[经验攻略] 系统分析师备考指南：计算机系统核心考点与RAID技术解析

备考系统分析师，深入理解计算机系统是构筑知识体系的基石。这不仅能帮你应对考试，更能为日后从事系统架构与设计打下坚实基础。

1. 计算机系统层次结构

计算机系统可以划分为硬件层、系统层和应用层，这是一个经典的多级层次模型，清晰地展示了软件与硬件之间的协作关系。

理解这个分层结构，有助于我们从全局视角把握整个计算机系统的运作原理。

2. 存储器系统

存储器系统的性能主要由四个指标衡量：存取时间、存储器带宽、存储器周期和数据传输率。

（1）主存储器

主存储器（Main Memory）即我们常说的内存，可分为随机存取存储器（RAM） 和只读存储器（ROM）。

• RAM：可读可写，但断电后信息丢失，用于暂存数据。它又分为DRAM（动态RAM，需定时刷新）和SRAM（静态RAM，无需刷新）。
• ROM：内容只能读出不能写入，断电后信息不丢失。常用于存放BIOS、专用子程序或微程序控制器的控制存储器。

（2）辅助存储器

辅助存储器即外存，用于长期存储数据，常用的包括磁带、硬盘、磁盘阵列和光盘等。

（3）磁盘阵列技术

廉价磁盘冗余阵列（RAID）通过将多个物理磁盘组合成一个逻辑单元，以提升性能、容量或可靠性。

• RAID 0 - 条带化

  • 原理：数据分条带循环写入所有磁盘，无冗余。
  • 特点：读写性能极高，但无容错能力，一块磁盘损坏即导致全部数据丢失。
  • 场景：对性能要求极高且数据可重建的非关键环境，如渲染缓存。

• RAID 1 - 镜像

  • 原理：将数据完整复制到两个或多个磁盘上。
  • 特点：读性能可提升，写性能与单盘相当。容错性高，可容忍（N-1）块磁盘故障（N为镜像盘数），但存储利用率低（如双盘为50%）。
  • 场景：操作系统盘、关键交易日志等小容量高可用存储。

• RAID 5 - 带分布式奇偶校验的条带化

  • 原理：数据与奇偶校验信息（通过异或运算生成）分布式存储在所有磁盘上。
  • 特点：读性能优秀，写性能因需计算校验存在“写惩罚”。可容忍任意一块磁盘故障，有效容量为（N-1）*单盘容量。
  • 场景：通用文件服务器、中等规模数据库等需要平衡性能、容量与成本的场景。

• RAID 6 - 带双分布式奇偶校验的条带化

  • 原理：RAID 5的增强版，每个条带使用两组独立的奇偶校验。
  • 特点：读性能优秀，写惩罚更严重。可容忍任意两块磁盘同时故障，有效容量为（N-2）*单盘容量。
  • 场景：大容量归档存储、对可靠性要求极高的环境。

• RAID 10 (RAID 1+0) - 镜像条带集

  • 原理：先做镜像（RAID 1），再做条带（RAID 0）。
  • 特点：兼具高读写性能和高可靠性。可容忍多个磁盘故障，但只要同一个镜像对的两块盘都故障，则数据丢失。有效容量为总容量的一半。
  • 场景：高性能数据库（OLTP）、虚拟化主机等关键业务应用。

（4）网络存储技术

主流的网络存储技术包括直接附加存储（DAS）、网络附加存储（NAS）和存储区域网络（SAN），它们解决了数据如何在网络环境中被访问和管理的问题，是现代操作系统与存储架构中的重要组成部分。

3. 输入输出系统

输入输出系统（I/O系统）由I/O设备、I/O控制器（接口）及相应的管理软件组成，负责完成计算机内部与外部世界的信息交换。

在计算机中，I/O系统主要有五种工作方式：

1. 程序控制方式
2. 程序中断方式
3. DMA工作方式
4. 通道方式
5. I/O处理机

理解这些工作方式的演进与区别，对于分析系统性能瓶颈至关重要。

本文梳理了系统分析师考试中计算机系统部分的核心知识点。学习是一个持续积累的过程，欢迎在云栈社区分享你的备考心得与技术见解。