1、全 国 计 算 机 技 术 与 软 件 专 业 技 术 资 格 （ 水 平 ） 考 试 辅 导 用 书软件设计师考试辅导谢树煜 主编 全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考 试 办 公 室 组 编清 华 大 学 出 版 社北 京II 软件设计师考试辅导内 容 简 介本 书 根 据 全 国 计 算 机 技 术 及 软 件 专 业 技 术 资 格 （ 水 平 ） 考 试 软 件 设 计 师 考 试 大 纲 的 要 求 ， 参 照软件设计师教程的结构及历年软件专业资格考试试题编写，内容紧扣考试大纲。全书共分 12 章，每 章 都 由 内 容 提 要 、 例 题 分 析 、 思 考 练 习 题 组
2、 成 。 内 容 提 要 是 对 有 关 章 节 知 识 的 提 练 ， 给 出 考 试 要 点 和 学 习 难 点 。 例 题 分 析 是 全 书 重 点 ， 着 重 解 析 考 试 大 纲 要 求 的 基 本 知 识 及 其 综 合 应 用 方 法 。 思 考 练 习 题 供 读 者 检 验 自 己 对 有 关 内 容 掌 握 的 程 度 。 为 了 帮 助 读 者 提 高 理 解 程 序 、 编 制 程 序 及 软 件 设 计 的 能 力 ， 本 书 专 门增加了 C/C+ 语言程序设计一章，并在有关章节中加大了软件工程、数据结构和常用算法设计方法的 比重。本书供参加软件设计师考试的读者
3、应试复习时使用，也可供大专院校师生及计算机技术人员参考。版权所有，翻印必究。举报电话：010-62782989 13501256678 13801310933 本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。 本 书 防 伪 标 签 采 用 特 殊 防 伪 技 术 ， 用 户 可 通 过 在 图 案 表 面 涂 抹 清 水 ， 图 案 消 失 ， 水 干 后 图 案 复 现 ； 或 将 表面膜揭下，放在白纸上用彩笔涂抹，图案在白纸上再现的方法识别真伪。图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据软件设计师考试辅导 / 谢树煜主编. 北京：清华大学出版社，2005.8（全国计算机技术与软件专业
4、技术资格（水平）考试辅导用书）ISBN 7-302-10936-2I. 软 II. 谢 III. 软件设计-工程技术人员-资格考核-自学参考资料 . TP311.5中国版本图书馆 CIP 数据核字（2005）第 042477 号出 版 者：清华大学出版社 地 址：北京清华大学学研大厦http:/ 邮 编：100084社 总 机：010-62770175 客户服务：010-62776969组稿编辑：柴文强 文稿编辑：赵晓宁印 刷 者：北京市昌平环球印刷厂 装 订 者：发 行 者：新华书店总店北京发行所开 本：185230 印张：41.75 字数：933 千字版 次：2005 年 8 月第 1 版
5、 2005 年 8 月第 1 次印刷 书 号 ： ISBN 7-302-10936-2/ TP7256印 数：15000定 价：25.00 元前 言计算机技术及软件专业技术资格（水平）考试是国家人事部与信息产业部主办的国家 级考试，十余年来为国家选拔和培养了十多万名合格的软件技术人才，在国内外产生了很 大的影响，得到了社会各界的广泛认同。2000 年 1 月， 为 了推 动 中日 两 国间 信息 技 术的 交流 与 合作 ， 信 息产 生 部电 子 教育 中 心 与日本信息处理技术人员考试中心就 IT 考 试 标 准 相 互 认 证 达 成 协 议 ， 中 国 计 算 机 技 术 与 软件技术
6、资格（水平）考试成为中日双方互相承认的软件技术资格考试，中国软件考试逐 步走上与国际接轨之路。2003 年 10 月， 国 家人 事 部与 信 息产 业部 发 布的 第 39 号文 件 规定 ， 把 计 算机 技 术与 软 件专业技术资格考试纳入全国专业技术人员职业资格证书制度的统一规划中。通过考试取 得技术资格证书的人员，表明已具备相应的专业岗位工作水平和能力，用人单位可择优聘 任担 任 相 应 专业 技 术职 务 。 同 时 决定 今后 不 再进 行相 应 专 业 技术 职 务任 职资 格 的评 审工 作 ， 因此 这 种 考 试既 是 职业 资格 考 试， 又 是技 术 资格 考试 。
7、我 们 相 信这 种 以考 代评 的 重大 改革 ， 对软件专业技术人才培养将起到巨大的推动作用。2004 年 5 月 ， 软 件 专 业 技 术 资 格 （ 水 平 ） 考 试 办 公 室 公 布 了 新 的 考 试 大 纲 ， 对 考 试 内 容作 了 若 干 调整 ， 扩大 了 软件 工 程的 考试 范 围， 增 加了 软 件标 准化 与 知识 产权 的 考试 要求 。 为了帮助广大考生深入理解考试大纲的要求，掌握有关课程的基本概念、基本内容和基本 方法，进一步提高应试能力，在信息产业部计算机技术与软件专业技术资格考试办公室的 领导 下 ， 在 清华 大 学出 版社 的 支持 下， 我
8、们编 写了 软件 设计 师 考试 辅导 。 该书 是根 据 两 部考试办公室制定的考试大纲的要求，配合学员考试自学复习的需要编写的。书中介绍了 有关专业要求的基本知识和技能，内容涵盖软件专业的核心课程。全书包括计算机系统知 识、操作系统、数据库、多媒体、计算机网络、程序设计语言的基础知识，强化了软件工 程、数据结构、常用算法设计方法的内容，增加了软件标准化和知识产权的基础知识。为 了 帮 助 学 员 应 对 下 午 试 卷 ， 学 习 C 和 C+程 序 设 计 语 言 ， 本 书 特 别 增 加 了 一 章 C/C+语言 程序设计。考试大纲要求学员掌握的知识面很宽，考虑到学员复习的时间有限，
9、书中针对考试大 纲及教材的内容要点和学习难点作了剖析，并把重点放在例题分析上，这些题目都是作者 从自 己 切 身 教学 经 验中 和历 届 考题 中精 选 出来 的， 例 题分 析 中 对 有 关解 题思 路 、 解 题 方法 ， 应用的基本知识和基本原理，做了详尽介绍，一定会对参加考试的学员有所启发和帮助。 每章还附有思考练习题及答案，供学员自我检查练习时使用。本书由清华大学谢树煜教授主编，全书共分 12 章，第 1 章计算机系统知识由谢树煜2 软件设计师考试辅导编写；第 2 章程序设计语言基础由北京大学丁文魁教授编写；第 3 章操作系统知识由北京大学方裕教授编写；第 5 章网络基础知识由北
10、京农业大学孙瑞志副教授编写，他是清华大学计算机系博士，网络方面有丰富的经验；第 6 章多媒体基础知识由清华大学林福宗教授编写；第 7 章数据库技术基础知识由北京科技大学王道平教授编写；第 4 章系统开发与运行 、 第 8 章数 据结 构 由清 华大 学 殷人 昆教 授 编写 ； 第 11 章知 识 产权 基 础知 识由 国 家软 件 保护中心李维高级工程师编写；第 9 章常用算法设计方法、第 10 章标准化基础知识与第 12 章 C/C+语言程序设计由清华大学孙甲松副教授完成。他们都是有关学科的专家和教授， 有丰富的教学经验，特别是很多老师多年来担任过软件专业技术资格和水平考试的考前培 训工作
11、，积累了很多经验。对本书编写过程中清华大学出版社柴文强编辑的大力支持深表 感谢。由于水平和时间有限，书中不妥之处敬请指正。编 者2004 年 12 月于清华园寄语应试者 III寄语应试者参加软件专业技术资格（水平）考试的考生首先必须认真阅读考试大纲。要求“熟练 掌握”的内容，在考试试题中占的比重较大，需要特别重视；要求“掌握”的内容是考试 的重点；要求“熟悉”和“了解”的内容的重要性次之，认真对待即可，本书中对各部分 内容要点和难点作了分析，可供考生复习时参考。考试分上午考试和下午考试，时间都是 150 分钟，上午试题为 75 个填空小题，每个 填空考查一个知识点，这样涉及的知识面可以更宽一些
12、。上午试题都是选择填空题，按考 试 要 求 可 分 为 两 类 ， 一 类 是 考 查 基 本 知 识 题 ， 比 较 简 单 ， 概 念 清 楚 即 可 得 分 。 例 如 2004 年下半年试题第小题，叙述如下。中断响应时间是指 。可 选 答 案 ： ： A 从 中 断 处 理 开 始 到 中 断 处 理 结 束 所 用 时 间 B从发出中断请求到中断处理结束所用时间 C从发出中断请求到进入中断处理所用时间 D 从 中 断 处 理 结 束 到 再 次 中 断 请 求 到 来 的 时 间【答案】 C。【 分 析 】 CPU 执 行 程 序 过 程 中 ， 发 生 偶 然 事 件 ， 中 断
13、源 随 机 地 产 生 中 断 请 求 ， 要 求 CPU 暂 时 停 止 当 前 程 序 的 执 行 ， 转 去 处 理 中 断 源 要 求 的 服 务 。 CPU 在 本 条 指 令 做 完 ， 并 且其他有关条件满足时，才停止正在执行的程序，转入中断处理程序入口开始中断处理工 作。从发出中断请求到进入中断处理程序入口，这段时间叫中断响应时间，而从进入中断 程序开始到中断处理结束所用的时间称为中断处理时间，不是中断响应时间。因此，小题答案选择 C。 第二类选择填空题是计算型选择题，是需要经过计算才能确定答案的，不但要求掌握有关的计算方法，还要计算正确，例如，2002 年试题第 、 、 小题
14、叙述如下。 有一个 3 片硬盘，共有 4 个记录面，转速为 7200 转/分，盘片有效记录区域的外径为30cm， 内 径 为 10 cm， 记 录 位 密 度 250 位 /mm， 磁 道 密 度 为 8 道 /mm， 每 磁 道 分 为 16 个扇区， 每扇 区 512 个字 节， 则该 盘 的非 格式 化 容量 和格 式 化容 量为 ， 数 据传 输 率为 ， 若 一 个 文 件 超 出 一 个 磁 道 容 量 ， 剩 余 部 分 。可选答案 ： A 120MB 和 100MB B30MB 和 25MBC60MB 和 50MB D225MB 和 25MB： A 2356KB/s B3534
15、KB/sC 6079KB/s D 1178KB/s4 软件设计师考试辅导： A 存 入 同 一 盘 面 的 其 他 磁 道 上 B存入同一柱面上的其他记录面上 C存入其他盘片其他磁道上 D 随 机 存 放【答案】 B D B【分析】 磁盘非格化容量为磁盘各磁道上能存储的二进制信息的总和，其值等于位密 度 内磁道最小周长 磁道总数 记录面数。非格化容量 =250 位 /mm (3.1416100mm) (300100) 2 8 道 /mm 4=60Mb 4 = 2400Mb=240Mb 8b/B = 30MB格式化容量 =扇区容量 扇区数 每面磁道数 记录面数=512B 16 800 4=256
16、00KB=25600KB 1024KB/MB=25MB平均数据传输率 = 每个磁道存储的有效数据 转数 /s=512B 16 （ 7200 圈 /60s）=960KB/s较为接近的答案 选 D 1178KB/s。 用户数据一个磁道存满时，剩余数据应存放到同一圆柱面的其他记录面上，以减少寻道时间，答案 选 B。 另外还有一种考题是从若干条叙述中选择哪些叙述是正确的，这种题也可列为基本知识选择题。从考试内容上看，历年各门课程考题比重不同，反映的考试要求不同，上午试题满分75 分，英语占 10 分，其他课程每年考题份量略有差异。2003 年，上午考试为 75 个小题，每小题 1 分，试题分布更加均匀
17、一些，英语 10 分 ，计算机组织与结构 15 分，软件工程 15 分，数据结构 16 分，程序语言 5 分，数据库 7 分，操作系统 2 分，多媒体 5 分，网络 6 分，标准化与知识产权 3 分。2004 年 下 半 年 采 用 新 大 纲 后 ， 试 题 分 布 为 ： 英 语 10 分 ， 计 算 机 组 织 与 结 构 10 分 ， 软件工程 17 分 ， 数 据 结 构 11 分 ， 程 序 语 言 5 分 ， 数 据 库 5 分 ， 操 作 系 统 7 分 ， 多 媒 体 4 分，网络 7 分，标准化和知识产权 3 分。软件工程等的题目增加了，而计算机组织与结构方面 的题目压缩了
18、。从考试内容的重点看，软件知识方面，数据结构考查树与二叉树、图、查找和排序算 法等；程序语言考查编译和解释基本知识，包括语法语义分析等；操作系统涉及进程概念 及作 业 管 理 等； 软 件工 程 涉及 数 据流 图、 系 统结 构 图 SC、 工 具 与环 境 、 CMM 等软 件开 发、 测 试 、 维 护 等 ； 数 据 库 考 查 SQL 关 系 模 式 、 关 系 运 算 和 关 系 代 数 表 达 式 ； 多 媒 体 主 要 考 查寄语应试者 5数字图像、数据压缩和 RGB 原理等。硬件知识方面，主要考查 cache 原理、流水线结构、DMA、存储器和磁盘容量计算、 数据校验码（海明
19、码）等。网络方面考查网络标准和协议知识等。每年考题都有调整，近几年加大了软件工程、数据结构、算法分析的考试比重，但内 容划分比例变化不太大，基本是围绕考试大纲命题的。下午为程序设计考试，时间 150 分钟。 主要考查软件工程、算法、数据库以及系统分析设计方面的问题，考查考生理解数据流 图 、 系 统 流 程 图 、 程 序 流 程 图 、 UML 状 态 图 、 C 编 程 和 算 法 应 用 的 能 力 。 考 生 必 须 完 成 5 个试题，每题 15 分，满分 75 分，其中 4 个考题是必答题，后面 3 个试题是选做题，只 要选做一个题即可。历年下午试题分布一览表如下所示。 软件设计。
20、2000 学生成绩事务处理和系统流程图； 根据文件记录格式填充系统流程图及排序。 将中缀表示转换为后缀表示及其流程图； 填充程序流程图； 图中两个子程序的功能和实现及样例输出。 订货处理的数据字典和分层数据流图； 分层数据流图中文件的画法； 填补在分层数据流图中遗漏的数据流。2001 销售处理的数据字典和系统流程图； 检查发货单和收款单的错误； 分析流程图，识别关键操作。 考务系统的分层数据流图；0 层数据流图中文件的处理；补充 1 层数据流图中遗漏的数据流。2002 长话业务数据文件和系统流程图； 识别流程图中的文件和处理； 说明指定两个处理的功能。 售票系统的传换图、状态图和过程启动表；
21、补充转换图中缺失的数据流； 识别状态图中的事件；6 软件设计师考试辅导补充过程启动表中的动作。 公司技术支持工作流及其流程图； 确定工作流基本要素； 工作流的路由和规则； 说明过程模型与工作流模型的区别。2003 客房管理和程序流程图； 系统选择房间的算法； 扩充流程图的功能。 销售订单处理； 画出处理的数据模型；填充 SQL 语言程序中缺失的部分。 物料出入库管理的数据流图和类图； 填充缺失的数据流； 给出指定类的属性； 完善库存管理系统的功能； 识别需要持久存储的类的对象。2004 住宅安全系统的分层数据流图； 识别顶层图中未注明的外部实体；说明 0 层图中某数据存储所影响的加工； 补充缺
22、失的数据流； 说明逻辑数据流图和物理数据流图。 文本文件中括号匹配的算法； 补充算法中缺失的语句； 填补未注明的判断条件。 电话客户信息管理系统的用例图； 填补用例图中未注明的用例； 补充类图中未注明的 “重复度 ”符号； 说明面向对象建模的 4 种关系。 程序设计。2000 按文法规则，输入和分析分子式； 用有向图构建公交线路网，计算从 0n1 站的最少换车次数。寄语应试者 72001 用列表（广义表）表示 m 叉树，输入列表生成一棵 m 叉树的算法； 按四色定理，在给定的区域图中找出所有可能的、不超过四种颜色的着色方案。2002 背包问题的递归算法； 两个多项式的乘积算法。2003 对给定
23、的字符集合和相应的权值，采用 Huffman 算法构造最优二叉树； 按 floyd 算法，找出带权有向图中所有顶点之间的最短路径。2004 删除二叉查找树中指定的结点； 判断二位数组在运算过程中的下标越界问题。编程必须掌握 C 语言，选作题可从 C、C+、Java、VB 中任选一题。考生必须掌握 软件工程、数据库以及常用算法和数据结构的内容，才能看懂程序，抓住解题关键。在答题技巧上，建议考生先浏览一下卷面，对整个考试做到心中有数。其次认真看清 题意后再动手答题，先易后难，有把握的题先抓着，再仔细分辨没有把握的题，经过翻来 覆去的比较，决定取舍，然后再对非常困难的试题，作出常识性的判断，其答对的
24、几率还 有 50%，不要轻易放弃，最后还要检查一遍有无漏答的题。总之，答题时头脑要冷静，面对容易的题不要得意忘形，忘乎所以，面对难题不要惊 慌失措，经过深入思考，总是可以想清楚的。复习时，看看历届的考题，试试身手，也是有益的，但一定要有信心，要相信自己。 人贵有志，只要有决心、有志气，一次过不去也没什么，最后的成功一定属于你。目 录 IX目 录第 1 章 计算机系统知识 11.1 内容提要 .11.1.1 计算机系统的组成和特性 .11.1.2 数据表示 .31.1.3 计算机算术运算和逻辑运算 .81.1.4 CPU 基本构造及功能 91.1.5 指令系统与 RISC 技术 111.1.6
25、存储系统 .151.1.7 外围设备与 I/O 技术 .201.1.8 并行处理技术 .271.1.9 计算机安全性、可靠性及系统性能评价 .301.2 例题分析 .341.3 思考练习题 .75思考练习题答案 .82第 2 章 程序设计语言基础 832.1 内容提要 .832.1.1 程序语言基础知识 .832.1.2 语言处理程序概述 .832.1.3 构造编译程序的基本知识和基本原理 .842.2 例题分析 .842.3 思考练习题 .116思考练习题答案 .123第 3 章 操作系统 1243.1 内容提要 .1243.1.1 操作系统内核与处理机管理 .1253.1.2 存储管理 .
26、1283.1.3 文件管理 .129X 软件设计师考试辅导3.1.4 设备管理 .1313.1.5 作业管理与用户界面 .1333.1.6 死锁问题 .1353.1.7 网络操作系统与嵌入式操作系统基础 .1373.2 例题分析 .1373.3 思考练习题 .182思考练习题答案 .185第 4 章 系统开发与运行 1874.1 内容提要 .1874.1.1 软件工程概述 .1874.1.2 系统分析 .1884.1.3 需求分析 .1894.1.4 软件设计 .1904.1.5 软件实现 .1924.1.6 程序设计 .1934.1.7 软件测试 .1944.1.8 系统转换 .1964.1
27、.9 软件维护 .1974.1.10 软件工程管理 .1984.1.11 软件质量保证 .2024.1.12 软件过程及过程能力评估模型 .2044.1.13 软件开发工具与环境 .2074.1.14 面向对象方法的概念 .2074.1.15 面向对象软件的开发过程 .2094.1.16 面向对象的分析和设计建模 .2114.1.17 面向对象的实现和测试 .2184.1.18 软件复用与构件技术 .2244.2 例题分析 .2294.3 思考练习题 .265思考练习题答案 .288第 5 章 网络基础知识 2925.1 内容提要 .2925.1.1 计算机网络的基本概念 .292目 录 XI
28、5.1.2 计算机网络的体系结构 .2935.1.3 网络的传输控制 .2935.1.4 网络互连设备 .2945.1.5 局域网技术 .2945.1.6 广域网与接入技术 .2955.1.7 TCP/IP 与 Internet.2965.1.8 客户机/ 服务器模式与网络计算 2985.1.9 Windows NT 系统及管理 .2985.1.10 网络安全 .2985.1.11 网络管理 .2995.2 例题分析 .2995.3 思考练习题 .332思考练习题答案 .338第 6 章 多媒体基础知识 3406.1 内容提要 .3406.1.1 多媒体的概念 .3406.1.2 多媒体计算技
29、术 .3416.1.3 多媒体存储技术 .3436.1.4 多媒体网络应用 .3456.1.5 多媒体内容编辑语言 .3486.2 例题分析 .3486.3 思考练习题 .370思考练习题答案 .372第 7 章 数据库技术基础 3787.1 内容提要 .3787.1.1 数据库管理系统的功能和特征 .3787.1.2 数据库模型及结构 .3787.1.3 关系模型 .3807.1.4 关系代数 .3817.1.5 关系数据库 SQL 3837.1.6 关系数据库规范化理论 .3877.1.7 数据库的保护 .3897.1.8 数据仓库和分布式数据库基础知识 .39012 软件设计师考试辅导7
30、.2 例题分析 .3917.3 思考练习题 .405思考练习题答案 .414第 8 章 数据结构 4178.1 内容提要 .4178.1.1 线性表 .4178.1.2 栈 .4198.1.3 队列 .4228.1.4 数组 .4248.1.5 字符串 .4288.1.6 树与二叉树 .4308.1.7 图 .4368.1.8 排序 .4448.1.9 查找 .4498.2 例题分析 .4548.3 思考练习题 .477思考练习题答案 .500第 9 章 常用算法设计方法 5109.1 内容提要 .5109.1.1 迭代法 .5109.1.2 穷举搜索法 .5129.1.3 递推法 .5129
31、.1.4 递归法 .5139.1.5 回溯法 .5149.1.6 贪婪法 .5159.1.7 分治法 .5159.1.8 动态规划法 .5169.2 例题分析 .5169.3 思考练习题 .537思考练习题答案 .541第 10 章 标准化基础知识 54510.1 内 容 提 要 .545X 软件设计师考试辅导 目 录 XIII10.1.1 标准化的基本概念 54510.1.2 标准化过程模式 54610.1.3 标准的分类 54710.1.4 标准的代号和编号 54910.1.5 国际标准和国外先进标准 55010.1.6 信息技术标准化 55210.1.7 标准化组织 55310.1.8
32、ISO9000 标准简介 .55510.1.9 ISO/IEC 15504 过程评估标准简介 .55510.2 例题分析 .55510.3 思考练习题 .557思考练习题答案 558第 11 章 知识产权基础知识 56011.1 内 容 提 要 .56011.1.1 知识产权的概念与特点 .56011.1.2 我国保护软件知识产权的法律法规 .56111.1.3 计算机软件著作权保护 .56311.1.4 计算机软件商业秘密法律保护 .57111.2 例题分析 .57311.3 思考练习题 .577思考练习题答案 .577第 12 章 C/C+语言程序设计 57912.1 内容提要 .5791
33、2.1.1 C 程序的构成 .57912.1.2 变量的定义 58112.1.3 数据类型 58112.1.4 算术表达式 58312.1.5 赋值表达式 58312.1.6 + +、 和逗号运算符 58312.1.7 三目运算符 58412.1.8 输入/输出 .58412.1.9 选择结构 if 58612.1.10 switch 语句 .58814 软件设计师考试辅导12.1.11 标号语句和 goto 语句 58812.1.12 while 语句 .58912.1.13 do-while 语句 .58912.1.14 for 语句 .58912.1.15 continue 和 brea
34、k 语句 .59012.1.16 字符型数据 59012.1.17 文件引用 59112.1.18 宏定义 59212.1.19 函数 59312.1.20 数组 59512.1.21 指针 59612.1.22 字符串 59812.1.23 函数的进一步讨论 59912.1.24 作用域和存储类型 60012.1.25 结构与联合 60112.1.26 位运算 60212.1.27 文件操作 60312.1.28 C+简介 .60412.1.29 关于 C+ +的几个基本问题 .60512.1.30 类 60612.1.31 函数重载 60812.1.32 操作符重载 60812.1.33
35、类的继承和派生 60812.1.34 模板 61512.1.35 异常处理 61812.2 例题分析 .61912.3 思考练习题 .636思考练习题答案 645X 软件设计师考试辅导第 1 章 计算机系统知识计算机系统包括硬件系统和软件系统。 计算机系统结构是程序设计人员看到的计算机系统的外部属性，即系统的功能和结构特性。计算机组成主要研究计算机的内部属性，计算机各部件的功能和联系，以及组成工 作原理。计算机软件系统知识，在以后各章中叙述。本章内容根据考试大纲的要求和历届考试命题的情况制定。主要包括数据表示、指令 系 统 、 中 央 处 理 器 、 存 储 系 统 、 I/O 技 术 、 并
36、 行 处 理 、 计 算 机 安 全 性 、 可 靠 性 和 系 统 性 能 评价。1.1 内容提要 计算机系统的组成和特性，层次结构及分类方法。 计算机中数据表示方法，数制、码制、浮点数表示法及数据校验码。 C PU 基本构造及功能。 指令系统及 RISC 技术。 存储系统，包括 cache 及虚拟存储器工作原理。 外围设备，包括接口、总线及 I/O 控制方式。 计算机安全性、可靠性及系统性能评价。1.1.1 计算机系统的组成和特性1计算机系统构成 根据冯诺依曼提出的经典的计算机结构模型，计算机由运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置五大部件构成，运算器为中心，被运算的数据用二进制数表示
37、，机器 指令包括操作码和地址码，也用二进制数编码表示。计算程序和数据都放在存储器中，存 储单元地址采用线性编址，使用程序计数器 PC 决定程序中指令执行的顺序。冯诺依曼 结构计算机是基于控制驱动的存储程序计算机。虚拟计算机：人根据逻辑设计使用各种电子器件研制成功的计算机称为物理机器，是 实实在在的硬件计算机。人们使用机器语言（二进制指令）与物理机器打交道。计算机系 统包含硬件系统和软件系统。不同的用户使用不同层次的软件语言与计算机交往，可以看 作与不同层次语言的虚拟计算机交往。这种机器实际上是不存在的，都必须通过编译程序 等翻译成机器语言，才能在物理机器上运行。2 软件设计师考试辅导2计算机系
38、统的层次结构 用户在不同层次使用不同语言与计算机打交道，均可实现程序要求，故可以把计算机看作一个多层次的系统。 第一层（核心层）是物理机器。人们使用二进制机器指令与机器交往。 第二层是操作系统级机器。操作系统用于管理计算机的软件和硬件资源。人们通过系统调用，方便有效地使用和管理计算机资源，把这个层次叫做操作系统级机器，也可叫做 操作系统虚拟机。第三层是汇编语言机器。人们使用容易记忆的符号表示的指令（汇编语言）与机器打 交道。当然，最终执行这些汇编语言时还要通过汇编器把汇编语言翻译成机器语言才能在 物理机器上执行。可把这层看作汇编语言虚拟机。第四层是高级语言机器。人们使用高级语言与机器打交道。运
39、行程序时，首先通过编 译程序把高级语言翻译成机器语言才能执行，这层也可叫做高级语言虚拟机。3计算机的特性50 年来计算机在各个领域得到了广泛应用，其主要原因和技术关键在于以下几点。 由于采用高速电子开关电路，决定了计算机高速度运算的功能。 由于采用二进制数表示被运算的数据，决定了机器具有非常高的运算精度。 逻辑运算能力决定了计算机的控制功能和人工智能领域的应用。 数字化信息编码技术，决定了计算机处理文字、语音、图像的通用性。 由于存储程序技术的采用，决定了自动执行程序的能力和计算的快速性。 因此通常讲的计算机，准确地说应该称为电子数字计算机。 4计算机的分类 按 照 计 算 机 逻 辑 电 路
40、 采 用 的 器 件 划 分 ， 计 算 机 可 分 为 电 子 管 、 晶 体 管 、 集 成 电 路 和大规模集成电路，一、二、三、四代计算机。 按照机器的功能和规模可将计算机划分为巨、大、中、小、微各种类型。 按照计算机的应用领域，可将计算机分成通用机和专用机。例如工作站、服务器， 嵌入式计算机，以及图像处理计算机、控制计算机等。 由 于 并 行 处 理 技 术 的 发 展 ， 按 照 计 算 机 系 统 中 处 理 机 的 数 目 和 作 用 可 分 为 单 处 理 机 、 多 处 理 机 、 并 行 处 理 机 、 超 标 量 处 理 机 、 超 流 水 线 处 理 机 、 MPP
41、大规模并行处理机和 机群系统等。 1966 年 M.J.Flynn 提出了按照指令流和数据流的不同组织方式的 Flynn 分类法， 计算机系统可以分为以下几类。SISD： 单 指 令 流 单 数 据 流 计 算 机 ， 即 普 通 的 计 算 机 。SI MD： 单 指 令 流 多 数 据 流 的 计 算 机 ， 如 阵 列 处 理 计 算 机 。 MISD： 多 指 令 流 单 数 据 流 计 算 机 ， 有 人 把 流 水 线 机 器 划 归 这 一 类 。 MI MD： 多 指 令 流 多 数 据 流 计 算 机 ， 即 多 处 理 机 系 统 。第 1 章 计算机系统知识 3 1972
42、 年冯泽云按照最大并行度的概念，提出了冯氏分类法，他把计算机的字长和 位片宽度（每次处理的字数）作为计算机分类的主要指标，最大并行度指计算机系统单位 时间内能够同时处理的二进制位数。字串 位 串 WSBS 为 第一 代 串行 计 算机 ， 计算 机 中对 各个 字 的处 理是 串 行进 行的 ， 每 个 字的各位二进制数又是串行进行的，速度很慢。字并 位 串 WPBS 指 传统 计 算机 ， 计 算机 一个 字 的各 位二 进 制数 是并 行 运算 的 ， 但 各 个 字是串行进行的，每次只处理一个字。字串位并 WSBP 处理机的字宽是 1 位 ， 但 同 时 可 处 理 多 个 字 ， 如
43、STARAN、 MPP 计 算机等。字并位并 WPBP 处理机字长各位二进制数同时运算，同时机器可对多个字并行处理， 如 ILLIACIV、 Cmmp 等。在技术和应用的推动下，计算机的系统结构取得了很大的发展，例如采用数据驱动的 数据流计算机，面向函数式语言的归约计算机等，它们都是非诺依曼计算机。但计算机的 主流和基础仍是冯诺依曼结构。1.1.2 数据表示1内容要点（1）数据分类 计算机中处理的数据有两类：数值数据和非数值数据。数值数据指表示数量的数据，有正负和大小之分，在计算机中的数据表示为二进制的 形式进行运算和存储。非数值数据包括字符、汉字、声音和图像等，在计算机中处理前必须用某种编码
44、形式 表示并转换成二进制数。（2）数制常用的十进制数的计数法则是：表示一位数有 10 个不同的符号（0、1、2、3、4、5、 6、 7、 8、 9） ， 相 邻数 位 之间 的 关系 是 “逢十 进 一” （ 各位 数 的 位 权 是 10n） ， 它所 表 示 的数 值是各位数按权展开的和，十进制数中的 10 称为该计数制的基数。二进制数的基数为 2， 表 示 一 位 数 有 两 个 符 号 ： 0 和 1， 相 邻 数 位 间 之 进 位 关 系 为 “逢 二进一” ，表示的十进制数值为各位数按权展开的和。为了方便，计算机中二进制数常用八进制、十六进制数表示，应熟记八进制数、十六 进制数与
45、二进制数的对应关系。BCD 码：每位十进制数用 4 位二进制数表示，又可分为有权码和无权码两种方案。（3）二进制数与其他记数制数的转换方法 二进制数转换为十进制数是把二进制数各位按权展开求和。 十进制数转换为二进制数时分整数和小数两部分，分开进行转换然后相加。十进制整4 软件设计师考试辅导数部分采用“除 2 取余”法，直到商数为 0，最后得到的余数是二进制数的最高位。十进 制小 数 部分 采用 “乘 2 取整 ”的 方 法， 首先 得 到的 整 数部 分为 转 换成 二进 制 小数 的最 高 位 ， 直到要求的精度。以此 类 推， 十 进制 数 转换 成任 意 进制 数 （如 r 进 制） 的
46、 方 法， 整数 部 分为 “除 r 取 余 ”， 小数部分为“乘 r 取整” 。（4）机器数各种 数 据在 计算 机 中表 示的 形 式称 为机 器 数 ， 其特 点 是数 的符 号 用 0、 1 表示 ， 如 “0” 表正 数 ， “1”表 负数 。 小 数点 隐 含表 示不 占 位置 。 机 器数 对 应的 实 际数 值称 为 该数 的真 值 。机器数有两种：无符号数和带符号数。 无符号数表示正数，没有负数，机器数中无符号位。 无符号整数的小数点，固定在该数最低位之后，是纯整数。 无符号小数的小数点固定在该数最高位之前，是纯小数。 带符号机器数的最高位是表示正、负数的符号位，其余为数值位
47、。带符号整数的小数点固定在该数最低位之后，是纯整数。带符号小数的小数点固定在该数最高位（符号位） 之后，最高数值位之前，是纯小数。这种表示数的方式称为定点数。浮点数小数点的位置不是固定的，如 N =MRE。小数点位置用阶码 E 表示，E 为定点 整数。浮点 数 的数 值部 分 用尾 数 M 表 示， M 为定 点 小 数， R 为阶 E 的底 数， 在 一个 指 定的 机 器中 R 是固定的，在浮点数表示中不再出现。（5）定点数据编码方法 为了运算方便，带符号的机器数有不同的编码方法，称为码制。 原码：又称符号绝对值码。 该数最高位为符号位，正数用“0”表示，负数用“1”表示。其他位为数据位，
48、用二进制数绝对值表示。原码与真值转换方便，但作加减运算不便，且零有“+0”和“0”两 种表示方法。 反码：正数的反码表示与原码相同。 负数的反码，符号位用“1”表示，数值位由其绝对值各位取反得到。 反码零也有“+0”和“0”两种表示方法。因运算不便使用较少。 补码：为了加减运算方便引入补码概念。关键思想是用加法代替减法。 正数的补码与原码表示相同。 负数的补码，符号位用“1”表示，数值位用其绝对值的补数表示（即原码各位求反，末位加 1） 。补 码 最 大 的 优 点 是 作 加 减 运 算 方 便 ， 如 (x + y)补 = (x)补 + ( y)补 ， (x y)补 = (x)补 +( y
49、)补 。 补码符号位参加运算，不单独处理，现代计算机中大都采用补码系统。补码的另一优点是零的表示形式是惟一的，即 ( +0000)补 = ( 0000)补 = 00000。第 1 章 计算机系统知识 5补码的表数范围比原码、反码略宽。在定点小数中，补码可以表示1。(1)补 = 1.0000，而原码、反码不能表示绝对值为 1 的数。 移码：为了比较两个整数的大小，引入移码的概念。 移 码 与 补 码 有 类 似 的 地 方 （ 数 值 部 分 ） ， 但 符 号 位 与 补 码 相 反 ， 即 正 数 的 移 码 符 号 位为“1 ”，负 数的 移 码符 号位 为 “0”。或 者 说求 一个 数 的移 码， 先 求其 补码 再 将其 符号 位 变 反即可得到。移码表数范围与补码整数的表数范围相同。（6）非数值数据（符号数据）英文 字 符编 码的 国 际标 准是 ASCII 码。 用 7 位 二进 制 数表 示， 可
