改善效果，增强现实所投射的图像必须在空间定位上与用户相关。当用户转动或移动头部时，视野变动，计算机产生的增强信息随之做相应的变化。
  • （3）人文智能。该技术以将处理设备和人的身心能力结合起来为特点，井非仿真人的智能，而是试图发挥传感器、可穿戴计算等技术的优势，使人们能够捕获自己的日常经历、记忆及所见所闻，并与他人进行更有效的交流。
• VR/AR技术主要分为桌面式、分布式、沉浸式和增强式4种。

系统工程

• 系统工程是利用计算机作为工具，对系统的结构、元素、信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。
• 系统之系统（SOS）适用于其系统元素本身也是系统的情况
• 系统工程方法是一种现代的科学决策方法，也是一门基本的决策技术，他针对主要问题、主要情况和全过程，运用有效工具进行全面的分析和处理。

霍尔三维结构

• 霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化、标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容
• 霍尔三维结构将系统工程整个活动分为前后紧密衔接的 7 个阶段和 7 个步骤，同时还考虑为完成这些阶段和步骤所需要的专业知识和技能。这样就形成了由时间维、逻辑维和知识维组成的三维空间结构。
  • 时间维：表示系统工程活动从开始到结束按时间顺序排列的全过程，分为规划、拟定方案、研制、生产、安装、运行、更新 7 个时间阶段
  • 逻辑维：指的是时间维的每个阶段内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序，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：需要运用包括工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术等各种知识和技能。

切克兰德方法

• 社会经济系统中的问题往往很难和工程技术系统中的问题一样，事先需求确定清楚，难以按价值系统的评价准则设计出符合这种需求的最优系统方案。切克兰德方法的核心不是“最优化”而是“比较”与“探寻”。从模型和现状的比较中来学习改善现状的途径。
• 切克兰德方法将工作过程分为 7 个步骤：
  • （1）认识问题。收集与问题有关的信息，表达问题现状，寻找构成和影响因素及其关系，以便明确系统问题结构、现存过程及其相互之间的不适应之处，确定有关的行为主体和利益主体。
  • （2）根底定义。初步弄清、改善与现状有关的各种因素及其相互关系。根底定义的目的是弄清系统问题的关键要素以及关联因素，为系统的发展及其研究确立各种基本的看法，并尽可能选择出最合适的基本观点。
  • （3）建立概念模型。在不能建立精确数学模型的情况下，用结构模型或语言模型来描述系统的现状。概念模型来自于根底定义，是通过系统化语言对问题抽象描述的结果，其结构及要素必须符合根底定义的思想，并能实现其要求。
  • （4）比较及探寻。将现实问题和概念模型进行对比，找出符合决策者意图且可行的方案或途径。有时通过比较，需要对根底定义的结果进行适当修正。
  • （5）选择。针对比较的结果，考虑有关人员的态度及其他社会、行为等因素，选出现实可行的改善方案。
  • （6）设计与实施。通过详尽和有针对性的设计，形成具有可操作性的方案，并使得有关人员乐于接受和愿意为方案的实现竭尽全力。
  • （7）评估与反馈。根据在实施过程中获得的新认识，修正问题描述、根底定义及概念模型等。

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。它要求产品开发人员从设计开始就考虑产品生命周期的全过程，不仅考虑产品的各项性能，如质量、成本和用户要求，还应考虑与产品有关的各工艺过程的质量及服务的质量。
• 并行工程的目标是提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。并行工程强调以下3点。
  • （1）在产品的设计开发期间，将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来，保证以最快的速度按要求的质量完成。
  • （2）各项工作由与此相关的项目小组完成。进程中小组成员各自安排自身的工作，但可以随时或定期反馈信息，并对出现的问题协调解决。
  • （3）依据适当的信息系统工具，反馈与协调整个项目的进行。利用现代CIM技术，在产品的研制与开发期间，辅助项目进程的并行化。

综合集成法

• 钱学森等首次把处理开放的复杂巨系统（子系统数量巨大、种类多关联复杂、开放）的方法命名为从定性到定量的综合集成法。综合集成是从整体上考虑并解决问题的方法论。是现代科学条件下认识方法论上的一次飞跃
• 开放的复杂巨系统的一般基本原则与一般系统论的原则相一致：一是整体论原则；二是相互联系的原则；三是有序性原则；四是动态原则
• 开放的复杂巨系统主要性质：开放性、复杂性、进化与涌现性、层次性、巨量性。
• 综合集成方法的主要特点有：
  • （1）定性研究与定量研究有机结合，贯穿全过程。
  • （2）科学理论与经验知识结合，把人们对客观事物的知识综合集成解决问题。
  • （3）应用系统思想把多种学科结合起来进行综合研究。
  • （4）根据复杂巨系统的层次结构，把宏观研究与微观研究统一起来。
  • （5）必须有大型计算机系统支持，不仅有管理信息系统、决策支持系统等功能，而且还要有综合集成的功能。

WSR（物理-事理-人理）系统方法。

• WSR是物理、事理和人理三者如何巧妙配置、有效利用以解决问题的一种系统方法论。“懂物理、明事理、通人理”就是 WSR 方法论的实践准则
• WSR方法论一般工作过程可理解为这样的 7 步：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。
• 系统工程生命周期7阶段：
  • （1）探索性研究阶段：目的是识别利益攸关者的需求，探索创意和技术。
  • （2）概念阶段：目的是细化利益攸关者的需求，探索可行概念，提出有望实现的解决方案。
  • （3）开发阶段：目的是细化系统需求，创建解决方案的描述，构建系统，验证并确认系统。
  • （4）生产阶段：目的是生产系统并进行检验和验证。
  • （5）使用阶段：目的是运行系统以满足用户需求。
  • （6）保障阶段：目的是提供持续的系统能力。
  • （7）退役阶段：目的是存储、归档或退出系统。
• 生命周期方法：
  • （1）计划驱动方法：特征在于整个过程始终遵守规定流程的系统化方法。特别关注文档的完整性、需求的可追溯性以及每种表示的事后验证。
  • （2）渐进迭代式开发：允许为项目提供一个初始能力，随之提供连续交付以达到期望的系统。目标在于快速产生价值并提供快速响应能力。适合需求不清晰，较小的，不太复杂的系统。
  • （3）精益开发：精益思想是一种整体性的范式，聚焦于向客户交付最大价值并使浪费活动最小化。是一个动态的、知识驱动的、以客户为中心的过程，通过这一过程使特定企业的所有人员以创造价值为目标不断地消除浪费。
  • （4）敏捷开发：敏捷的关键目标在于灵活性，当风险可接受时允许从序列中排除选定的事件。适用于系统工程的敏捷原则如下：
    • 最高的优先级是通过尽早地和持续地交付有价值的软件来满足客户。
    • 欢迎需求变更，即使是在项目开发后期。敏捷流程利用需求变更帮助客户获得竞争优势。
    • 不断交付可用的软件，周期从几周到几个月不等，且越短越好。
    • 在项目中业务人员与开发人员每天在一起工作，业务人员始终参与到开发工作中。
    • 在开发团队内部和团队之间，传递信息最有效的方法是面对面交谈。
    • 工作软件是进展的主要度量。
    • 对技术的精益求精以及对设计的不断完善将提升敏捷性。
    • 简单性（尽最大可能减少不必要的工作的艺术）是精髓。
    • 最佳的架构、需求和设计出自于自组织的团队。
    • 团队要定期反省如何能够做到更加高效，并相应地调整团队的行为。
• 基于模型的系统工程（MBSE）：是建模方法的形式化应用，以使建模方法支持系统需求、分析、设计、验证和确认等活动，这些活动从概念性设计阶段开始，持续贯穿到设计开发以及后来的所有生命周期阶段。
• 系统工程过程的三个阶段分别产生三种图形：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。
• MBSE的三大支柱分别是建模语言（SysML）、建模工具（支持系统建模语言画图的计算机和网络环境）和建模思路（如何利用建模语言的图形来建模）。

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系统配置与性能评价

• 性能指标
  • 计算机：时钟频率（主频）、运算速度、运算精度、内存容量、存储器的存取周期、数据处理速率 PDR、吞吐率、各种响应时间、各种利用率、RASIS 特性（可靠性、可用性、可维护性、完整性和安全性）、平均故障响应时间、兼容性、可扩充性、性能价格比
  • 路由器：设备吞吐量、端口吞吐量、丢包率、时延、延时抖动、全双工线速转发能力、VPN支持能力、协议支持、计费能力/协议
  • 网络：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、吞吐量
  • 操作系统：系统可靠性、系统吞吐量、系统响应时间、系统资源利用率、可移植性
  • 数据库管理系统：数据库大小、数据库中表的数量、单个表大小、表中允许的记录数、单个记录大小、表允许的索引数量、数据库允许的索引数量、最大并发事务处理能力、负载均衡能力、最大连接数
  • WEB服务器：最大并发连接数、响应延迟、吞吐量
• 性能评价方法：
  • 时钟频率：主频越高，速度越快
  • 指令执行速度：计量单位 MIPS（每秒执行的百万指令数），KIPS
  • 等效指令速度法：统计各类指令数量，并进行折算，是一种固定比例法
  • 数据处理速率法 PDR：PDR 越大，机器性能越好，PDR 和每条指令和每个操作数的平均位数以及指令地运算速度有关
  • 基准程序法（Benchmark）：把应用程序中用的最多、最频繁的哪部分核心程序作为评价计算机性能的标准程序，称为基准测试程序，包括：
    • 整数测试程序：同一厂家的机器，采用相同的体系结构，用相同的基准程序测试，得到的 MIPS 值越大，说明机器速度越快
    • 浮点测试程序：MFLOPS（理论峰值浮点速度）
    • SPEC 基准程序：重点面向处理器性能的基准程序集，将被测计算机的执行时间标准化，即将被测计算机的执行时间除以一个参考处理器的执行时间
    • TPC 基准程序：用于测评计算机在事务处理、数据库处理、企业管理与决策支持系统等方面的性能。其中，TPC-C 是在线事务处理（On-line Transaction Processing，OLTP）的基准程序，TPC-D 决策支持的基准程序，TPC-E 作为大型企业信息服务的基准程序。
    • 为测试新系统的性能，用户必须依靠评价程序来评价机器的性能，一下四种评价程序中，评测的准测程度依次递减：真实的程序、核心程序、小型基准查询、合成基准程序
• 阿姆达尔解决方法：
  • 阿姆达尔定律主要用于系统性能改进的计算中，是指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，取决于这种方式被使用的频率或所占总执行时间的比例
  • 阿姆达尔定律采用特定部件所取得的加速比：
  • 

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信息系统概述-生命周期

信息系统概述

• 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、信息用户好规章制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。
• 信息系统的 5 个基本功能：输入、存储、处理、输出和控制
• 信息系统的性质：
  • 以计算机为基础：要求系统设计者必须具备计算机及其在信息处理中的应用知识
  • 人机交互：要求系统设计者还需要了解人作为系统组成部分的能力以及人作为信息使用者的各种行为
• 诺兰模型：信息系统进化的阶段模型，将计算机信息系统的发展道路划分为 6 个阶段
  • 初始阶段：计算机刚进入企业只作为办公设备使用，应用非常少，一般用于财务部门
  • 传播阶段：企业对计算机有一定了解，想利用计算机解决工作中的问题，比如进行更堵的数据处理，给管理工作和业务带来便利。会大幅增加软件投入，盲目投入产生问题，效率低
  • 控制阶段：从整体上控制计算机信息系统的发展，在客观上要求组织协调、解决数据共享问题。信息系统出现单点、分散的特点，系统和资源利用率不高，是计算机管理变为数据管理的关键
  • 集成阶段：在控制的基础上，企业开始重新进行规划设计，建立基础数据库，并建成通义的信息管理系统。使人、财、物等资源信息能再企业继承共享，更好地利用现有的 IT 系统和资源
  • 数据管理阶段：企业高层意识到信息战略的重要，信息成为企业的重要资源，企业的信息化建设也真正进入到数据管理阶段，使用统一平台，各部门、各系统基本实现资源整合和信息共享
  • 成熟阶段：信息系统已经可以满足企业各个层次的需求，从简单的事务处理到支持改高效管理的决策，企业真正把 IT 与管理过程结合起来，将组织内部、外部的资源充分整合和利用
• 信息系统的分类（低级到高级）
  • 业务处理系统（TPS）：随着企业业务需求的增长和技术条件的发展，人们逐渐将计算机应用于企业局部业务的管理
  • 管理信息系统（MIS）：由人和计算机等组成的，能进行管理信息的收集、传输、存储、加工、维护和使用的系统。形成对企业全局性的、整体性的计算机应用。能提供企业各级领导从事管理需要的信息，但其收集信息的范围还更多地侧重于企业内部
  • 决策支持系统（DSS）：帮助决策者利用数据和模型去解决半结构化决策问题和非结构化决策问题的交互式系统。服务于高层决策的管理信息系统，按功能可分为专用 DSS、DSS 工具和 DSS 生成器
  • 专家系统（ES）：一个智能计算机程序系统，其内部含有某个领域具有专家水平的大量知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域的问题。
  • 办公自动化系统（OAS）：人机结合的综合性办公事务管理系统，或称为办公事务处理系统。该系统将当代各种先进技术和设备应用于办公室的办公活动中，是办公活动实现科学化、自动化，以达到改善工作环境、最大限度地提高办公事务工作质量和工作效率。
• 目前企业使用的信息系统主要有：
  • 企业资源计划（ERP）系统：主要管理公司的各种资源，负责处理进销存、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
  • 仓储管理系统（WMS）：主要包括库房货位管理，主要有收发料、通过扫码出库，对库存进行库位、先进先出与盘点；栈板出货管控、库龄管理等内容，主要是立体仓库或大批量仓库数据需求
  • 制造过程管理系统（MES）：负责生产过程和生产过程防呆、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，也有企业称为 SFC。它是生产过程、生产工艺、生产设备、自动化生产直接的核心
  • 产品数据管理系统（PDM）：管理研发阶段的物料、BOM、工程变更数据，负责产品数据为主。PDM系统是产品研发全过程管理。主要涉及协同研发能力

信息系统生命周期

• 信息系统生命周期包括：产生、开发、运行、消亡
• 产生阶段：也是信息系统的概念阶段或者是信息系统的需求分析阶段，这一阶段分为两个过程：
  • 概念产生过程：根据企业经营管理的需要，提出建设信息系统的初步想法
  • 需求分析过程：对企业信息系统的需求进行深入地调研和分析，并形成需求分析报告
• 开发阶段：最重要、最关键的阶段。包括：
  • 总体规划阶段：它的基础是需求分析，作用主要有：指明信息系统在企业经营战略中的作用和地位；指导信息系统的开发；优化配置和利用各种资源，包括内部和外部资源。总体规划阶段产出包括：1.信息系统的开发目标；2.信息系统的总体架构；3.信息系统结构及功能分析；4.业务流程分析；5.数据和数据流程分析；6.系统初步方案
  • 系统设计阶段：根据系统分析的结果，设计出信息系统的实施方案。主要内容包括：系统架构设计、数据库设计、处理流程设计、功能模块设计、安全控制方案设计、系统组织和队伍设计、系统管理流程设计等
  • 系统实施阶段：将设计阶段的结果在计算机和网络上具体实现，也就是将设计文本变成能在计算机上运行的软件系统。由于系统实施阶段是对以前的全部工作的检验，因此，系统实施阶段用户的参与特别重要，系统实施阶段后，用户逐步变为系统的主导地位
  • 系统验收阶段：信息系统实施阶段结束后，系统进入试运行。通过试运行后，系统性能的优劣以及是否做到了用户友好等问题都会暴露在用户面前。
• 运行阶段：当信息系统通过验收，正式移交给用户以后，系统进入运行阶段。系统维护包括排错性维护、适应性维护、完善性维护和预防性维护。
• 消亡阶段：在信息系统建设的初期，企业就应当注意系统的消亡条件和时机，以及由此而花费的成本
• 信息系统建设的原则：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）

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开发方法-TPS-MIS-DSS

信息系统开发方法

结构化方法

• 结构是指系统内各个组成要素之间的相互联系、相互作用的框架。结构化方法是一种传统的信息系统开发方法，由结构分析（SA）、结构化设计（SD）和结构化程序设计（SP）三部分组成，其精髓是自顶向下、逐步求精和模块化设计
• 结构化方法主要特点：
  • 开发目标清晰化：结构化方法的系统开发遵循“用户第一”的原则
  • 开发工作阶段化：每个阶段工作完成后，要根据阶段工作目标和要求进行审查，这使各阶段工作有条不紊的进行，便于项目管理与控制。
  • 开发文档规范化：结构化方法每个阶段工作完成后，要按照要求完成相应的文档，以保证各个工作阶段的衔接与系统维护工作的遍历
  • 设计方法结构化：在系统分析与设计时，从整体和全局考虑，自顶向下地分解；在系统实现时根据设计的要求，先编写各个具体的 功能模块，然后自底向上逐步实现整个系统。
• 结构化方法的缺点：
  • 开发周期长：按顺序经历各个阶段，直到实施阶段结束后，用户才能使用系统
  • 开发难以适应需求变化：不适用于需求不明确或经常变更的项目
  • 很少考虑数据结构：结构化方法是一种面向数据流的方法，很少考虑数据结构
• 结构化方法一般利用图形表达用户需求，常用工具有数据流图、数据字典、结构化语言、判定表以及判定树

原型化方法（快速原型法）

• 它是一种根据用户初步需求，利用系统开发工具，快速地建立一个系统模型展示给用户，在此基础上与用户交流，最终实现用户需求的信息系统快速开发方法。
• 按是否实现功能分类：水平原型（行为原型、功能的导航）、垂直原型（结构化原型，实现部分功能）
• 按最终结果分类：抛弃式原型、演化式原型
• 原型法可以使系统开发的周期缩短、成本和风险降低、速度加快，获得较高的综合开发效益
• 原型法是以用户为中心来开发系统，用户参与程度大大提高。开发的系统符合用户需求，因而增加了用户的满意度，提高了系统开发的成功率
• 由于用户参与了系统开发全过程，对系统的功能和结构容易接受和理解，有利于系统的移交，有利于系统的运行与维护
• 原型法的不足：开发环境要求高，管理水平要求高
• 原型法的优点主要在于能更有效地确认用户需求，从直观上来看，原型法适用于哪些不明确的系统开发。事实上，对于分析层面难度大，技术层面难度不大的系统，适合于原型法开发

面向对象方法

• 面向对象方法认为，客观世界是由各种对象组成的，任何事物都是对象，每个对象都有自己的运动规律和内部状态，都属于某个对象类，是该对象类的一个元素。复杂的对象可由相对简单的各种对象以某种方式而构成，不同对象的组合以及相互作用就构成了系统
• 面向对象方法构造的系统具有更好的复用性，其关键在于建立一个全面、合理、统一的模型。
• 面向对象方法也划分阶段，但其中的系统分析、系统设计和系统实现三个阶段之间已经没有“缝隙”，这三个阶段的界面变得不明确，某个工作既可以在前一个阶段完成，也可以在后一个阶段完成。前一个阶段做得不够细，在后一个阶段可以补充
• 面向对象方法可以普遍适用于各类信息系统的开发
• 面向对象方法的不足：必须依靠一定的面向对象技术支持，在大型项目的开发上具有一定的局限性，不能涉足系统分析以前的开发环节
• 当前，一些大型信息系统的开发，通常是将结构化方法和面向对象方法结合起来。首先，使用结构化方法进行自顶向下的整体划分；然后，自底向上地采用面向对象方法进行开发。因此，结构化方法和面向对象方法仍是两种在系统开发领域中相互依存的、不可替代的方法。

面向服务的方法（SO）

• 进一步将接口的定义与实现进行解耦，则催生了服务和面向服务的开发方法。
• 从应用的角度来看，组织内部、组织之间各种应用系统的互相通信和互操作性直接影响着组织对信息的掌握程度和处理速度。如何使信息系统快速响应需求与环境变化，提高系统可复用性、信息资源共享和系统之间的互操作性，成为影响信息化建设效率的关键问题，而 SO 的思维方式恰好满足了这种需求。

业务处理系统 TPS

• 又称电子数据处理系统（EDP），是最初级形式的信息系统，针对管理中具体事物（如财会、销售、库存等）来辅助管理人员将所发生的数据进行记录、传票、记账、统计和分类，并制成报表等活动，为经营决策提供有效信息的基于计算机的信息系统
• TPS 的主要功能是对企业管理中日常事务所发生的数据进行输入、处理和输出，因此，TPS 的数据处理周期分为 5 个阶段：
  • 数据输入：解决如何将企业经营活动中产生的大量原始数据准确、迅速地输入到计算机系统中并存储起来。这是信息系统进行信息处理的瓶颈。因此，数据的输入方式和进度是这个阶段的关键问题。常见的数据出入方式有 3 种：人工、自动、二者结合
  • 数据处理：TPS 中常见的数据处理方式有两种，一种是批处理方式（将事务数据积累到一段时间后进行定期处理）；另一种是联机事务处理方式（OLTP，实时处理）
  • 数据库的维护：组织的数据库通过 TPS 来更新，确保数据库中的数据能及时、正确地反映当前最新的经营状况。维护数据库是 TPS 的一项主要功能，对数据库的访问形式是：增删改查
  • 文件报表的产生：TPS 的输出就是为终端用户提供所需的有关文件和报表，这些文件和报表根据用途可分为：行到文件（该文件的接收者持有文件后可进行某项事务处）、信息文件（类文件向其持有者表明某项业务已发生了）、周转文件（交给接受者之后通常还要返回到发送者手中）
  • 查询结果：TPS 支持终端用户的批次查询或联机实时查询，典型的方式是通过屏幕显示查询结果
• TPS 的特点：TPS 是其他类型信息系统的信息产生器，企业在推进全面信息化的过程中往往是从开发 TPS 入手的。许多 TPS 是处于企业系统的边界，它是将企业与外部环境联系起来的“桥梁”。因此，TPS 性能的好坏将直接影响着组织的整体形象，是提高企业市场竞争力的重要因素。由于 TPS 面对的是结构化程度很高的管理问题，因此可以采用结构化生命周期法来进行开发。

管理信息系统 MIS

• 由 TPS 发展而来，在 TPS 基础上引进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、辅助企业全面管理的信息系统
• MIS 的四大部件：信息源、信息处理器、信息用户和信息 管理者
• 根据各部件间的联系分为：开环（不收集外部信息不反馈）、闭环（不断收集信息反馈调整）
• 根据处理的内容及决策的层次来看，可以把信息系统看成金字塔结构：战略计划、管理控制、运行控制
• MIS 的功能：职能的完往往是通过“过程”实现，过程是逻辑上相关活动的集合，因而往往把 MIS 的功能结构表示成功能-结构过程
• 
• MIS 的组成（用功能/层次矩阵表示）：
  • 
  • 销售市场子系统：它包括销售和推销，在运行控制方面包括雇用和训练销售人员、销售和推销的日常调度，还包括按区域、产品、顾客销售数量的定期分析等。
  • 生产子系统：它包括产品设计、生产设备计划、生产设备的调度和运行、生产人员的雇用和 训练、质量控制和检查等。
  • 后勤子系统：它包括采购、收货、库存控制和分发。
  • 人事子系统：它包括雇用、培训、考核记录、工资和解雇等
  • 财会子系统：财务的目标是保证企业的财务要求，并使其花费尽可能的低；会计则是把财务业务分类、总结，填入标准财务报告，准备预算、成本数据的分析与分类等。
  • 信息处理子系统：该系统的作用是保证企业的信息需要。典型的任务是处理请求、收集数据、改变数据和程序的请求、报告硬件和软件的故障及规划建议等。
  • 高层管理子系统：为高层领导服务。业务包括查询信息和支持决策，编写文件和信件，向公司其他部门发送指令。

决策支持系统 DSS

• DSS 是一个交互式的、灵活的、适应性强的基于计算机的信息系统，能够为解决非结构化管理问题提供支持，以改善决策的质量
• DSS 的基本模式反映 DSS 的形式及其与“真实系统”、人和外部环境的关系，如图所示，其中管理者处于核心地位，运用自己的知识和经验，结合决策支持系统提供的支持，对其管理的“真实系统”进行决策
• DSS 的两种基本结构形式是两库结构和基于知识的结构，实际中的 DSS 由这两种基本结构通过分解或者增加某些部件演变而来。两库结构由数据库子系统、模型子系统和对话子系统形成三角形分布的结构
• 决策支持系统的总体功能是支持各种层次的人们进行决策，具体可细分为：
  • （1）决策支持系统用来整理和提供本系统与决策问题有关的各种数据。
  • （2）决策支持系统要尽可能地收集、存储和及时提供与决策有关的外部信息。
  • （3）决策支持系统能及时收集和提供有关各项活动的反馈信息。
  • （4）决策支持系统对各种与决策有关的模型具有存储和管理的能力。
  • （5）决策支持系统提供对常用的数学方法、统计方法和运筹方法的存储和管理。
  • （6）决策支持系统能对各种数据、模型、方法进行有效管理，为用户提供查找、变更、增加、删除等操作功能。
  • （7）决策支持系统运用所提供的模型和方法对数据进行加工，并得出有效支持决策的信息。
  • （8）决策支持系统具有人-机对话接口和图形加工、输出功能，不仅用户可以对所需要的数据进行查询，而且可以输出相应的图形。
  • （9）决策支持系统应能支持分布使用方式，提供有效的传输功能，以保证分散在不同地点的用户能共享系统所提供的模型、方法和可共享的数据
• DSS 的特点：
  • 面向决策者
  • 支持对半结构化问题的决策
  • 辅助决策者、支持决策者
  • 体现决策过程的动态性
  • 提倡交互式处理
• 决策支持系统的组成：
  • 数据的重组和确认：与 DSS 相关的数据库的问题是：获得正确的数据并且可用理想的形式操作这些数据。这个问题可以通过数据仓库的概念解决
  • 数据字典的建立：数据仓库是一个与作业层系统分离存在的数据库，通过对数据的存取，管理者可以做出以事实为根据的决策来解决很多业务问题
  • 数据挖掘和智能体：一旦数据仓库建成，管理者需要运行工具进行数据存取和查询，使用的工具为智能体，数据挖掘的结果类型包括：
    • （1）联合：把各个事件联系在一起的过程。例如，将学生们经常同时选修的两门课程联系起来，以便这两门课程不被安排在同一时间。
    • （2）定序：识别模式的过程。例如，识别学生们多个学期课程的次序。
    • （3）分类：根据模式组织数据的过程。例如，以学生完成学业的时间（4年以内，4年以上）为标准分成几个小组。
    • （4）聚类：推导特定小组与其他小组相区分的判断规则的过程。例如，通过兴趣、年龄、工作经验来划分学生。
• 模型建立：模型管理的目的就是帮助决策者理解与选择有关的现象。建立模型的方法有穷举法、算法、启发式和模拟法

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ES-OAS-ERP-电子政务-企业信息化

专家系统 ES

• 基于知识的专家系统是人工智能的一个重要分支。专家系统的能力来自于它所拥有的专家知识，知识的表示及推理的方法则提供了应用的机理
• 专家系统不同于传统的应用程序和其他类型的人工智能问题求解程序。主要体现在以下方面：
  • ES 属于 AI 范畴，其求解的问题是半结构化或非结构化问题
  • ES 模拟的是人类专家在问题领域的推理，而不是模拟问题领域本身
  • ES 由三个要素组成：描述问题状态的综合数据库、存放启发式经验知识的知识库和对知识库的知识进行推理的推理机。三要素分别对应数据级、知识级和控制级三级知识，而传统应用程序只有数据和程序两级结构
  • ES 处理的问题是实际的问题，而不是纯学术的问题
  • 从求解手段来看，ES 专用性强，通用性差
• 人工智能旨在利用机械、电子、光电或生物器件等制造的装置或机器模仿人类的智能。AI 研究的重点放在开发具有智能行为的计算机系统上，智能行为表现出以下 5 个特点：
  • 从过去的事件或情形中汲取经验，并将从经验中得到的知识应用于新的环境和场景
  • 具有在缺乏重要信息时解决问题的能力
  • 具有处理和操纵各种符号、理解形象化图片图像的能力
  • 想象力和创造力
  • 善于启发
• AI 是一个极为广泛的领域，AI 的主要分支有专家系统、机器人技术、视觉系统、自然语言处理、学习系统和神经网络
• 专家系统的特点：超越时间限制、操作成本低廉、易于传递和复制、处理手段一致（不会因人而异）、善于克服难题、适用特定领域
• 专家系统的组成：
  • 
  • 知识库：用来存放系统求解实际问题的知识领域。知识库中的知识分为两类：事实性知识和启发性知识
  • 综合数据库：是 ES 在执行与推理过程中所用以存放所需要和产生的各种信息的工作存储器，因此，综合数据库又叫动态知识库，其内容在系统运行过程中是不断变化的，相应地把 ES 的知识库称为静态知识库，二者一起构成完整知识库
  • 推理机：推理机和知识库一起构成专家系统的核心。推理机也被称为控制结构或规则解释器，通常包括推理机制和控制策略，是一组用来控制系统的运行、执行各种任务、根据知识库进行各种搜索和推理的程序模块
  • 知识获取：主要有两方面的功能：一是知识的编辑和求精，二是知识自学习
  • 解释程序：是面向用户服务的，负责解答用户提出的各种问题
  • 人机接口：通常包括两部分：专家系统与用户的接口、专家系统与领域专家和知识工程师的接口

办公自动化系统 OAS

• 办公自动化就是办公信息处理手段的自动化。OAS 主要解决的是包括数据、文字、声音、图像等信息的一体化处理问题。OAS 是以先进的科学技术为基础，利用有关办公自动化设备协助办公人员管理各项办公信息。主要利用资源以提高办公效率和办公质量。计算机技术、通信技术、系统科学和行为科学是它的四大支柱。其中以行为科学为主导，系统科学为理论基础，结合运用计算机技术和通信技术
• OAS 主要功能：
  • 事务处理：完成办公部分内大量繁琐事情，又称事务型办公系统，分为单机处理系统和多机处理系统（通信、信息共享）
  • 信息管理：对信息流的控制管理，主要包括信息的收集、加工、传递、交流、存取、提供、分析、判断、应用和反馈办公人员的综合性工作。可称为管理型办公系统，它能将事务型办公系统中各项孤立的事务处理通过信息交换和共享资源联系起来，获得准确、快捷、及时、优质的功效。管理型办公系统的一种分布式处理系统，具有计算机通信和网络功能。
  • 辅助决策：可称为决策型办公系统，以经理型办公系统提供的大量信息为决策基础，建立起能综合分析、预测发展、判断利弊的计算机可运行的决策模型，根据原始数据信息，自动做出比较符合实际的决策方案
• OAS 的组成：计算机设备、办公设备、数据通信及网络设备、软件系统

企业资源规划 ERP

• ERP 是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业提供决策和运营手段的管理平台。ERP 系统是将企业使用的资源进行集成整合，并进行全面管理，一体化管理的信息系统。
• 演变过程：物料需求计划（物料单系统）——>制造资源计划（增加库存、分销等）——>企业资源计划（打通供应链，加入财务、人力资源、销售管理等）
• 企业三大资源：物流（物料管理）、资金流（财务管理）、信息流（生产控制管理），现在一般认为人力资源（人力资源管理）是企业第四大资源。企业的资源计划可从以下三方面理解：
  • 管理思想：ERP 是一种管理思想，将企业资源分类管理，是管理思想的变革
  • 软件产品：其次，ERP 是软件产品，为企业用户提供一体化的解决方案
  • 管理系统：ERP 是一个管理系统，存在众多的子系统，这些子系统有统一的规划，是互联互通的，便于事前事中监控
• ERP 结构：
  • 生产预测：市场需求是企业生存的基础，在ERP 中首先需要对市场进行较准确的预测。预测主要用于计划，在 ERP 的五个层次计划中，前三个层次计划，即经营计划、生产计划大纲和主生产计划的编制都离不开预测
  • 销售管理（计划 ）：销售管理主要是针对企业的销售部门的相关业务进行管理
  • 经营计划（生产计划大纲）；是根据经营计划的生产目标制定的，是对企业经营计划的细化，用以描述企业在可用资源的条件下，在一定时期中的产量计划
  • 主生产计划：是对企业生产计划大纲的细化，说明在一定时期内的计划：生产什么、生产多少、何时交货。主生产计划的编制以生产大纲为准，其汇总结果应当等同于生产计划大纲
  • 物理需求计划：是对主生产计划的各个项目所需的全部制造件和全部采购件的网络支持计划和时间进度计划。它根据主生产计划对最终产品的需求数量和交货期，推导出构成产品的零部件及材料的需求数量和需求周期，再导出自制零部件的制作订单下达日期和采购件的采购订单发送日期，并进行需求资源和可用能力之间的进一步平衡。
  • 能力需求计划：是对物料需求计划所需能力进行核算的一种计划管理方法，旨在通过分析比较 MRP 的需求和企业现有生产能力，及早发现能力的瓶颈所在，为实现企业的生产任务而提供能力方面的保障
  • 车间作业计划：是在 MRP 所产生的加工制造订单的基础上，按照交货期的前后和生产优先级选择原则以及车间的生产资源情况，将零部件的生产计划以订单的形式下达给适当的车间
  • 采购与库存管理：采购与库存管理是 ERP 的基本模块，其中采购管理模块是对采购工作，即从采购订单产生至货物收到的全过程进行组织、实施和控制，库存管理模块则是对企业物料的进出存进行管理
  • 质量与设备管理：质量管理贯穿企业管理的始终。设备管理是指依据企业的生产经营目标，通过一系列的技术、经济和组织措施，对设备寿命周期内的所有设备物资运行形态和价值运动形态进行的综合管理
  • 财务管理：会计工作是企业管理的重要组成部分，是以货币的形式反映和监督企业的日常经济活动，并对这些经济业务的数据进行分类、汇总，以便企业管理和决策提供必要的信息支持。企业财务管理是企业会计工作和活动的统称
  • ERP 有关扩展应用模块：如客户关系管理、分销资源管理、供应链管理和电子商务，这几个扩展模块本身也是一个独立的系统，在市场上他们常作为独立的软件产品进行出售和实施
  • 
• ERP 的功能：支持决策的功能、为处于不同行业的企业提供有针对性的 IT 解决方案、从企业内部的供应链发展为全行业和跨行业的供应链

政府信息化和电子政务

• 电子政务实质上是对现有的、工业时代形成的政府形态的一种改造，即利用信息技术和其他相关技术，将其管理和服务职能进行集成，在网络上实现政府组织结构和工作流程优化重组，超越时间、空间与部门分隔的制约，实现公务、政务、事务的一体化管理与运行。电子政务主要包括 3 个组成部分：
  • 政府部门内部的电子化和网络化办公
  • 政府部门之间通过计算机网络进行的信息共享和实时通信
  • 政府部门通过网络与居民之间进行的双向消息交流
• 电子政务内容：G2G、G2B、G2C、B2G、C2G
• 电子政务两个特征：以互联网为基础实施、强调政府服务功能的发挥和完善
• 电子政务发展的 4 个阶段：起步阶段、政府与用户单向互动、政府与用户双向互动、网上事务处理
• 电子政务应用领域：面向社会、政府部门之间、政府部门内部的各类应用系统、涉及政府部门内部的各类核心数据的应用系统、政府电子化采购、电子社区

企业信息化和电子商务

• 企业信息化就是企业利用现代信息技术，通过信息资源的深入开发和广泛利用，实现企业生产过程的自动化、管理方式的网络化、决策支持的智能化和商务运营的电子化，不断提高生产、经营、管理、决策的效率和水平，进而提高企业经济效益和竞争力的过程
• 企业信息化的具体目标是优化企业业务活动，使之更加有效，它的根本目的在于提供企业竞争能力，使得企业具有平稳和有效的运作能力，对紧急情况和机会做出快速反应，为企业内外部用户提供有价值的信息。包括技术创新、管理创新和制度创新
• 企业信息化一定要建立在企业战略规划基础之上，以企业战略规划为基础建立的企业管理模式是建立企业战略数据模型的依据
• 企业信息化就是技术和业务的融合，需要从 3 个层面实现：
  • 企业战略层面：必须对企业目前的业务策略和未来发展方向作深入分析，达到战略上的融合。
  • 业务运作层面：针对企业所确定的业务战略，通过分析获得实现这些目标的关键驱动力和实现这些目标的关键流程
  • 管理运作层面：虽然这一层面从价值链的角度上来说，是属于辅助流程，但它对企业日常管理的科学性、高效性是非常重要的。除了提出应用功能的需求外，还必须给出相应的信息技术体系，这些将确保管理模式和组织架构适应信息化的需要。
• 企业战略数据模型分为数据库模型和数据仓库模型，数据库模型用来描述日常事务处理中的数据及其关系；数据仓库模型则描述企业高层管理决策者所需信息及其关系
• 企业信息化方法：
  • 业务流程重构方法：对企业的组织机构和工作方法进行“彻底的、根本性的”重新设计
  • 核心业务应用方法：任务一家企业，要想在市场竞争的环境下生存发展，都必须有自己的核心业务。围绕核心业务应用计算机技术和网络技术是很多企业信息化成功的秘诀
  • 信息系统建设方法：对大多数企业而言，建设信息系统是企业信息化的重点和关键。因此，信息系统建设成了最具普遍意义的企业信息化方法
  • 主题数据库方法：主题数据库就是面向企业业务主题的数据库，也就是面向企业的核心业务的数据库
  • 资源管理方法：目前，流行的企业信息化的资源管理方法有很多，最常见的有 ERP、SCM（供应链管理）
  • 人力资本投资方法：人力资本和人力资源的主要区别是人力资本理论把一部分企业的优秀员工看作是一种资本，能够取得收益投资。人力资本投资方法特别适合于那些依靠智力和知识而生存的企业

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信息化战略规划-CRO-SCM-应用集成-电子商务

信息化战略体系

• 企业战略规划利用机会和威胁评价现在和未来的环境，用优势和劣势评价企业现状（SWOT）进而选择和确定企业的总体和长远目标，制定和抉择实现目标的行动方案
• 信息系统战略规划：关注如何通过信息系统来支撑业务流程的运作，进而实现企业的关键业务目标，其重点在于对信息系统愿景、组成架构、各部分逻辑关系进行规划
• 
• 信息技术战略规划（IT 战略规划）：是在信息系统规划的基础上，对支撑信息系统运行的硬件、软件、支撑环境等进行具体的规划，它更关心技术层面的问题。
• 信息资源规划：是在以上规划的基础上，为开展具体的信息化建设项目而进行的数据需求分析、信息资源标准的建立、信息资源整合工作
• 系统规划：单个项目的立项分析，是信息系统生命周期的第一个阶段，其任务是对企业的环境、目标及现有系统的状况进行初步调查根据企业目标和发展战略，确定信息系统的发展战略，对建设新系统的需求做出分析和预测，同时考虑建设新系统所受的各种约束，研究建设新系统的必要性和可能性

信息系统战略规划

• 第一阶段：以数据处理为核心，围绕只能部门需求
  • 企业系统规划法（BSP）：自上而下地识别企业目标、企业过程和数据，然后对数据进行分析，自下而上地设计信息系统。重视数据的创建和适用，以数据的创建和实用归类，提供一个信息系统规划，建立 CU 矩阵（创建使用矩阵）
  • 关键成功因素法（CSF）：重视关键因素，每个企业在某阶段都有关机因素，抓住关键信息
  • 战略集合转化法（SST）：将企业的战略信息（环境、目标等）收集起来，当初一个“信息计划”，并转换为信息系统的战略信息，全方位的注重企业的战略信息
• 第二阶段：以企业内部 MIS 为核心，围绕企业整体需求
  • 战略数据规划法（SDP）：强调建立企业模型和主题数据库（重点和关键，是面向业务主题，整个企业的），数据类基本上是稳定的，而企业业务和流程是多变的
  • 信息工程法（IE）：第一次提出以工程的方法来建立信息系统信息工程是面向企业计算机信息系统建设，以数据为中心的开发方法信息工程方法认为，与企业的信息系统密切相关的三要素是：企业的各种信息、企业业务过程和企业采用的信息技术。信息工程自上而下地将整个信息系统的开发过程划分为四个实施阶段：信息规划阶段、业务领域分析阶段、系统设计规划阶段和系统构建阶段
  • 战略栅格法（SG）：建立 2×2 的矩阵，每个矩阵元素代表过程对数据类的创建和实用，栅格即划分矩阵
• 第三阶段：综合考虑企业内外部环境，以集成为核心，围绕企业战略需求
  • 价值链分析法（VCA）：将所有对企业有影响力的信息作为一个个活动，其都有可能对企业造成增值，分析其中对企业增值最大的信息
  • 战略一致性模型（SAM）：保证企业战略和信息系统战略要一致

客户关系管理 CRM

• CRM 以客户为中心，提高客户满意度，增加客户的忠诚度。CRM 是一个集成化的信息管理系统，它存储了企业现有和潜在客户的信息，并且对这些信息进行自动的处理，从而产生更人性化的市场管理策略
• CRM 涵盖的要素主要有：
  • CRM 以信息技术为手段，但是 CRM 绝不仅仅是某种信息技术的应用，它更是一种以客户为中心的商业策略，CRM 注重的是与客户的交流，企业的经营是以客户为中心，而不是传统的以产品或以市场为中心
  • CRM 在注重提高客户的满意度的同时，一定要把帮助企业提高获取利润的能力作为重要的指标
  • CRM 的实施要求企业对其业务功能进行重新设计，并对工作流程进行重组（BPR），将业务的中心转移到客户，同时针对不同的客户群体有重点地采取不同的策略
• CRM 系统的主要模块包括销售自动化、营销自动化、客户服务与支持、商业智能
• CRM 功能：（市场营销和客户服务是支柱性功能）
  • 客户服务：是 CRM 的关键内容，对客户提供的服务，可以提高客户忠诚度
  • 市场营销：包括商机产生、商机获取和管理、商业活动管理和电话营销；销售人员与潜在客户的互动行为。将潜在客户发展为真正客户并保持其忠诚度是使企业盈利的核心因素
  • 共享的客户资料库：是企业的一种重要信息资源，将市场营销和客户服务连接起来，也是 CRM 的基础和依托
  • 分析能力：CRM 的一个重要方面在于它具有使客户价值最大化的分析能力，对上述获取的资料库进行分析
• 有效的 CRM 解决方案应具备一下要素：
  • 畅通有效的客户交流渠道（触发中心）
  • 对所获信息进行有效分析（挖掘中心）
  • CRM 必须能与 ERP 很好地集成
• CRM 的实现过程：
  • 客户服务与支持，即通过控制服务品质以赢得顾客的忠诚度。
  • 客户群维系，即通过与顾客的交流实现新的销售
  • 商机管理，即利用数据库开展销售

供应链管理 SCM

• SCM 是一种集成的管理思想和方法，是在满足服务水平要求的同时，为了使系统成本达到最低而采用的将供应商、制造商、仓库和商店有效地结合成为一体来生产商品，有效地控制和管理各种信息流、资金流和物料，并把正确数量的商品在正确的时间配送到正确的地点的一套管理方法
• SCM 主要特点：
  • 以客户为中心：SCM 追求的目标首先是满足客户的需求；衡量 SCM 绩效的最重要的指标就是客户满意度
  • 集成化管理：SCM 的本质在于集成化管理
  • 扩展性管理：现代 SCM 使传统的企业向扩展性企业发展
  • 合作管理：SCM 非常强调企业之间的合作，打破传统的封闭的经营意识，通过供应链中各个企业之间建立起新型的合作关系
  • 多层次管理：包括公司战略层次、战术层次和作业层次上的活动，主要目标是通过系统的观点，对多个职能和各个层次的供应商进行整合。
• 供应链节点：供应商、制造商、分销商、零售商、仓库、配送中心、客户等
• 每个企业内部都有一条或者几条供应链，每个企业都处于一条供应链的某个节点中，SCM 要注意是就是供应链的构造，处于供应链中的企业是利益共同体，如何实现协作运营
• SCM 包括计划、采购、制造、配送、退货五个基本内容：
  • 计划：是 SCM 的策略部分，企业需要有一个策略来管理所有的资源，以满足客户对产品的需求，好的计划是建立一系列的方法监控供应链
  • 采购：选择能为企业提供产品和服务的供应商
  • 制造：安排生产、测试、打包和准备送货所需的活动，是供应链中测量内容最多的部分
  • 配送：即物料，是跳整用户的订单收据、建立仓库网络、快递送人员提货并送货，建立产品计价系统、接收付款
  • 退货：是供应链中的问题处理分别

企业应用集成 EAI

• 企业应用集成 EAI，可以适用于大多数要实施电子商务的企业，以及企业之间的应用集成
• EAI 的三个层次
  • 表示集成：即界面集成，是最原始的集成，黑盒集成，将多个信息系统的界面集成在一起，通义入口，为用户提供一个看上去统一，但是由多个系统组成的应用系统的集成，例如桌面。
  • 数据集成：白盒集成，把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或者物理上有机的集成，从而为企业提供全面的数据共享，如数据仓库。
  • 控制集成（功能集成、应用集成）：黑盒集成，业务逻辑层次的集成，可以借助于远程过程调用或远程方法调用、面向消息的中间件等技术，将多个应用系统功能进行绑定，使之像一个实时运行的系统一样接受信息输入和产生数据，实现多个系统功能的叠加，如钉钉
  • 业务流程集成：即过程集成、最彻底的，综合的集成，这种集成超越了数据和系统，由一系列基于标准的、统一数据格式的工作流组成。当进行业务流程集成时，企业必须对各种业务信息的交换进行定义、授权和管理，以便于改进操作、减少集成、提高响应速度。它包括应用集成、B2B 集成、自动化业务流程管理、人工流程管理、企业门户、以及对所有应用系统和流程的管理和监控等，如电子购物网站-第三方支付平台-银行-物流等流程集成
  • 
• 应用集成数据交换方式：
  • 共享数据库：在应用集成时，让多个应用系统通过直接共享数据库的方式，来进行数据交换，实时性强，可以频繁交互，属于同步方式；但是安全性、并发控制、死锁等问题突出
  • 消息传递：消息是软件对象之间进行交互的通信时所用的一种数据结构，可以独立于软件平台而存在，适用于数据量小、但要求频繁、立即、可靠、异步地数据交换场合
  • 文件传输：是指在进行数据交换时，直接将数据文件传送到相应位置，让目标系统直接读取数据，可以一次性传送大量信息，但不适合频繁进行数据传送。适用于数据量大、交互频度小、即时行要求低的情况
• 企业集成平台：集成平台是支持企业集成的支撑环境，包括硬件、软件、软件工具和系统，通过集成各种企业应用软件形成企业集成系统。由与硬件环境和应用系统的多样性，企业信息系统的功能和环境都非常复杂。因此，为了能够较好地满足企业的应用需求，作为企业集成系统支持环境的集成平台，即基本功能主要有：
  • 通信服务：它提供分布环境下的透明的同步/异步通信服务功能，使用户和应用程序无需关心具体的操作系统和应用程序所处的网络物理位置，而以透明的函数调用或对象服务方式完成他们所需的通信服务要求
  • 信息集成服务：它为应用提供透明的信息访问服务，通过实现异种数据库系统之间数据的交换、互操作、分布数据管理和共享信息模型定义（或共享信息数据库的建立），使集成平台上运行的应用、服务或用户能够以一致的语义和接口实现对数据（数据库、数据文件、应用交互信息）的访问和控制
  • 应用集成服务：它通过高层应用编程接口来实现对相应应用程序的访问，这些高层应用编程接口包含在不同的适配器或代理中，他们被用来连接不同的应用程序
  • 二次开发工具：它是集成平台提供的一组帮助用户开发特定应用程序（如实现数据转换的适配器或应用封装服务）的支持工具，其目的是简化用户在企业集成平台实施过程中特定应用程序接口的开发工作
  • 平台运行管理工具：它是企业集成平台的运行管理和控制模块，负责企业集成平台系统的静态和动态配置、集成平台应用运行管理和维护、时间管理和出错管理等

企业信息集成

• 分为企业内部的信息集成和外部的信息集成
• 按集成内容，企业内部的信息集成分为四个方面：
  • 技术平台的集成：系统底层的体系结构、软件、硬件以及异构网络的特殊需求首先必须得到集成
  • 数据的集成：为了完成应用集成和业务流程集成，需要解决数据和数据库的集成问题。数据集成的目的是实现不同系统的数据交流与共享，是进行其他更进一步集成的基础
  • 应用系统的集成：是实现不同系统之间的互操作，使得不同应用系统之间能实现数据和方法的共享，它为进一步的过程集成打下基础
  • 业务过程的集成：使得在不同应用系统中的流程能够无缝连接，实现流程的协调运作和流程信息的充分共享。
• 企业外部的信息集成包括两个部分：
  • 通过门户网站和互联网实现公众、社会团体、社会和客户的互动。实现企业内外部信息资源的有效交流和集成
  • 通过与合作伙伴信息系统的对接，建立动态的企业联盟，发展基于竞争合作机制的虚拟企业，重塑企业的战略模式和竞争优势

电子商务

• 电子商务分为三个方面：电子商情广告、电子选购和交易、电子交易凭证的交换、电子支付与结算、网上售后服务等
• 参与电子商务的实体有四类：顾客（个人消费者或集团购买）、商户（包括销售商、制造商和储运商）、银行（发卡行和收单行）及认证中心
• 按交易对象，电子商务模式包括：
  • B2B 模式：企业对企业
  • B2C 模式：企业对消费者
  • C2C 模式：消费者对消费者
  • O2O（Online To Offline）：含义是线上购买线下的商品或服务，实体店提货或享受服务
• 电子商务的基础设施包括：网络基础设施、多媒体内容和网络出版的基础设施、报文和信息传播的基础设施、商业服务的基础设施。此外，技术标准，政策、法律等是电子商务系统的重要保障和应用环境。

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信息安全基础-技术体系-加密技术

信息安全的基础知识

• 信息安全包括五个基本要素：
  • 机密性：确保信息不暴露给未授权的实体或进程
  • 完整性：只有得到允许的人才能修改数据，并且能够判别出数据是否已被篡改
  • 可用性：得到授权的实体在需要时可访问数据，即攻击者不能占用所有的资源而阻碍授权者的工作
  • 可控性：可以控制授权范围内的信息流向及行为方式
  • 可审查性：对出现的信息安全问题提供调查的依据和手段
• 信息安全的范围包括：
  • 设备安全：是信息系统安全的首要问题，是信息系统安全的物质基础，它包括 3 个方面：设备稳定性、可靠性、可用性
  • 数据安全：采取措施确保数据免受未授权的泄漏、篡改和毁坏，包括 3 个方面：数据的秘密性、完整性、可用性
  • 内容安全：是信息安全在政治、法律、道德层次上的要求，包括 3 个方面：信息内容政治上健康、符合国家法律法规、符合道德规范
  • 行为安全：信息系统的服务功能是指最终通过行为提供给用户，确保信息系统的行为安全，才能最终确保系统的信息安全，行为安全的特性包括：行为的秘密性、完整性、可控性
• 信息的存储安全包括：信息使用的安全，系统安全监控、计算机病毒防治、数据的加密和防止非法的攻击等
  • 信息使用的安全：包括用户的标识与验证、用户存储权限限制
  • 系统安全监控：系统必须建立一套安全监控系统，全面监控系统的活动，并随时检查系统的使用情况。一旦有非法入侵者进入系统，能及时发现并采取相应措施，确定和填补安全及保密的漏洞。还应当建立完善的审计系统和日志管理系统，利用日志和审计功能对系统进行安全监控
  • 计算机网络服务器必须加装网络病毒自动检测系统，以保护网络系统的安全，防范计算机病毒的侵袭，并且必须定期更新网络病毒检测系统
• 网络安全：
  • 网络安全隐患体现在：物理安全性、软件安全漏洞、不兼容使用安全漏洞、选择何时的安全哲理
  • 网络安全威胁：非授权的访问、信息泄漏或丢失、破坏数据完整性、拒绝服务攻击、利用网络传播病毒
  • 安全措施的目标：访问控制、认证、完整性、审计、保密

信息安全系统的组成架构

• 技术体系：从实现技术上看，信息安全系统涉及以下技术：
  • 基础安全设备：包括密码芯片、加密卡、身份识别卡等，此外还涵盖运用到物理安全的物理环境保障技术，建筑物、机房条件及硬件设备条件满足信息系统的机械防护安全，通过对电力供应设备以及信息系统组件的抗电磁干扰泄漏性能的选择性措施达到相应的安全目的
  • 计算机网络安全：指信息在网络传输过程中的安全规范，用于防止和监控未经授权破坏、更改和盗取数据的行为。通常涉及物理隔离，防护墙及访问控制，加密传输、认证、数字签名、摘要，隧道及 VPN 技术，病毒防范及上网行为管理，安全审计等实现技术
  • 操作系统安全：是指操作系统的无配置错误、无漏洞、无后门、无特洛伊木马等，能防止非法用户对计算机资源的非法存取，一般用来表达对操作系统的安全需求，操作系统的安全机制包括：标识与鉴别机制、访问控制机制、最小特权管理、可信通路机制、运行保障机制、存储保护机制、文件保护机制、安全审计机制等
  • 数据库安全：可粗略分为数据库管理系统安全和数据库应用系统安全，主要涉及物理数据库的完整性、逻辑数据库的完整性、元素安全性、可审计性、访问控制、身份认证、可用性、推理控制、多级保护以及消除隐通道等相关技术
  • 终端安全设备：从电信网终端设备的角度分为电话密码机、传真密码机、异步数据密码机

信息安全技术

加密技术

• 一个密码系统，通常称为密码体制，由五部分组成：
  • 明文空间 M：全体明文集合
  • 密文空间 C：全体密文集合
  • 密钥空间 K：全体密钥集合，其中每个密钥 K 均由加密密钥 Ke 和解密密钥 Kd 组成，即 K=<Ke, Kd>
  • 加密算法 E：是一组由 M 到 C 的加密变换
  • 解密算法 D：是一组由 C 到 M 的解密变换
• 对于明文空间 M 中的每个明文 M，加密算法 E 在密钥 Ke 的控制下将明文 M 加密成密文 C：C=E(M, Ke)
• 解密算法 D 在密钥 Kd 的控制下将密文 C 解密出同一明文 M：M=D(C, Kd)=D(E(M, Ke), Kd)

对称加密技术

• 数据的加密和解密的密钥是相同的，属于不公开密钥加密算法，其缺点是加密强度不高（因为密钥位数少），且密钥分发困难，优点是加密速度快，适合加密大数据
• 常见对称加密算法：
  • DES：替换+移位、56 位数据块、速度快，密钥易产生
  • 3DES：三重 DES，2 个 56 位密钥 K1，K2
    • 加密：K1 加密 ——> K2 解密 ——> K1 加密
    • 解密：K1 解密 ——> K2 加密 ——> K1 解密
  • AES：是美国采用的一种区块加密标准，用来替代原先的 DES，对其的要求是至少像 3DES 一样安全
  • RC-5：RSA 数据安全公司的很多产品都使用了 RC-5
  • IDEA：128 位密钥，64 位数据块，比 DES 的加密性好，对计算机功能要求相对较低

非对称加密（公钥公开，私钥自己保留，绝不公开）

• 数据的加密和解密的密钥是不同的，分为私钥和公钥，是公开密钥加密算法，其缺点是加密速度慢。优点是安全性高，不容易破解。
• 非对称加密技术原理：发送者发送数据时，使用接收者的公钥作加密密钥，私钥作为解密密钥，这样只有接收者才能解密密文得到明文。安全性高，无需传输密钥，但这样无法保证完整性
• 常见非对称加密算法：
  • RAS：512 位（或 1024 位）密钥，计算量极大，破解难
  • Elgamal、ECC（椭圆曲线算法）、背包算法、Rabin、D-H等
• 相比较可知，对称加密算法密钥一般只有 56 位，因此加密过程简单，适合加密大数据，也因此加密强度不高，而非对称加密算法密钥有 1024 位，相应的解密算法计算量庞大，难以破解，却不适合加密大数据。一般用来加密对称加密算法的密钥
• 数字信封原理：信是对称加密的密钥，数字信封就是对此密钥进行非对称加密。其过程是是：发送方将数据用对称密钥传输，而将对称密钥用接收方公钥加密发送给对方。接收方收到数字信封，用自己的私钥解密信封，取出对称密钥解密得到原文。
• 数字信封运用了对称加密和非对称加密技术，本质是使用对称密钥加密数据，非对称密钥加密对称密钥，解决了对称密钥的传输不安全问题

摘要-签名-PKI-访问控制-DOS-欺骗技术

信息安全技术

信息摘要：保证数据完整性

• 信息摘要就是一段数据的特征信息，当数据发生了改变，信息摘要也会发生该变，发送方会将数据和信息摘要一起传给接收方，接收方会根据接收到的数据重新生成一个信息摘要。若此摘要和要接收的摘要相同，则说明数据正确，信息摘要是由哈希函数生成的
• 信息摘要的特点：不管数据多长，都会产生固定长度的信息摘要；任何不同的输入数据，都会产生不同的信息摘要；单向性，即只能由数据生成信息摘要，不能由摘要还原数据。
• 信息摘要算法：MD5（产生 128 位的输出）、SHA-1（安全散列算法产生 160 位输出，安全性更高）

数字签名：唯一标识一个发送方

• 发送者发送数据时，使用发送者的私钥进行加密，接收者收到数据后，只能使用发送者的公钥进行解密，这样就能唯一确定发送方，这也是数字签名的过程，但无法保证机密性。

公钥基础设施 PKI

• 是以非对称加密为技术，以数据机密性、完整性、身份认证和行为不可抵赖性为安全目的，来实施和提供安全服务的具有普适性的安全基础设施。
• 数字证书：一个数据结构，是由一种由一个可信任的权威机构签署的信息集合。在不同的应用中有不同的证书。如 X.509 证书必须包含下列信息：
  • 版本号
  • 序列号
  • 签名算法标识
  • 认证机构
  • 有效期限
  • 主体信息
  • 认证机构的数字签名
  • 公钥信息
• 数字证书主要用于确保公钥及其与用户绑定关系的安全。这个公钥就是证书所标识的那个主体的合法的公钥。任何一个用户只有知道签证机构的公钥，就能检查对证书的签名的合法性。如果检查正确，那么用户就可以相信那个证书所携带的公钥是真实的，而且这个公钥就是证书所标识的那个主体的合法的公钥、
• 签证机构 CA：负责签发证书、管理和撤销证书。是所有注册用户所信赖的权威机构，CA 在给用户签发证书时要加上自己的数字签名，以保证证书信息的真实性。任何机构可以用 CA 的公钥来验证证书的合法性

访问控制

• 访问控制是指主体依照某些控制策略或权限对客体或是其资源进行的不同授权访问。访问控制包括三个要素：主体、客体、控制策略
• 访问控制包括：认证、控制策略实现和审计三个方面内容
• 访问控制矩阵（ACM）：是通过矩阵形式表示访问控制规则和授权用户权限的方法，主体作为行，客体作为列
• 访问控制表（ACL）：目前最流行、使用最多的访问控制实现技术，每个客体有一个访问控制表，是系统中每个有权访问这个客体的主体信息。这种技术实际上是按列保存访问矩阵
• 能力表：对应于访问控制表，这种技术实际是按行保存访问矩阵，每个主体有一个能力表，是该主体对系统中每个客体的访问权限信息，使用能力表现的访问控制系统可以很方便地查询每个主体的所有访问权限
• 授权关系表：每一行就是访问矩阵中的一个非空元素，是某一个主体对应与某一个客体的访问权限信息。如果授权信息表按主体排序，查询时就可以得到能力表的效率。如果对客体排序，查询时就可以得到访问控制表的效率。访问控制矩阵中去除空格的存储

信息安全的抗攻击技术

• 为对抗攻击者的攻击，密钥生成需要考虑 3 个方面的因素：增大密钥空间、选择强钥（复杂的）、密钥的随机性（使用随机数）
• 拒绝服务攻击（Dos）有多种：网络内外部都可以发动这种攻击。内部用户可以通过长时间占用系统的内存、CPU 处理时间使其他用户不能及时得到这些资源，而引起拒绝服务攻击；外部黑客也可以通过占用网络连接使其他用户得不到网络服务
• 外部用户针对网络连接发动拒绝服务攻击的模式：消耗资源、破坏或更改配置信息、物理破坏或改变网络部件、利用服务程序中的错误使服务实效
• 分布式拒绝服务 DDos 攻击是传统 Dos 攻击的发展，攻击者首先侵入并控制一些计算机，然后控制这些计算机同时向一个特定的目标发起拒绝服务攻击，克服了传统 Dos 受网络资源的限制和隐蔽性的两大缺点
• 拒绝服务攻击的防御方式：
  • 加强对数据包的特征识别：攻击者发送的数据包中是有一些特征字符串，通过搜寻这些特征字符串就可以确定攻击服务器和攻击者的位置
  • 设置防火墙监视本地主机端口的使用情况：如果发现端口处于监听状态，则系统很可能受到攻击
  • 对通信数据量进行统计也可获得有关攻击系统的位置和数量信息，在攻击时，攻击数据的来源地址会发出超出正常极限的数据量
  • 尽可能的修正已经发现的问题和系统漏洞

ARP 欺骗

• 正常 ARP 原理：主机 A 想要知道局域网内 B 的 MAC 地址，那么主机 A 会广播发送 ARP 请求分组，局域网内主机都会收到，但只有 B 会返回 单播的响应分组，告诉 A 自己的 MAC 地址。A 收到响应分组后，会建立 B 的 IP 地址和 MAC 地址映射，这个映射是动态存在的，如果一定时间 A 和 B 不再通信，就会清空这个映射。下次通信则重复这个过程
• ARP 欺骗：上述过程中，主机 A 是不管其有没有发送过广播分组的，而是只要接收到返回的分组信息，就会刷新 IP 地址和 MAC 地址的映射。如果主机 C 模拟返回分组格式，构造正确的 IP 地址和 MAC 地址的映射关系，A 收到后也会刷新映射关系，那么当 A 再次向 B 发送信息时，实际就发送到了 MAC 地址，数据就被 C 监听到了
• ARP 欺骗的防范措施：
  • 在 winxp 下输入命令：arp-gate-way-ip gate-way-mac 固化 ARP 表，阻止 ARP 欺骗
  • 使用 ARP 服务器：通过该服务器查找自己的 ARP 转换表来响应其他机器的 ARP 广播，确保这台 ARP 服务器不被黑
  • 采用双向绑定的方法解决并且防止 ARP 欺骗
  • ARP 防护软件——ARPGuard：通过系统底层核心驱动，无须安装其他任何第三方软件（如WinPcap），以服务及进程并存的形式随系统启动并运行，不占用计算机系统资源。无需对计算机进行IP地址及MAC地址绑定，从而避免了大量且无效的工作量。也不用担心计算机会在重启后新建ARP缓存列表，因为此软件是以服务与进程相结合的形式存在于计算机中，当计算机重启后软件的防护功能也会随操作系统自动启动并工作。

DNS 欺骗

• DNS 欺骗首先是冒充域名服务器，然后把查询的 IP 地址设为 攻击者的 IP 地址，这样用户上网就只能看到攻击者的主页，而不是用户想要取得的网站的主页了。即改变域名和 IP 笛子的对应关系。
• DNS 欺骗的检测：
  • 被动监听检测：通过旁路监听的方式，捕获所有 DNS 请求和应答数据包，并为其建立一个请求应答映射表。如果在一定时间间隔内，一个请求对应两个或两个以上结果不同的应答包，则怀疑收到了 DNS 欺骗攻击
  • 虚假报文探测：采用主动发送探测包的手段来检测网络内是否存在 DNS 欺骗攻击者，如果向一个非 DNS 服务器发送请求包，正常来说不会收到任何应答，如果收到了应答包，则说明收到了攻击
  • 交叉检测查询：在客户端收到 DNS 应答包之后，向 DNS 服务器反向查询应答包中返回的 IP 地址所对应的 DNS 名字，如果二者一致说明没有受到攻击，否则说明被欺骗

IP 欺骗

• IP 欺骗的原理和流程
  • 首先使被冒充主机 host b 的网络暂时瘫痪，以免对攻击造成干扰
  • 然后连接到目标机 host a 的某个端口来猜测 ISN 基值和增加规律
  • 接下来把源地址伪装成被冒充主机 host b，发送带有 SYNC 标志的数据段请求连接
  • 然后等待目标机 host a 发送 SYN+ACK 包给已经瘫痪的主机 host b，因为现在看不到这个包
  • 最后再次伪装成主机 host b 向目标机 host a 发送 ACK，此时发送的数据段带有预测的目标机的 ISN+1
  • 最后建立连接，发送命令请求
• IP 欺骗的防范：虽然 IP 欺骗攻击有着相当难度，但这种攻击非常广泛，入侵往往由这里开始。预防这种攻击可以删除 Unix 中所有的 /etc/hosts.equiv、SHOME/.rhosts 文件，修改 /etc/inetd.conf 文件，使得 RPC 机制无法应用。另外，还可以通过设置防火墙过滤来自外部而信源地址却是内部 IP 的报文。

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端口扫描-安全体系-网络安全技术和协议

信息安全的抗攻击技术

端口扫描

• 端口扫描就是尝试与目标机的某些端口建立连接，如果目标主机该端口有回复（见三次握手中的第二次），则说明该端口开放，即为活动端口
• 扫描原理分类：
  • 全 TCP 连接：这种扫描方法使用三次握手，与目标计算机建立标准的 TCP 连接
  • 半打开式扫描（SYNC 连接）：扫描主机向目标计算机的指定端口发送 SYN 数据段，表示发送建立连接请求
    • 如果目标计算机的回应 TCP 报文在 SYN=1 ACK=1，则说明该端口是活动的，接着扫描主机传送一个 RST 给目标主机拒绝建立 TCP 连接，从而导致三次握手的过程失败
    • 如果目标计算机回应的是 RST，则表示该端口为死端口，这种情况下，扫描主机不做任何回应
  • FIN 扫描：依靠发送 FIN 判断目标计算机的指定端口是否是活动的
    • 发送一个 FIN=1 的 TCP 报文到一个关闭的端口时，该报文会被丢掉，并返回一个 RST 报文
    • 如果 FIN 报文发送到活动端口时，该报文只是被简单的丢掉，不会返回任何回应。
    • 这种扫描没有设计任何 TCP 连接的部分。因此这种扫描比前两种都安全，可以称为秘密扫描
  • 第三方扫描：又称“代理扫描”，是利用第三方主机来代替入侵者进行扫描。通过入侵肉鸡间接的入侵其他计算机。

强化 TCP/IP 堆栈以抵御拒绝服务攻击

• 同步包风暴（SYN Flooding）：利用 TCP 协议缺陷发送大量伪造的 TCP 连接请求，使得被攻击者资源耗尽。三次握手，进行了两次，不进行第三次握手，连接队列处于等待状态。大量这样的等待，会占满全部队列空间，使得系统挂起，可以通过修改注册表防御 SYN Flooding 攻击
• ICMP 攻击：ICMP 协议本身的特点决定了它非常任意被用于攻击网络上的路由器和主机。比如，Ping of Death 攻击就是利用操作系统规定的 ICMP 数据包最大尺寸不超过 64KB 的规定，达到使 TCP/IP 堆栈崩溃、主机死机的效果。可以通过修改注册表防御 ICMP 攻击
• SNMP 攻击：SNMP 还能被用于控制这些设备和产品，重定向通信流，改变通信数据包的优先级，甚至断开通信连接。总之，入侵者如果具备相应能力，就能完全接管你的网络。可以通过修改注册表项防御。系统漏洞扫描指对重要计算机信息系统进行检查，发现其中可能被黑客利用的漏洞。包括基于网络的漏洞扫描（通过网络远程扫描主机）、基于主机的漏洞扫描（在目标系统安装了代理扫描）。

信息安全的保证体系和评估方法

• GB17859-999 标准规定了计算机系统安全保护能力的五个等级
• 第一级 用户自主保护级：本级的计算机信息系统可信计算机通过隔离用户与数据，使用户具备自主安全保护能力。本机实施的是自主访问控制，即计算机信息系统可信计算机定义和控制系统中命名用户对命名客体的访问
• 第二级 系统审计保护级：本级的计算机信息系统可信计算机实施了粒度更细的自主访问控制，它通过登录规程、审计安全性相关事件和隔离资源，使用户对自己的行为负责。在自主访问控制的基础上控制访问权限扩散
• 第三级 安全标记保护级：本级的计算机信息系统可信计算机具有系统审计保护级所有的功能。此外，还提供有关安全策略模型、数据标记以及主体对客体的强制访问控制的非形式化描述；具有准确地标记输出信息的能力；消除通过测试发现的任何错误。本级的主要特征是计算机系统可信计算机对所有主体及其所控制的客体（例如：进程、文件、段、设备）实施强制访问控制
• 第四级 结构化保护级：本级计算机信息系统可信计算机建立于一个明确定义的形式化安全策略模型之上，它要求将第三级系统中的自主和强制访问控制扩展到所有主体和客体。此外，还有考虑隐蔽通道，对外部主体能够直接或间接访问的所有资源（例如：主体、存储客体和输入输出资源）实施强制访问控制
• 第五级 访问验证保护级：本级计算机信息系统可信计算机满足访问监控需求。访问监控器仲裁主体对客体的全部访问。访问监控器本身是抗篡改的；必须足够小，能够分析和测试。与第四级相比，自主访问控制机制根据用户指定方式或默认方式，阻止非授权用户访问客体。访问控制的粒度是单一用户。访问控制能够为每个客体指定命名用户和用户组，并规定他们对客体的访问模式。没有存取权的用户只允许由授权用户指定对客体的访问权。
• 安全风险管理，在风险评估实施前，需要考虑：
  • 确定风险评估的范围
  • 确定风险评估的目标
  • 建立适当的组织结构
  • 建立系统性的风险评估方法
  • 获得最高管理层对风险评估策划的批准
• 风险评估的基本要素为脆弱性、资产、威胁、风险和安全措施，与这些要素相关的属性分别为业务战略、资产价值、安全需求、安全事件和参与风险，这些也是风险评估要素的一部分
• 风险计算模型包括信息资产、弱点/脆弱性、威胁等关键要素，每个要素有各自的属性，信息资产的属性是资产价值，弱点的属性是弱点被威胁利用后对资产带来的影响的严重程度，威胁的属性是威胁发生的可能性，风险计算过程如下：
  • 对信息资产进行识别，并对资产赋值
  • 对威胁进行分析，并对威胁发生的可能性赋值
  • 识别信息资产的脆弱性，并对弱点的严重程度赋值
  • 根据威胁和脆弱性计算安全事件发生的可能性
  • 结合信息资产的重要性和发生安全事件的可能性，计算信息资产的风险值

网络安全技术

防火墙

• 防火墙是在内部网络和外部因特网之间增加的一道安全防护措施，分为网络级防火墙和应用级防火墙
  • 网络级防火墙层次低、但是效率高，因为其使用包过滤和状态监测手段，一般只检验网络包外在（起始地址、透明）属性是否异常，若异常，则过滤掉。不与内网通信，因此对应用和用户是透明的
  • 网络级防火墙无法识别过滤伪装的危险数据包。应用级防火墙层次高、效率低。因为应用级防火墙会将网络包拆开，具体检查里面的数据是否有问题，会消耗大量时间，效率低下，但是安全性高

入侵检测系统 IDS

• 防火墙主要分隔来自外网的威胁，对于内网直接攻击无能为力，此时需要用到入侵检测 IDS 技术，位于防火墙之后的第二道屏障，作为防火墙技术的补充
• 原理：监控当前系统/用户行为，使用入侵检测分析引擎进行分析，这里包含一个知识库系统，囊括了历史行为、特定行为，模式等操作，将当前行为和知识库进行匹配，就能检测出当前行为是否是入侵行为。如果是入侵，则记录证据并上报给系统和防火墙，交由他们处理
• 不同于防火墙，IDS 入侵检测系统是一个监听设备，没有跨域在任何链路上，无须网络流量流经它便可以工作。因此，对 IDS 的部署，唯一的要求是：IDS 应当挂接在所有所关注的流量都必须流经的链路上。因此，IDS 在交换式网络中的位置一般选择在：（1）尽可能靠近攻击源（2）尽可能靠近受保护源

入侵防御系统 IPS

• IDS 和防火墙都是在入侵行为已经发生之后所做的检测和分析，而 IPS 是能够提前发现入侵行为，在其还没有进入安全网络之前就防御
• 在安全网络之前的链路上挂载防御系统 IPS，可以实时检测入侵行为，并直接进行阻断这是与 IDS 的区别。

杀毒软件

• 用于检测和解决计算机病毒，与防火墙和 IDS 要区分，计算机病毒要靠杀毒软件，防火墙是处理网络上的非法攻击

蜜罐系统

• 伪造一个蜜罐网络引诱黑客攻击，蜜罐网络被攻击不影响安全网络，并且可以借此了解黑客攻击的手段和原理，从而对安全系统进行升级和优化

网络攻击和威胁

• 被动攻击
  • 窃听（网络窃听）：用各种可能的合法或非法的手段窃取系统中的信息资源和敏感信息
  • 业务流分析：通过对系统进行长期监听，利用统计分析方法对诸如通信频度、通信的信息流向、通信总量的变化等参数进行研究，从而发现有价值的信息和规律
  • 非法登录：有些资料将该方式归位被动攻击方式
• 主动攻击：
  • 假冒身份 ：通过欺骗通信系统（或用户）达到非法用户冒充成为合法用户，或者特权小的用户冒充成为特权大的用户的目的。黑大大多数采用假冒进行攻击
  • 抵赖：这是一种来自用户的攻击；比如：否认自己曾经发布过某条消息、伪造一份对方来信等
  • 旁路控制：攻击者利用系统的安全缺陷或安全性上的脆弱之处获的非法授权的权利或特权
  • 重放攻击：所获取的某次合法的通信数据拷贝，处于非法的目的而被重新发送
  • 拒绝服务攻击（Dos）：对信息或其他资源的合法访问被无条件阻止

网络安全协议

• 
• SSL 协议：安全套接字协议，被设计为加强 WEB 安全传输（HTTP/HTTPS）的协议，安全性高，和 HTTP 结合后，形成 HTTPS 协议，端口为 443
• SSH 协议：安全外壳协议，被设计为加强 telnet/FTP 安全的传输协议
• SET 协议：安全电子交易协议，主要应用于 B2C 模式（电子商务）中保障支付信息的安全性。SET 协议本身比较复杂，设计比较严格，安全性高，它能保障信息传输的机密性、真实性、完整性和不可否认性、SET 协议是 PKI 框架下的一个典型实现，同时在不断升级完善，如 SET 2.0 将支持借记卡电子交易
• Kerberos 协议：是一种网络身份认证协议，该协议的基础是基于信任第三方，它提供了在开放型网络中进行身份认真的方法，认证实体可以是用户也可以是用户服务，这种认证不依赖宿主机的操作系统或计算机的 IP 地址，不需要保证网络上所有计算机的物理安全性，并且假定数据包在传输中可被随机切确和篡改。
• PSD 协议：安全电子邮件协议，使用 RSA 公钥进行身份认证，使用 IDEA 进行数据加密，使用 MD5 进行数据完整性验证

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软件工程概述-CMM-软件过程模型-逆向工程

软件工程概述

• 软件开发生命周期：
  • 软件定义时期：包括可行性研究和详细需求分析过程，任务是确定软件开发工程必须完成的总目标。具体可分为：问题定义、可行性研究、需求分析
  • 软件开发时期：就是软件的设计和实现，分为概要设计、详细设计、编码、测试
  • 软件运行和维护：把软件产品交由用户使用
• 软件系统的文档：可分为用户文档和系统文档。用户文档主要描述系统功能和使用方法。并不关心这些功能是怎么实现的。系统文档描述系统设计、实现和测试等各方面的内容
• 软件工程过程是指为获得软件产品，包括以下 4 个过程：
  • Plan——软件规格说明书，规定软件的功能及其运行时的限制
  • Do——软件开发，开发出满足规格说明的软件
  • Check——软件确认，确认开发的软件能够满足用户的要求
  • Action——软件演进，软件在运行过程中不断改进以满足用户新的需求
• 软件系统工具通常分为：
  • 软件开发工具：需求分析工具、设计工具、编码和排错工具、测试工具
    • 需求分析工具可以基于自然语言或图像描述，也可以使用基于形式化需求定义语言的工具。
    • 设计工具用来辅助软件设计活动
    • 编码与排错工具用于辅助程序员编码和排错
  • 软件维护工具：版本管理工具、文档分析工具、开发信息库工具、逆向工程工具、再工程工具
  • 软件管理和软件支持工具：项目管理工具、配置管理工具、软件评价工具、软件开发工具的评价和选择
• 软件设计四个活动：数据设计、架构（体系结构）设计、人机界面（接口）设计和过程设计

能力成熟度模型 CMM

能力等级	特点	关键过程区域
初始级	软件过程的特点是杂乱无章，甚至很混乱，几乎没有明确定义的步骤，项目的成功完全依赖于个人的努力和英雄式核心人物的作用	无
可重复级	建立了基本的项目管理过程和实践来跟踪项目费用、进度和功能特性，有必要的过程准则来重复以前在同类项目中的成功	6 个：软件配置管理、软件质量保证、软件子合同管理、软件项目跟踪与监督、软件项目策划、软件需求管理
已定义级	管理和工程两方面的软件过程已经文档化、标准化，并综合成整个软件开发组织的标准软件过程。所有项目都采用根据实际情况修改后的标准软件过程来开发和维护软件	7 个：同行评审、组间协调、软件产品工程、集成软件管理、培训大纲、组织过程定义、组织过程集点
已管理级	制定了软件过程和产品质量的详细度量标准。对软件过程和产品质量有定量的理解和控制	软件质量管理和定量过程管理
优化级	加强了定量分析，通过来自过程质量反馈和来自新观念、新技术的反馈过程能不断持续地改进	过程更改管理、技术改革管理和缺陷预防

能力成熟度模型集成 CMMI

• 是若干过程模型的综合和改进，不仅仅软件，而是支持多个工程学科和领域的、系统的、一致的过程改进框架，能适应现代工程的特点和需要，能提高过程的质量和工作效率。
• CMMI 两种表示方法：（1）阶段式模型：类似与 CMM，它关注组织的成熟度，五个成熟度模型；（2）连续式模型：关注每个过程域的能力，一个组织对不同过程域可以达到不同的过程域能力等级

能力等级	特点	关键过程区域
初始级	过程不可预测且缺乏控制	无
已管理级	过程为项目服务	7 个：需求管理、项目计划、配置管理、项目监督与控制、供应商合同管理、度量和分析、过程和产品质量保证
已定义级	过程为组织服务	12 个：需求开发、技术解决方案、产品集成、验证、确认组织级过程焦点、组织级过程定义、组织级培训、项目集成管理、风险管理、集成化的团队、决策分析和解决方案、组织级集成环境
定量管理	过程已度量和控制	2 个：组织过程性能、定量项目管理
优化级	集中于过程改进和控制	2 个：组织级改革与实施、因果分析和解决方案

• DCMM 是一个数据管理能力成熟度模型，共包括 8 个核心能力域，细分为 28 个过程域和 445 个能力等级标准。企业数据管理能力根据成熟度被划分为 5 个等级：初始级（1级）、受管理级（2级）、稳健级（3级）、量化管理级（4级）和优化级（5级）。这 8 个核心能力域包括：数据战略、数据治理、数据架构、数据应用、数据安全、数据质量、数据标准和数据生存周期。

软件过程模型

• 软件过程是指一组制作软件产品的活动和结果，其主要包括软件描述、软件开发、软件有效性验证和软件进化

瀑布模型 SDLC

• 瀑布模型是一个经典的软件生命周期模型，一般将软件划分为：可行性分析（计划）、需求分析、软件设计（概要设计、详细设计）、编码（含单元测试）、测试、运行和维护
• 瀑布模型特点：
  • 从上一项开发活动接收该活动的工作对象作为输入
  • 利用这个输入，完成该项活动应完成的工作内容
  • 给出该项活动的工作成果，作为输出传给下一项开发活动
  • 对该项活动的实施工作成果进行评审。若其工作成果得到确认，则继续进行下一项开发活动；否则返回前一项。尽量减少多个阶段的反复。以相对来说较少的费用来开发软件。
  • 

螺旋模型

• 螺旋模型在快速原型的基础上扩展而成。
• 螺旋模型是一个演化软件过程模型，将原型实现的迭代特征在线性顺序（瀑布）模型中控制的和系统化的方面结合起来。在螺旋模型中，软件开发是一系列的增量发布
• 开发过程具有周期性重复的螺旋线状。四个象限分别标志每个周期所划分的四个阶段：制定计划、风险分析、实施工程和客户评价。螺旋模型强调了风险分析，特别适合于庞大而复杂的、高风险的系统
• 

V 模型

• V 模型整体看起来是一个 V 字型结构。左边的下画线分别代表了需求分析、概要设计、详细设计、编码。右边的上画线代表了单元测试、集成测试、系统测试与验收测试。强调测试的重要性
• V 型模型特点：
  • 单元测试的主要目的是针对编码过程可能存在的各种错误；单编，单元测试的计划是在详细设计完成（之前一个阶段）
  • 集成测试的主要目的是针对详细设计中可能存在的问题；集详
  • 系统测试主要针对概要设计，检查系统作为一个整体是否有效的运行；系概
  • 验收测试通常由业务专家或用户进行，以确认产品能真正符合用户业务上的需要；验需
  • V 模型用于需求明确和需求变更不频繁的系统
• 

W 模型

• W 模型强调测试伴随着整个软件开发周期，而且测试的对象不仅仅是程序，需求、设计等同样要测试，也就是说，测试与开发是同步进行的。

原型化模型

• 第一步是创建一个快速原型，能够满足项目干系人和未来的用户与原型进行交互，在通过与相关干系人进行充分的讨论和分析，最终弄清楚当前系统的需求。进行充分了解之后，在原型的基础上开发出用户满意的产品
• 原型方法认为在很难一下全面准确地提出用户需求的情况下，原型应当具备的特点如下：
  • 实际可行
  • 具有最终系统的基本特征
  • 构造方便、快速、造价低
• 原型方法的特点在于对用户的需求是动态响应、逐步纳入的

增量模型

• 首先开发核心功能模块，而后与用户确认，之后再开发次核心模块的功能，即每次开发一部分功能，并与用户需求确认，最终完成项目开发，优先级最高的服务最先交付
• 特点：由于不是从系统整体角度规划各个模块，因此不利于模块的划分，难点在于如何将用户需求划分为多个增量。与原型不同的是增量模型的每一次增量版本都可以作为独立可操作的作品，而原型的构造一般为了演示
• 

其他模型

• 喷泉模型：是一种以用户需求为动力，以对象作为驱动的模型，适合于面向对象的开发方法。使开发过程具有迭代性和无间隙性
• 基于构件的开发模型（CBSD）：利用预先包装的构件来构造系统。构件可以是组织内部开发的构件，也可以是商品化成品软件的构件。特点是增强了复用性，在系统开发过程中，会构建一个构件库，供其他系统复用，可以提高可靠性，节省时间和成本
• 形式化方法模型：建立在严格的数学基础上的一种软件开发方法，主要活动是生成计算机软件形式化的数学规格说明

敏捷模型

• 开发宣言：个体和交互胜过过程和工具，可以工作的软件胜过面面俱到的文档，客户合作胜过合同谈判，响应变化胜过遵循计划
• 敏捷开发区别于其他方法的两个特点：
  • 一是“适应性”而非“预设性”
  • 二是“面向人的”而非“面向过程的”
• 敏捷方法的核心思想：
  • 敏捷方法是适应型，而非可预测型，拥抱变化，适应变化
  • 敏捷方法是以人为本，而非以过程为本，发挥人的特性
  • 迭代增量式的开发过程，以原型开发思想为基础，采用迭代增量式开发，发型版本小型化
• 
• 主要敏捷方法：
  • 极限编程（XP）：基础和价值观是交流、朴素、反馈和勇气，即任何一个软件项目都可以从 4 个方面入手进行改善：加强交流、从简单做起、寻求反馈、勇于实事求是
    • XP 是一种近螺旋式开发方法，它将复杂的开发过程分解为一个个相对比较简单的小周期：通过积极的交流、反馈等方法，开发人员和客户可以非常清楚开发进度、变化、待解决的问题和潜在的困难等，并根据实际情况及时的调整开发过程
    • XP 提倡测试先行，为了将以后出现 bug 的几率降到最低
  • 水晶系列方法（Crystal）：与 XP 一样，都是以人为中心的理念，但在实践上有所不同，其目的是发展一种提倡“机动性”方法，包含具有共性的核心元素，每个都含有独特的角色、过程模式、工作产品和实践
  • 并列争球法（Scrum）：是一种迭代的增量过程，把每段时间的一次迭代称为一个“冲刺（Sprint）”，并按需求的优先级来实现产品，多个自组织和自治的小组并行地递增实现产品
  • 特性驱动开发（FDD）：是一个迭代的开发模型，认为有效的软件开发需要 3 个要素：人、过程和技术。有 5 个核心过程：开发整体对象、构造特征列表、计划特征开发、特征设计、特征构造
  • 开放式源码（Open source）开发方法

统一过程模型 RUP

• RUP 描述了如何有效地利用商业化的、可靠的方法开发和部署软件，是一种重量级过程，RUP 类似一个在线指导者，他可以为所有方面和层次的程序开发提供指导方针、模板以及事例支持
• RUP 软件开发生命周期是一个二维的软件开发模型，RUP 中有 9 个核心工作流：
  • 业务建模：理解待开发系统的机构及其商业运作，确保所有参与人员对待开发系统所在的机构有共同的认识，评估待开发系统对所在机构的影响
  • 需求：定义系统功能及用户界面，使客户知道系统的功能，使开发人员理解系统的需求，为项目预算及计划提供集成
  • 分析与设计：把需求分析的结果转化为分析与设计模型
  • 实现：把设计模型转化为实现结果，对开发的代码做单元测试，将不同实现人员开发的模块集成为可执行的系统
  • 测试：检查各子系统之间的交互、集成，验证所有需求是否被正确实现，对发现的软件质量上的缺陷进行归档，对软件质量提出改进建议
  • 部署：打包、分发、安装软件，升级旧系统，培训用户及销售人员，并提供技术支持
  • 配置与变更管理：跟踪并维护系统开发过程中的所有制品的完整性和一致性
  • 项目管理：为软件开发项目提供计划、人员分配、执行、监控等方面的指导，为风险管理提供框架
  • 环境：为软件开发机构提供软件开发环境，即提供过程管理与工具的支持
• RUP 把软件开发生命周期划分为多个循环，每个循环生成产品的一个新版本，每个循环依次由 4 个连续的阶段组成：
  • 初始阶段：定义最终产品模型和业务模型，并确定系统范围
  • 细化阶段：设计及确定系统的体系结构，制定工作计划及资源要求
  • 构造阶段：构造产品并继续演进需求，体系结构，计划直至产品提交
  • 移交阶段：把产品交付用户使用
• RUP 定义了一些核心概念：
  • 角色：Who 的问题，角色描述某个人或一个小组的行为与职责。RUP 预先定义了很多角色，如体系结构师、设计人员、实现人员、测试员和配置管理人员等，并对每一个角色的工作和职责都做了详尽的说明。
  • 活动：How 问题，活动是一个有明确目的的独立工作单元
  • 制品：What 问题，制品是活动生成、创建或修改的一段信息
  • 工作流：When 问题，工作流描述了一个有意义的连续的活动序列，每个工作流产生一些有价值的产品，并显示了角色之间的关系
• RUP 的特点：
  • 用例驱动：需求分析、设计、实现和测试等活动都是用例驱动的
  • 以体系结构为中心；包括系统的总体组织和全局控制、通信协议等，是一个多维的结构，会采用多个视图来描述，在 4+1 视图模型中：
    • 分析人员和测试人员关心的是系统的行为，侧重用例视图
    • 最终用户关心的是系统的功能，会侧重逻辑视图
    • 程序员关心的是系统的配置、装配问题，会侧重与实现视图
    • 系统集成人员关心的是系统的性能、可伸缩性、吞吐量等问题，会侧重进程视图
    • 系统工程师关心的是系统的发布、安装、拓扑结构等问题，会侧重部署视图
    • 
  • 迭代与增量：把整个项目开发分为多个迭代过程，在每次选代中，只考虑系统的一部分需求，进行分析、设计、实现、测试和部署等过程；每次迭代是在已完成部分的基础上进行的，每次增加一些新的功能实现，以此进行下去，直至最后项目的完成。

逆向工程

• 软件复用是将已有软件的各种有关知识用于建立新的软件，以缩减软件开发和维护的花费。软件复用是提高软件生产力和质量的重要技术，早期的软件复用重要是代码级复用，被复用的知识专指程序，后来扩大至领域知识、开发经验、设计决定、系统结构、需求、设计、代码和文档等一切有关方面
• 软件复用是指在软件开发过程中重复使用相同或相似软件元素的过程，以避免重复劳动。它利用已有的工作模式和应用系统开发中的知识和经验，将开发的重点集中于应用的特有构成成分上。软件复用过程的主要阶段可以分为构造/获取可复用的软件资产、管理可复用资产和使用可复用资产
  • （1）构造/获取可复用的软件资产：这些资产需要是可靠的、广泛适用的、易于理解和修改的。
  • （2）管理可复用资产：构件库是支持软件复用的关键设施，它应提供构件的存储、管理、检索，以及库的浏览与维护等功能。这个阶段还包括构件的分类和检索，以便于快速准确地找到所需的构件。
  • （3）使用可复用资产：在最后一个阶段，开发者从构件库中获取所需的可复用资产，并根据特定需求进行定制、修改、扩展或配置，最终将这些资产组装和集成，形成满足需求的应用系统。
• 逆向工程：软件的逆向工程是分析程序，力图在比源代码更高抽象层次上建立程序的表示过程，逆向工程是设计的恢复过程。逆向工程的四个级别：
  • 实现级：包括程序的抽象语法树、符号表、过程的设计表示
  • 结构级：包括反映程序分量之间的互相依赖的信息，例如用例图、结构图、程序和数据结构
  • 功能级：包括反映程序段功能以及查询段之间关系的信息，例如数据和控制流模型
  • 领域级：包括反映程序分量或程序诸实体与应用领域概念之间对应关系的信息，例如 E-R 模型
• 其中，领域级抽象级别最高，完备性最低；实现级抽象级别最低，完备性最高
• 与逆向过程相关的概念有重构、设计恢复、再工程和正向工程
  • 重构：是指在同一抽象级别上转换系统描述形式
  • 设计恢复：是指借助工具从已有程序中抽象出有关数据设计、总体结构设计和过程设计等方面的信息
  • 再工程：是指在逆向工程所获得信息的基础上，修改或重构已有的系统，产生系统的一个新版本。再工程是对现有系统的重新开发过程，包括逆向工程、新需求的考虑过程和正向过程三个步骤。它不仅能从已存在的程序中重新获得设计信息，而且还能使用这些信息来重构现有系统，以改进它的综合质量。在利用再工程重构现有系统的同时，一般会增加新的需求，包括增加新的功能和改善系统的性能
  • 正向工程：是指不仅从现有系统中恢复设计信息，而且使用该信息去改变或重构现有系统。以改善其整体质量

软件重用

• 是指在软件开发过程中重复使用相同或相似的软件元素，这些元素包括需求分析文档、设计过程、设计文档、程序代码、测试用例和领域知识等，通常称之为软件部件。软件重用分为两种类型：垂直式重用和水平式重用。
  • 垂直式重用是指局限于某一垂直领域的重用，例如只在电力系统中使用的构件。垂直式重用则更为特定
  • 水平式重用是指通用领域的重用，如标准函数库，可以在不同的软件中使用。水平式重用的范围更广，适用于不同领域和不同类型的软件
  • 过程重用其重点在于对软件开发过程相关元素的复用，比如开发流程、管理方法等，而不是具体的数据结构、算法和人机界面这类软件元素
  • 横向重用是指在不同应用领域中对软件元素的重用。题目中提到的数据结构（如链表、树等，在各种不同领域的软件中都可能用到）、分类算法（像排序算法可用于电商商品排序、文档检索等不同领域）和人机界面（其设计理念和部分组件在不同类型软件中都有共性），都具有在多个不同应用领域被复用的特点
  • 纵向重用是指主要是在同一应用领域的不同层次或阶段对软件元素进行重用，例如在企业管理软件中，从底层的数据访问层到上层的业务逻辑层、表现层，在同一企业管理领域内不同层次的复用
  • 交叉重用是指通常涉及不同类型的软件元素或不同重用方式之间的交叉复用，相对较为复杂和综合

系统移植

• 移植工作包括计划、准备、转换、测试和验证五个阶段。
  • 在计划阶段，需要进行现有系统调查和整理，决定转换方法和工作体制。
  • 在准备阶段，要进行移植研究和准备所需资料。
  • 在转换阶段，需要将程序设计和数据转换成新机器能够工作的形式，提高工作精度。
  • 在测试阶段，对程序进行单元和工作单元测试，核实程序能否在新系统下正常工作。
  • 在验证阶段，核实整个系统工作，并准备正式运行。

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需求分析-获取-定义-验证-管理

软件需求

• 软件需求：是指用户对系统在功能、行为、性能、设计约束等方面的期望。是指用户解决问题或达到目标所需的条件或能力，是系统部件要满足合同、标准、规范和其他正式文档所需具有的条件或能力，以及反映这些条件或能力的文档说明
• 分为需求开发和需求管理两大过程：
  • 需求开发包括：需求获取、需求分析、需求定义（需求规格说明书，即需求基线）、需求验证
  • 需求管理包括：变更控制、版本管理、需求跟踪、需求状态跟踪
• 软件需求可分为三类：
  • 业务需求：反映业务或客户对系统高层次的目标要求，通常来自项目投资人、客户、市场营销部门或产品策划部门，通过业务需求可以确定项目视图和范围
  • 用户需求：描述的是用户的具体目标，或用户要求系统必须能完成的任务。即描述了用户能使用系统来做什么。通常采取用户访谈和调查问卷等方式，对用户的使用场景进行整理，从而建立用户需求
  • 系统需求：从系统的角度说明软件的需求，包括功能需求、非功能需求和设计约束
    • 功能需求：也称行为需求，规定了开发人员在系统中实现的软件功能，用户利用这些功能来完整任务，满足业务需要
    • 非功能需求：指系统必须具备的属性或品质，又可以分为软件质量属性（如可维护性、可靠性、效率等）和其他非功能需求
    • 设计约束：也称为限制条件或补充约束，通常是对系统的一些约束说明，例如必须采用国产数据库、运行在 Unix 系统中

需求获取

• 需求获取是一个确定和理解不同项目干系人的需求和约束的过程
• 常见需求获取方法：
  • 用户访谈：1 对 1-3 ，有代表性的用户，形式包括结构化和非结构化
  • 问卷调查：用户多，无法一一访谈时采用
  • 采样：使用数理统计的方法，从群体中选出有代表性的样本集
  • 情节串联板：通过一系列图片来讲故事
  • 联合需求计划（JRP）：通过联合各个关键用户代表、系统分析师、开发团队代表一起，通过有组织的会议来讨论需求；就是开会
  • 需求记录技术：任务卡片、场景说明、用户故事、Volere 白卡

需求分析

• 需求分析：一个好的需求应该具有无二义性、完整性、一致性、可测试性、确定性、可跟踪性、正确性、必要性等特性。因此，需求分析人员把杂乱无章的用户要求和期望转化为用户需求
• 需求分析的任务：
  • 绘制系统上下文范围关系图
  • 创建用户界面原型
  • 分析需求的可行性
  • 确定需求的优先级
  • 为需求建立模型
  • 创建数据字典
  • 使用 QFD（质量功能部署）

结构化需求分析

• 结构化特点：自顶向下、逐步分解、面向数据
• 三大模型：功能模型（数据流图）、行为模型（状态转换图）、数据模型（E-R 图）以及数据字典
• 

数据流图 DFD

• 基本图像元素：外部实体、加工、数据存储、数据流。
• 
• 数据流：由一组固定成分的数据组成，表示数据的流向，数据流的流向必须经过加工，即数据流的两端必须有一个是加工
• 加工：描述输入数据流到输出数据流之间的转换，数据流图中常见的三种错误：
• 
  • 加工 3.1.2 有输入无输出，称为“黑洞”
  • 加工 3.1.3 有输出无输入，称为“奇迹”
  • 加工 3.1.1 中输入不足以产生输出，称为“灰洞”，逻辑错误
• 数据储存：依赖存储数据
• 外部实体：是指存在于软件系统之外的人员或组织，它指出系统所需数据的发源地和系统所产生的数据的归属地
• 分层数据流图：子层与父层要保持流量平衡，输入输出保持一致
  • 
  • 
  • 
  • 

数据字典

• 数据流图描述了系统的分解，但没有对图中的成分进行说明。数据字典就是为数据流图中的每个数据流、文件、加工、以及组成数据流或文件的数据项做出的说明
• 数据字典有四类条目：数据流、数据项、数据存储和基本加工，注意：不包括外部实体
• 加工逻辑也称为“小说明”，常用的加工逻辑描述方法有结构化语音、判定表和判定树

需求定义

• 需求定义（软件需求规格说明书 SRS）：是需求开发活动的产物，编制该文档的目的是使项目干系人和开发团队对系统的初始规定有一个共同的理解，使之成为整个开发工作的基础。SRS 是软件开发过程中最重要的文档之一，对于任何规模和性质的软件项目都不应该缺少
• 需求定义方法：
  • 严格定义：也称为预先定义，需求的严格定义建立在以下基础假设之上：所有需求都能够被预先定义。开发人员与用户之间能够准确而清晰的交流。采用图形或文字可以充分体现最终系统
  • 原型方法：迭代的循环型开发方式，需要注意的问题：并非所有的需求都能在系统开发前被准确的说明。项目干系人之间通常存在交流上的困难，原型提供了一个克服该困难的手段。特点：需要实际的、可供用户参与的系统模型。有合适的系统开发环境。反复是完全需要和值得提倡的，需求一旦确定，就应遵从严格的方法

需求验证

• 需求验证：也称需求确认，目的是与用户一起确认需求无误，对需求规格说明书 SRS 进行评审和测试，包括两个步骤：
  • 需求评审：正式评审和非正式评审
  • 需求测试：设计概念测试用例
• 需求验证通过后，要去请用户签字，作为验收标准之一，此时，这个需求规格说明书就是需求基线，不可以随意更新，如果需要更改必须走需求变更流程
• 定义需求基线：通过评审的需求说明书就是需求基线，下次如果需要变更需求，就需要按照流程来一步步的进行，需求的流程及状态如下：
• 需求变更和风险：主要关心需求变更中的需求风险管理，带有风险的做法有无足够用户参与、忽略了用户分类、用户需求的不断增加、模棱两可的需求、不必要的特性 、过于精简的 SRS、不准确的估算
• 需求管理过程中强调对需求变更进行严格管控，包含
  • （1）问题分析和变更描述，通过识别和分析需求问题或提出的变更提议确保其有效性。
  • （2）变更分析和成本计算，使用可追溯性信息和系统需求的一般知识对变更提议进行影响分析和评估，同时计算修改需求文档和系统实现的成本。确认后进行是否执行该变更的决策。
  • （3）变更实现，要求同时修改需求文档和系统设计实现，避免文档和程序的不一致。
  • 自动化工具能够帮助变更控制过程更有效地运作，记录每一个状态变更的日期及变更者是这类工具应具有的特性之一。
• 变更产生的原因：外部环境的变化、需求和设计做的不够完整、新技术的出现、公司机构重组造成业务流程的变化
• 变更控制委员会 CCB：也称为配置控制委员会，其任务是对建议的配置项变更做出评价、审批，以及监督已经批准变更的实施
• 

需求管理

• 需求管理包括三个主要方面变更控制、版本控制和需求跟踪和需求状态跟踪。
  • 变更控制：确保对需求的变更进行文档记录、评估和批准。
  • 版本控制：追踪需求随时间的变化。
  • 需求跟踪：识别和记录需求并传达给相关人员。即通过建立需求与其他系统元素的依赖关系和逻辑联系的方式来进行跟踪。要跟踪的系统元素包括各种类型的需求、业务规则、系统架构和构件、源代码、测试用例以及帮助文件等
  • 需求状态跟踪：跟踪需求状态，识别需求的变化和更新状态。
• 双向跟踪，两个层次：
• 
• 正向跟踪表示用户原始需求是否都实现了，反向跟踪表示软件实现的是否都是用户要求的，不多不少，可以用原始需求和用例表格（需求跟踪矩阵）来表示
• 正向跟踪是看需求有没有少实现，反向跟踪是看需求有没有多实现
• 若原始需求和用例有对应，则在对应栏打勾，若某行都没有对勾，则表明原始需求未实现，正向工作发现问题；若某列没有对勾，表明多余功能用例，软件实现了多余功能，反向跟踪发现问题。
• 某行为空，表示有需求未实现；有列为空，表示有多余实现
• 
• 需求抽取是为了理解利益相关者如何使用新系统支持工作的过程。这个过程很困难，因为利益相关者可能不知道自己想从系统中得到什么，会有不同的表达方式和政治性因素的影响，而且经济和业务环境也是动态的。需求抽取和分析的步骤包括需求发现和理解、需求分类和组织、需求优先级排序和协商、需求文档化。抽取需求的方法有访谈和观察。

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处理流程设计-系统设计-人机界面设计

处理流程设计

• 流程表示工具：
  • 程序流程图（PFD）：是用一些图框表示各种操作, 它独立于任何一种程序设计语言，比较直观、清晰，易于学习掌握。任何复杂的程序流程图都应该由顺序、选择和循环结构组合或嵌套而成。
  • IPO 图：用来描述构成软件系统的每个模块的输入、输出和数据加工
  • N-S 图：容易表示嵌套和层次关系，并具有强烈的结构化特征，但是当问题很复杂时，N-S 图可能很大，因此不适合于复杂程序的设计
    • 
  • 问题分析图（PAD）：是一种支持结构化程序设计的图形工具，PAD 具有清晰的逻辑结构、标准化的图形等优点，更重要的是，它引导设计人员使用结构化程序设计方法，从而提高程序的质量
• 业务流程重组 BPR：是对企业的业务流程进行根本性的再思考和彻底性的再设计，从而获得可以用诸如成本、质量、服务和速度等方面的业绩来衡量的显著性的成就。BPR 设计原则、系统规划和步骤如下所示：
• 业务流程管理 BPM：是一种以规范化的构造端到端的卓越业务流程为中心，持续的提高组织业务绩效为目的的系统化方法
• BMP 与 BPR 管理思想最根本的区别在于流程管理并不要求对所有的流程进行再造。构造卓越的业务流程并不是流程再造，而是根据现有流程的具体情况，对流程进行规范化的设计
  • 流程管理包含三个层面：规范流程、优化流程和再造流程

系统设计

• 系统设计主要目的：为系统制定蓝图，在各种技术和实施方案中权衡利弊，精心设计，合理地使用各种资源，最终勾画出新系统的详细设计方法
• 系统设计方法：结构化设计方法、面向对象设计方法
• 系统设计主要内容：概要设计和详细设计
  • 概要设计基本任务：又称系统总体结构设计，是将系统的功能需求分配给软件模块，确定每个模块的功能和调用关系，形成软件的模块结构图，即系统结构图
  • 详细设计基本任务：模块内详细算法设计、模块内数据结构设计、数据库的详细设计、其他设计（代码、输入输出格式、用户界面）、编写详细设计说明书、评审
• 系统设计基本原理：
  • 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）
• 系统设计原则
  • 保持模块的大小适中
  • 尽可能减少调用的深度
  • 多扇入，少扇出
  • 单入口，单出口
  • 模块的作用域应该在模块内
  • 功能应该是可预测的
• 衡量模块独立程度的标准有两个：耦合性和内聚性
• 内聚程度由低到高如下：

内聚分类	定义	记忆关键字
偶然内聚	一个模块内的各处理元素之间没有任何联系	无直接关系
逻辑内聚	模块内执行若干个逻辑上相似的功能，通过参数确定该模块完成哪个功能	逻辑相似、参数决定
时间内聚	把需要同时执行的动作组合在一起形成的模块	同时执行
过程内聚	一个模块完成多个任务，这些任务必须按指定的过程执行	指定的过程顺序
通信内聚	模块内的所有处理元素都在同一个数据结构上操作，或者各处理使用相同的输入数据或者产生相同的输出数据	相同数据结构、相同输入输出
顺序内聚	一个模块中的各个处理元素都密切相关于同一功能且必须顺序执行，前一个元素功能的输出就是下一个元素的输入	顺序执行、输入作为输出
功能内聚	模块内的所有元素共同作用完成一个功能，缺一不可	共同作用，缺一不可

• 耦合程度由低到高如下：

耦合分类	定义	记忆关键字
无直接耦合	两个模块之间没有直接的关系，它们分别从属于不同模块的控制与调用，不传递任何信息	无直接关系，不传递任何信息
数据耦合	两个模块间有调用关系，传递的是简单的数据值，高级语言中的值传递	传递数据值调用
标记耦合	两个模块之间传递是数据结构	传递数据结构
控制耦合	一个模块调用另一个模块时，传递的是控制变量，被调用模块通过该控制变量的值有选择的执行模块内的某一个功能	控制变量，选择执行某一功能
外部耦合	模块间通过软件之外的环境联合（如 IO 将模块耦合到特定的设备。格式。通信协议）时	软件外部环境
公共耦合	通过一个公共数据环境相互作用的那些模块间的耦合	公共数据结构
内容耦合	当一个模块直接使用另一个模块内数据，或通过非正常入口传入另一个模块内部时	模块内部关联

人机界面设计

• 人机界面设计三大黄金原则：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

测试原则-阶段-测试用例设计-调试

测试原则和方法

• 系统测试是为了发现错误而执行程序的过程，成功的测试是发现了至今尚未发现的错误的测试
• 测试原则：
  • 尽早并不断的进行测试
  • 测试工作应避免由原开发人员或小组承担
  • 在设计测试方案时，不仅要确定输入数据，而且要根据系统功能确定预期的输出结果
  • 既包含有效、合理的测试用例，还要包含不合理、失效的测试用例
  • 检测程序是否做了该做的事，且是否做了不该做的事
  • 严格按照测试计划进行
  • 妥善保持测试计划和测试用例
  • 测试用例可重复使用或追加测试
• 软件测试方法可分为静态测试和动态测试
• 静态测试：指被测试程序不在机器上运行，而采用人工检测和计算机辅助静态分析的手段对程序进行检测，包括对文档的静态测试和对代码的静态测试。对文档的静态测试主要以检查单的形式进行，而对代码的静态测试，包括桌前检查，代码审查和代码走查的方式，使用这种方法能够有效地发现 30%-70% 的逻辑设计和编码错误
• 动态测试：指在计算机上实际运行程序进行软件测试，一般采用白盒测试和黑盒测试：
  • 黑盒测试：功能性测试，不了解软件代码结构，根据功能设计用例，测试软件功能
  • 白盒测试：结构性测试，明确代码流程，根据代码逻辑设计用例，运行用例覆盖

测试阶段

• 单元测试：也称模块测试，测试的对象的可独立编译或汇编的程序模块、软件构件或面向对象软件中的类（统称为模块），测试依据是软件详细设计说明书
• 集成测试：目的是检测模块间，以及模块和已集成的软件之间的接口关系，并验证已集成的软件是否符合设计要求。测试的依据是软件概要设计文档
• 系统测试：测试对象是完整的、集成的计算机系统；测试的目的是真实系统工作环境下，验证完成的软件配置项能否和系统正确连接，并满足系统/子系统设计文档和软件开发合同规定的要求。测试依据是用户需求和开发合同
  • 主要内容包括功能测试、健壮性测试、性能测试、用户界面测试、安全性测试、安装与反安装测试等，其中，最重要的工作是进行功能测试和性能测试，功能测试主要采用黑盒测试方法，性能测试主要指标有响应时间、吞吐量、并发用户数和资源利用率
• 确认测试：主要用于验证软件的功能、性能和其他特性是否与用户需求一致。根据用户的参与程度，通常包括一下类型：
  • 内部确认测试：主要由软件开发组织内部按照 SRS 进行测试
  • Alpha 测试：用户在开发环境下的测试
  • Beta 测试：用户在实际环境下的测试，通过测试够，产品才能交付用户
  • 验收测试：针对 SRS，在交付前以用户为主进行的测试。其测试对象为完整的、集成的计算机系统。验收测试的目的是：在真实用户环境下，检验软件系统是否满足开发技术合同或 SRS。验收测试的结论是用户是否确认接收该如软件的主要依据。除满足一般测试的准入条件外，在进行验收测试之前，应确认被测试软件系统已通过系统测试
• 配置项测试：测试对象是软件配置项，测试目的是检验软件配置项与 SRS 的一致性。测试的依据是 SRS。在此之前，应确认被测软件配置项已通过单元测试和集成测试
• 回归测试：测试目的是：测试软件变更后，变更部分的正确性和对变更需求的符合性，以及软件原有的、正确的功能、性能和其他规定的要求的不损害性
• 测试策略：
  • 自底向上：从最底层模块开始测试，需要编写驱动程序，而后开始逐一合并模块，最终完成整个系统的测试，优点是较早的验证了底层模块
  • 自顶向下：先测试整个系统，需要编写桩程序，而后逐步向下直至最后测试最底层模块。优点是较早的验证了系统的主要控制和判断点
  • 三明治：即有自底向上也有自顶向下的测试方法：二者都包括，兼有二者的优点，缺点是测试工作量大

测试用例的设计

• 黑盒测试用例：将程序看作一个黑盒，只知道输入输出，不知道内部代码，由此设计测试用例，分为下面几类：
  • 等价类划分：把所有的数据按照某种特性进行归类，而后在每类的数据里选择一个即可。等价类测试用例的设计原则：设计一个新的测试用例，使其尽可能多地覆盖尚未被覆盖的有效等价类，重复这一步，直到所有的有效等价类都被覆盖；设计一个新的测试用例，使其仅覆盖一个尚未被覆盖的无效等价类，重复这一步，直到所有的无效等价类都被覆盖为止。有效等价类是正确的测试用例，无效等价类是错误的
    • 
    • 其中 C 中的 18 和大专是无效等价类，但是 C 这个测试用例覆盖的两个无效等价类，因此是不好的测试用例
  • 边界值划分：将每类的边界值作为测试用例，边界值一般为范围的两端值以及在此范围之外的与此范围间隔最小的两个值，例如年龄的范围是 0-150，边界值为 0, 150, -1, 151
  • 错误推测：没有固定测试方法，凭经验而言，来推测有可能产生问题的地方，作为测试用例进行测试
  • 因果图：由一个结果来反推原因的方法，具体结果具体分析，无固定方法
• 白盒测试用例：知道程序的代码逻辑，按照程序的代码语句，来设计覆盖代码的分支的测试用例，覆盖级别从低到高分为以下几种：
  • 语句覆盖 SC：逻辑代码中的所有语句都要被执行一遍，覆盖层级最低，因为执行了所有语句，不代表执行了所有条件判断。
  • 判定覆盖 DC：逻辑代码中的所有判断语句的条件的真假分支都要覆盖一次
  • 
  • 条件覆盖 CC：针对每一个判断条件内的每个独立条件都要执行一遍真和假
  • 条件判定组合覆盖 CDC：同时满足判定覆盖和条件覆盖
  • 
  • 路径覆盖 RC：逻辑代码中的所有可行路径都覆盖了，覆盖层级最高
  • 

调试

• 测试是发现错误，调试是找出错误的代码和原因
• 调试需要确定错误的准确位置；确定问题的原因并设法改正；改正后要进行回归测试
• 调试的方法有：蛮力法、回溯法（从出错的地方开始，向回找）、原因排除法（找出所有可能的原因，逐一排除，具体包括演绎法（一般到特殊），归纳法（特殊到一般），二分法）
• 软件的两种属性：外部属性和内部属性
  • 外部属性：指面向管理者和用户的属性，可直接测量，一般为性能指标
  • 内部属性：指软件产品本身的属性，如可靠性，只能间接测量
• McCabe 度量法：又称为环路复杂度，假设有向图中有向边数为 m，节点数为 n，则此有向图的环路复杂度为 m-n+2
  • 注意 m 和 n 代表的含义不能混淆，可以用一个最简单的环路来做特殊值记忆此公式，另外，针对一个程序流程图，每一个分支边（连线）就是一条有向边，每一条语句（语句框）就是一个顶点。

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系统转换-系统维护-净室软件工程-基于构件

系统转换

• 遗留系统是指任何基本上不能进行修改和演化以满足新的变化的业务需求的信息系统，它通常具有以下特点：
  • （1）系统虽然完成企业中许多重要的业务管理工作，但仍然不能完全满足要求。一般实现业务处理电子化及部分企业管理功能，很少参与经营决策
  • （2）系统在性能上已经落后，采用的技术已经过时。例如，多采用主机/终端形式或小型机系统，软件使用汇编语言或第三代程序设计语言的早期版本开发，使用文件系统而不是数据库。
  • （3）通常是大型的软件系统，已经融入企业的业务运作和决策管理机制之中，维护工作十分困难
  • （4）没有使用现代信息系统建设方法进行管理和开发，现在基本上已经没有文档，很难理解
• 
• 系统转换是指新系统开发完毕，投入运行，取代现有系统的过程，需要考虑多方面的问题，以实现与老系统的交接，有以下三种转换计划：
  • 直接转换：现有系统被新系统直接取代了，风险很大，适合于新系统不复杂，或者现有系统已经不能使用的情况。优点是节省成本
  • 并行转换：新系统和老系统并行工作一段时间，新系统经过试运行后再取代，若新系统在试运行过程有问题，也不影响现有系统的运转，风险极小，在试运行过程中还可以比较新老系统的性能，适用于大型系统。缺点是耗费人力和时间资源，难以控制两个系统间的数据转换
  • 分段转换：分期分批逐步转换，是直接和并行转换的结合，将大型系统分为多个子系统，依次试运行每个子系统，成熟一个子系统，就转换一个子系统。同样适用于大型项目，只是更耗时，而且现有系统和新系统混合使用，需要协调好接口等问题
• 数据转换与迁移：将数据从旧数据库迁移到新数据库中，有三种方法：系统切换前通过工具迁移、系统切换前采用手工录入、系统切换后通过新系统生成

系统维护

• 系统的可维护性可以定义为维护人员理解、改正、改动和改进这个软件的难易程度，其评价指标如下:
  • 易分析性：软件产品诊断软件中的缺陷或失效原因或识别待修改部分的能力
  • 易改变性：软件产品使指定的修改可被实现的能力，实现包括编码、设计和文档的更改
  • 稳定性：软件产品避免由于软件修改而造成意外结果的能力
  • 易测试性：软件产品使已修改软件能被确认的能力
  • 维护性的依从性：软件产品遵循与维护性相关的标准或约定的能力
• 系统维护包括硬件维护、软件维护和数据维护，其中软件维护类型如下：
  • 正确性维护：发现了 bug 而进行的修改
  • 适应性维护：由于外部环境发生了改变，被动进行的对软件的修改和升级。
  • 完善性维护：基于用户主动对软件提出更多的需求，修改软件，增加更多的功能，使其比之前的软件功能、性能更高，更加完善
  • 预防性维护：对未来可能发生的 bug 进行预防性的修改

净室软件工程 CSE

• 净室软件工程是一种应用数学与统计学理论以经济的方式生产高质量软件的工程技术，力图通过严格的工程化的软件过程达到开发中的零缺陷或接近零缺陷。净室方法不是先制作一个产品，再去消除缺陷，而是要求在规约和设计中消除错误，然后以“净”的方式制作，可以降低软件开发中的风险，以合理的成本开发出高质量的软件
• 在净室软件工程本后的哲学是：通过在第一次正确地书写代码增量，并在测试前验证他们的正确性，来避免对成本很高的错误消除过程的依赖。它的过程模型是在代码增量积聚到系统的过程的同时，进行代码增量的统计质量验证。它甚至提倡开发者不需要进行单元测试，而是进行正确性验证和统计质量控制
• 净室软件工程的理论基础是函数理论和抽样理论
• 净室软件工程应用技术手段：
  • 统计过程控制下的增量式开发
  • 基于函数的规范与设计
  • 正确性验证（CSE 的核心）
  • 统计测试和软件认证
• 净室软件工程在使用过程的缺点：
  • CSE 太理论化，需要过多的数学知识，其正确性验证的步骤比较困哪且比较耗时。
  • CSE 开发小组不进行传统的模块测试，这是不现实的
  • CSE 也会带有传统工程的一些弊端

基于构件的软件工程（CBSE）

• 基于构件的软件工程是一种基于分布式对象技术，强调通过可复用构件设计与构造软件系统的软件复用路径。CBSE 体现了购买而非重新构造的哲学，将软件开发的重点从程序编写转移到基于已有构件的组装。用于 CBSE 的构件应该具有以下特征：竹鼠挡毒镖——组装、部署、文档、独立、标准
  • 可组装性：对于可组装的构件，所有外部交互必须通过公开定义的接口进行。同时他还必须对自身信息的外部访问
  • 可部署性：软件必须是自包含的，必须能作为一个独立实体在通过其构件模型实现的构件平台上运行。构件总是二进制形式的，无需在部署前编译
  • 文档化：构件必须是完全文档化的，用户根据文档来判断构建是否满足需求
  • 独立性：构件应该是独立的，应该可以在无其他特殊构件的情况下进行组装和部署，如确实需要其他构件提供服务，则应显示声明
  • 标准化：构件标准化意味着在 CBSE 过程中使用的构件必须符合某种标准化的构件模型
• 构件模型定义了构件实现、文档以及开发的标准，其包含的模型要素为：
  • 接口：构件通过接口来定义，构件模型规定应如何定义构件接口以及在接口定义中应该包含的要素，如操作名、参数以及异常
  • 使用信息：为使构件远程分布和访问，必须给构件一个特定的、全局唯一的名字或句柄。构件元数据是构件本身相关的数据，比如构件的接口和属性信息
  • 部署：构件模型包括一个规格说明，指出应该如何打包构件使其部署成为一个独立的可执行实体。部署信息中包含有关包中内容的信息和它的二进制构成的信息
• 构件模型提供了一组被构件使用的通用服务，这种服务包括以下两种：
  • 平台服务：允许构件在分布式环境下通信和互操作
  • 支持服务：这是很多构件需要的共性服务，例如，构件都需要的身份认证服务。
  • 中间件：实现共性的构件服务，并提供这些服务的接口
• CBSE 过程是基于构件组装的软件开发过程，过程的六个主要活动：系统需求概览、识别候选构件、根据发现的构件修改需求、体系结构设计、构件定制与适配、组装构件创建系统
• CBSE 过程与传统软件开发过程的不同点：
  • CBSE 早期需要完整的需求，以便尽可能多的识别出可复用的构件
  • 在过程早期阶段根据可利用的构件来细化和修改需求，如果可利用的构件不能满足用户需求，就应该考虑由复用构件支持的相关需求
  • 在系统体系结构设计完成后，会有一个对构件搜索及设计精化的活动。可能需要为某些构件寻找备用构件，或者修改构件以适合功能和架构的要求
  • 开发就是将已经找到的构件集成在一起的组装过程
• 构件组装是指构件互相直接集成或是用专门编写的“胶水代码”将它们整合在一起来创造一个系统或另一个构件的过程。常见的组装构件有以下三种组装方式：
  • 顺序组装：通过按顺序调用已经存在的构件，可以用两个已经存在的构件来创造一个新的构件。如上一个构件输出作为下一个构件的输入
  • 层次组装：这种情况发生在一个构件直接调用自另一个构件所提供的服务时，被调用的构件为调用的构件提供所需的服务，二者之间接口匹配兼容
  • 叠加组装：这种情况发生在两个或两个以上构件放在一起创建一个新构件的时候，这个新构件合并了原构件的功能，从而对外提供了新的接口。外部应用可以通过新接口来调用原有构件的接口，而原有构件不互相依赖，也不互相调用。这种组合类型适合于构件是程序单元或构件是服务的情况
• 构件组装的三种不兼容问题（需要通过编写适配器解决）：
  • 参数不兼容：接口每一侧的操作有相同的名字，但参数类型或参数个数不同
  • 操作不兼容：提供接口和请求接口的操作名不同
  • 操作不完备：一个构件的提供接口是另一个构件请求接口的一个子集，或者相反
• 构件组装成软件系统的过程可以分为三个不同的层次：定制、集成和扩展。
• 构件组装技术可分为基于功能的、基于数据的和面向对象的三种

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面向对象基本概念-分析设计测试

面向对象开发基本概念

• 对象：由数据和操作所构成的封装体，是系统中用来描述客户事务的实体，是构成系统的基本单位。对象通常由对象名、属性和方法组成
• 类：现实世界中实体的形式化描述，类将实体的属性和操作封装在一起。对象是类的实例。类是对象的模板。类可以分为三种：
  • 实体类：表示现实世界中的真实实体，如人、物等
  • 接口类（边界类）：为用户提供一种与系统交互的方式，分为人和系统两大类
  • 控制类：用来控制活动流，充当协作者
• 抽象：通过特定的实例抽取共同特征后形成概念的过程，它强调主要特征，忽略次要特征。一个对象是对现实世界中一个实体的抽象，一个类是一组对象的抽象，抽象是一种单一化的描述，它强调给出与应用相关的特性，抛弃不相关的特性
• 封装：是一种信息隐蔽技术，将相关的概念组成一个单元模块，并通过一个名称来引用，面向对象封装是将数据和基本数据的操作封装成一个整体对象，对数据的访问或修改只能通过对象对外提供的接口进行
• 继承：表示类之间的层次关系（父子关系），这种关系使得某类对象可以继承另外一类对象的特征，又分为单继承和多继承
• 多态：不同对象接收到同一消息产生不同的结果。包括参数多态（不同类型参数多种结构类型，模板参数）、包含多态（父子类型关系）、过载多态（类似重载）、强制多态（强制类型转换）。多态由继承机制支持，将通用消息放在抽象层，具体不同的实现放在低层
• 接口：描述对操作规范的说明，其只说明操作应该做什么，并没有定义操作如何做
• 消息：体现对象间的交互，通过它向目标对象发送操作请求
• 覆盖：子类在原有父类接口的基础上，用适合自己要求的实现去置换父类中的实现。即在子类中重新定义一个与父类同名同参的方法
• 函数重载：与覆盖区分，函数重载与父子类无关，且函数是同名不同参数
• 绑定：是一个把过程调用和响应调用所需要的执行的代码加以结合的过程。在一般的程序设计语言中，绑定的是在编译时进行的，叫做静态绑定。动态绑定则是在运行时进行绑定的，因此，一个给定的过程调用和代码的结合直到调用发生时才进行

面向对象开发过程

• 面向对象分析：是为了确定问题域，理解问题。包括五个活动：认定对象、组织对象、描述对象间的互相作用、确定对象的操作、定义对象的内部信息。
• 面向对象需求建模：
  • 
• 面向对象的设计：是设计分析模型和实现相应源代码，设计问题域的解决方案，与技术相关。OOD 同样应该遵循抽象、信息隐蔽、功能独立、模块化等设计准则
• 分析模型主要由顶层架构图、用例与用例图、领域概念模型构成
• 设计模型则包含以包图表示的软件体系结构图、以交互图表示的用例实现图、完整精确的类图、针对复杂对象的状态图、用以描述流程化处理过程的活动图等
• 
• 面向对象的设计原则：
  • 单一职责原则：一个类应该仅有一个引起它变化的原因，即当需要修改某个类的时候，原因有且只有一个，让一个类只做一种类型责任
  • 开放-封闭原则：软件实体应该是对扩展是开放的，对修改的封闭的
  • 里氏替换原则：子类必须能够替换它们的父类型，即在任何父类可以出现的地方，都可以使用子类的实例来赋值给父类引用
  • 依赖倒置原则：抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。即高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖与抽象
  • 接口分离原则：不应该强迫客户依赖于他们不用的方法。接口属于客户，不属于它所在的类层次结构。即依赖于抽象，不应依赖于具体，同时在抽象级别不应该有对于细节的依赖。这样做的好处在于可以最大限度地应对可能的变化
• 面向对象软件的测试分为四个层次：
  • 算法层：测试类中定义的方法，相对于单元测试
  • 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，大体上相当于传统软件测试中的集成测试
  • 系统层：把各个子系统组装成完整的面向对象软件系统，在组装过程中同时进行测试

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统一建模语言UML-事务关系图

统一建模语言（UML）概述

• UML： 是一种可视化的建模语言，而非程序设计语言，支持从需要分析开始的软件开发全过程。
• 从总体上来看，UML 结构包括构造块、规则和公共机制三个部分
  • 构造块：UML 有三种基本的构造块，分别是事物、关系、图。
    • 事物是 UML 的重要组成部分
    • 关系把事物紧密联系在一起
    • 图是多个互相关联的事务的集合
  • 公共机制：是指达到特定目的公共 UML 方法
  • 规则：构造块如何放在一起的规定
• 事物分为四类：
  • 结构事物：模型的静态部分，如类、接口、用例、构件等
  • 行为事物：模型的动态部分，如交互、活动、状态机等
  • 分组事物：模型的组织部分，如包
  • 注释事物：模型的解释部分，依附于一个元素或一组元素之上对其进行约束或解释的简单符号
  • 
• 依赖（虚线实心三角形）：一个事物的语义依赖于另一个事物的语义的变化而变化
• 关联：是一种结构关系，描述一组链，链是对象间的连接。都是部分与整体关系，分为：
  • 组合（实线实心菱形）：组合的关系更强，部分依赖整体而存在，整体与部分具有相同的生命周期，是一个成员变量，使用成员变量初始化
  • 聚合（实现空心菱形）：部分可独立于整体而存在，成员变量（多是一个集合）
• 泛化（实线空心三角形）：一般与特殊的关系，父类和子类的关系，继承
• 实现（虚线空心三角形）：一个类指定了另一个类元保证执行的契约
• 
• UML2.0 图，分类如下：
  • 

UML 常见图

类图

• 静态图，为系统的静态设计视图，展现一组对象、接口、协作和它们之间的关系
• 

对象图

• 静态图，展现某一时刻对象及它们之间的关系，为类图的某一快照。在没有类图的前提下，对象图就是静态设计视图
• 

用例图

• 静态图，展现一组用例、参与者以及它们之间的关系。
  • 参与者是人、硬件或其他系统可以扮演的角色
  • 用例是参与者完成的一系列操作
  • 用例之间的关系有：
    • 扩展：可做可不做的操作，例如查询书籍信息后，修改书籍信息，是可选的，修改书籍信息指向查询书籍信息
    • 包含：必须要做的操作，例如登记外借信息，必须先登录，登记外借信息指向用户登录
    • 泛化：一系列操作是任选一个，如会员注册中邮箱注册和电话注册就是泛化
• 

序列图（顺序图）

• 动态图，是场景的图形化表示，描述了以时间顺序组织的对象之间的交互活动。同三种消息：
  • 同步消息（实心三角形）：进行阻塞调用，调用者中止执行，等待控制权返回，需要等待返回消息
  • 异步消息（空心三角形）：发出消息后继续执行，不引起调用者阻塞，也不等待返回消息
  • 返回消息（从右到左的虚线箭头）：同步消息的返回消息
• 

通信图（协作图）

• 动态图，强调参加交互的对象的组织，有顺序的操作
• 

状态图

• 动态图，展现了一个状态机，描述单个对象在多个用例中的行为，包括简单状态和组合状态。转换可以通过事件触发器触发，满足监护条件才可完成状态转移
• 状态图中转换和状态是两个独立概念
• 方框表示状态，箭头上的代表触发事件，实心圆点为起点或终点
• 

活动图

• 动态图，是一种特殊的状态图，展现了在系统内从一个活动到另一个活动的流程。活动的分叉和汇合是一条水平粗线。
• 牢记并发分叉、并发汇合、监护表达式，分支，流
• 每个分叉的分支数代表了可同时运行的线程数
• 活动图中能够并行执行的是在一个分叉粗线下的分支上的活动
• 

构件图（组件图）

• 静态图，为系统静态实现视图，展示了一组构件之间的组织和依赖
• 供接口是半圆，需接口是整圆
• 

部署图（与物理相关的）

• 静态图，为系统静态部署视图，部署图物理模块的节点分布。它与构件图相关，通常一个节点包含一个或多个构件。其依赖关系类似于包依赖，因此部署组件之间的依赖是单向的类似于包含关系
• 

UML 4+1 视图

• 
• 逻辑视图：也称为设计视图，它表示了设计模型在在架构方面具有重要意义的部分，即类、子系统、包和用例实现的子集
• 进程视图：是可执行线程和进程作为活动类的建模，它是逻辑视图的一次执行实例，描述了并发和同步结构
• 实现视图：也称开发视图，对组成基本系统的物理代码的文件和构件进行建模
• 部署视图：也称物理视图，把构件部署到一组物理节点上，表示软件到硬件的映射和分布结构
• 用例视图：最基本的需求分析模型
• 
• （1）逻辑视图。支持系统功能需求，将系统分解为功能抽象，来自问题领域，可用于功能分析及标识通用机制和设计元素。在 OO 技术中用对象模型代表、类图描述，采用面向对象风格，需保持单一内聚的对象模型。
• （2）开发视图。也叫模块视图、实现视图，侧重于软件模块组织管理，考虑软件开发易性、复用性、通用性及开发工具局限性，通过系统 I/O 关系模型图和子系统图描述。
• （3）进程视图。关注系统运行特性及非功能性需求如性能、可用性等，强调并发性、分布性等，定义逻辑视图中类操作的执行线程，可描述为多层抽象。
• （4）物理视图。即部署视图，考虑软件到硬件的映射，解决系统拓扑结构、安装和通信等问题，要求软件到节点映射灵活性高，环境改变时对其他视图影响最小。
• （5）场景视图。是重要系统活动的抽象，使其他四个视图有机联系，对应 UML 用例视图，可帮架构师找构件及关系，分析特定视图或描述不同视图构件间的相互作用，可用文本或图形表示。

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设计模式

• 架构模式：软件设计中的高层决策，例如 C/S 架构，架构模式反映了开发软件过程中所作的基本设计决策
• 设计模式：每个设计模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题解决方案的核心。设计模式的核心在于提供了相关问题的解决方案，使得人们可以更加简单方便的复用成功的设计和体系结构。四个基本要素：
  • 模式名称
  • 问题：应该在何时使用模式
  • 解决方案：设计的内容
  • 效果：模式应用的效果
• 惯用法：是最底层的模式，关注软件系统的设计与实现，实现时通过某种特定的程序设计语言来描述构件与构件之间的关系。每种编程语言都有自己特定的模式，即语言的惯用法

创建型设计模式	定义	记忆关键词
工厂方法模式 Factory Method	定义一个创建对象的接口，但由子类决定需要实例化哪个类，使得子类实例化过程推迟	子类决定实例化
抽象工厂模式 Abstract Factory	提供一个接口，可以创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定它们具体的类	抽象接口
构建器模式 Builder	将一个复杂类的表示与其构造分离，使得相同的构件过程能够得出不同的表示	类与构造分离
原型模式 Prototype	用原型实例指定创建对象的类型，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象	原型实例，拷贝
单例模式 Singleton	保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问它的全局访问点	唯一实例

结构型设计模式	定义	记忆关键词
适配器模式 Adapter	将一个类的接口转换成用户希望得到的另一种接口，它使原本不相容的接口得以协同工作	转换，兼容接口
桥接模式 Bridge	将类的抽象部分和它的实现部分分离开来，使他们可以独立的变化	抽象和实现分离
组合模式 Composite	将对象组合成树形结构以表示“整体-部分”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性	整体-部分，树形结构
装饰模式 Decorator	动态的给一个对象添加一些额外的职责。它提供了用子类扩展功能的一个灵活替代，比派生一个子类更加灵活	附加职责
外观模式 Facade	定义一个高层的接口，为子系统中的一组接口提供一个一致的外观，从而简化该子系统的使用	对外统一接口
享元模式 Flyweight	提供支持大量细粒度对象共享的有效方法	细粒度、共享
代理模式 Proxy	为其他对象提供一种代理控制这个对象的访问	代理控制

行为型设计模式	定义	记忆关键词
责任链模式 Chain of Responsibility	通过给多个对象处理请求的机会，减少请求的发送者与接收者之间的耦合、将接收对象连接起来，在链中传递请求，直到有一个对象处理这个请求	传递请求，职责连接
命令模式 Command	将一个请求封装为一个对象，从而可用不同的请求对客户进行参数化，将请求排队或记录请求日志，支持可撤销的操作	日志记录、可撤销
解释器模式 Interpreter	给定一种语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器，该解释器用来根据文法表示来解释语言中的句子	解释器，虚拟机
迭代器模式 Iterator	提供一种方法来顺序访问一个聚合对象中的各个元素而不需要暴露该对象的内部表示	顺序访问，不暴露内部
中介者模式 Mediator	用一个中介对象来封装一系列的对象交互。它使各对象不需要显示地相互调用，从而得到低耦合，还可以独立的改变对象间的交互	不直接引用
备忘录模式 Memento	在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象内部状态，并在该对象之外保存这个状态，从而可以在以后将该对象恢复到原先保存的状态	保存，恢复
观察者模式 Observer	定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变，所有依赖它的对象都得到通知并自动更新	通知，自动更新
状态模式 State	允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为	状态变成类，状态改变行为
策略模式 Strategy	定义一些列算法，把他们一个个封装起来，并且使他们之间可以互相替换，从而让算法可以独立与使用它们的用户而变化	算法替换
模板方法模式 Template Method	定义一个操作中的算法骨架，而将这些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变一个算法的结构即可重新定义算法的某些特定步骤	算法骨架，模板
访问者模式 Visitor	访问者表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，使得在不改变各元素的类的前提下添加作用于这些元素的新操作	结构和操作分离

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项目管理

进度管理

• 进度管理就是采用科学的方法，确定进度目标，编制进度计划和资源供应计划，进行进度控制，在与质量、成本目标协调的基础上，实现工期目标
• 具体来说，包括以下过程：
  • 活动定义：确定完成项目各项可交付成果而无需开展的具体活动
  • 活动安排：识别和记录各项活动之间的先后关系和逻辑关系
  • 活动资源估算：估算完成各项活动所需的资源类型和效益
  • 活动历时估算：估算完成各项活动所需的具体时间
  • 进度计划编制：分析活动顺序、活动持续时间、资源要求和进度制约因素，制定项目进度计划
  • 进度控制：根据进度计划开展项目活动，如果发现偏差，则分析原因或进行调整
• 进度管理的常用图形描述方法有甘特图（Gantt）和项目计划评审技术（PERT）图
  • 

关键路径法

• 关键路径：是项目的最短工期，但却是从开始到结束最长的路径。进度网络图中可能有多条关键路径，因为活动会变化，因此关键路径也在不断变化中。
• 关键活动：关键路径上的活动，最早开始时间 = 最晚开始时间
• 通常，每个节点的活动会有如下几个时间
  • 最早开始时间（ES）：某项活动能够开始的最早时间
  • 最早结束时间（EF）：某项活动能够完成的最早时间，EF = ES + 工期
  • 最迟结束时间（LF）：为了使项目按时完成，某项活动必须完成的最迟时间
  • 最迟开始时间（LS）：为了使项目按时完成，某项活动必须开始的最迟时间，LS = LF - 工期
• 顺推：最早开始时间 ES = 所有前置活动最早完成时间 EF 的最大值；最早完成时间 EF = 最早开始时间 ES + 工期
• 逆推：最晚完成时间 LF = 所有后续活动最晚开始 LS 的最小值；最晚开始时间 LS = 最晚完成时间 LF - 工期
• 
• 总浮动时间：在不延误项目完工时间且不违反进度制约因素的前提下，活动可以从最早开始时间推迟或拖延的时间量，就是该活动的进度灵活性。正常情况下，关键活动的总浮动时间为零
• 总浮动时间 = 最迟开始时间 LS - 最早开始时间 ES；
• 总浮动时间 = 最迟完成时间 LF - 最早完成时间 EF；
• 总浮动时间 = 关键路径时长 - 非关键路径时长（如有多个非关键路径，选择时长最长的一个）
• 自由浮动时间：是指在不延误任何紧后活动的最早开始时间且不违反进度制约因素的前提下，活动可以从最早开始时间推迟或拖延的时间量
• 自动浮动时间 = 紧后活动最早开始时间 ES 的最小值 - 本活动的最早完成时间 EF
• 三点估算法：最可能得完成工期=（最优工期+期望工期×4+最差工期）/6

软件配置管理

• 配置管理是为了系统地控制配置变更，在系统的整个生命周期中维持配置的完整性和可跟踪性，而标识系统在不同时间点上配置的学科
• 在 GB/T11457-2006 中将“配置管理”正式定义为：“应用技术的和管理的指导和监控方法以标识和说明配置项的功能和物理特征，控制这些特征的变更，记录和报告变更处理和实现状态并验证与规定的需求的遵循性。”
• 配置管理包括6个主要活动：制订配置管理计划、配置标识、配置控制、配置状态报告、配置审计、发布管理和交付。
• 配置项：GB/T11457-2006 对配置项的定义为：“为配置管理设计的硬件、软件或二者的集合，在配置管理过程中作为一个单个实体来对待”。
• 以下内容都可以作为配置项进行管理：
  • 外部交付的软件产品和数据
  • 指定的内部软件工作产品和数据
  • 指定的用于创建或支持软件产品的支持工具
  • 供方/供应商提供的软件
  • 客户提供的设备/软件。
• 典型配置项包括项目计划书、需求文档、设计文档、源代码、可执行代码、测试用例运行软件所需的各种数据，它们经评审和检查通过后进入配置管理。
• 每个配置项的主要属性有：名称、标识符、文件状态、版本、作者、日期等。
• 配置项可以分为基线配置项和非基线配置项两类，例如，基线配置项可能包括所有的设计文档和源程序等；非基线配置项可能包括项目的各类计划和报告等。
• 所有配置项的操作权限应由CMO（配置管理员）严格管理，基本原则是：基线配置项向开发人员开放读取的权限；非基线配置项向PM、CCB及相关人员开放。
• 配置项的状态可分为草稿、正式和修改三种。配置项刚建立时，其状态为“草稿”。配置项通过评审后，其状态变为“正式”。此后若更改配置项，则其状态变为“修改”。当配置项修改完毕并重新通过评审时，其状态又变为“正式”
• 
• 配置项版本号
  • （1）处于“草稿”状态的配置项的版本号格式为 0.YZ，YZ 的数字范围为 01~99。随着草稿的修正，YZ 的取值应递增。YZ 的初值和增幅由用户自己把握
  • （2）处于“正式”状态的配置项的版本号格式为 XY，X 为主版本号，取值范围为 1~9。Y 为次版本号，取值范围为 0~9。配置项第一次成为“正式”文件时，版本号为 1.0。如果配置项升级幅度比较小，可以将变动部分制作成配置项的附件，附件版本依次为 1.0，1.1...。当附件的变动积累到一定程度时，配置项的Y值可适量增加，Y 值增加一定程度时，X 值将适量增加。当配置项升级幅度比较大时，才充许直接增大 X 值
  • （3）处于“修改"状态的配置项的版本号格式为 X.YZ。配置项正在修改时，一般只增大 Z 值，X.Y 值保持不变。当配置项修改完毕，状态成为“正式”时，将z值设置为 0，增加 X.Y 值。参见上述规则（2）。
• 配置项版本管理：在项目开发过程中，绝大部分的配置项都要经过多次的修改才能最终确定下来。对配置项的任何修改都将产生新的版本。由于我们不能保证新版本一定比旧版本“好”，所以不能抛弃旧版本。版本管理的目的是按照一定的规则保存配置项的所有版本，避免发生版本丢失或混淆等现象，并且可以快速准确地查找到配置项的任何版本。

质量管理

• 质量是软件产品特性的综合，表示软件产品满足明确（基本需求）或隐含（期望需求）要求的能力。质量管理是指确定质量方针、目标和职责，并通过质量体系中的质量计划、质量控制、质量保证和质量改进来使其实现的所有管理职能的全部活动；
• 主要包括以下过程：
  • （1）质量规划：识别项目及其产品的质量要求和标准，并书面描述项目将如何达到这些要求和标准的过程。
  • （2） 质量保证：一般是每隔一定时间（例如，每个阶段末）进行的，主要通过系统的质量审计（软件评审）和过程分析来保证项目的质量。
  • （3）质量控制：实时监控项目的具体结果，以判断它们是否符合相关质量标准制订有效方案，以消除产生质量问题的原因。

风险管理

• 风险管理就是要对项目风险进行认真的分析和科学的管理，这样，是能够避开不利条件、少受损失、取得预期的结果并实现项目目标的，能够争取避免风险的发生或尽量减小风险发生后的影响。但是，完全避开或消除风险，或者只享受权益而不承担风险是不可能的
• 风险管理计划编制：如何安排与实施项目的风险管理，制定下列各步的计划。
• 风险识别：识别出项目中已知和可预测的风险，确定风险的来源、产生的条件、描述风险的特征以及哪些项目可以产生风险，形成一个风险列表。
• 风险定性分析：对已经识别的风险进行排序，确定风险可能性与影响、确定风险优先级、确定风险类型。
• 风险定量分析：进一步了解风险发生的可能性具体由多大，后果具体由多严重。包括灵敏度分析、期望货币价值分析、决策树分析、蒙特卡罗模拟。
• 风险应对计划编制：对每一个识别出来的风险来分别制定应对措施，这些措施组成的文档称为风险应对计划。包括消极风险（避免策略、转移策略、减轻策略）；积极风险（开拓、分享、强大）。
• 风险监控：监控风险计划的执行，检测残余风险，识别新的风险，保证风险计划的执行，并评价这些计划对减少风险的有效性。
• 在信息系统项目中，从宏观上来看，风险可以分为项目风险、技术风险和商业风险
  • 项目风险是指潜在的预算、进度、个人(包括人员和组织)、资源、用户和需求方面的问题，以及它们对项目的影响。项目复杂性、规模和结构的不确定性也构成项目的（估算）风险因素。项目风险威胁到项目计划，一旦项目风险成为现实，可能会拖延项目进度，增加项目的成本。
  • 技术风险是指潜在的设计、实现、接口、测试和维护方面的问题。此外，规格说明的多义性、技术上的不确定性、技术陈旧、最新技术(不成熟）也是风险因素。技术风险威胁到待开发系统的质量和预定的交付时间。如果技术风险成为现实，开发工作可能会变得很困难或根本不可能。
  • 商业风险威胁到待开发系统的生存能力，主要有以下5种不同的商业风险：
    • （1）市场风险。开发的系统虽然很优秀但不是市场真正所想要的。
    • （2）策略风险。开发的系统不再符合企业的信息系统战略。
    • （3）销售风险。开发了销售部门不清楚如何推销的系统。
    • （4）管理风险。由于重点转移或人员变动而失去上级管理部门的支持。
    • （5）预算风险。开发过程没有得到预算或人员的保证。

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软件架构概述-构件技术

软件架构概述

• 从需求分析和软件设计之间的过渡过程称为软件架构，只要软件架构设计好了，整个软件就不会出现坍塌性的错误，即不会崩溃
• 架构设计就是需求分配，将满足需求的职责分配到组件上
• 软件架构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构件的描述、构件的相互作用（连接件）、指导构件集成的模式以及这些模式的约束组成
• 软件架构不仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构件之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理
• 解决好软件的复用、质量和维护问题，是研究软件架构的根本目的
• 软件架构设计包括提出架构模型、产生架构设计和进行设计评审等活动，是一个迭代的过程。架构的设计主要关注软件组件的结构、属性和交互作用，并通过多种视图全面描述特定系统的架构
• 软件架构能够在设计变更相对容易的阶段，考虑系统的可选方案，便于技术人员和非技术人员就软件设计进行交互，能够展现软件的结构、属性与内部交互关系
• 软件架构是项目干系人进行交流的手段，明确了对系统实现的约束条件，决定了开发和维护组织的组织结构，制约着系统的质量属性
• 软件架构使推理和控制的更改更加简单，有助于循序渐进的原型设计，可以作为培训的基础
• 软件架构是可传递和可复用的模型，通过研究软件架构可能预测软件的质量

软件架构设计与生命周期

• 需求分析阶段：需求分析和 SA 设计面临的是不同的对象：一个是问题空间，另一个是解空间。从软件需求模型向 SA 模型的转换主要关于两个问题：（1）如何根据需求模型构建 SA 模型。（2）如何保证模型转换的可追踪性
• 设计阶段：是 SA 研究关注的最早和最多阶段，这一阶段的 SA 研究主要包括：SA 模型的描述、SA 模型的设计与分析方法，以及对 SA 设计经验的总结与复用。有关 SA 模型描述的研究分为三个层次：SA 的基本概念（构件和连接子）、体系结构描述语言 ADL、SA 模型的多视图表示，ADL 基本构成要素包括组件、组件接口、连接件和架构配置
• 实现阶段：最初 SA 研究往往只关注较高层次的系统设计、描述和验证。为了有效实现 SA 设计向实现的转换，实现阶段的体系结构研究表现在以下几个方面：
  • 研究基于 SA 的开发过程支持，如项目组织结构、配置管理等
  • 寻求从 SA 向实现过渡的途径，如将程序设计语言元素引入 SA 阶段、模型映射、构件组装、复用中间件平台等。
  • 研究基于 SA 的测试技术
• 构件组装阶段：在 SA 设计模型的指导下，可复用构件的组织可以在较高层次上实现系统，并能够提高系统实现的效率。在构件组装的过程中，SA 设计模型起到了系统蓝图的作用。研究内容包括如下两个方面：
  • 如何支持可复用构件的互联，即对 SA 设计模型中规约的连接子的实现提供支持
  • 在组装过程中，如何检测并消除体系结构失配问题，构件组装阶段的失配问题主要包括：由构件引起的失配、连接子引起的失配、系统成分对全局体系结构的假设存在冲突引起的失配
• 部署阶段：SA 对软件部署作用如下：
  • 提供高层的体系结构视图来描述部署阶段的软硬件模型。
  • 基于 SA 模型可以分析部署方案的质量属性，从而选择合理的部署方案
• 后开发阶段：是指软件部署安装之后的阶段。这一阶段的 SA 研究主要围绕维护、演化、复用等方面来进行。典型的研究方向包括动态软件体系结构、体系结构恢复与重建等
  • 动态软件系统结构：现实中的软件具有动态性，体系结构会在运行时发生改变。
    • 运行时变化包括两类：软件内部执行所导致的体系结构改变；软件系统外部的请求对软件进行的重配置
    • 包括两个部分的研究：体系结构设计阶段的支持、运行时刻基础设施的支持
  • 体系结构恢复与重建：对于现有系统在开发时候没有考虑 SA 的情况，从这些系统中恢复或重构体系结构。从已有的系统中获取体系结构的重建方法分为四类：手工体系结构重建、工具支持的手工重建、通过查询语言来自动建立聚集、使用其他技术

构件

• 构件是一个独立可交付的功能单元，外界通过接口访问其提供的服务。
• 构件分类方法包括关键字分类法、刻面分类法和超文本组织方法。
  • 关键字分类法：将应用领域的概念按照从抽象到具体的顺序逐次分解为树状或有向无回路图结构，每个概念用一个描述性的关键字表示。
  • 刻面分类法：定义若干用于刻画构件特征的“面”，每个面包含若干概念，这些概念表述构件在面上的特征；
  • 超文本组织方法：基于全文检索技术，要求所有构件必须辅以详尽的功能或行为说明文档，说明中出现的重要概念或构件以网状链接方式相互连接，用户在阅读文档的过程中可按照人类的联系思维方式任意跳转到包含相关概念或构件的文档，全文检索系统将用户给出的关键字与说明文档中的文字进行匹配，实现构件的浏览式检索。
• 将构件分为5类独立而成熟的构件、有限制的构件、适应性构件、装配的构件和可修改的构件。
  • （1）独立而成熟的构件得到了实际运行环境的多次检验，该类构件隐藏了所有接口，用户只需用规定好的命令进行使用。例如，数据库管理系统和操作系统等。
  • （2）有限制的构件。有限制的构件提供了接口，指出了使用的条件和前提，这种构件在装配时，会产生资源冲突、覆盖等影响，在使用时需要加以测试。例如，各种面向对象程序设计语言中的基础类库等。
  • （3）适应性构件。适应性构件进行了包装或使用了接口技术，把不兼容性、资源冲突等进行了处理，可以直接使用。这种构件可以不加修改地使用在各种环境中。例如 ActiveX 等。
  • （4）装配的构件。装配（assemble）的构件在安装时，已经装配在操作系统、数据库管理系统或信息系统不同层次上，使用胶水代码（glue code）就可以进行连接使用。目前一些软件商提供的大多数软件产品都属这一类。
  • （5）可修改的构件。可修改的构件可以进行版本替换。如果对原构件修改错误、增加新功能，可以利用重新“包装”或写接口来实现构件的替换。这种构件在应用系统开发中使用得比较多。
• 构件由一组通常需要同时部署的原子构件组成。一个原子构件是一个模块和一组资源。原子构件的部署、版本控制和替换的基本单位。原子构件通常成组的部署，但是它也能被单独部署
• 构件与原子构件的区别在于大多数原子构件永远都不会被单独部署，尽管它们可以被单独部署。相反，大多数原子构件都属于一个构件家族，一次部署往往涉及整个家族
• 一个模块是不带单独资源的原子构件
• 一个单独的包被编译成多个单独的类文件——每个公共类都有一个
• 模块是一组类和可能的非面向对象的结构体，比如过程或函数
• 构件的特性是：
  • 独立部署单元
  • 作为第三方的组装单元
  • 没有（外部的）可见状态，但可以利用容器管理自身对外的可见状态
• 一个构件可以包含多个类元素，但是一个类元素只能属于一个构件。将一个类拆分进行部署通常没什么意义
• 对象的特性是：
  • 一个实例单元，具有唯一的标志
  • 可能具有状态，此状态外部可见。
  • 封装了自己的状态和行为
• 构件接口：接口标准化是对接口中消息的格式、模式和协议的标准化，它不是要将接口格式化为参数化操作的集合，而是关注输入输出的消息的标准化，它强调当机器在网络中互联时，标准的消息模式、格式、协议的重要性
• 面向构件的编程（COP）：关注如何支持建立面向构件的解决方案。面向构件的编程需要下列基本的支持：
  • 多态性（可代替性）
  • 模块封装性（高层次信息的隐藏）
  • 后期的绑定和装载（部署独立性）
  • 安全性（类型和模块安全性）

构件技术

• 构件技术就是利用某种编程手段，将一些人们所关心的，但又不便于让最终用户去直接操作的细节进行封装，同时对各种业务逻辑规则进行了实现，用于处理用户的内部操作细节。目前，国际上常用的构件标准主要有三大流派：
  • EJB（Enterprise Java Bean）规范由 Sun 公司制定，有三种类型的 EJB，分别是会话 Bean、实体 Bean 和消息驱动 Bean。EJB 实现应用中关键的业务逻辑，创建基于构件的企业级应用程序
    • J2EE（现称 Jakarta EE ）作为企业级应用程序开发与部署平台，定义了五种标准构件模型。
      • （1）Applet 是嵌入客户端浏览器并在其中执行的 Java 程序；
      • （2）Servlet 是处理 HTTP 请求并生成响应的服务器端 Java 程序，是服务器端动态内容生成的基础；
      • （3）JSP 是简化 Servlet 开发的技术，可在 HTML 页面中嵌入 Java 代码并最终转换为 Servlet 执行；
      • （4）EJB 是服务器端组件模型，提供事务处理等企业级服务以实现业务逻辑；
      • （5）Application Client 是运行在客户端，能直接访问 EJB 组件及其他 J2EE 服务的 Java 应用程序。
  • COM、DCOM、COM+：COM 是微软公司的，DCOM 是 COM 的进一步扩展，具有位置独立性和语言无关性。COM+ 并不是 COM 的新版本，是 COM 新发展或是更高层次的应用
  • CORBA 标准：从高到低主要分为三个层次：
    • 公共设施（伺服对象）：最上层的公共设施则定义了组件框架，提供可直接为业务对象使用的服务，规定业务对象有效协作所需的协定规则
    • 公共对象服务（对象适配器）：在 ORB 之上定义了很多公共服务，可以提供诸多并发服务、名字服务、事务服务、安全服务等各种各样的服务；
    • 对象请求代理（ORB）：最底层是对象请求代理 ORB，规定了分布对象的定义（接口）和语言映射，实现对象间的通讯和互操作，是分布对象系统中的软总线

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软件架构风格

• 软件系统结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。架构风格定义一个系统家族，即一个架构定义、一个词汇表和一组约束。词汇表中包含一些构件和连接件类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件组合起来的
• 架构风格反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性，并指导如何将各个子模块和系统有效地组织成一个完整的系统。对软件架构风格的研究和实践促进对设计的重用，一些经过实践证实的解决方案也可以可靠地用于解决新的问题
• 架构设计的一个核心问题是能否达到架构级的软件复用
• 架构风格定义了用于描述系统的术语表和一组指导构建系统的规则

数据流风格

• 数据流风格：面向数据流，按照一定的顺序从前向后执行程序，代表的风格有批处理序列、管道-过滤器
• 批处理序列：构件为一系列固定顺序的计算单元，构件之间只通过数据传递交互，每个处理步骤是一个独立的程序，每一步必须在其前一步结束后才能开始，数据必须是完整的，以整体的方式传递
• 管道-过滤器：每个构件都有一组输入和输出，构件读取输入的数据流，经过内部处理，产生输出数据流。前一个构件的输出作为后一个构件的输入，前后数据流关联。过滤器就是构件，连接件就是管道
  • 早期编译器就是这种架构，要一步一步处理的，均可考虑此种架构风格
• 二者区别在于批处理前后构件不一定有关联，并且是作为整体传递，即必须前一个执行完才能执行下一个。管道-过滤器是前一个输出作为后一个输入，前面执行到部分可以开始下一个的执行

调用/返回风格

• 调用/返回风格：构件之间存在互相调用的关系，一般是显示的调用，代表的风格有主程序/子程序、面向对象、层次结构
• 主程序/子程序：单线程控制，把问题划分为若干个处理步骤，构件即为主程序和子程序，子程序通常可合成为模块，过程调用作为交互机制，充当连接件的角色
• 面向对象：构件是对象，对象是抽象数据类型的实例。连接件即是对象之间交互的方式，对象是通过函数和过程的调用来交互的
• 层次结构：构件组成一个层次结构，连接件通过决定层间如何交互的协议来定义，每层为上一层提供服务，使用下一层的服务，只能看到与自己邻接的层。修改某一层，最多影响其相邻的两层（通常只能影响上层）
  • 层次结构优点：
    • 支持基于可增加抽象层的设计，允许将一个复杂问题分解成一个增量步骤序列的实现
    • 不同的层次处于不同的抽象级别，越靠近底层，抽象级别越高
    • 由于每一层最多只影响两层，同时只要给相邻层提供相同的接口，允许每层用不同的开发实现，同样为软件的复用提供了强大支持
  • 层次结构缺点：
    • 并不是每个系统都可以很容易的划分为分层的模式
    • 很难找到一个合适的、正确的层次抽象方法

独立构件风格

• 独立构件风格：构件之间是互相独立的，不存在显示的调用关系，而是通过某个事件触发、异步的方式来执行，代表的风格有进程通信、事件驱动系统（隐式调用）
• 进程通信：构件是独立的进程，连接件是消息传递。构件通常是命名过程，消息传递的方式可以是点对点、异步或同步方式，以及远程过程调用等
• 事件驱动系统（隐式调用）：构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事件。构件中的过程在一个或多个事件中注册，当某个事件被触发时，系统自动调用这个事件中注册的所有过程。一个事件的触发就导致了另一个模块中的过程调用。这种风格中的构件是匿名的过程，他们之间交互的连接件往往是以过程之间的隐式调用来实现的
  • 优点是为软件复用提供了强大的支持，为构件的维护和演化带来了方便
  • 缺点是构件放弃了对系统计算的控制

虚拟机风格

• 虚拟机风格：自定义了一套规则供使用者使用，使用者基于这个规则来开发构件，能够跨平台适配，代表的风格有解释器、基于规则的系统
• 解释器：通常包括一个完整解释工作的解释引擎、一个包含将被解释的代码的存储区、一个记录解释引擎当前工作状态的数据结构，以及一个记录源代码被解释执行进度的数据结构。具有解释器风格的软件中含有一个虚拟机，可以仿真硬件的执行过程和一些关键应用，缺点是执行效率低
• 基于规则的系统：包括规则集、规则解释器、规则/数据选择器和工作内存，一般用在人工智能领域和 DSS 中

仓库（数据共享）风格

• 仓库风格：以数据为中心，所有的操作系统都是围绕建立的数据中心进行的，代表的风格有数据库系统、超文本系统、黑板系统
• 数据库系统：构件主要有两大类，一类是中央数据结构，保存当前系统的数据状态；另一类是多个独立处理单元，处理单元对数据元素进行操作
• 黑板系统：包括数据源、黑板和控制三部分。
  • 知识源：包括若干独立计算的不同单元，提供解决问题的知识，知识源影响黑板的变化，也只修改黑板
  • 黑板：是一个全局数据库，包含问题域解空间的全部状态，是知识源相互作用的唯一媒介
  • 控制：知识源响应是通过黑板状态的变化来控制的
  • 黑板系统通常应用在对于解决问题没有确定性算法的软件中（信号处理、问题规划和编译器优化）
• 超文本系统：构件以网状链接方式互相连接，用户可以在构件之间进行按照人类的联系思维方式任意跳转到相关构件。是一种非线性的网状信息组织方法，他以节点为基本单位，链接为节点之间的联想式关联，通常是应用在互联网领域
• 现代编译器的基础开发环境一般采用数据仓库架构风格（即以数据为中心的架构风格），其中心数据就是程序的语法树

闭环控制

• 过程控制：当软件被用来操作一个物理系统时，软件与硬件之间可以忽略的表示为一个反馈循环，这个反馈循环通过接受一定的输入，确定一系列的输出，最终使环境达到一个新的状态，适合于嵌入式系统，涉及连续的动作和状态
• 

C2 架构风格

• C2 体系结构风格可以概括为：通过连接件绑定在一起的按照一组规则运作的并行构件风格。C2 风格中的系统组织规则如下：
  • 系统中的构件和连接件都有一个顶部和一个底部
  • 构件的顶部应连接到某连接件的底部，构件的底部则应连接到某连接件的顶部，而构件与构件之间的直接连接是不允许的
  • 一个连接件可以和任意数目的其他构件和连接件连接
  • 当两个连接件进行直接连接时，必须由其中一个的底部到另一个的顶部
• 

结构风格总结

• 

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层次风格-SOA

C/S 结构

• 两层 C/S 架构：客户端和服务器都有处理功能，现在已经不常用，原因有：开发成本较高、客户端程序设计复杂、信息内容和形式单一、用户界面风格不一、软件移植困难、软件维护和升级困难、新技术不能轻易应用、安全性问题、服务器端压力大难以复用。
• 
• 三层 C/S 架构：将处理功能独立出来，表示层和数据层都变得简单。表示层在客户机上，功能层在应用服务器上，数据层在数据库服务器上。即将两层 C/S 架构中的数据从服务器中独立出来了。其优点下面四点：
  • 各层在逻辑上保持相对独立，整个系统的逻辑结构更为清晰，能提高系统和软件的可维护性和可扩展性；
  • 充许灵活有效的选用相应的平台和硬件系统，具有良好的可升级性和开放性；
  • 各层可以并行开发，各层也可以选择各自最适合的开发语言；
  • 功能层有效的隔离表示层与数据层，为严格的安全管理奠定了坚实的基础，整个系统的管理层次也更加合理和可控制
• 
• 三层 C/S 架构设计的关键在于各层之间的通信效率，要慎重考虑三层间的通信方法、通信频度和数据量，否则即使分配给各层的硬件能力很强，性能也不高。

B/S 架构

• 三层 B/S 架构是三层 C/S 架构的变种，将客户端变为用户客户端上的浏览器，将应用服务器变为网络上的 WEB 服务器，又称为 0 客户端架构，虽然不用开发客户端，但有很多缺点：
  • B/S 架构缺乏对动态页面的支持能力，没有集成有效的数据库处理功能；
  • 安全性难以控制；
  • 在数据查询等响应速度上，要远远低于 C/S 架构；
  • 数据提交一般以页面为单位，数据的动态交互性不强，不利于 OLTP 应用。
• 混合架构风格
  • 内外有别模型：企业内部使用 C/S，外部人员访问使用 B/S。
  • 查改有别模型：采用 B/S 查询，采用 C/S 修改。
  • 混合架构实现困难，且成本高。

富互联网应用 RIA

• 弥补三层 B/S 架构存在的问题，RIA是一种用户接口，比用 HTML 实现的接口更加健壮，且有可视化内容，本质还是网站模式，其优点如下：
  • RIA 结合了 C/S 架构反应速度快、交互性强的优点与 B/S 架构传播范围广及容易传播的特性;
  • RIA 简化并改进了 B/S 架构的用户交互;
  • 数据能够被缓存在客户端，从而可以实现一个比基于 HTML 的响应速度更快
  • 数据往返于服务器的次数更少的用户界面。
• 本质还是 0 客户端，借助于高速网速实现必要插件在本地的快速缓存，增强页面对动态页面的支持能力，典型的如小程序（本质 C/S 架构）。

MVC 系列架构

MVC

• 概述：用一种业务逻辑、数据、界面显示分离的方法组织代码，将业务逻辑聚集到一个部件里面，在改进和个性化定制界面及用户交互的同时，不需要重新编写业务逻辑
• (1) 控制器（Controller）：是应用程序中处理用户交互的部分。通常控制器负责从视图读取数据，控制用户输入，并向模型发送数据
• (2) 模型（Model)） ：是应用程序中用于处理应用程序数据逻辑的部分。通常模型对象负责在数据库中存取数据。模型表示业务数据和业务逻辑
• (3) 视图（View）：是应用程序中处理数据显示的部分。通常视图是依据模型数据创建的。是用户看到并与之交互的界面。视图向用户显示相关的数据，并能接收用户的输入数据，但是它并不进行任何实际的业务处理：
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MVP

• MVP：MVP 是把 MVC 中的 Controller 换成了 Presenter（呈现），目的就是为了完全切断 View 跟 Model 之间的联系，由 Presenter 充当桥梁，做到 View-Model 之间通信的完全隔离。
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• MVP 特点:
  • 1、M、V、P 之间双向通信
  • 2、View 与 Model 不通信，都通过 Presenter 传递。Presenter 完全把 Model 和 view 进行了分离，主要的程序逻辑在 Presenter 里实现。
  • 3、View 非常薄，不部署任何业务逻辑，称为“被动视图”（PassiveView），即没有任何主动性，而 Presenter 非常厚，所有逻辑都部署在那里。
  • 4、Presenter 与具体的 View 是没有直接关联的，而是通过定义好的接口进行交互，从而使得在变更 View 时候可以保持 Presenter 的不变，这样就可以重用。

MVVM

• MVVM：MVVM 模式和 MVC 模式类似，主要目的是分离视图（View）和模型（Model），有几大优点:
  • 1、低耦合，视图（View）可以独立于 Model 变化和修改，ViewModel 可以绑定到不同的“View”上，当 View 变化的时候 Model 可以不变，当 Model 变化的时候 View 也可以不变
  • 2、可重用性，可以把一些视图逻辑放在一个 ViewModel 里面，让很多 View 重用这段视图逻辑
  • 3、独立开发，开发人员可以专注于业务逻辑和数据的开发（ViewModel），设计人员可以专注于页面设计。
  • 4、可测试，界面向来是比较难于测试的，而现在测试可以针对 ViewModel 来写。
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面向服务的架构风格 SOA

• SOA 是一种粗粒度、松耦合服务架构，服务之间通过简单、精确定义接口进行通信，不涉及底层编程接口和通信模型
• 在 SOA 中，服务是一种为了满足某项业务需求的操作、规则等的逻辑组合，它包含一系列有序活动的交互，为实现用户目标提供支持。
• SOA 并不仅仅是一种开发方法，还具有管理上的优点，管理员可直接管理开发人员所构建的相同服务。多个服务通过企业服务总线提出服务请求，由应用管理来进行处理，如下：
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• 实施 SOA 的关键目标是实现企业 IT 资产重用的最大化，在实施 SOA 过程中要牢记以下特征：可从企业外部访问、随时可用（服务请求能被及时响应）、粗粒度接口（粗粒度提供一项特定的业务功能，而细粒度服务代表了技术构件方法）、服务分级、松散耦合（服务提供者和服务使用者分离）、可重用的服务及服务接口设计管理、标准化的接口（WSDL、SOAP、XML是核心）、支持各种消息模式、精确定义的服务接口。
• 从基于对象到基于构件再到基于服务，架构越来越松散耦合，粒度越来越粗，接口越来越标准
• 基于服务的构件与传统构件的区别有四点：
  • 服务构件粗粒度，传统构件细粒度居多；
  • 服务构件的接口是标准的，主要是 WSDL 接口，而传统构件常以具体 API 形式出现；
  • 服务构件的实现与语言是无关的，而传统构件常绑定某种特定的语言；
  • 服务构件可以通过构件容器提供 QoS 的服务，而传统构件完全由程序代码直接控制
• SOA 中应用的关键技术如下：

功能	协议
发现服务	UDDI、DISCO
描述服务	WSDL、XML Schema
消息格式	SOAP、REST
编码格式	XML（DOM、SAX）
传输层协议	HTTP、TCP/IP、SMTP等

• UDDI（Universal Description，Discovery and Integration）：是一套基于 WEB 的、分布式的、为 WebService 提供的、信息注册中心的实现标准规范，同时也包含一组使企业能将自身提供的 WebService 注册，以使别的企业能够发现的访问协议的实现标准，用于 WEB 服务注册统一描述、发现及集成
• WSDL（Web Service Description Language）：WebService 描述语言，将 Web 服务描述定义为一组服务访问点，客户端可以通过这些服务访问点对包含面向文档信息或面向过程调用的服务进行访问（类似远程调用），用于描述服务做些什么、如何访问服务和服务位于何处
• SOAP（Simple Object Access Protocol）：简单对象访问协议，是用于交换 XML 编码信息的轻量级协议，用于传递信息
• XML（可扩展标记语言）：是 WebService 平台中表示数据的基本格式，用于数据交换。
• WEB Service：服务提供者、服务注册中心（中介，提供交易平台，可有可无）、服务请求者。服务提供者将服务描述发布到服务注册中心，供服务请求者查找，查找到后，服务请求者将绑定查找结果。如图
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• 服务注册表
  • (1) 服务注册：应用开发者（服务提供者）在注册表中公布服务的功能。
  • (2) 服务位置：服务使用者（服务应用开发者），帮助他们查询注册服务，寻找符合自身要求的服务
  • (3) 服务绑定：服务使用者利用检索到的服务接口来编写代码所编写的代码将与注册的服务绑定，调用注册的服务，以及与它们实现互动。
• 企业服务总线 ESB：简单来说是一根管道，用来连接各个服务节点。ESB 的存在是为了集成基于不同协议的不同服务，ESB 做了消息的转化、解释以及路由的工作，以此来让不同的服务互联互通，包括：客户端（服务请求者）、基础架构服务（中间件）、核心集成服务（提供服务）。
• ESB 特点：
  • 1、SOA 的一种实现方式，ESB 在面向服务的架构中起到的是总线作用，将各种服务进行连接与整合；
  • 2、描述服务的元数据和服务注册管理；
  • 3、在服务请求者和提供者之间传递数据，以及对这些数据进行转换的能力，并支持由实践中总结出来的一些模式如同步模式、异步模式等;
  • 4、发现、路由、匹配和选择的能力，以支持服务之间的动态交互，解耦服务请求者和服务提供者。高级一些的能力，包括对安全的支持、服务质量保证、可管理性和负载平衡等。
• 微服务架构使用去中心化的扁平化管理方式，每个服务都是一个独立的应用程序，独立管理、使用独立的数据库、独立部署和独立运行。
• 而面向服务的架构（SOA） 是一种整体式架构，使用集中式的管理方式和统一的数据中心。

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架构复用-DSSA-ABSD

软件架构复用

• 软件产品线是指一组软件密集型系统，它们共享一个公共的、可管理的特性集，满足某个特定市场或任务的具体需要，是以规定的方式用公共的核心资产集成开发出来的。即围绕核心资产库进行管理、复用、集成新的系统。
• 软件架构复用的类型包括机会复用和系统复用。机会复用是指开发过程中，只要发现有可复用的资产，就对其进行复用。系统复用是指在开发之前，就要进行规划，以决定哪些需要复用。
• 可复用的资产包括：需求、架构设计、元素、建模与分析、测试、项目规划、过程方法和工具、人员、样本系统、缺陷消除。
• 复用的基本过程主要包括 3 个阶段：首先构造/获取可复用的软件资产，其次管理这些资产（构件库），最后针对特定的需求，从这些资产中选择可复用的部分，以开发满足需求的应用系统。

特定领域软件架构 DSSA

• DSSA 就是专用于一类特定类型的任务（领域）的、在整个领域中能有效地使用的、为成功构造应用系统限定了标准的组合结构的软件构件的集合。
• DSSA 就是一个特定的问题领域中支持一组应用的领域模型、参考需求、参考架构等组成的开发基础，其目标就是支持在一个特定领域中多个应用的生成。
  • 垂直域：在一个特定领域中的通用的软件架构，是一个完整的架构
  • 水平域：在多个不同的特定领域之间的相同的部分的小工具（如购物和教育都有收费系统，收费系统即是水平域）。
• DSSA 的三个基本活动
  • 领域分析：这个阶段的主要目标是获得领域模型（领域需求）。识别信息源即整个领域工程过程中信息的来源，可能的信息源包括现存系统、技术文献问题域和系统开发的专家、用户调查和市场分析、领域演化的历史记录等，在此基础上就可以分析领域中系统的需求，确定哪些需求是领域中的系统广泛共享的，从而建立领域模型
  • 领域设计：这个阶段的目标是获得 DSSA。DSSA 描述在领域模型中表示的需求的解决方案，它不是单个系统的表示，而是能够适应领域中多个系统的需求的一个高层次的设计。建立了领域模型之后，就可以派生出满足这些被建模的领域需求 DSSA。
  • 领域实现：这个阶段的主要目标是依据领域模型和 DSSA 开发和组织可重用信息，这些可重用信息可能是从现有系统中提取得到，也可能需要通过新的开发得到。
• 参与 DSSA 的四种角色人员
  • 领域专家：包括该领域中系统的有经验的用户、从事该领域中系统的需求分析设计、实现以及项目管理的有经验的软件工程师等。提供关于领域中系统的需求规约和实现的知识，帮助组织规范的、一致的领域字典，帮助选择样本系统作为领域工程的依据，复审领域模型、DSSA等领域工程产品，等等。
  • 领域分析人员：由具有知识工程背景的有经验的系统分析员来担任。控制整个领域分析过程，进行知识获取，将获取的知识组织到领域模型中
  • 领域设计人员：由有经验的软件设计人员来担任。根据领域模型和现有系统开发出 DSSA，并对 DSSA 的准确性和一致性进行验证。
  • 领域实现人员：由有经验的程序设计人员来担任。根据领域模型和 DSSA，开发构件。
• 建立 DSSA 的过程，以下过程是并发的、递归的、反复的、螺旋型的。
  • 定义领域范围：领域中的应用要满足用户一系列的需求。
  • 定义领域特定的元素：建立领域的字典，归纳领域中的术语，识别出领域中相同和不相同的元素。
  • 定义领域特定的设计和实现需求的约束：识别领域中的所有约束，这些约束对领域的设计和实现会造成什么后果。
  • 定义领域模型和架构：产生一般的架构，并描述其构件说明。
  • 产生、搜集可复用的产品单元：为 DSSA 增加复用构件，使可用于新的系统。
• 三层次模型
  • 领域开发环境：领域架构师决定核心架构，产出参考结构、参考需求、架构、领域模型、开发工具
  • 领域特定的应用开发环境：应用工程师根据具体环境来将核心架构实例化。
  • 应用执行环境：操作员实现实例化后的架构。
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基于架构的软件开发 ABSD

• ABSD 方法是架构驱动，强调由业务、质量和功能需求的组合驱动架构设计。它强调采用视角和视图来描述软件架构，采用用例和质量属性场景来描述需求。进一步来说，用例描述的是功能需求，质量属性场景描述的是质量需求（或侧重于非功能需求）。
• 使用 ABSD 方法，设计活动可以从项目总体功能框架明确就开始，这意味着需求获取和分析还没有完成，就开始了软件设计。
• ABSD 方法有三个基础。
  • 第一个基础是功能的分解，使用已有的基于模块的内聚和耦合技术；
  • 第二个基础是通过选择架构风格来实现质量和业务需求；
  • 第三个基础是软件模板的使用，软件模板利用了一些软件系统的结构。
• ABSD 方法是递归的，且迭代的每一个步骤都是清晰定义的。因此，不管设计是否完成，架构总是清晰的，有助于降低架构设计的随意性。
• ABSD 是一个自顶向下，递归细化的软件开发方法，软件系统的体系结构通过该方法得到细化，直到能产生软件构件和类（或模块）
• 在最顶层，系统被分解为若干概念子系统和一个或若干个软件模板。在第 2 层，概念子系统又被分解成概念构件和一个或若干个附加软件模板。
• 体系结构需求一般来自3个方面，分别是系统的质量目标、系统的商业目标和系统开发人员的商业目标。
• ABSD 可分为以下 6 步：体系结构需求、设计、文档化、复审、实现和演化
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  • （1）架构需求：重在掌握标识构件的三步，如下左图。
  • （2）架构设计：将需求阶段的标识构件映射成构件，进行分析，如下右图。
  • （3）架构（体系结构）文档化：主要产出两种文档，即架构（体系结构）规格说明，测试架构（体系结构）需求的质量设计说明书。文档是至关重要的，是所有人员通信的手段，关系开发的成败。
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  • （4）架构复审：由外部人员（独立于开发组织之外的人，如用户代表和领域专家等）参加的复审，复审架构是否满足需求，质量问题，构件划分合理性等。若复审不过，则返回架构设计阶段进行重新设计、文档化，再复审。其目的是在早期发现设计中的缺陷和错误
  • （5）架构实现：用实体来显示出架构。实现构件，构件组装成系统，如下左图：
  • （6）架构演化：对架构进行改变，按需求增删构件，使架构可复用，如下右图：
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质量属性-架构评估

软件系统的质量属性

• 软件系统的质量属性分为开发期质量属性和运行期质量属性
• 开发期质量属性：
  • 易理解性：设计被开发人员理解的难易程度
  • 可扩展性：软件因适应新需求或需求变化而增加新功能的能力，也称为灵活性。
  • 可重用性：重用软件系统或某一部分的难易程度。
  • 可测试性：对软件测试以证明其满足需求规范的难易程度。
  • 可维护性：需要修改缺陷、增加功能、提高质量属性时，识别修改点并实施修改的难易程度。
  • 可移植性：软件系统从一个运行环境转移到另一个不同的运行环境的难易程度。
• 运行期质量属性：
  • 性能：软件系统及时提供相应服务的能力，如速度、吞吐量和容量等的要求。
  • 安全性：件系统同时兼顾向合法用户提供服务，以及阻止非授权使用的能力。
  • 可伸缩性：当用户数和数据量增加时，软件系统维持高服务质量的能力。例如，通过增加服务器来提高能力。
  • 互操作性：本软件系统与其他系统交换数据和相互调用服务的难易程度。
  • 可靠性：软件系统在一定的时间内持续无故障运行的能力
  • 可用性：系统在一定时间内正常工作的时间所占的比例。可用性会受到系统错误，恶意攻击，高负载等问题的影响。
  • 鲁棒性：指软件系统在非正常情况下（如用户进行了非法操作、相关的软硬件系统发生了故障）仍能够正常运行的能力，也称健壮性或容错性。

质量属性

• 性能：系统的响应能力，即要经过多长时间才能对某个事件做出响应，或在某时间段内系统所能处理的事件个数。如响应时间、吞吐量，设计策略：优先级队列、增加计算资源、减少计算开销、引入并发机制、采用资源调度、资源仲裁
• 可靠性：是软件系统在应用或系统错误面前，在意外或错误使用情况下维持软件系统的功能特性的基本能力，如MTTF，MTBF，MTTR，设计策略：心跳，Ping/Echo，冗余，选举
  • MTTF：平均无故障时间（Mean Time To Failure），系统首次运行到发生故障的平均时间，适用于不可修复系统（如灯泡、电池）
  • MTBF：平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），系统两次故障之间的平均运行时间，适用于可修复系统（如服务器、网络设备）
  • MTTR：平均修复时间（Mean Time To Repair），从故障发生到修复完成的平均时间，衡量维修效率，影响系统可用性
  • 对于可修复系统，MTBF=MTTF+MTTR
• 可用性：是系统能够正常运行的时间比例，经常用在两次故障之间的时间长度，或在出现故障时系统能够恢复正常的速度来表示。如故障间隔时间，设计策略：心跳，Ping/Echo，冗余，选举
• 安全性：是指系统在向合法用户提供服务的同时能够阻止非授权用户使用的企图或拒绝服务的能力，如保密性，完整性，不可抵赖性，可控性。设计策略：入侵检测，用户认证，用户授权，追踪审计
• 可修改性：指能够快速的以较高的性价比对系统进行变更的能力。通常以某些具体的变更为基准，通过考察这些变更的代价衡量，设计策略：接口-实现分离，抽象，信息隐藏，它包含四个方面可维护性、可扩展性、结构重构和可移植性
• 功能性：是系统所能完成期望工作的能力，一项任务的完成需要系统中多数构建的互相协作
• 可变性：指体系结构经扩充或变更而成为新体系结构的能力。这种新体系结构应该符合预先定义的规则，在某些具体方面不同于原有的体系结构，当腰将某个体系结构作为一系列相关产品的基础时，可变性是很重要的
• 互操作性：作为系统组成部分的软件不是独立存在的，经常与其他系统或自身环境相互作用。为了支持互操作性，软件体系结构必须为外部可视的功能特性和数据结构提供精心设计的软件入口。程序和用其他编程语言编写的软件系统的交互作用就是互操作性的问题，也影响应用的软件体系结构

质量属性场景

• 质量属性场景是一种面向特定质量属性的需求，场景是从风险承担者的角度对系统交互的简短描述，包括：（通常采用刺激、环境和响应三个方面对场景进行描述），质量属性场景就是针对关注的质量属性构造一个特定的需求
  • 刺激源（Source）：生成该刺激的实体（人、计算机系统或其他任何刺激器），主体
  • 刺激（Stimulus）：该刺激是当刺激达到系统时需要考虑的条件，动作
  • 环境（Environment）：该刺激在某些条件内发生。当刺激发生时，系统可能处于过载。运行或其他情况，环境
  • 制品（Artifact）：某个制品被激励，这可能是整个系统，也可能是系统的一部分，客体
  • 响应（Response）：该响应是在激励到达后所采取的行动，客体响应
  • 响应度量（Measurement）：当响应发生时，应当能够以某种方式对其进行度量，以对需求进行测试，响应度量
• 可修改性质量属性场景描述举例：
  • 
• 敏感点：是指为了实现某种特定的质量属性，一个或多个构件所具有的特性
• 权衡点：是影响多个质量属性的特性，是多个质量属性的敏感点
• 风险点：可能引起风险的因素
• 非风险点：某件事是可行的、可接受的、可实现的
• 软件架构评估在架构设计之后，系统设计之前，因此与设计、实现、测试都没有关系。评估的目的是为了评估所采用的结构是否能够解决软件系统的需求，但不是单纯的确定是否满足需求
• 三种常用的评估方式：
  • 基于调查问卷（检查表）的方式：似于需求获取中的问卷调查方式，只不过是架构方面的问卷，要求评估人员对领域熟悉
  • 基于度量的方式：制定一些定量指标来度量架构，如代码行数等，要制定质量属性和度量结果之间的映射，然后从软件架构文档中获取度量信息，最后根据映射原则分析推导出系统的质量属性。要求评估人员对架构熟悉。
  • 基于场景的方式：主要方法。首先要确定用于领域的功能和软件架构的结构之间的映射，然后设计用于体现待评估质量属性的场景（即 4+1 视图中的场景），最后分析软件架构对场景的支持程度。要求评估人员既对领域熟悉，也对架构熟悉、从三个方面对场景进行设计：刺激（事件）、环境（事件发生的环境）、响应（架构响应刺激的过程）
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基于场景的架构分析方法 SAAM

• SAAM 是一种非功能质量属性的架构分析方法，是最早形成文档并广泛应用的软件架构分析方法。SAAM 针对最终架构而非详细设计进行评估
• 特定目标。SAAM 的目标是对描述应用程序属性的文档，验证基本的架构假设和原则
• 质量属性。这一方法的基本特点是把任何形式的质量属性都具体化为场景，但可修改性是 SAAM 分析的主要质量属性
• 架构描述。SAAM 用于架构的最后版本，但早于详细设计，架构的描述形式应当被所有参与者理解。
• 功能、结构和分配被定义为描述架构的 3 个主要方面
• 方法活动。SAAM 的主要输入是问题描述、需求声明和架构描述，下图描绘了 SAAM 分析活动的相关输入及评估过程。包括 5 个步骤：场景开发、架构描述、单个场景评估、场景交互和总体评估。
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架构权衡分析法 ATAM

• ATAM 让架构师明确如何权衡多个质量目标，参与者有评估小组、项目决策者和其他项目相关人
• ATAM 被分为四个主要的活动领域：场景和需求收集、体系结构视图和场景实现（描述）、属性模型构造和分析、架构决策与折中，整个评估过程强调以属性作为架构评估的核心概念。主要针对性能、可用性、安全性和可修改性，在系统开发之前，对这些质量属性进行评价和折中
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• 质量属性效用树
  • 质量属性效用树是对质量属性进行刻画与排序
  • 其树形结构从根部到叶子节点依次为树根、质量属性、属性分类，质量属性场景
  • 效用树以“效用”作为根结点，质量属性构成效用树的辅助级别。在每个质量属性中都会包含特定的质量属性说明，以提供对方案更精确的描述。后者形成了实用程序树中的叶节点。效用树沿着两个维度进行优先顺序。每个场景对系统成功的重要性以及对此场景实现（架构师的角度来看）所带来的难易程度的估计
  • 效用树中的优先级排名高（H）、中（M）和低 （L）

成本效益分析法 CBAM

• CBAM 用来对架构建立的成本进行设计和建模，让决策者根据投资收益率来选择合适的架构，可以看做对 ATAM 的补充，在 ATAM 确定质量合理的基础上，在对收益进行分析，有下列步骤：
  • 整理场景：定场景，并确定优先级，选择三分之一优先级最高的场景进行景交分析
  • 对场景进行细化：对每个场景详细分析，确定最好、最坏的情况
  • 确定场景的优先级：项目干系人对场景投票，根据投票结果确定优先
  • 分配效用：对场景响应级别确定效用表，建立策略、场景、响应级别的表格
  • 形成“策略-场景-响应级别的对应关系”
  • 确定期望的质量属性响应级别的效用（根据效用表确定所对应的具体场景的效用表）：
  • 计算各架构策略的总收益;
  • 根据受成本限制影响的投资报酬率选择架构策略（估算成本，用上一步的收益减去成本，得出收益，并选择收益最高的架构策略）

其他评估方法

• SAEM 方法：将软件架构看作一个最终产品以及设计过程中的一个中间产品，从外部质量属性和内部质量属性两个角度来阐述它的评估模型，旨在为软件架构的质量评估创建一个基础框架。
  • 外部属性指用户定义的质量属性
  • 内部属性指开发者决定的质量属性。该软件架构评估模型包含以下几个流程。
    • (1）对待评估的质量属性进行规约建模。
    • (2）为外部和内部的质量属性创建度量准则，先从评估目的（如软件架构比较、最终产品的质量预测），评估角度（如开发者、用户、维护者），评估环境（架构作为最终产品或设计中间产品）出发来定义架构评估的目标，再根据目标相关的属性来提出问题，然后回答每个问题并提出相应的度量准则。
    • (3）评估质量属性，包括数据收集、度量和结果分析3个活动。
• SAABNet 方法：SAABNet 方法使用贝叶斯信念网络（Bayesian Belief Networks，BBN）来表达和使用定性知识，辅助架构的定性评估。是一种用来表达和使用定性知识以辅助架构的定性评估。该方法来源于人工智能，允许不确定、不完整知识的推理。该方法使用 BBN 来表示和使用开发过程中的知识，包含定性和定量的描述，其中定性的描述是所有结点的图，定量的描述是每个结点状态相关的条件概率。其中的变量可分为3 类，即架构质量属性变量(如可维护性、灵活性等）、质量属性的度量准则变量（如容错性、响应性等）和架构特征变量（如继承深度、编程语言等），高层抽象的质量属性变量分解为低层抽象的度量准则变量，度量准则变量则分解为更低层抽象的架构特征变量。
• SACMM 方法：软件架构修改度量方法（Software Architecture Change Measurement Method，SACMM）是一种软件架构修改的度量方法。
• SASAM 方法：软件架构静态分析方法（Static Analysis of Software Architecture Model，SASAM）通过对预期架构（架构设计阶段的相关描述材料）和实际架构（源代码中执行的架构）进行映射和比较来静态地评估软件架构。
• ALRRA 方法：软件架构可靠性风险评估方法（Architecture-based Reliability Risk Assessment，ALRRA）是一种软件架构可靠性风险评估方法，该方法使用动态复杂度准则和动态耦合度准则来定义组件和连接件的复杂性因素，其中，动态复杂度准则在某个场景的执行中分析组件的动态行为来度量组件的复杂性，动态耦合度准则在某个场景的执行中分析连接件的消息传递协议来度量连接件的复杂性。利用失效模式和影响分析（FMEA）技术。
• AHP（层次分析法）方法：是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。AHP方法的特点是把复杂问题中的各种因素通过划分为相联系的有序层次使之条理化，并在一般情况下通过两两对比，根据一定客观现实的主观判断结构，把专家意见和分析者的客观判断结果直接、有效地结合起来，将一定层次上元素的某些重要性进行定量描述，之后利用数学方法计算反映每一层次元素的相对重要性次序的权值，并最后通过所有层次之间的总排序计算所有元素的相对权重及对权重进行排序。
• COSMIC+UML 方法：基于度量模型来评估软件架构可维护性的方法。针对不同表达方式的软件架构，采用统一的软件度量COSMIC 方法来进行度量和评估。该方法主要是为了辅助分析软件架构的演化方案是否可行，并在开源软件DCMMS 的软件架构UML 组件图上得以验证。

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其他架构评估方法-中间件

中间件

• 中间件：在一个分布式系统环境中处于操作系统和应用程序之间的软件，可以在不同的技术之间共享资源，将不同的操作系统、数据库、异构的网络环境以及若干应用结合成一个有机的协同工作整体。
• 中间件位于客户机/服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信，有如下特点
  • （1）中间件是一类软件，而非一种软件
  • （2）中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作；
  • （3）中间件是基于分布式处理的软件，最突出的特点是其网络通信功能。
• 中间件的任务是使应用程序开发变得更容易，通过提供统一的程序抽象，隐藏异构系统和分布式系统下低级别编程的复杂度。
• 主要的中间件有五类：
  • 数据库访问中间件：通过一个抽象层访问数据库，从而允许使用相同或相似的代码访问不同的数据库资源。典型的技术如 Windows 平台的 ODBC 和 Java 平台的 JDBC 等。
  • 远程过程调用（RPC）：是一种广泛使用的分布式应用程序处理方法。一个应用程序使用 RPC 来“远程”执行一个位于不同地址空间内的过程，从效果上看和执行本地调用相同。
  • 面向消息中间件（MOM)：利用高效可靠的消息传递机制进行平台无关的数据交流，并可基于数据通信进行分布系统的集成。通过提供消息传递和消息排队模型，可在分布环境下扩展进程间的通信，并支持多种通信协议、语言、应用程序、硬件和软件平台。典型的产品如 IBM 的 MQSeries。
  • 分布式对象中间件：随着对象技术与分布式计算技术的发展，两者相互结合形成了分布式对象技术，并发展成为当今软件技术的主流方向。典型的产品如 OMG 的 CORBA、Sun 的 RMI/EJB 、Microsoft 的 DCOM 等。
  • 事务中间件：也称事务处理监控器（TPM），最早出现在大型机上。事务处理监控程序位于客户和服务器之间，完成事务管理与协调、负载平衡、失效恢复等任务，提高系统的整体性能

J2EE 核心技术

• J2EE 平台采用了多层分布式应用程序模型，实现不同逻辑功能的应用程序被封装到不同的构件中，处于不同层次的构件被分别部署到不同的机器中。四层结构：
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• 客户层组件：J2EE应用程序可以是基于 web 方式的也可以是基于传统方式的静态的 HTML（标准通用标记语言下的一个应用）页面和 Applets 客户层组件
• web 层组件：J2EE web 层组件可以是 JSP 页面或 Servlet.
• 业务层组件：业务层代码的逻辑用来满足特定领域的业务逻辑处理
• 信息系统层：企业信息系统层处理企业信息系统软件包括企业基础建设系统例如企业资源计划（ERP），大型机事务处理，数据库系统，和其它的遗留信息系统.例如，J2EE 应用组件可能为了数据库连接需要访问企业信息系统。
• JSP+Servlet+JavaBean+DAO
  • JSP：用于显示、收集数据的部分。作为 MVC 中的视图 V。
  • Servlet：作为业务逻辑层，用于处理复杂的业务逻辑，如验证数据、实例化 JavaBean、调用 DAO 连接数据库等。作为 Mvc 中的控制器 C。在其中会调用 service 方法处理服务。
  • JavaBean：用于数据的封装，方便将查询结果在 servlet 与 jsp 页面之间进行传递等。
  • DAO：用于连接数据库及进行数据库的操作如：查询、删除、更改等。
• DAO 与 JavaBean 合在一起为 MVC 中的模型 M。
• 基本流程：JSP 发一个数据到 servlet，servlet 收到后做下解析再根据数据调用相应的service 去服务。service 如果有要调用数据库就通过 DAO 跟数据库交互，使用 javaBean 完成封装，返回结果给 servlet，servlet 再返回给 JSP。
• 重量级与轻量级之争
  • 重量级框架占用资源过多，在开发的过程中效率很低；大部分时间花在配置、运行的过程上，修改复杂；单元测试也比较麻烦。但在大量运行过程中会表现出优异的效果，也即开发麻烦，运行性能高。
  • 轻量级框架提高了开发的速度；立即可以看到结果；做单元测试非常简单；大量线程可供参考的开源代码。 开发简单，但运行性能低。

.NET 平台

• .NET 框架处于操作系统和 .NET 应用语言之间，只适用于微软系统，而 J2EE 支持跨平台，任何安装了 JVM 的平台。
• .NET 和 J2EE 之争
  • 1、JVM（将所有 JAVA 代码都编译为字节码，由 JVM 解释执行）和 CLR（.NET核心技术，类似于 JVM，生成中间代码 CLR，编译执行）。
  • 2、对多层分布式应用的支持，二者都支持多层分布式应用程序的开发：
    • 在表示层的平台支持上 J2EE 客户端支持多个平台，.NET 只能在微软系统上运行，也正是因此，.NET 会对微软系统上的应用进行优化；
    • 在业务层，J2EE 占优势，因为有许多开源的项目和代码供参考，开发就变得简单
    • 在数据层，二者都支持多种数据库，都非常优秀。
  • 3、安全性，由于 JAVA 在 .NET 之后出来，借鉴了 .NET 优点，JAVA 在运行时动态验证，.NET 是静态全面验证，二者都非常优秀，不分上下。
  • 4、应用程序的部署，J2EE 的部署相对来说较复杂，针对不同的系统要特别布置。
  • 5、可移植性，显然 J2EE 占优势，一次开发，到处运行。
  • 6、外部支持：J2EE 占优势，得到了很多厂家的支持，.NET 只是微软一家。

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超纲内容

• 在前趋图中，每个箭头对应一个信号量，编号从左至右，从上至下，由小到大，如图所示（这个非常关键可以节约解题时间）。在信号量里我们知道，P 操作是占用资源，V 操作是释放资源
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  • 以 P1 为例，S1 与 S2 从 P1 发出，P2 和 P3 都要等待 P1 执行完毕才能执行。也可以说 P1 执行完毕之后要释放信号量通知 P2，P3。所以在P1末尾处要执行 V(S1) V(S2) 表示通知 P2 P3 自己执行完毕了，而在 P2 开始处应执行 P(S1) P(S3) 表明等待它们执行完毕释放资源。
  • 进程互斥，初始化信号量为 1
  • 进程同步，初始化信号量为 0
• M2M 全称 Machine to Machine，是指数据从一台终端传送到另一台终端，也就是机器与机器的对话。M2M 技术涉及到 5 个重要的部分机器、M2M 硬件、通信网络、中间件、应用。其中，智能化机器能使机器“开口说话”；M2M 硬件能够进行信息的提取，从各种机器设备那里获取数据，并传送到通信网络；通信网络可以将信息传送到目的地；中间件在通信网络和IT系统间起桥接作用；应用是对所获数据进行加工分析，为决策和控制提供依据。
• 操作系统中信号中断
  • 信号中断：通常是由系统或进程发送的信号引发的中断，用于通知进程发生了某些特定事件，如进程收到终止信号等
  • 溢出中断：一般是在算术运算等操作中，出现结果超出了数据类型所能表示的范围时产生的中断
  • 访管中断：当应用程序需要请求操作系统提供服务，也就是进行系统调用时，会使用特权指令来引发访管中断，从而使处理器从用户态切换到核心态，让操作系统来处理相应的请求
  • 外部中断：是由外部设备如键盘、鼠标等输入输出设备引发的中断，是由外部硬件事件引起的
• 在嵌入式系统设计中，用来进行 CPU 调试的常用接口是 JTAG。JTAG 是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持 JTAG 协议，如 DSP、FPGA 器件等
• 嵌入式系统必须具备系统恢复能力。看门狗电路的基本功能是在系统发生软件问题和程序跑飞后使系统重新启动。其基本原理是看门狗计数器正常工作时自动计数程序流程定期将其复位，如果系统在某处卡死或者跑飞，该定时器将溢出，并将进入中断处理在设定时间间隔内，系统可保留关键数据，然后系统复位重启。因此看门狗定时器超时会产生看门狗中断
• 索引节点法
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  • 索引节点是一个数据结构，其中存放着这个文件用来寻找物理文件的信息。有 8 个地址项。直接地址索引就是里面存放的就是磁盘数据块编号。磁盘索引块是物理磁盘，存放索引信息，里面是一个个地址项，对应着磁盘数据块的编号。磁盘数据块存放实际的物理文件。一个磁盘索引块能够存放 1024/4=256 个地址项。直接索引对应编号 0-5 的磁盘块。一个一级索引能找到一个索引块，里面有 256 个地址项，对应编号 6-261(5+256) 共 256 个磁盘块，一个二级索引对应 256 个一级索引，则对应编号为 262-65797(261+256×256) 共 65536 个磁盘块。所以该系统可表示的单个文件最大长度是 (6+256+65536)×1KB=65798KB
• 软件设计层面的功耗控制主要有以下 5 种
  • （1）软硬件协同设计，即软件的设计要与硬件的匹配，考虑硬件因素。
  • （2）编译优化，采用低功耗优化的编译技术。
  • （3）减少系统的持续运行时间，可从算法角度进行优化。
  • （4）用“中断”代替“查询”。
  • （5）进行有效电源的管理。
• 嵌入式实时操作系统调度算法
  • 优先级调度算法。系统为每个任务分配一个相对固定的优先顺序，然后调度程序根据优先级的高低排序，按时间顺序进行高优先级任务优先调度
  • 抢占式优先级调度算法是在优先级调度算法基础上，允许高优先级任务抢占低优先级任务而运行
  • 最晚截止期调度算法指调度程序按每个任务的最接近其截止期末端的时间进行调度。最晚截止日期，有个另外的名字叫做 最小松弛时间，松弛时间 = 截止时间 - 当前时间 - 执行时间，题目提到快到截止时间，我们可以理解为松弛时间很小了，这样调度就是最晚截止。最晚截止期算法选择松弛度最小的任务执行。实际就是选择时间最紧张的程序
  • 最早截止期调度算法。指调度程序按每个任务的截止期时间，选择最早到截止期的头端时间的任务进行调度。最早截止期调度算法就是按照截止日期最早的执行。就是选择截止时间最早的程序
• 进程调度算法
  • 非抢占式调度算法：进程必须等待前面的进程执行完毕或主动让出CPU才能执行。常见的非抢占式调度算法包括：
    • 先来先服务（FCFS）：进程按到达顺序排队，先到先执行。简单但可能导致长进程阻塞短进程。
    • 短作业优先（SJF）：预估进程执行时间，短进程优先执行。但预估准确性是问题，可能导致长进程长时间等待。
  • 抢占式调度算法：允许在任何时刻中断当前进程，将 CPU 资源分配给另一个进程。常见的抢占式调度算法包括：
    • 时间片轮转调度：CPU 时间分割为固定时间片，进程轮流执行。时间片长度需要合理设置，以避免资源浪费或增加上下文切换开销。
    • 最短剩余时间优先（SRTF）：基于SJF的改进，按剩余执行时间排队，实时监控进程剩余时间。无时间片限制时等同于SJF。
    • 优先级调度：按进程优先级执行，抢占式优先级调度允许高优先级进程中断低优先级进程。可能导致低优先级进程长时间等待。
  • 多级反馈队列调度：是一种结合了优先级调度和时间片轮转调度特点的算法。它通过多个就绪队列，根据优先级和时间片长度的不同来调度进程。进程在队列间按优先级和时间片长度移动，短作业优先执行，长作业在后队列获得更长的 CPU 时间。这种算法通过模拟银行排队场景，使得短作业快速得到处理，长作业虽等待时间增长但执行时间也更长，从而提高了系统的执行效率和响应速度。
• 进程从创建到消亡，会经历不同的状态，包括运行、就绪和阻塞三种基本状态。
  • 运行状态：进程正在处理器上执行。对于单处理机系统，同时只有一个进程处于运行状态。如果没有其他进程可执行，系统会运行空闲进程。
  • 就绪状态：进程已获得除处理器外所有所需资源，一旦分配处理器即可执行。就绪进程可以根据优先级划分队列。例如，时间片用完的进程进入低优先级队列，I/O操作完成的进程进入高优先级队列。
  • 阻塞状态：也称等待或睡眠状态。进程因等待某一事件（如I/O操作完成）而暂停执行，即使分配处理器也无法运行。
• 进程时序的问题
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• 混成系统：一般由离散分离组件和连续组件并行或串行组成，组件之间的行为由计算模型进行控制。
  • 混成系统是通常由实时任务和非实时任务组成，同时又要求实时任务要满足时序约束。
  • 混成系统的实时任务需要在规定的时间内完成，并且它们的响应时间通常需要在毫秒或微秒级别。
  • 除了实时任务外，混成系统还包括非实时任务。这些任务不需要保证任何时间约束，但它们却可以与实时任务共享计算资源。这些非实时任务可以是周期性或者非周期性的，如打印任务、日志任务等。
• 位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中的一个盘块的使用情况。一般把 “1” 作为盘块已分配的标记，把 “0” 作为空闲标志。因为根据题意系统中字长为 32 位，所以一个字可记录 32 个物理块的使用情况。若磁盘的容量为 300GB，物理块的大小为 4MB，那么该磁盘有 300 * 1024 / 4 = 76800 个物理块，所需位示图的大小为 76800 / 32 = 2400个字。
• 任务间的通信的基本方式
  • （1）共享内存 - 最直接高效的方式,任务直接访问共享的数据结构,如全局变量、链表、队列等。
  • （2）信号量 - 提供最快的任务通信、同步和互斥手段,包括二进制、互斥、计数三种信号量。
  • （3）消息队列 - 更高级的通信方式,任务间传递任意长消息,支持单向/双向、互锁/非互锁等通信。
  • （4）管道 - 消息队列的一种,提供 FIFO 单向字节流数据通信。
  • （5）Socket - 通过抽象套接字接口,实现进程间的网络通信。
  • （6）Signals - 模拟中断机制的异步通信方式,用于通知任务异常事件发生。
• 契约式设计规定软件设计人员应为软件组件定义正式、精确和可验证的接口规范，该规范应使用前提条件、后置条件和不变式来扩展抽象数据类型的普通定义。
• 面相服务系统
  • UDDI（Universal Description，Discovery and Integration）是 Web 服务注册和查找的标准，通常用于让开发人员发布其 Web 服务，并在 UDDI 中搜索并发现可用的 Web 服务。
  • WSDL（Web Service Description Language）是一种用于描述 Web 服务接口和操作功能的 XML 格式语言，它允许开发人员定义 Web 服务的输入和输出消息、操作和端口以便其他人可以使用 Web 服务。
  • SOAP（Simple Object Access Protocol）作为一种基于 XML 的通信协议，用于建立 Web 服务和服务请求之间的通信。
  • SOAP（Simple Object Access Protocol）是一种使用 Web 服务定义和执行业务流程的语言，允许用户通过组合、编排和协调 Web 服务自上而下地实现面向服务的体系结构（SOA）。使用 BPEL，用户可以将多个 Web 服务组合到一个新的复合服务（称为业务流程）中，从而实现更高级别的功能。
• IDL 是一种接口定义语言，它包含接口描述、模块定义、类型定义、常量定义、异常、值类型等主要元素。接口描述是最核心的部分。IDL 的数据类型需要与实现语言进行映射，例如在 Java 中，IDL 接口映射为 Java 类，操作映射为成员函数。模块定义则映射为 Java 的包或 C++的 Namespace。
• 软件开发环境（SDE）是支持软件工程化开发和维护的一组软件工具和环境集成机制。SDE 需要支持多种集成机制，如平台、数据、界面、控制和过程集成，并且应该支持小组工作方式和提供配置管理。SDE 具有多种功能，如软件开发的一致性与完整性维护、配置管理及版本控制、数据的多种表示形式及其自动转换、信息的自动检索与更新、项目控制和管理以及对开发方法学的支持等。SDE 的集成机制包括环境信息库、过程控制与消息服务器和环境用户界面三个部分。
  • 环境信息库是 SDE 的核心，用于存储与系统开发有关的信息，并支持信息的交流与共享；
  • 过程控制与消息服务器是实现过程集成和控制集成的基础；
  • 环境用户界面包括环境总界面和各环境部件及工具的界面。
  • SDE 的重要特征之一是具有一致性的用户界面，这可以充分发挥环境的优越性，高效地使用工具并减轻用户的学习负担。
• 体系结构演化包含六个步骤，分别是需求变化归类，制订体系结构演化计划，修改、增加或删除构件、更新构件的相互作用、构件组装与测试、技术评审。具体展开如下所述。
  • （1）需求变化归类：对用户需求的变化进行归类，将其与已有的构件相对应。对于找不到对应构件的变动，做好标记，以便在后续工作中创建新构件来满足这部分需求。
  • （2）制订体系结构演化计划：在对原有结构进行改变之前，开发组织需制订详细、周密的体系结构演化计划，作为后续演化开发工作的指导依据。
  • （3）修改、增加或删除构件：依据第 1 步得到的需求变动归类情况，开发人员决定是否对现有的构件进行修改或删除，以及是否增加新的构件。在完成修改和增加构件后，要对这些构件进行功能性测试。
  • （4）更新构件的相互作用：随着构件的增加、删除和修改，构件之间的控制流也需要相应地更新，以确保系统的正常运行。
  • （5）构件组装与测试：利用组装支持工具，将构件的实现体进行组装，完成整个软件系统的连接与合成，形成新的体系结构。然后对新体系结构下的系统整体功能和性能进行测试。
  • （6）技术评审：对上述步骤进行确认，开展技术评审，检查组装后的体系结构是否准确反映了需求变动，是否符合用户需求。若不符合，则需要在第 2 到第 6 步之间进行迭代。
• 系统方案可以单独形成文档或合并到可行性研究报告中，包含前置部分、系统概述、系统研究方法、候选系统方案及其可行性分析、建议方案、结论和附录等
• 云计算的三种基本类型分别是
  • 软件即服务（SaaS）基于互联网提供软件服务的软件应用模式，企业通过租赁的形式使用信息系统，无需购买软硬件、建设机房、招聘 IT 人员等。
  • 平台即服务（PaaS）将服务器平台或开发环境等作为一种服务提供给用户，加快 SaaS 应用的开发速度。
  • 基础设施即服务（IaaS）通过互联网获得完善的计算机基础设施服务，如云服务器等
• 数字孪生生态系统由基础支撑层、数据互动层、模型构建层与仿真分析层、共性应用层以及行业应用层。
  • 基础支撑层：涉及物联网终端设备，如芯片和传感器，负责数据采集和发送。主要供应商包括高通、英特尔、ARM、AMD、三星、英伟达、谷歌、华为和阿里等。
  • 数据互动层：包括数据采集、传输和处理。数据采集通常通过 DCS、PLC 系统和智能仪表进行。数字孪生模型是动态的，需要实时数据上传、低延迟信息传输和处理，以及虚拟实体与物理实体间的实时动态映射。
  • 模型构建与仿真分析层：提供数据建模、仿真和控制服务。核心技术包括测绘扫描、几何建模等，主要由国有测绘企业主导。仿真业务需要建立物理对象的数字化模型，并预测其未来状态，包括工业仿真软件和复杂系统仿真软件。
  • 共性应用层：涵盖描述、诊断、预测和决策四个方面，需要软件定义的工具和平台支持，例如 Bentley 的 iTwin Service、ANSYS 的 TwinBuilder、微软 Azure和达索的 3D Experience 等。
  • 行业应用层：数字孪生技术在智慧城市、交通、水利、工程、工业生产、能源、自动驾驶和公共应急等领域的应用服务，市场规模庞大，有超过 1000 家供应商。
• 物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。物联网应用通常分为三层，分别是感知层、网络传输层和应用层。

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