进程的五态模型

在三态基础上增加新建 (New)与终止 (Terminated)状态，有时还包含挂起 (Suspend)相关状态（图中涉及中级调度与挂起）：

扩展状态（涉及挂起）：

• 就绪/挂起：进程被调到外存，但仍具备运行条件
• 阻塞/挂起：进程被调到外存，且仍在等待事件

五态转换常见触发：

• 新建 → 就绪：系统完成进程创建并加入就绪队列
• 运行 → 终止：进程执行结束或强制终止
• 挂起相关转换：通常由中级调度（内存兑换）引起

三、三级调度与状态模型的关系

1. 高级调度（作业调度）

• 作用：从外存后备队列中选择作业调入内存，为其创建进程。
• 适用系统：批处理系统（作业需先驻留外存，再调入内存）。
• 分时/实时系统：通常不需要高级调度。

2. 中级调度（内存调度）

• 作用：将进程在内存与外存之间交换（挂起/激活），以平衡系统负载。
• 与五态模型的关系：涉及挂起状态（就绪挂起、阻塞挂起）的转换。

3. 低级调度（进程调度）

• 作用：从就绪队列中选择进程分配 CPU。
• 与状态模型的关系：负责就绪 → 运行的转换，是三态模型中的核心调度。

三态模型是在内存中的模型，如果任务比较简单、数量少可以存储在内存中使用三态模型即可。 在多道程序的模型中使用五态模型更清晰，避免资源混乱。在内存、外存中分别存储活跃、不活跃的数据，这样可以加载更多的任务。

流水线问题整理

1. 吞吐率

吞吐率 (Throughput) 指单位时间内流水线完成的任务数量。

公式：
吞吐率=指令条数/流水线执行时间

其中：

• 指令条数：完成的任务总数
• 流水线执行时间：完成所有任务所用的总时间

2. 最大吞吐率

最大吞吐率是当任务数趋于无穷大时，流水线所能达到的极限吞吐率，也就是cycle(时钟周期（每段最长操作时间）)的倒数。

公式：
TPmax=limn→∞n(k+n−1)Δt=1Δt

其中：

• TPmax：最大吞吐率
• n：任务数
• k：流水线的段数
• Δt：时钟周期（每段最长操作时间）

3. 加速比

加速比 (Speedup) 用于衡量流水线相对于顺序执行带来的性能提升效果。

定义：
S=不使用流水线执行时间使用流水线执行时间

• S：加速比
• 该比值越大，说明流水线带来的性能提升越显著。

4. 超标量流水线

超标量流水线是一种并行处理技术，通过重复设置多个功能部件，使得在一个时钟周期内可以并发执行多条指令。

关键点：

• 一般为m度的流水线，即有多个指令发射通道。
• 相当于多条流水线同时运作，提高了指令级的并行性。

5. 流水线的效率

流水线的效率 (Efficiency) 反映了流水线中各部件的利用率。

定义：流水线的设备利用率。在时空图上，效率 E 的计算公式为：
E=n个任务占用的时空区k个流水段的总时空区

其中：

• n：任务数
• k：流水线段数
• 效率的值在0到1之间，值越高表示流水线设备的利用率越高。

CISC和RISC

校验码

海明码的原理

在数据中间加入几个校验码，码距均匀拉大，当某一位出错时，会引起几个校验位的数值发生变化

(1) 海明不等式：

2^r>=r+m+1

• r 为校验码的位数
• m 为信息位的个数
• r+m 为编码后数据的总长度

如果满足不等式，那么理论上 k 个校验码就可以判断是哪一位出现了问题

(2) 海明码的编码规则

校验码存放在 2^n 的位置（1、2、4、8等），其余位置为信息位。

海明码计算示例

示例：对信息位1010进行海明编码

已知条件

• 信息位（Data bits）: 4位 (m = 4)，具体为D3 D2 D1 D0 = 1 0 1 0
• 根据海明不等式 2^r>=r+m+1 得，需要校验位 r = 3
• 总码长：n = m + r = 7位

第一步：确定校验位位置

• 校验位（Parity bits）P1, P2, P3放在 2n 的位置，即第1、2、4位。
• 位置编号（从1到7）：
  位置: 1 2 3 4 5 6 7
  归属: P1 P2 D3 P4 D2 D1 D0
  数值: ? ? 1 ? 0 1 0

注：有时校验位用Pi表示，有时用位置号表示，此处P4即校验位P3。

第二步：计算每个校验位的监督范围

校验位负责监督其位置号在二进制表示中“某一位为1”的所有位置。

• P1 (位置1，二进制001)：监督所有位置号二进制第0位为1的位置（即奇数位）。

  • 位置：1, 3, 5, 7
  • 监督的数据位：D3(位3=1),D2(位5=0),D0(位7=0)
  • 计算P1（偶校验）：P1 ⊕ D3 ⊕ D2 ⊕ D0 = 0
P1 ⊕ 1 ⊕ 0 ⊕ 0 = 0->P1 = 1

• P2 (位置2，二进制010)：监督所有位置号二进制第1位为1的位置。

  • 位置：2, 3, 6, 7
  • 监督的数据位：D3(位3=1),D1(位6=1),D0(位7=0)
  • 计算P2（偶校验）：P2 ⊕ D3 ⊕ D1 ⊕ D0 = 0
P2 ⊕ 1 ⊕ 1 ⊕ 0 = 0->P2 = 0

• P4/P3 (位置4，二进制100)：监督所有位置号二进制第2位为1的位置。

  • 位置：4, 5, 6, 7
  • 监督的数据位：D2(位5=0),D1(位6=1),D0(位7=0)
  • 计算P4（偶校验）：P4 ⊕ D2 ⊕ D1 ⊕ D0 = 0
P4 ⊕ 0 ⊕ 1 ⊕ 0 = 0->P4 = 1

第三步：得到完整海明码

将校验位填入：
位置: 1 2 3 4 5 6 7
归属: P1 P2 D3 P4 D2 D1 D0
数值: 1 0 1 1 0 1 0

最终7位海明码为：1 0 1 1 0 1 0

第四步：检错与纠错（示例）

若接收到的码字为1 0 1 1 0 0 0（假设第6位D1出错，由1变0）。

1. 重新计算校验和（偶校验）：

   • S1 = P1 ⊕ D3 ⊕ D2 ⊕ D0=1 ⊕ 1 ⊕ 0 ⊕ 0 = 0? 计算：1⊕1=0,0⊕0=0,0⊕0=0。正确，应为0。
   • S2 = P2 ⊕ D3 ⊕ D1 ⊕ D0=0 ⊕ 1 ⊕ 0 ⊕ 0 = 1
   • S4 = P4 ⊕ D2 ⊕ D1 ⊕ D0=1 ⊕ 0 ⊕ 0 ⊕ 0 = 1

2. 组成错误字S4 S2 S1 = 1 1 0(二进制)，对应十进制为6。

3. 这表明第6位出错，将其取反即可纠正。

   • 第6位是D1，从0纠正为1，得到正确码字1 0 1 1 0 1 0。

总结：通过三个校验位，该(7,4)海明码可以检测并纠正任意1位错误。

CRC 循环冗余校验码

1. 基本概念

• 全称：Cyclic Redundancy Check
• 本质：一种基于多项式除法的差错检测方法
• 用途：主要用于检错，检错能力极强，不用于纠错
• 特点：检测突发错误能力强，计算效率高

2. 核心计算步骤（二进制模2运算）

模2运算规则：

• 加减法 = 异或（XOR，⊕），不进位，不借位
• 乘法 = 与运算，加法用异或
• 除法是核心运算

3. 详细计算步骤

第1步：确定生成多项式

将生成多项式转换为二进制形式

• 例如：G(x) = x^4 + x + 1
• 对应二进制：1·x^4 + 0·x^3 + 0·x^2 + 1·x^1 + 1·x^0
• 二进制表示：10011（5位）

第2步：在数据后补0

• 补0个数 = 生成多项式位数 - 1
• 数据 D =110101，G =10011(5位)
• 补0个数 = 5 - 1 = 4
• 补0后：1101010000

第3步：模2除法运算

第4步：得到CRC码

• 余数 R =0011（4位）
• 发送码 = 数据 + CRC码 =1101010011

第5步：接收端验证

接收端用同样的生成多项式除接收到的数据

• 余数为0：数据正确
• 余数不为0：数据有误

4. 常见生成多项式标准

5. 检错能力分析

注：

• k = 生成多项式的阶数（位数-1）
• 对于CRC-32，未检测出的错误概率约为 2⁻³¹ ≈ 4.66×10⁻¹⁰

6. 实际应用注意事项

6.1 常见变体参数

实际CRC计算可能包含以下参数：

• 初始值：计算前的寄存器初值
• 输入反转：输入数据是否反转
• 输出反转：计算结果是否反转
• 异或输出：最终结果是否与特定值异或

6.2 优化实现

1. 查表法：预先计算好的256项查找表，大幅提升计算速度
2. 硬件加速：现代CPU有CRC指令（如x86的crc32指令）
3. 并行计算：多位同时计算

7. 关键要点总结

1. 核心原理：基于模2除法，在数据后附加校验码
2. 核心公式：
   • 发送端：T(x) = D(x)·x^k + R(x)
   • 接收端：计算T'(x) mod G(x) = 0则正确
3. 余数位数= 生成多项式位数 - 1
4. 补0个数= 余数位数
5. 计算规则：模2运算（异或运算）
6. 主要用途：检错，不纠错
7. 选择依据：
   • 数据长度
   • 检错要求
   • 计算资源
   • 标准兼容性

输入输出问题

I/O 工作方式对比

通道方式与 I/O 处理机

• 定义：I/O通道控制方式是一种特殊的处理机，它具有执行I/O的能力。
• 功能特点：
  • 功能比较单一，只执行I/O操作。
  • 通道没有自己的内存，与CPU共享内存。
• 三种通道类型：
  1. 字节多路通道
  2. 数组选择通道
  3. 数组多路通道

补充-网络规划设计

一、网络规划设计阶段划分

网络规划设计分为5个核心阶段，按顺序推进，将需求逐步转化为可实施的物理网络：
需求分析→通信规范分析→逻辑网络设计→物理网络设计→实施阶段

二、各阶段详细说明

1. 需求分析阶段

• 核心目标：明确网络的多维度需求（业务、用户、应用、平台、通信等）。
• 主要内容：
  • 业务需求：网络需支撑的业务场景（如办公、生产、娱乐等）。
  • 用户需求：不同角色用户的使用诉求（如访问速度、并发量、权限等）。
  • 应用需求：业务应用对网络的要求（如低延迟、高带宽、可靠性等）。
  • 计算机平台需求：服务器、终端等硬件/软件平台的适配需求。
  • 网络通信需求：带宽、时延、吞吐量、拓扑结构等通信指标。
• 产物：需求规范（需求说明书）

2. 通信规范分析阶段

• 核心目标：分析现有网络体系，评估通信量与设备利用率，为后续设计提供数据支撑。
• 主要内容：
  • 现有网络体系分析：梳理当前网络架构、设备、协议等。
  • 通信量估计：预测业务高峰、日常流量的规模与分布。
  • 设备利用率测量：评估现有网络设备的负载能力（如交换机、路由器的CPU/带宽占用率）。
• 产物：通信规范

3. 逻辑网络设计阶段

• 核心目标：将抽象需求转化为网络逻辑结构（拓扑、协议、IP规划等），不涉及物理位置。
• 主要内容：
  • 设计网络逻辑架构（如星型、环型、树型拓扑）。
  • 确定网络协议（如TCP/IP、OSPF、VLAN等）、IP地址规划、子网划分策略。
  • 规划网络安全、QoS（服务质量）、路由策略等逻辑层面设计。
  • 输出内容需包含：
    ① 逻辑网络设计图；
    ② IP 地址方案；
    ③ 安全方案；
    ④ 具体的软件、硬件、广域网连接设备和基本的服务；
    ⑤ 雇佣和培训新网络员工的具体说明；
    ⑥ 初步对软件、硬件、服务、网络雇佣员工和培训的费用估计。
• 产物：逻辑设计文档

4. 物理网络设计阶段

• 核心目标：将逻辑设计落地到物理空间，确定实际的网络物理结构（设备、布线、安装等）。
• 主要内容：
  • 确定网络设备选型（如交换机、路由器、服务器、终端等）。
  • 设计物理拓扑（如机房布局、线缆走向、设备安装位置）。
  • 规划传输介质（如光纤、双绞线、无线频段）、电源、散热等物理资源。
  • 输出内容需包含：
    ① 物理网络图和布线方案；
    ② 设备和部件的详细列表清单；
    ③ 软件、硬件和安装费用的估计；
    ④ 安装日程表（详细说明实际和服务中断的时间及期限）；
    ⑤ 安装后的测试计划；
    ⑥ 用户培训计划。
• 产物：物理结构设计文档

5. 实施阶段

• 核心目标：实现物理网络设计，完成网络的安装、调试与维护。
• 主要内容：
  • 按照物理设计文档采购、安装设备和布线。
  • 进行网络调试、测试，确保逻辑与物理设计的一致性。
  • 上线运行后，持续监控、维护和优化网络。

三、逻辑与物理设计阶段对比

网络规划设计：分层设计

网络分层架构

现代网络常采用分层架构设计，各层分工明确，协同工作。典型的层次结构（从上至下/从外至内）为：
出口层→核心层→汇聚层→接入层。

数据流动通常从接入层的用户端发起，向上经过汇聚层聚合，由核心层高速转发，最终通过出口层访问外部互联网（ISP）。

各层功能详解

架构关键点与数据流向

• 核心连接：服务器群通常直接连接到核心层，以便为全网用户提供高速、稳定的数据访问服务。
• 典型流向：用户数据流通常遵循接入层 → 汇聚层 → 核心层 → 出口层 → ISP的路径。
• 冗余设计：核心层与出口层是网络可靠性的关键，必须采用冗余设计（如双机热备、多链路捆绑）以防止单点故障。
• 层次化优点：这种设计使网络易于扩展、管理和故障排查，各层功能聚焦，变更影响范围可控。

补充 - IPv6

一、IPv6地址类型

IPv6有三种主要的地址类型，用于不同模式的网络通信。

二、IPv6的优势 (相比IPv4)

IPv6的设计解决了IPv4的诸多限制，主要优势包括：

• 更大的地址空间：地址长度从32位扩展到128位，地址数量扩大了2^96倍。
• 简化的报文头格式：IPv6报文头格式更灵活且固定，提高了路由器处理效率。
• 增强的扩展与选项支持：通过扩展头部实现更多服务类型，协议易于演变以适应新技术。
• 内置的安全性：IPSec协议套件是IPv6的强制实现项，为网络层通信提供了身份认证和加密等安全保障。

三、IPv4 / IPv6 过渡技术

为了在IPv4向IPv6演进过程中保证业务共存与平滑过渡，主要采用以下技术：

1. 双协议栈技术

• 原理：网络节点同时运行IPv4和IPv6两套协议栈。
• 作用：使节点既能与IPv4主机通信，也能与IPv6主机通信，是实现共存的基础。

2. 隧道技术

• 原理：将IPv6数据包作为载荷封装在IPv4数据包中，通过现有的IPv4网络进行传输，实现IPv6网络的互连。
• 具体隧道类型：
  • 6to4 隧道
  • 6over4 隧道
  • ISATAP 隧道

3. NAT-PT 技术

• 原理：通过专门的网关设备实现IPv4与IPv6网络之间的协议转换和地址映射。
• 作用：使得纯IPv6节点与纯IPv4节点能够直接相互访问。

根据图片内容整理的 RAID 级别对比笔记如下（Markdown 格式）：

RAID 级别对比

OSI/RM 七层协议笔记

1. 概览

• 层级概览（自顶向下）：
  1. 应用层
  2. 表示层
  3. 会话层
  4. 传输层
  5. 网络层(又称: 网际层)
  6. 数据链路层
  7. 物理层(又称: 网络接口层)

2. 各层详细说明

3. 补充说明

• 数据单元：各层处理的数据单元不同，从上至下一般为：报文/数据流 → 数据段 → 数据包 → 帧 → 比特。
• 与TCP/IP模型对应：OSI模型是一个理论参考模型。在实际中广泛使用的 TCP/IP 模型可近似对应为：
  • 应用层(对应 OSI 的应用层、表示层、会话层)
  • 传输层(对应 OSI 的传输层)
  • 网际层(对应 OSI 的网络层)
  • 网络接口层(对应 OSI 的数据链路层和物理层)

常见网络协议速查表

信息系统概念与生命周期

1. 信息系统定义

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

2. 信息系统的基本功能

信息系统的五个基本功能为：输入、存储、处理、输出和控制。

3. 信息系统生命周期（开发阶段）

信息系统从概念到验收通常经历以下六个阶段，其核心是从“做什么”（逻辑模型）到“怎么做”（物理模型）的实现过程。

关键提示：

• 概念阶段是起点，决定了项目的方向和范围，需求分析是此阶段的核心。
• 系统分析与系统设计是两个关键环节，分别对应解决“业务问题”（逻辑）和“技术实现”（物理）。
• 系统实施阶段必须重视用户参与，这是项目成功的重要保障。

信息系统开发方法对比

信息系统的分类 - 业务处理系统 (TPS)

1. 基本概念

• 全称：业务处理系统 (Transaction Processing System, TPS)
• 别称：电子数据处理系统 (Electronic Data Processing System, EDP)
• 定位：计算机在管理领域早期应用的最初级形式。

2. 作用与特点

• 服务层级：组织管理层次中的最底层、最基础。
• 解决问题：结构化程度很高的常规管理问题。
• 核心目的：
  1. 减轻作业层管理人员处理原始数据的负担。
  2. 提高具体事务的处理效率。
• 基础性：TPS是企业其他高级信息系统（如MIS、DSS）的数据基础。

3. 数据处理流程

TPS的核心是对业务数据进行收集、存储、计算和输出，其典型流程如下：
[数据输入]
↓
[数据处理] → (批处理 / 联机实时处理)
↓
[数据库维护] → (更新、存储)
↓
[文件、报表生成] [查询处理]
↓ ↓
输出结果 响应查询
流程详解：

1. 数据输入 (Data Entry)：从销售点、终端等渠道采集原始业务数据。
2. 数据处理 (Processing)：
   • 批处理 (Batch Processing)：定期（如每日）集中处理累积的数据。
   • 联机实时处理 (Online Real-time Processing)：业务发生时立即处理（如ATM取款）。
3. 数据库维护 (Database Maintenance)：将处理后的数据更新并存储到数据库中。
4. 输出与查询 (Output & Inquiry)：
   • 生成文件与报表：如生成销售日报、库存清单。
   • 查询处理：响应用户对当前数据的实时查询请求（如查询账户余额）。

信息系统的分类 - 管理信息系统 (MIS)

1. 基本概念

• 全称：管理信息系统 (Management Information System, MIS)
• 起源：由业务处理系统 (TPS)发展而成。
• 核心思想：在TPS的基础上，运用大量管理方法对企业整体信息进行综合处理。
• 核心目的：利用处理后的信息进行预测、控制、计划，以辅助企业的全面管理。

2. 系统组成

管理信息系统由四大核心部件构成：

1. 信息源：信息的来源。
2. 信息处理器：负责信息的收集、存储、处理、传输等功能。
3. 信息用户：信息的使用者（各级管理人员）。
4. 信息管理者：负责系统的设计、实现、运行和维护。

3. 系统结构类型

MIS根据其决策过程中的信息反馈机制，可分为两种基本结构：

简单对比：

• 开环结构：决策 → 执行 → 结束 → 事后评估。
• 闭环结构：决策 → 执行 → 实时监控与反馈 → 调整决策 → 继续执行…… 形成一个持续优化的管理闭环。

信息系统的分类 - 决策支持系统 (DSS)

1. 基本定义