PART 01 系统工程 — System Engineering
系统工程关注"如何把复杂系统做好"——它提供从规划、研究到使用的全过程组织管理技术,以及一套思考问题的方法论。
一、定义与特点
定义
系统工程是运用系统方法,对系统进行规划、研究、设计、制造、试验和使用的组织管理技术。
系统工程方法的五大特点
①整体性
·
②综合性
·
③协调性
·
④科学性
·
⑤实践性
口诀:"整 · 综 · 协 · 科 · 践" —— 整个综合协调,科学实践。
二、五大系统工程方法 ★ 必考
METHOD 01
霍尔三维结构
由时间维 / 逻辑维 / 知识维三个维度构成的方法论框架。
METHOD 02
切克兰德方法
软系统方法论,7 步走的迭代过程,适合不易量化的社会系统。
METHOD 03
并行工程
对产品及其相关过程进行并行、集成化处理。
METHOD 04
综合集成法
钱学森提出,处理开放复杂巨系统。
METHOD 05
WSR 系统方法
物理 — 事理 — 人理,具中国传统哲学思辨思想。
① 霍尔的三维结构 (Hall's 3D Structure)
DIMENSION I
时间维
规划 → 拟定方案 → 研制 → 生产 → 安装 → 运行 → 更新
DIMENSION II
逻辑维
明确问题 → 确定目标 → 系统综合 → 系统分析 → 优化 → 决策 → 实施
DIMENSION III
知识维
工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术
记忆: 时间维是"做事的阶段",逻辑维是"思考的步骤",知识维是"用到的学科"。
② 切克兰德方法 (Checkland Methodology)
1认识问题
→
2根底定义
→
3建立概念模型
→
4比较及探寻
→
5选择
→
6设计与实施
→
7评估与反馈
③ 并行工程 (Concurrent Engineering)
核心思想
对产品及其相关过程进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。
目标三件套: 提高质量 · 降低成本 · 缩短产品开发周期
④ 综合集成法 (钱学森提出)
钱学森将系统的本质分为两类: 简单系统 与 巨系统。
开放复杂巨系统的基本原则
整体论 · 相互联系 · 有序性 · 动态
巨系统的五大主要性质
| ① 开放性 | 系统与外部环境持续交换物质、能量与信息 |
| ② 复杂性 | 结构、关系、行为均高度复杂 |
| ③ 进化与涌现性 | 整体涌现出部分所不具备的新性质 |
| ④ 层次性 | 由多层级子系统嵌套构成 |
| ⑤ 巨量性 | 子系统数量巨大 |
⑤ WSR 系统方法 (物理-事理-人理)
由来
"Wuli (物理) — Shili (事理) — Renli (人理)"方法论的简称,具有中国传统哲学的思辨思想。
WSR 七步法:
1理解意图
→
2制定目标
→
3调查分析
→
4构造策略
→
5选择方案
→
6协调关系
→
7实现构想
三、系统工程的生命周期
生命周期的七个阶段
①探索研究
→
②概念阶段
→
③开发阶段
→
④生成阶段
→
⑤使用阶段
→
⑥保证阶段
→
⑦退役阶段
记忆: "探 · 概 · 开 · 生 · 用 · 保 · 退" —— 从有想法到退场的完整旅程。
四类生命周期方法
计划驱动方法
严格按预先制定的计划推进,适合需求明确的项目。
渐进迭代方法
分阶段推进,逐步演化系统。
精益开发
消除浪费,持续改进,聚焦价值流。
敏捷开发
快速响应变化,小步快跑,持续交付。
四、基于模型的系统工程 MBSE ★
MBSE 概念
Model-Based System Engineering —— 用模型而非文档驱动系统工程过程,贯穿需求、分析、设计的各阶段。
| 阶段 | 产物 (SysML 图) |
|---|---|
| 需求分析阶段 | 需求图、用例图、包图 |
| 功能分析与分配阶段 | 顺序图、活动图、状态机图 |
| 设计综合阶段 | 模块定义图、内部块图、参数图 |
系统工程的三大支柱
建模语言 · 建模工具 · 建模思路
PART 02 系统性能 — System Performance
系统性能是衡量系统"好不好用"的客观尺度。需重点掌握各类设备的关键性能指标、性能计算方法以及阿姆达尔定律。
一、系统性能评价指标 ★★ 高频
不同设备/系统的性能指标侧重不同,考试常以"下列哪项不属于X 的性能指标"形式出题,需熟记对应关系。
| 对象 | 主要性能指标 |
|---|---|
| 计算机 | 时钟频率(主频)、运算速度、运算精度、数据处理速率、吞吐率 |
| 路由器 | 设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、协议支持 |
| 交换机 | 端口速率、背板吞吐量、缓冲区大小、MAC 地址表大小 |
| 网络 | 设备级、网络级、应用级、用户级性能指标、吞吐量 |
| 操作系统 | 系统上下文切换、系统响应时间、系统吞吐率(量)、系统资源利用率、可靠性和可移植性 |
| 数据库 | 最大并发事务处理能力、负载均衡能力、最大连接数 |
| Web 服务器 | 最大并发连接数、响应延迟、吞吐量 |
区分要点: 路由器关注"转发与寻路",指标最多最杂;交换机更"简单",关注端口和 MAC 表;数据库关注"事务、连接、均衡";Web 服务器关注"连接、延迟、吞吐"。
二、性能指标计算
METRIC 01
MIPS
每秒百万次指令数 (Million Instructions Per Second),衡量 CPU 整数运算速度。
METRIC 02
峰值计算
指计算机每秒钟能完成的浮点计算最大次数(FLOPS)。
METRIC 03
等效指令速度法
又称吉普森 (Gibson) 法,通过对各类指令的执行频率加权求平均。
三、性能调整
本质
性能调整由查找瓶颈和消除瓶颈两部分组成。
数据库系统的性能调整
- CPU / 内存使用状况
- 优化数据库设计 / 优化数据库管理
- 进程 / 线程状态
- 硬盘 IO 及剩余空间
- 日志文件大小
应用系统的性能调整
- 应用系统的可用性
- 响应时间
- 并发用户数
- 特定应用的系统资源占用
四、阿姆达尔解决方案 ★★★ 必考
阿姆达尔定律 (Amdahl's Law)
计算机系统中对某一部件采用某种更快的执行方式所获得的系统性能改变程度,取决于这种方式所占总执行时间的比例。
应试理解
用得越多的部件,优化它的收益越大;用得很少的部件,即使优化无穷倍,对整体性能提升也十分有限——这就是 "瓶颈优化优先" 的理论依据。
五、性能评估
基准测试程序 (Benchmark)
指应用程序中用得最多、最频繁的那部分核心程序,用其代表整体程序进行性能测试。
Web 服务器的性能评测方法
①基准性能测试
·
②压力测试
·
③可靠性测试
系统监视的三种方式
系统内置命令
通过操作系统提供的内置工具进行实时监控。
查阅系统日志
分析历史日志数据,定位问题根源。
可视化技术
通过图表、仪表盘呈现系统运行状态。
REVIEW 本节考点速查 — Quick Recap
| 知识点 | 易考形式 |
|---|---|
| 系统工程五大特点 | 选择题: 哪一项不属于系统工程方法的特点 |
| 霍尔三维结构 | 选择题: 时间/逻辑/知识维的具体内容对应 |
| 切克兰德 7 步法 | 顺序题或步骤辨析 |
| WSR 方法论 | 识别"物理-事理-人理"含义与中国哲学背景 |
| 钱学森综合集成法 | 巨系统性质 (开放性/复杂性/进化涌现/层次/巨量) |
| MBSE 三阶段产物 | 给出图类型反推所在阶段 |
| 路由器 vs 交换机指标 | 设备性能指标辨析 |
| 阿姆达尔定律 | 概念理解 + 简单计算应用 |
| Web 服务器评测方法 | 基准 / 压力 / 可靠性测试三选 |