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14天备考软考-day1: 计组、操作系统（仅自用）

news 2025/10/27 8:34:54

摘选自：
软件设计师の备考经验帖及复习资料-Laptoy-CSDN博客https://blog.csdn.net/apple_53947466/article/details/128332032?fromshare=blogdetail&sharetype=blogdetail&sharerId=128332032&sharerefer=PC&sharesource=lapiii&sharefrom=from_link

仅仅作为个人极限备考复习，去除重复的真题以及概念。

计算机组成与体系结构

一、硬件

1.1 CPU

1.2、运算器

1.3、控制器

二、寻址

三、校验码

四、RISC和CISC

五.流水线

六、存储器

七、Cache

7.1、基础知识

7.2、Cache地址映射

八、中断

九、输入输出(IO)控制方式

9.1、程序查询方式

9.2、中断驱动方式

9.3、DMA方式

9.4、真题

十、总线

十一、加密与认证

1.1、加密技术(只能防止第三方窃听)

1.2、摘要(认证)

1.3、数字签名(验证真实性)(认证)

1.4、数字证书

1.5、真题

十二、加密算法

十四、原码反码补码移码

十五、浮点数表示法

操作系统基本原理

一、操作系统的地位

二、进程管理

2.1、程序顺序执行

2.2、程序并发执行与前驱图

2.3、程序并发执行的问题

2.4、进程的三态模型

2.5、同步与互斥

2.6、信号量机制与PV操作

2.7、PV操作实现进程间同步和互斥

2.8、死锁

2.9、死锁的处理

2.10、进程资源图

2.11、线程

2.12、局部性原理

三、存储管理

3.1、分页存储管理

3.2、段页式存储管理

四、缓冲区

4.1、单缓冲区

4.2、双缓冲区

4.3、真题

五、移臂调度算法

1、先来先服务

2、最短寻道时间优先

3、扫描算法或电梯调度算法

4、循环扫描算法或单向扫描算法

六、旋转调度算法

七、文件管理

7.1、多级索引结构

7.2、文件目录

7.3、目录结构

7.4、位示图

计算机组成与体系结构

一、硬件

1.1 CPU

1.2、运算器

1.3、控制器

指令寄存器：操作码和地址码都存入指令寄存器，对用户是完全透明的。（即不可见、不可访问的）

二、寻址

寻址速度：立即寻址>寄存器寻址>直接寻址>寄存器间接寻址>间接寻址

题目1：

题目2：

“按字编址” 意味着每个地址对应一个 “字”，因此可寻址单元的数量 = 总内存容量 ÷ 每个字的字节数。（1GB=2^30字节）

代入数据计算：可寻址单元数量 = 2^31 字节 ÷ 4 字节 / 字 = 2^31 ÷ 2^2 = 2^29 个单元。

转换为常用单位：2^29 个单元 = 512 × 2^20 个单元 = 512M（因为 2^20 对应 1M）。

三、校验码

1、奇偶校验码：只能检奇偶个数错不能纠错

2、海明码：

码距=2，无纠错能力
码距>=3，有纠错能力

3、循环冗余检验码：码距为2，运用模二运算进行检错不能纠错

真题1：

步骤 1：海明码的校验位数m需要满足以下条件：2^m >= n + m + 1，其中n是数据位数，m是校验位数。对于32位的数据，n=32，我们需要找到最小的m，使得2^m >= 32 + m + 1。

步骤 2：找到满足条件的最小m值。当m=6时，2^6 = 64，而32 + 6 + 1 = 39，满足条件。

步骤 3：确定数据位D_5的校验位根据海明码的校验规则，数据位D_5的位序为6，即等于4+2，因此用第4位的P_3和第2位的P_2校验。所以，数据位D_5由P_3和P_2进行校验

四、RISC和CISC

五.流水线

流水线计算 = 一条完整指令执行时间 + (n-1)x流水线周期
吞吐量 = 指令条数/流水线计算
加速比 = 使用流水线/不使用流水线

真题1：

真题2：

六、存储器

真题1：

真题2：

真题3：

编辑

七、Cache

7.1、基础知识

7.2、Cache地址映射

发生块冲突从少到多的顺序：全相联映射–>组相联映射–>直接映射

真题1：

八、中断

中断向量：提供中断服务程序的入口地址
中断向量表：所有中断服务的入口地址
中断响应时间：从发出中断请求到进入中断服务程序
保存现场继续执行主程序

真题1:

九、输入输出(IO)控制方式

9.1、程序查询方式

9.2、中断驱动方式

9.3、DMA方式

DMA（Direct Memory Access）（直接存储器访问）

9.4、真题

真题1：

真题2：

十、总线

ISA、EISA、PCI、PCI Express、前端总线

真题1：

真题2：

2^32=4*1024*1024*1024=4GB =>地址总线宽度为32
字长表示每次交换数据的大小，也即为数据总线的宽度32

真题3：

真题4：

十一、加密与认证

1.1、加密技术(只能防止第三方窃听)

混合加密就是把对称和非对称加密一起混合使用，适合在传输大量信息的时候，先用对称加密在用另一个的公钥加密，这样就只有另一个自己能够解密这个信息

1.2、摘要(认证)

1.3、数字签名(验证真实性)(认证)

RSA可用于数字签名

数字签名是用私钥签名，公钥验证，一般是对信息摘要进行签名
数字签名是非对称加密算法的一种方法来保证信息不会被篡改
解决假冒和否认，发送方用私钥加密，接收方用发送方的公钥解密，此过程私钥只有发送方有，所以无法否认及假冒发送

1.4、数字证书

1.5、真题

真题1：

真题2：

真题3：

十二、加密算法

十四、原码反码补码移码

原码：最高位是符号位，其余低位表示数值的绝对值（0表示正数，1 表示负数）
反码：正数的反码与原码相同，负数的反码是其绝对值按位取反（符号位不变）
补码：正数的补码与原码相同，负数的补码是其反码末位加1（符号位不变）
移码：符号位按位取反

原码和反码的取值范围：-127~127
补码和移码的取值范围：-128~127

真题1：

十五、浮点数表示法

真题1：

真题2：

真题3：

真题4：

某种机器的浮点数表示格式如下(允许非规格化[1]表示)。若阶码以补码表示,尾数以原码[2]表示,则1 0001 0 0000000001表示的浮点数是( ) 。

正确答案:B

本题解析:

题干尾数是原码为:0000000001,数符是0,这表示该尾数是负数为2^-10 。

阶码是0001是补码,转换成原码是1111,是十进制[3]的15,这

里注意阶符是1,这表示阶码是负数,因此该浮点数是2^-15 ×2^-10 。

操作系统基本原理

一、操作系统的地位

二、进程管理

2.1、程序顺序执行

真题1：

2.2、程序并发执行与前驱图

2.3、程序并发执行的问题

2.4、进程的三态模型

真题1：

2.5、同步与互斥

2.6、信号量机制与PV操作

真题1：

真题2：

真题3：

2.7、PV操作实现进程间同步和互斥

信号量S1：它用于表示半成品箱中可用的空位数量。因为半成品箱可存放n件半成品，初始时箱子是空的，所以有n个空位可供生产者甲放入半成品。因此，信号量S1的初值为n。
信号量S2：它用于表示半成品箱中已有的半成品数量。初始时箱子是空的，即没有半成品，所以信号量S2的初值为0。

2.8、死锁

只要满足 m >= n*(k-1)+1 那就不会发生死锁
m为资源数量，n为进程数量，k为每个进程需要的资源数量

2.9、死锁的处理

银行家算法

先全部分配给P2：然后全部资源数会变成：4 2 1 （剩下的资源数加上已分配给p2的资源数）

后面以此类推

2.10、进程资源图

进程资源图，化简，阻塞（非阻塞），死锁-CSDN博客

在如下所示的进程资源图中，（27）；该进程资源图是（28）。

（27）P1、P2是阻塞节点、P3是非阻塞节点

（28）可以化简的，其化简顺序为P3→P1→P2

解析：

①先标记了R1R2R3分配给每个进程的资源数

R1=2-2=0 (注：第一个2是，两个圆点，第二个2，是两条线)

R2=3-3=0

R3=2-1=1

②再算P1P2P3

P1=1 (注：一条线)

P1 → R2 阻塞（因，R2=0）

P2=1

P2 → R1 阻塞（因，R1=0）

P3=1

P3 → R3 非阻塞（因，R3=1）

所以，P1、P2是阻塞节点、P3是非阻塞节点

③非阻塞节点（P3）的所有边去掉然后将它视为一个孤立的点

④所有的资源和进程都变成孤立的点。这样的图就叫做“可完全简化”。

R1=2-1=1

R2=3-2=1

R3=2-1=1

P1=1 (注：一条线)

P1 → R2 非阻塞（因，R2=1）

P2=1

P2 → R1 非阻塞（因，R1=1）

非阻塞节点（P1P2）的的所有边去掉然后将它视为一个孤立的点

所以，可以化简
顺序为P3——P1——P2

2.11、线程

2.12、局部性原理

三、存储管理

3.1、分页存储管理

● 某进程有 5 个页面，页号为 0~4，页面变换表如下所示。表中状态位等于0 和1分别表示页面不在内存或在内存。若系统给该进程分配了3个存储块，当访问的页面3不在内存时，应该淘汰表中页号为（25）的页面。假定页面大小为 4K，逻辑地址为十六进制2C25H，该地址经过变换后，其物理地址应为十六进制（26）。

（25）A. 0 B. 1 C. 2 D. 4 （26）A. 2C25H B. 4096H C. 4C25H D. 8C25H

答案： A C
（25）的正确选项为A。根据题意，页面变换表中状态位等于0和1分别表示页面不在内存或在内存，所以0、2和4号页面在内存。当访问的页面3不在内在时，系统应该首先淘汰未被访问的页面，因为根据程序的局部性原理，最近未被访问的页面下次被访问的概率更小；如果页面最近都被访问过，应该先淘汰未修改过的页面。因为未修改过的页面内存与辅存一致，故淘汰时无需写回辅存，使系统页面置换代价小。经上述分析，0、2和4号页面都是最近被访问过的，但2和4号页面都被修改过而0号页面未修改过，故应该淘汰0号页面。

（26）的正确选项为C。根据题意，页面大小为4KB，逻辑地址为十六进制2C25H其页号为2，页内地址为C25H，查页表后可知页帧号（物理块号）为4，该地址经过变换后，其物理地址应为页帧号4拼上页内地址C25H，即十六进制4C25H。参考答案（25）A（26）C

3.2、段页式存储管理

步骤 1：确定页内地址的大小根据地址结构，页内地址占用了12位，因此页的大小为2^12 = 4096字节，即4K。

步骤 2：确定每个段的最大允许页数页号占用了12位，因此每个段最大允许有2^12 = 4096个页。

步骤 3：确定最多可有的段数段号占用了8位，因此最多可有2^8 = 256个段。

四、缓冲区

4.1、单缓冲区

4.2、双缓冲区

4.3、真题

五、移臂调度算法

1、先来先服务

2、最短寻道时间优先

3、扫描算法或电梯调度算法

4、循环扫描算法或单向扫描算法

先处理延磁头方向的，当该方向无请求，磁头调转方向回到反方向的最里端

六、旋转调度算法

单个读取时间 = 旋转周期/物理块数量

X=处理完位置到下一个记录起始位置所需时间

当前在A起始位置，那么读取完A后还需要4ms进行处理

处理缓冲区记录A时磁盘也在转动（下一个要读取的是B（但经过B起始位置时A并未释放缓冲区）），所以需要重新转一圈之后到达B起始位置才可以进行读取

读取A记录需要(单个读取时间+单个处理时间+X)

依次类推到倒数第二个记录I结束需要(单个读取时间+单个处理时间+X)*(物理块数量-1)

最后的H记录起始位置读取完毕之后再执行处理时间便结束(单个读取时间+单个处理时间)

特别注意：这里的磁头它旋转的时候是不会停下来的，也就是在处理记录的时候磁头还是会继续往下转，而不会留下来等记录处理完

顺序处理：(单个读取时间+单个处理时间+X)*(物理块数量-1) + (单个读取时间+单个处理时间)

优化处理：(单个读取时间+单个处理时间)*物理块数量

真题1

顺序处理：(3+3+24)*(9-1)+(3+3)=246
优化处理：(3+3)*9=54

七、文件管理

7.1、多级索引结构

真题1：

解析

步骤 1：确定逻辑记录的大小文件Myfile.doc由5个逻辑记录组成，每个逻辑记录的大小与磁盘块的大小相等，即每个逻辑记录的大小为1024字节。

步骤 2：确定需要访问的逻辑记录需要存取文件的第5120逻辑字节处的信息。由于每个逻辑记录的大小为1024字节，因此第5120逻辑字节位于第5个逻辑记录中。计算方法为：5120 / 1024 = 5，即第5个逻辑记录。

步骤 3：确定需要访问的磁盘块根据题目描述，文件Myfile.doc的5个逻辑记录依次存放在121、75、86、65和114号磁盘块上。因此，第5个逻辑记录存放在114号磁盘块上。

真题2

真题3

试题(27)、(28) 设文件索引节点中有8个地址项，每个地址项大小为4字节，其中5个地址项为直接地址索引，2个地址项是一级间接地址索引，1个地址项是二级间接地址索引，磁盘索引块和磁盘数据块大小均为1KB。若要访问文件的逻辑块号分别为5和518，则系统应分别采用__C__(27)；而且可表示的单个文件最大长度是(28)____KB。

A. 直接地址索引和一级间接地址索引

B. 直接地址索引和二级间接地址索引

C. 一级间接地址索引和二级间接地址索引

D. 一级间接地址索引和一级间接地址索引

解析：

步骤 1：理解文件索引节点结构文件索引节点包含8个地址项，其中5个为直接地址索引，2个为一级间接地址索引，1个为二级间接地址索引。每个地址项大小为4字节，磁盘索引块和磁盘数据块大小均为1KB。
步骤 2：计算直接地址索引：可访问的逻辑块号范围直接地址索引可以直接指向磁盘数据块，因此可以直接访问的逻辑块号范围为0到4（共5个）。
可访问的逻辑块号范围直接地址索引可以直接指向磁盘数据块，因此可以直接访问的逻辑块号范围为0到4（共5个）。
步骤 3：计算一级间接地址索引：可访问的逻辑块号范围一级间接地址索引指向一个索引块，该索引块可以包含256个地址项（因为每个地址项大小为4字节，索引块大小为1KB，1KB/4字节=256个地址项）。因此，一级间接地址索引可以访问的逻辑块号范围为5到260（共256个）。
步骤 4：计算二级间接地址索引：可访问的逻辑块号范围二级间接地址索引指向一个索引块，该索引块可以包含256个地址项，每个地址项指向一个索引块，每个索引块可以包含256个地址项。因此，二级间接地址索引可以访问的逻辑块号范围为261到65796（共65536个）。
步骤 5：上述计算，逻辑块号5在一级间接地址索引的范围内，逻辑块号518在二级间接地址索引的范围内。因此，访问逻辑块号5和518应分别采用一级间接地址索引和二级间接地址索引。
步骤 6：计算单个文件的最大长度单个文件的最大长度为直接地址索引、一级间接地址索引和二级间接地址索引可访问的逻辑块号范围之和，即5 + 256 + 65536 = 65797个逻辑块。因为每个逻辑块大小为1KB，所以单个文件的最大长度为65797KB。

真题4

某文件系统采用多级索引结构。若磁盘块的大小为1KB字节，每个块号占3B字节，那么采用二级索引时的文件最大长度为（116281）KB。

步骤 1：计算一级索引能索引的磁盘块数量一级索引块的大小为1KB，即1024字节。每个块号占3字节，因此一级索引块能索引的磁盘块数量为1024/3=341.33，取整为341个磁盘块。
步骤 2：计算二级索引能索引的磁盘块数量二级索引块的大小同样为1KB，即1024字节。每个块号占3字节，因此二级索引块能索引的磁盘块数量为1024/3=341.33，取整为341个磁盘块。由于每个一级索引块能索引341个二级索引块，因此二级索引能索引的磁盘块数量为341*341=116281个磁盘块。
步骤 3：计算文件的最大长度每个磁盘块的大小为1KB，因此文件的最大长度为=116281KB。