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Category: 读书笔记

计算机系统概述

名词解释

  1. 中央处理器:简称为处理器(CPU),是整个计算机的核心不见,主要用于指令的执行。主要包含两个基本部分:数据通路和控制器。
  2. 算术逻辑单元:简称为ALU,用来进行基本的算术和逻辑运算,最基本部件是加法器。
  3. 数据通路:指指令执行过程中数据所流经的部件,包括各类运算部件。
  4. 控制器:用来对指令进行译码,生成对应的控制信号,以控制数据通路进行特定的操作。
  5. 主存:主存储器,简称为主存
  6. 辅助存储器:系统运行时直接和主存交换信息的存储器
  7. 外设:外部设备简称为外设,也称为I/O设备。
  8. 设备控制器:外设通过I/O控制器或者适配器链接到主机上,I/O控制器或者I/O适配器统称为设备控制器。
  9. 总线:是传输信息的通路,用于在部件之间传输信息,CPU、主存和I/O模块通过总线互连。
  10. 系统软件:包括为有效、安全地使用和管理计算机以及为开发和运行应用软件而提供的各种该软件,介于计算机和应用程序之间,与具体应用关系不大。包括操作系统、语言处理系统、数据库管理系统和各类实用程序。
  11. 应用软件:指专门为了数据处理、科学计算、事务管理、多媒体处理、工程设计以及过程控制等应用所编写的各类程序。
  12. 高级语言:与底层计算机结构关联不大,是机器无关语言
  13. 汇编语言:通过用简短的英文符号和二进制代码建立与机器语言的对应关系,方便程序员编写和阅读的机器语言程序。
  14. 机器语言:使用二进制的进行编码的机器指令
  15. 机器级语言:又称低级语言,和运行计算底层结构密切相关的语言。机器语言和汇编语言都是机器级语言。
  16. 源程序:被翻译的语言和程序
  17. 目标程序:翻译生成的语言和程序
  18. 翻译程序:把一种变成语言表示的程序转换为等价的另一种编程语言程序
  19. 编译程序:也称编译器,用来将高级语言源程序翻译成汇编语言或者机器语言目标程序
  20. 解释程序:也称解释器,用来将源程序中的语句按其执行顺序逐条用子程序解释,并最终转换成机器指令执行。
  21. 汇编程序:也称汇编器,用来将汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序。
  22. 操作系统:主要用来管理整个计算机系统的资源,包括对资源进行调度、管理、监视和服务,提供计算机用户和硬件之间的人机交互界面、并实现对应用程序的支持。
  23. 语言处理系统:主要用于提供一个用高级语言编程的环境。
  24. 最终用户:使用应用程序完成特定任务的计算机用户
  25. 系统管理员:利用操作系统等软件提供的功能对系统进行配置、管理和维护,以建立高效合理的系统环境供计算机用户使用的操作人员。
  26. 应用程序员:使用高级编程语言编制应用软件的程序员。
  27. 系统程序员:指设计和开发系统软件的程序员。
  28. 指令:指计算机能够直接理解并执行的最基本操作。
  29. ISA:指令集体系结构,是软件和硬件之间接口的完整定义。它定义了一台计算机可以执行的所有指令的集合,每条指令贵了计算机执行什么操作,以及所处理的操作数存放的地址空间和操作数类型。
  30. 透明:对实际存在的事务或者概念感觉不到。
  31. 响应时间:也称为执行时间或者等待时间,是指从作业提交开始到作业完成所用的时间。
  32. 吞吐率:表示在单位时间内所完成的工作量。
  33. CPU执行时间:是指CPU用于程序执行的时间,包括用户CPU时间和系统CPU时间。
  34. 时钟周期:CPU时钟信号的宽度
  35. 时钟频率:CPU时钟信号的时钟频率,是CPU时钟周期的倒数。
  36. CPI:执行一条指令所需要的时钟周期数,它是一个平均值,通常称为综合CPI。
  37. 基准程序:进行计算机性能测评的一种重要工具。
  38. MIPS:平均每秒钟执行多少百万条指令。
  39. 峰值MIPS:选取一组指令组合,使得得到的平均CPI最小就是峰值MIPS
  40. MFLOPS:用来表示浮点操作速度的指标,表示每秒所执行的浮点运算有多少百万次,是基于操作数而不是指令数来衡量。
  41. PFLOPS:

简答题

  1. 冯诺依曼计算机的组成、功能和工作方式?
    计算机由运算器、控制器、输入设备和输出设备五个基本部件组成;
    存储器存放数据和指令;
    控制器自动执行指令;
    运算器进行加减乘除基本运算,以及逻辑运算;
    操作人员通过输入输出设备使用计算机
    冯诺依曼结构采用“存储程序”工作方式;
  2. 冯诺依曼结构的主要思想是什么?
    其基本思想是:必须将事先编好的程序和原始数据送入主存后才能执行程序,一旦程序被启动执行,计算机在不需要操作人员干预下自动完成逐条指令取出和执行任务。
    存储器不仅能存放数据,也能存放指令;
    计算机内部以二进制形式表示指令和数据
  3. 计算机系统层次结构如何划分?用户可以分为哪几类?采用什么工作方式?
    按任务的不同,可以把用户分为:最终用户、系统管理员、应用程序员和系统程序员。
  4. 程序与指令的关系是什么?一条指令的执行过程大致经过那几个步骤?
    程序是指挥计算机如何操作的一个指令序列,也即程序由指令组成,而指令则是计算机硬件能够直接理解并执行的最基本操作。
    第一步:根据PC取指令到IR;
    第二步:指令译码并送出控制信号;
    第三步:取操作数;
    第四步:指令执行;
    第五步:回写结果。
  5. 程序的CPI与那些因素有关?
    时钟周期、指令条数
  6. 为什么说性能指标MIPS不能很好的反映计算的性能?
    因为时钟周期、指令条数和CPI是相互制约的。

请用简述计算机是如何工作的。

计算机完成一个任务的大致过程如下:
用某种程序设计语言编制源程序;
用语言处理程序将源程序翻译成机器语言目标程序;
将目标程序中的指令和数据装入内存,然后从个第一条指令开始执行,直到程序所含指令全部执行完成。
每条指令的执行包括取令、指令译码、取操作数、运算、送结果等。

应用层

习题

  1. 目前在Internet上有那些使用比较广泛的协议应用?
    超文本传输协议(www)、文件传输协议(ftp)、远程登录协议(telnet)、电子邮件协议(smtp和pop3)、域名系统(DNS)
  2. 简述HTML、HTTP和URL的含义及其作用。
    a. 超文本协议是客户端浏览器和Web服务器之间的应用层通信协议,也即浏览器访问Web服务器上的超文本协议时使用的协议。
    b. URL 统一资源定位器,是为了能够使客户端查询不同的信息资源时有统一的访问方法而定义的地址标识方法。
    c. HTML 超文本标记语言
  3. 简要说明www的工作过程。
    a. 在客户端,建立连接,用户使用浏览器想Web服务器发送浏览信息请求;
    b. Web服务器接收到请求,并想浏览器返回所请求的信息;
    c. 关闭连接。
  4. Internet的域名结构是怎样的?与电话网的号码结构有何异同?
    域名由若干各分量组成,各分量之间用.分隔。各分量分别代表不同级别的而域名。每一级域名由英文或数字组成,级别最低的写在最左边,最高的写在最右边。长度不超过255个字符。
  5. 说明域名解析的过程。
    当应用进程需要将一个主机域名映射为IP地址时,就调用域名解析函数,解析函数将待转换的域名放在DNS请求中,以UDP报文方式发给本地域名服务器。本地域名服务器在查找域名后,将对应的IP地址放在应答报文中返回。应用进程获得目的主机的IP地址后即可通信。若域名服务器不能回答该请求,则域名服务器就暂时成为DNS中的另外一个客户,直到找到能回答该请求的域名服务器为止。
  6. 简要说明电子邮件系统的工作过程。

  7. 简述smtp的工作原理。
    使用SMTP要经过建立连接、传送邮件和释放连接3各阶段:
    1) 建立TCP连接;
    2) 客户端向服务器发送hello命令标识发件人身份,然后客户端发送mail命令;
    3) 服务器端发送ok作为响应,表明准备接受;
    4) 客户端发送rcpt命令,标识邮件接收人;
    5) 服务器端标识是否愿意为收件人接收邮件;
    6) 协商结束,发送邮件,用命令data发送输入内容;
    7) 结束此次发送,用quit命令退出。

  8. 简单说明pop3的工作原理。
    1) 通过pop3客户程序登录到支持pop3协议的邮件服务器;
    2) 邮件服务器姜维该yoghurt收存的邮件传送给pop3的客户群,用户收到邮件之后便从服务器上删除邮件;
    3) 邮件服务器再将用户提交的发送邮件转发到运行smtp协议的计算机中,通过它实现邮件的最终发送。
  9. 说明imap4的特点。
    imap4为用户提供了有选择的从邮件服务器接收邮件的功能、基于服务器的信息处理功能和共享信箱功能。
    imap4提供了离线、在线和断开连接3种工作方式。
  10. pop3协议和imap协议有何区别?
    imap协议改进了pop3的不足,用户可以通过浏览信件头来决定是否要下载、删除或检索信件的特定部分,还可以在服务器上创建或者更改文件夹或邮箱。
  11. 说明文件传输协议的原理。

  12. 访问一个FTP服务器,下载软件或文献。

  13. 什么是域名服务?
    DNS是一个分布式数据库系统,由域名空间、域名服务器和地址转换请求程序三部分组成。
    有了DNS,凡域名空间中有定义的域名都可以有效转换为对应的IP地址;同样,IP地址也可以通过
    DNS转换为域名。

  14. 目前有那些国际通用域名?
    目前常见的国际通用域名有.com.net.edu.org
  15. 如何实现域名注册?

传输层

习题

  1. 什么是传输服务?
    传输层的最终目标是向其用户提供有效、可靠且价格合理的服务。为了达到这一目标,传输层利用网络层提供的服务。
  2. 传输协议的要素有那些?
    寻址、建立连接和释放连接
  3. 试述传输层向应用层提供服务的内容。
    a) 提供可靠的端到端的通信;
    b) 向会话层提供独立于网络的传输服务
  4. 试述UDP的传输过程、端口号分配原则以及应用场合。
    传输过程:
    1) 传输数据前无须建立连接;
    2) 不对数据包进行检查与修改;
    3) 无须等待对方的应答;
    4) 实时性好,效率高
    端口号分配原则与TCP一致。
  5. 使用TCP的主要特点、端口号分配、socket地址概念以及应用场合。
    TCP的主要特征:
    a) 面向连接的传输;
    b) 端到端通信;
    c) 高可靠性
    e) 全双工方式传输
    f) 采用字节流方式
    g) 提供紧急数据传送功能
    TCP的端口号分配:
    1) 端口号小于256的定义为常用端口;
    2) 客户端对端口号并不关心;
    3) 临时端口分配1024~5000之间的端口号。大于5000是为其他服务器预留。
  6. TCP的连接建立与释放分别采用几次握手?为什么?
    三次握手:
    1) 第一方向另一方发送连接请求段;
    2) 另一方回应对连接请求的确认段;
    3) 第一方再发送对对方确认段的确认。
    为了确保传输的可靠性。
  7. TCP的重传策略是什么?
    TCP协议用于控制数据段是否需要重传的依据是设立重发定时器。在发送一个数据段的同时启动给一个重发定时器,如果在定时器超时前收到确认,就关闭定时器;如果定时器超时前没有收到确认,则重传该数据段。
  8. TCP与UDP有什么不同?

  9. 简述TCP与UDP的服务模型。

  10. TCP与UDP对于端口号的使用有什么规定?
    1) 端口号小于256的定义为常用端口;
    2) 客户端对端口号并不关心;
    3) 临时端口分配1024~5000之间的端口号。大于5000是为其他服务器预留。

网络层

习题

  1. 网络层实现的功能主要有那些?
    网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送,具体功能包括路由选择、拥塞控制和网际互连。
  2. 虚电路中的“虚”是什么含义?如何区分一个网络节点所处理的多个虚电路?
    为了进行数据传输,网络的源节点和目的节点之间先要建立一条逻辑通路,因为这条逻辑通路不是专用的,所以称之为“虚”电路。
    一条虚电路可能要经过多个中间节点,在节点的各段物理信道上都要占用一条逻辑信道用以传送分组,而通过各段信道所获取的逻辑信道号可能是不同的,所以各节点内部必须建立一张虚电路表,用于区分一个节点上的多个虚电路。
  3. 简述虚电路操作和数据报操作的特点、虚电路服务与数据报服务的特点。

  4. 什么叫拥塞?造成拥塞的原因是什么?
    拥塞现象是指到达通信子网中的某一部分的分组数量过多,使得该部分网络来不及处理,以致引起部分乃至整个网络性能下降的现象。
    发生拥塞的原因:
    1) 多条流入线路有分组到达,并需要同一输出线路;
    2) 路由器的慢速处理器导致难以完成必要的处理工作;

  5. 简述防止拥塞的集中方法?
    1) 监控系统,检测到何时何地发生了拥塞;
    2) 将该信息传递到能够采取行动的地方;
    3) 调整系统运行,降低系统负载、增加资源以改正问题。
  6. 网络互连设备按期工作的层次可以分为几类?它们分别是什么?网际互连的意义是什么?请列出各种网际互连设备以及它们工作的OSI协议层。
    1) 转发器,用于物理层的连接,对信号进行放大整形或者再生;
    2) 网桥,提供数据链路层上的协议转换,在局域网之间存储和转发帧;
    3) 路由器,作用于网络层,提供网络层上的协议转换,在不同的网络之间存储和转发分组。
    4) 网关,提供传输层以及传输层以上各层间的协议转换。
  7. 简述透明网桥的工作原理。
    透明网桥以混杂方式工作。接收连接到该网桥的局域网上传递的所有帧。每个网桥维护一个基于MAC地址的过滤数据库。数据库中列出每个可能的目的地 ,以及它属于那一条输出线路,同时每个表项还有一个而超市,网桥根据这个数据把接收到的帧项相应局域网中转发。
  8. 比较透明网桥和源端路由网桥各自的优缺点。
    透明网桥易于安装,但网络带宽利用率低;源端路由网桥能够最佳利用网络带宽。
  9. 一台主机的rip协议可以是主动方式吗?说明理由。
    不可以。主机中实现的RIP工作在被动状态,它不会传递自己的路由表的信息给别的路由器,它 只是接收其它RIP路由器广播的路由信息,并且根据收到的路由信息更新自己的路由表
  10. 简述arp协议和rarp协议的要点。
    arp是将网络IP地址转化为相应的物理网络地址。
    反向地址转换协议rarp用于只有物理网络地址而没有IP地址,则可以通过rarp协议发出广播请求,征求自己的IP地址。
  11. 多播和广播有何异同?若要路由器支持多播,还需要添加那些功能?
    局域网内对所有网路节点广播。一个发送方对应多个接收方,接收方不是网络中的所有主机,也有可能不是同一子网,称为组播或者多播。
    路由器要支持多播需要支持距离向量多播路由协议或者多播软件。
  12. 与IPv4相比,IPv6有那些改进?
    1)扩大IP地址空间;
    2) 减小路由选择表的长度,提供路由选择速度;
    3) 简化协议;
    4) 提供更好的安全性;
    5) 增加对服务类型的支持,特别是实时的多媒体数据;
    6) 通过定义范围支持多点播送的实现
    7) 主机可以在不改变IP地址的情况下实现漫游;
    8) 协议保留未来发展余地;
    9) 允许新旧协议共存一段时期。
  13. IPv6有那些特点?下一代网络为什么要使用IPv6?
    1) IPv6把地址长度增加到128位bit,使地址增大了296倍。
    2) 灵活的IP报文头部格式。
    3) 简化协议,加速报文转发。
    4) 提高安全性。
    5) 支持更多的服务类型。
    6) 允许协议继续演变,增加新的功能。

笔记

路由选择的核心是路由选择算法,设计路由算法时要考虑诸多技术要素。首先,考虑是选择最短路由还是选择最佳路由;其次,要考虑通信子网是采用虚电路的还是采用数据报的操作方式;其三,是采用分布式路由算法,还是集中式路由算法;其四。要考虑关于网络拓扑、流量和延迟等网络信息的来源;最后,确定是采用静态路由选择策略,还是动态路由选择策略。
三种常用静态路由算法:最短路由选择算法、扩散法和基于流量的路由选择算法。