软件设计师考试重点知识点梳理

本文是重点梳理，未详细叙述的是常识或非重点，后期会进一步完善。

软件设计师

• 计算机基础
• 程序设计基础
• 数据结构
• 操作系统
• 软件工程基础
• 结构化开发
• 面向对象技术
• 算法分析与设计
• 数据库
• 计算机网络
• 软件系统分析与设计
• 新技术

计算机基础

一、计算机系统基础知识

1、计算机系统硬件组成

计算机硬件系统的基本组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

• CPU：中央处理单元，是运算器与控制器的集成

• 存储器：分为外存、内存（主存），外存大且慢，内存小且快

2、CPU的功能与组成

• 功能：

  • 程序控制：通过执行指令来控制程序执行顺序
  • 操作控制：控制相应的部件按指令功能进行操作
  • 时间控制：CPU对各种操作进行时间上的控制
  • 数据处理：逻辑算术运算，对数据进行加工处理

• 组成：

  运算器、控制器、寄存器组、内部总线

  • 运算器：主要进行算术运算、逻辑运算
    • 算术逻辑单元ALU：算数、逻辑运算
    • 累加寄存器AC：为ALU替工工作区
    • 数据缓冲寄存器DR：作为CPU和内存、外设之间的数据传送中转站
    • 状态条件寄存器PSW：由算数逻辑运算结果建立状态标志、控制标志
  • 控制器：控制CPU工作
    • 指令寄存器IR
    • 程序计数器PC：寄存信息、计数
    • 地址寄存器AR：保存当前CPU访问的内存单元的地址
    • 指令译码器ID：操作码、地址码
    • 寄存器组
  • 多核CPU

3、数据表示

• 原码
• 反码
• 补码
• 移码

4、校验码

• 奇偶校验码：查错不纠错，奇校验发现奇数个错误位，偶校验发现偶数个错误位
• 海明码：查错、纠错
• 循环冗余码

二、计算机体系结构

1、发展

精简指令集计算机RISC采用的流水技术：超流水线、超标量、超长指令字

2、存储系统

层次结构

• CPU内部寄存器
• Cache
• 内存
• 外存
• 联机磁盘存储器
• 脱机光盘、磁盘存储器

3、高速缓存Cache

命中率是Cache重要指标，Cache容量越大命中率越高

多级Cache

4、虚拟存储器

管理方式：

• 页式
• 段式
• 段页式

5、输入/输出技术

输入输出方式

• 直接程序控制
• 中断方式
• 直接存储器存取方式DMA

6、总线结构

任何连接两个以上的电子元器件的导线成为总线

三、计算机安全

1、加密技术

• 对称加密（私人密钥加密）
• 非对称加密（公开密钥加密）：公钥、私钥

2、认证技术

可以防止数据被破坏

程序设计基础

一、程序设计语言概念

低级语言：汇编

高级语言：Java、Python、C语言、C++

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翻译形式：汇编、解释、编译

程序设计语言分类：

• 过程式：C
• 面向对象：Java、C++、Python
• 函数式：Python
• 脚本语言：JavaScript、Python

数据结构 操作系统

一、概述

计算机软件分类：应用软件、系统软件（DBMS、操作系统、语言处理程序）

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1、操作系统基本概念

• 定义：组织、管理系统中的软硬资源，组织计算机系统工作流程，控制程序的执行，向用户提供一个良好的工作环境的接口
• 作用：提高计算机系统的效率、改善人机交互界面并向用户提供有好的工作环境
• 特征：共享、并发、异步、虚拟
• 功能：处理机管理、文件管理、存储管理、设备管理作业管理

2、操作系统分类

• 批处理操作系统
• 分时操作系统
• 实时操作系统
• 网络操作系统
• 分布式操作系统
• 微型计算机操作系统：Windows、Linux、Mac OS
• 嵌入式计算机操作系统

二、进程管理（处理机管理）

进程是资源分配和独立运行的基本单位

1、概念

• 进程的组成：程序、数据、进程控制块PCB
• 进程状态及切换：

2、进程控制：由内核中的原语实现，原语是由若干条机器指令组成，用于完成特定功能

3、进程间的通信

• 同步与互斥

• 信号量机制

  • 公用信号量：实现进程间的互斥，初值为1或资源数目
  • 私用信号量：实现进程间的同步，初始值为0或某个正数
  • PV操作

• 通信：

  • 低级：PV
  • 高级：共享内容、消息传递、共享文件

4、管程

5、进程的调度

• 调度的方式：可剥夺、不可剥夺
• 三级调度：进程调度、中级调度、作业调度
• 调度算法：先来先服务、时间片轮转、优先级调度、多级反馈调度
• 优先级确定：
  • I/O型进程：最高优先级
  • 计算型进程：时间片用完进入更低的优先级列
  • I/O完成时，提高优先级。时间片用完时，降低优先级。

6、死锁：两个或两个以上的进程互相要求对方已占有的资源，从而导致程序无法继续运行下去

• 死锁产生的原因：竞争资源、进程推进顺序不当
• 死锁产生的四个必要条件：互斥请求、请求保持条件、不可剥夺条件、环路条件
• 死锁处理：不理睬策略（鸵鸟）、预防策略、避免策略

7、线程

• 用户级线程
• 内核级线程

三、存储管理

管理的对象是主存，也就是内存

主要功能：主存空间的分配与回收、提高主存的利用率，扩充主存、对主存信息实现有效的保护

1、存储器的层次结构

2、地址重定位：将逻辑地址变为主存物理地址的过程

分类：

• 静态地址定位：重定位发生在程序装入内存过程中完成（程序还没运行时就完成）
• 动态地址定位：访问程序时才重定位（程序运行时才进行）

3、分页存储管理

原理：进程的地址空间分为若干大小相等的区域，称为页。

4、分段存储管理

5、段页式存储管理

6、虚拟存储管理

原理：局部性原理

四、设备管理

设备管理主要技术：DMA技术、中断技术、通道技术、缓冲技术

• 通道技术：使数据的传输独立于CPU之外

五、文件管理

文件系统功能：按名存取、统一的用户接口、并发访问及控制、安全性控制、优化性能、差错恢复

六、作业管理

软件工程基础 结构化开发 面向对象技术 算法分析与设计 数据库

一、数据库模型

1、三级模式：模式、外模式、内模式

提高逻辑独立性、物理独立性

2、二级映射

模式/内模式：实现数据的物理独立性

模式/外模式：实现数据的逻辑独立性

二、数据模型

1、常用的数据模型：

• 概念模型：用户视角出发
• 基本数据模型：计算机视角

计算机网络 软件系统分析与设计 新技术