計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)精選(九篇)
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第1篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
關(guān)鍵詞：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)；問題；解決策略
中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）08-1952-02
1 概述
當(dāng)前，人們對于計算機(jī)性能提出越來越高的要求，這使得計算機(jī)系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，摩爾定律才能描述處理器的復(fù)雜程度增長.截止到現(xiàn)在，單片的處理器已經(jīng)含有10億多個晶體管，而制造如此復(fù)雜的計算機(jī)系統(tǒng)需要付出高昂的資金成本和時間成本.一般情況下，生產(chǎn)一款處理器經(jīng)過設(shè)計體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計驗證與評估、邏輯的設(shè)計與驗證等多道階段，其中每個階段都需要多次重復(fù)制造以保證處理器的質(zhì)量。生產(chǎn)一款處理器在時間上一般需要花費(fèi)4至7年，有時候甚至需要更長時間，同時整個過程的資金投入也是非常巨大的。在批量生產(chǎn)某款處理器之前，首先需要制造出若干該款處理器，并對其評估測試，不斷地發(fā)現(xiàn)缺陷并修改，直至設(shè)計出符合要求的處理器。雖然這種方法科學(xué)，但其并不現(xiàn)實，因為新處理器哪怕生產(chǎn)一個，也需要較高的成本和較長的周期。所以研究人員為了克服這個局限開發(fā)出了能夠精確到時鐘的體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)。
2 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的概述
計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的主要作用就是采用軟件技術(shù)模擬在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)級別中計算機(jī)某些系統(tǒng)硬件的性能和功能特征。采用計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)驗證和評估體系結(jié)構(gòu)設(shè)計成為計算機(jī)系統(tǒng)制造和設(shè)計中必不可少的環(huán)節(jié)。在設(shè)計處理器的過程中，物力與人力資源中大約超過百分之六十都用在了對新處理器的驗證與評估中。我們都知道開發(fā)軟件與開發(fā)復(fù)雜程度相同的硬件相比，其開發(fā)成本較低和開發(fā)周期更短，并且與硬件相比軟件更容易修改，其靈活性更強(qiáng)，因此如果運(yùn)用計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)進(jìn)行驗證與評估不僅可以大大縮短計算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)周期還能夠大幅度降低開發(fā)成本。所以，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)能夠在短時間內(nèi)驗證評估許多體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，在眾多方案中選擇出最優(yōu)的方案。
3 軟件模擬技術(shù)開發(fā)面臨的問題
3.1 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬器的開發(fā)難度較大
計算機(jī)系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，要想把所有門電路或者晶體管等各個方面的特征都通過軟件進(jìn)行模擬是不現(xiàn)實的。對計算機(jī)系統(tǒng)按照層次來抽象是對系統(tǒng)復(fù)雜程度進(jìn)行簡化的常用方法，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是將計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行簡化而來的。但是，根據(jù)結(jié)構(gòu)層次簡化出來的計算機(jī)系統(tǒng)仍然非常復(fù)雜，這使得開發(fā)其模擬器也十分困難。還有目前主要還是運(yùn)用C或者C++編程語言來開發(fā)體系結(jié)構(gòu)的軟件模擬器，采用這些串行結(jié)構(gòu)化的語言固有機(jī)制，比如函數(shù)或者類對計算機(jī)系統(tǒng)的部件行為和功能進(jìn)行模擬，是非常容易出錯并且耗時的過程。所以，開發(fā)計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬器一般都還是在現(xiàn)存模擬器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)或者二次開發(fā)以適應(yīng)開發(fā)者的要求，如果從0開始進(jìn)行開發(fā)是非常不容易的。實際上，改進(jìn)或者二次開發(fā)現(xiàn)存模擬器的方法仍然具有較大的難度，因為人們還是經(jīng)常懷疑模擬器的結(jié)果。所以還需要反復(fù)驗證模擬器本身，以增強(qiáng)模擬器評估體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的可信度。這無疑在側(cè)面加大了模擬器的開發(fā)難度。
3.2 模擬器在評估新設(shè)計時運(yùn)行時間較長
作為在宿主機(jī)上的一個運(yùn)行程序，模擬器在對計算機(jī)系統(tǒng)詳細(xì)模擬的時候，這個運(yùn)行程度需要在時鐘周期的級別上記錄動態(tài)指令運(yùn)行出來的所有結(jié)果和處理器狀態(tài)，比如分支預(yù)測器狀態(tài)、Cache和內(nèi)存行為和寄存器狀態(tài)燈，這些都有巨大的數(shù)據(jù)量，嚴(yán)重降低了詳細(xì)模擬的運(yùn)行速度。像比較成功的SMARTS軟件模擬器運(yùn)行速度達(dá)到了9 MIPS，跟宿主機(jī)的硬件相比而言它的運(yùn)行速度大約慢了4個數(shù)量級。隨著處理器的性能日益提高，國際組織SPEC為對通用處理器性能進(jìn)行評估而不斷新標(biāo)準(zhǔn)程序包以測試性能。在這些標(biāo)準(zhǔn)化性能的測試程序包含有多個極大負(fù)載的性能測試程序，從多個角度對處理器性能進(jìn)行測評。為了保證模擬結(jié)果更加可信，在模擬器中運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化性能的測試程序包是很自然的方法。對硬件來講運(yùn)行這么慢的模擬速度也是一個負(fù)載極大的測試程序，必定有非常長的運(yùn)行時間。依據(jù)不同的模擬目的，參考使用輸入?yún)?shù)的情況下其運(yùn)行時間有可能也要幾年甚至幾十年，另外在體系結(jié)構(gòu)層次中有較多參數(shù)可以配置，像Cache大小等，況且這些參數(shù)并不是獨(dú)立地影響整個系統(tǒng)，，所以每次修改某個參數(shù)時，還需要重新從頭開始運(yùn)行模擬測試程序，查找其對系統(tǒng)的影響。要想得到一個很好的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，模擬運(yùn)行需要很長的時間。
3.3 模擬器運(yùn)行結(jié)果的精度很低
開發(fā)模擬器的過程主要分為理解目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)、針對該結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬器和實現(xiàn)模擬器的三個步驟，在以上三個步驟中可能存在著很多錯誤。在第一步中，要正確分析模擬器的需求，這也是在軟件開發(fā)的過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的現(xiàn)象，常犯的錯誤就是未能正確分析其需求。在第二步中，雖然對計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)能夠正確理解，但還是經(jīng)常因為忽略了計算題體系結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些細(xì)節(jié)而導(dǎo)致了錯誤。在實現(xiàn)模擬器時，對模擬器進(jìn)行編碼是非常容易出現(xiàn)錯誤的。另外，由于模擬器運(yùn)行模擬的時間較長，開發(fā)人員往往只是執(zhí)行測試程序中的部分指令來代替整體的效果，這樣也嚴(yán)重降低了模擬器運(yùn)行結(jié)果的精度。導(dǎo)致模擬結(jié)果的精度較差的重要原因就是選取運(yùn)行的指令不恰當(dāng)。所以當(dāng)前在國際上研究的熱點(diǎn)指向了如何在標(biāo)準(zhǔn)化性能測試的程序中選取部分指令來運(yùn)行。
4 軟件模擬技術(shù)開發(fā)面臨問題的解決策略
針對以上三種問題，目前學(xué)者已經(jīng)對其解決策略進(jìn)行了大量的研究，我認(rèn)為主要還是從以下兩個策略進(jìn)行改進(jìn)：
4.1 減少性能測試程序中的輸入?yún)?shù)
對性能測試程序中的參數(shù)集進(jìn)行科學(xué)地修改以減少模擬器運(yùn)行性能測試程序時的運(yùn)行時間。這種方法仍然運(yùn)行測試程序中的一切指令，只是采用較少的輸入?yún)?shù)來運(yùn)行模擬，并將其模擬運(yùn)行的結(jié)果來代替原本輸入?yún)?shù)集運(yùn)行的結(jié)果。這種方法在一定程度上可以提高提高模擬器運(yùn)行的精度。
4.2 減少運(yùn)行模擬指令的數(shù)量
在采用標(biāo)準(zhǔn)化性能的測試程序中，科學(xué)地選取一部分模擬指令對其運(yùn)行，用這一部分模擬指令的運(yùn)行結(jié)果替代原本運(yùn)行的結(jié)果。提高模擬精度和運(yùn)行速度的關(guān)鍵就在于如何科學(xué)選取用于運(yùn)行的部分指令，通常有兩種方法：直接截取連續(xù)指令和采用統(tǒng)計方法抽樣選取指令。這兩種方法相比而言，第一種方法操作起來比較簡單，但是其模擬精度降低，第二種方法運(yùn)行統(tǒng)計方法進(jìn)行抽樣，操作起來可能比較復(fù)雜，但是其精度有所提高。
5 小結(jié)
作為現(xiàn)代計算機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計和處理器中的必須工具，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)成為了系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量水平和處理器制造水平的直接影響因素，這也是該技術(shù)成為目前研究熱點(diǎn)的重要原因。我認(rèn)為還需要有更多的專業(yè)人員從事研究該技術(shù)的工作中來，只有這樣才能有效加快我國計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，提升其在國際上的競爭力。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李經(jīng)松，陳朝暉.軟件總線體系結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用[J].空間控制技術(shù)與應(yīng)用，2012（4）.
[2] 閆建紅，彭新光.可信計算軟件構(gòu)架的檢測研究[J].計算機(jī)測量與控制，2011（11）.
[3] 黃志鋼，陶旭東，潘振杰.一種異構(gòu)多核處理器體系結(jié)構(gòu)的軟件仿真[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報，2010（6）.
第2篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
關(guān)鍵詞：可重構(gòu) 可重構(gòu)計算體系 可重構(gòu)計算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
中圖分類號：TP338 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0088-01
1 可重構(gòu)并行計算機(jī)系統(tǒng)的基本理念
可重構(gòu)并行計算機(jī)系統(tǒng)要依附于軟件控制，通過可重用的資源，重構(gòu)及重組轉(zhuǎn)換為另一個計算體系，以匹配于差異化的相關(guān)需要。其具備可重構(gòu)特性的計算機(jī)制我們稱其為可重構(gòu)計算系統(tǒng)。
重構(gòu)和重組是可重構(gòu)計算機(jī)制轉(zhuǎn)換其基本功能的兩種措施，前者即新計算系統(tǒng)的功能外部系統(tǒng)，其在舊的計算系統(tǒng)內(nèi)并不存在，通過舊計算系統(tǒng)的可重用資源重新組建而成。而后者即新計算系統(tǒng)的功能部件，通常存在于舊的計算系統(tǒng)，經(jīng)重新組合構(gòu)建為另一套計算構(gòu)架。
可重構(gòu)并行計算機(jī)系統(tǒng)的核心體現(xiàn)在可重用資源，在研發(fā)FPGA前，可重構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)一般都擇取重組的措施；而在FPGA出現(xiàn)后，使重構(gòu)措施變得具有可行性，經(jīng)匹配相應(yīng)的文件，設(shè)置各性質(zhì)與線的鏈接，進(jìn)而調(diào)節(jié)硬件的基本模式。
可重構(gòu)并行計算機(jī)系統(tǒng)是為避免硬件結(jié)構(gòu)和應(yīng)用無法相適應(yīng)這一問題。根據(jù)處理問題的程度，可把可重構(gòu)分成下屬幾種：第一種，門級可重構(gòu)，以核心門級作為切入點(diǎn)，重構(gòu)計算機(jī)制。也就是把功能部件的邏輯通過FPGA予以深化，在使遇到算法改變的時候，利用調(diào)整FPGA的配置去完善其功能。此類重構(gòu)即電路級可重構(gòu)；第二種，部件級可重構(gòu)，初期的重構(gòu)以功能部件作為切入點(diǎn)，利用對功能部件的重新組合去匹配于差異化的計算機(jī)制；第三種，指令級可重構(gòu)。
在常規(guī)處理器單元的基礎(chǔ)上設(shè)置相應(yīng)的計算設(shè)備，為計算的特殊需要奠定基礎(chǔ)，以達(dá)到大計算量指令與附屬程序的執(zhí)行，此類深化計算機(jī)性能的重構(gòu)措施即指令級可重構(gòu)；第四種，芯片級可重構(gòu)，在多處理器共用的原則上，使處理器位數(shù)產(chǎn)生變更、處理設(shè)施個數(shù)能夠和處理器間互連，且能夠予以變動的計算機(jī)體系，此類體系即芯片級可重構(gòu)。
2 可重構(gòu)計算的系統(tǒng)構(gòu)架
可重構(gòu)矩陣能夠訪問指標(biāo)化處理器單元的高速緩存，不過可重構(gòu)矩陣能夠和常規(guī)處理器單元單獨(dú)執(zhí)行命令，也能夠在指標(biāo)處理器單元的控制下去執(zhí)行相應(yīng)命令?？芍貥?gòu)計算的技術(shù)核心為可重構(gòu)矩陣，其中可重構(gòu)矩陣的組建可以依附于基本門，同樣功能部件亦可組建重鑄矩陣?？芍貥?gòu)計算的技術(shù)主要包括下述幾類：第一類，可重構(gòu)陣列元素的組建，明確可重構(gòu)陣列元泰的功能與其功能實現(xiàn)特性；第二類，可重構(gòu)陣列元素的物理交互，因為可重構(gòu)陣列需要匹配于差異化的計算要求，最為有效的物理交互措施即為全連通。第三類，可重構(gòu)陣列元素的鏈接控制，差異化的計算需要我們要匹配于差異化的連接模式，怎樣控制可重構(gòu)矩陣元素的連接模式，使其應(yīng)用更為便捷，需要根據(jù)實際情況而定。
3 可重構(gòu)并行計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)研究的進(jìn)展
自從計算機(jī)發(fā)明以來，馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)一直占據(jù)計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的統(tǒng)治地位，科學(xué)家和工程師們在此基礎(chǔ)上不斷研究硬件和軟件，使CPU和存儲器技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，也為信息化、網(wǎng)絡(luò)化奠定了基礎(chǔ)。
隨著人們對信息化的要求越來越高，馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足人們的技術(shù)需求和發(fā)展要求，對計算機(jī)的要求不再僅僅是高速計算，同時更應(yīng)具備信息處理和智能升級能力?？芍貥?gòu)技術(shù)與多核技術(shù)的出現(xiàn)為此提供了基礎(chǔ)。近年來所發(fā)展的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)主要包括下述幾點(diǎn)：第一，CPU不僅為一核，而是通過多個核組成； 第二，存儲設(shè)施不在是體系的核心構(gòu)成因子，取而代之的是信息路徑；第三，現(xiàn)階段計算機(jī)已不再是通過五大部件所組成，而是通過一些信息處理節(jié)點(diǎn)所構(gòu)建，每個節(jié)點(diǎn)的智能化與集成化越來越高；第四，程序設(shè)計涵蓋了軟件與硬件，生產(chǎn)方給出的產(chǎn)品會是獨(dú)立封裝好的中間件，作為應(yīng)用方不需要側(cè)重于程序的構(gòu)架，只要做好專業(yè)設(shè)計即可。
4 結(jié)語
重構(gòu)和重組是可重構(gòu)計算機(jī)制轉(zhuǎn)換其基本功能的兩種措施，前者即新計算系統(tǒng)的功能外部系統(tǒng)，其在舊的計算系統(tǒng)內(nèi)并不存在，通過舊計算系統(tǒng)的可重用資源重新組建而成。而后者即新計算系統(tǒng)的功能部件，通常存在于舊的計算系統(tǒng)，經(jīng)重新組合構(gòu)建為另一套計算構(gòu)架。
近年來所研究開發(fā)的可重構(gòu)并行計算機(jī)系統(tǒng)的核心體現(xiàn)在可重用資源，在研發(fā)FPGA前，可重構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)一般都擇取重組的措施；而在FPGA出現(xiàn)后，使重構(gòu)措施變得具有可行性，經(jīng)匹配相應(yīng)的文件，設(shè)置各性質(zhì)與線的鏈接，進(jìn)而調(diào)節(jié)硬件的基本模式。
參考文獻(xiàn)
[1]漆鋒濱，王珊珊，姜小成，何王全.可重構(gòu)計算及可重構(gòu)編譯技術(shù)研究[A].2012年全國開放式分布與并行計算機(jī)學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C]，2012（02）：25-26.
第3篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
關(guān)鍵詞:云計算;基礎(chǔ)架構(gòu);結(jié)構(gòu)模型
中圖分類號:TP
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1672-3198(2010)05-0325-01
1 云計算概念及特征
目前,“云計算”還沒有一個十分確切和統(tǒng)一的定義,較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為云計算(或稱云端運(yùn)算)是在極大規(guī)模上將可擴(kuò)展的信息技術(shù)能力向外部客戶作為服務(wù)來提供的一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式;是一種動態(tài)的、易擴(kuò)展的且通常是通過高速互聯(lián)網(wǎng)提供虛擬化的資源計算方式。它強(qiáng)調(diào)了處理無所不在的分布性和社會性――這種新興的計算模型將任務(wù)分布在大量計算機(jī)(或具有計算能力的設(shè)備)構(gòu)成的可自我維護(hù)和管理的虛擬計算資源池上,使各種應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)需要獲取計算能力、存儲空間和軟硬件服務(wù)。
云計算將網(wǎng)絡(luò)上的計算資源(包括計算服務(wù)器、存儲服務(wù)器、寬帶資源等)集中起來并由軟件實現(xiàn)自動管理,無需人為參與?！霸啤倍丝稍跀?shù)秒內(nèi)處理數(shù)以千萬計甚至億計的信息,達(dá)到和“超級計算機(jī)”同樣強(qiáng)大的計算效能。2 云計算體系結(jié)構(gòu)
2.1 云計算的基本思想
云計算主要關(guān)注如何充分地利用互聯(lián)網(wǎng)上軟件、硬件和數(shù)據(jù)的能力,以及如何更好地使各個計算設(shè)備協(xié)同工作并發(fā)揮最大效用的能力。其基本思想是“把力量聯(lián)合起來,給其中的每一個成員使用”,它采用共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法將巨大的系統(tǒng)池連接在一起為用戶提供多種IT服務(wù)。通過使計算分布在大量的分布式計算設(shè)備上,“云”端被作為數(shù)據(jù)存儲以及應(yīng)用服務(wù)的中心,企業(yè)可將云端資源切換到其所需的應(yīng)用上,根據(jù)具體需求來選購相應(yīng)的計算和存儲服務(wù)。
2.2云計算體系結(jié)構(gòu)
“云”是一個由并行的網(wǎng)格所組成的巨大的服務(wù)網(wǎng)絡(luò),它通過虛擬化技術(shù)來擴(kuò)展云端的計算能力,以使得各個設(shè)備發(fā)揮最大的效能。數(shù)據(jù)的處理及存儲均通過“云”端的服務(wù)器集群來完成,這些集群由大量普通的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器組成,并由一個大型的數(shù)據(jù)處理中心負(fù)責(zé)管理,數(shù)據(jù)中心按客戶的需要分配計算資源,達(dá)到與超級計算機(jī)同樣的效果。圖1展示了云計算體系結(jié)構(gòu)的模型,并在文中對相應(yīng)的實體給出具體描述。
圖1 云計算體系結(jié)構(gòu)模型
(1)User Interaction Interface:用戶交互界面,通過終端設(shè)備向服務(wù)云提出請求。
(2)Services Catalog:一個用戶能夠請求的所有服務(wù)目錄,可根據(jù)自身的需求選擇相應(yīng)的服務(wù)。
(3)System Management:系統(tǒng)管理,用戶管理計算機(jī)資源是否可用。
(4)Provisioning Tool:服務(wù)提供工具,用于處理終端請求的服務(wù),需要部署服務(wù)配置。
(5)Monitoring and Metering:監(jiān)控和測度,對用戶服務(wù)進(jìn)行跟蹤和測量,并提交給中心服務(wù)器分析和統(tǒng)計;
(6)Servers:服務(wù)云,由系統(tǒng)管理和維護(hù),可能是虛擬服務(wù)或者真實的。
在云計算體系結(jié)構(gòu)模型中,前端的用戶交互界面(User Interaction Interface)允許用戶通過服務(wù)目錄(Services Catalog)來選擇所需的服務(wù),當(dāng)服務(wù)請求發(fā)送并驗證通過后,由系統(tǒng)管理(System Management)來找到正確的資源,接著呼叫服務(wù)提供工具(Provisioning Tool)來挖掘服務(wù)云中的資源。服務(wù)提供工具需要配置正確的服務(wù)棧或Web應(yīng)用。
云計算同時描述了一種平臺以及構(gòu)建在該平臺上的一類應(yīng)用,圖2展示了用戶獲取“云端”資源的基本過程:“云”端為用戶提供擴(kuò)展的、通過互聯(lián)網(wǎng)即可訪問的、運(yùn)行于大規(guī)模服務(wù)器集群的各類Web應(yīng)用和服務(wù),系統(tǒng)根據(jù)需要動態(tài)地提供、配置、再配置和解除提供服務(wù)器,用戶只需基于實際使用的資源來支付相關(guān)的服務(wù)費(fèi)用。
圖2 用戶獲取服務(wù)云資源過程
3 結(jié)語
雖然現(xiàn)在的云計算還不能完好地解決所有問題,但是在不久的將來一定會有越來越多的云計算系統(tǒng)投入使用,云計算本身也會不斷地得到完善并成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的另一熱點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
第4篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
關(guān)鍵詞：軟件應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型；單層應(yīng)用體結(jié)構(gòu)系模型；兩層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型；三層或三層以上應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型式；軟件工程過程的思維導(dǎo)圖
中圖分類號：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2011）31-0048-03
世界上第一臺電子計算機(jī)ENIAC于1946年2月在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，它的出現(xiàn)具有劃時代的偉大意義。從第一臺計算機(jī)的誕生到現(xiàn)在，計算機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了大型機(jī)、微型機(jī)及網(wǎng)絡(luò)階段。目前，軟件體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域研究非常活躍。電子計算機(jī)目前主要應(yīng)用三種體系結(jié)構(gòu)模式，這三種計算機(jī)軟件應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模式是按數(shù)據(jù)與用戶之間所具有的層次來劃分的，分別是單層應(yīng)用體結(jié)構(gòu)系模型、兩層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型和三層或三層以上應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型式。
一、單層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型
計算機(jī)單層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型，是指在單一的應(yīng)用層內(nèi)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、商業(yè)規(guī)則、用戶界面、數(shù)據(jù)管理等功能。盡管計算機(jī)中的數(shù)據(jù)可以處于一個物理上的遠(yuǎn)端位置，但是對于這些存數(shù)據(jù)的存取邏輯卻是計算機(jī)應(yīng)用程序的一個重要部分。在這樣的單層體系結(jié)構(gòu)中，通過文件夾來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取，而不是通過數(shù)據(jù)庫，單層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型中的程序自己進(jìn)行定義，決定如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存、讀取、查詢等運(yùn)算邏輯。在文字處理方面，單層應(yīng)用體系應(yīng)用結(jié)構(gòu)模式有著一個普遍的文字處理器。即以一個用戶界面來進(jìn)行接收鍵盤的輸入以及顯示的輸出，然后，用其自身眾多的商業(yè)規(guī)則進(jìn)行拼寫查詢、頁碼標(biāo)記等功能的完成，同時，單層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模式還可以應(yīng)用文件存取程序?qū)?shù)據(jù)文檔進(jìn)行管理?，F(xiàn)在流行的Windows應(yīng)用程序大多數(shù)屬于這種單層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型。該模型擁有一定的優(yōu)點(diǎn)，即對應(yīng)用程序的前期分析和設(shè)計都比較簡單，容易操作和理解，但是該模型也有著不易解決的缺陷，即在程序后期的管理和維護(hù)上會顯得十分麻煩，這是因為數(shù)據(jù)管理、商業(yè)規(guī)則、用戶界面交織在一起，如果對任何一部分進(jìn)行改動，哪怕是細(xì)微的變動，都會在很大程度上影響其它的部分。
二、兩層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型
計算機(jī)兩層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型的一個很大的特點(diǎn)就是在應(yīng)用程序的客戶端中，將用戶界面和商業(yè)規(guī)則結(jié)合在一起，對于數(shù)據(jù)的儲存、讀取和查詢由不同系統(tǒng)上的單獨(dú)程序來完成中，SQL Serve或Oracler這樣的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)同樣是這種數(shù)據(jù)存取和管理程序的對象。比如Client/Server就是兩層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，其主要用于局域網(wǎng)中。
計算機(jī)軟件兩層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型中還有另一種情況，即用戶界面為單獨(dú)的一層，數(shù)據(jù)處理和商業(yè)規(guī)則合二為一，構(gòu)成另一層。這種兩層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)的主要表現(xiàn)在以數(shù)據(jù)庫內(nèi)的存儲過程來實現(xiàn)商業(yè)規(guī)則。因為作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一個重要功能的存儲過程，每個單一的存儲過程都構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的一段程序，并指明如何進(jìn)行數(shù)據(jù)庫中的一系列操作，而且存儲過程還可以直接被客戶端查詢、調(diào)用。另外，調(diào)用執(zhí)行存儲過程中還可以應(yīng)用一個觸發(fā)機(jī)制，就是當(dāng)數(shù)據(jù)滿足一定的條件時，觸發(fā)一個程序，從而調(diào)用執(zhí)行相應(yīng)的存儲過程。
計算機(jī)軟件兩層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型有一個最大的好處，就是能夠通允許很多用戶同時對相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和讀取，每一個用戶數(shù)據(jù)的更新會立即被連接到主服務(wù)器上，使所有用戶都可以訪問。但是這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也十分明顯，就是服務(wù)器端的負(fù)載問題，如果當(dāng)客戶端的數(shù)目不斷增加，服務(wù)器端的負(fù)載就會逐漸加大，并最終直到系統(tǒng)完全承受不了眾多用戶的請求而崩潰。另外，因為商業(yè)規(guī)則和用戶界面合在一起，在處理邏輯和程序上的困難較大，任何商業(yè)規(guī)則的改動都會是十分費(fèi)時、費(fèi)錢、費(fèi)力的。盡管這種兩層結(jié)構(gòu)模型在許多小規(guī)模商業(yè)應(yīng)用上有著簡便、靈活的特點(diǎn)，但是更短的開發(fā)周期和快速數(shù)據(jù)訪問的需求使家算計軟件應(yīng)用體系機(jī)構(gòu)模型的開發(fā)工作朝著一條新的創(chuàng)建分布式應(yīng)用的道路上發(fā)展，那就是三層或三層以上應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型。
三、三層或三層以上應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型
在三層或三層以上應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型中，各應(yīng)用層的分布并不是一成不變的，可以根據(jù)要求和條件，分布在邏輯上的不同位置。另外，也不需要各應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)渲g一定存在著一一對應(yīng)的關(guān)系，可以依據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行分布，如，裝有SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和IIS Web服務(wù)器的同一臺機(jī)器中，可以同時分布數(shù)據(jù)處理層和商業(yè)中間層。
在三層或三層以上應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型中，商業(yè)規(guī)則可以處理和正確執(zhí)行所有的商業(yè)過程，該模型的客戶端程序不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取，從而保障了數(shù)據(jù)的完整性和安全性。三層或三層以上應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)點(diǎn)是可以單獨(dú)修改應(yīng)用系統(tǒng)的每一個部分而不會影響到另外兩個部分。另外，因為通過接口使每一層之間進(jìn)行相互通信，所以只要保持接口不變，內(nèi)部程序的一些變化就不會影響系統(tǒng)的其它應(yīng)用部分。同時，應(yīng)用程序的生命周期在三層或三層以上體系結(jié)構(gòu)模型中也有很多好處，如適應(yīng)性、易管理性、可復(fù)用性、可伸縮性、可維護(hù)性等?？梢园葱枨髮?chuàng)建的組件和服務(wù)復(fù)用和共享通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)，還可以將復(fù)雜的、大型的工程項目進(jìn)行分解，夠成簡單而安全的子模塊，并將這些子模塊分派給不同的開發(fā)小組或者開發(fā)人員。
三層或三層以上應(yīng)用體系程序?qū)⒚總€主要的功能進(jìn)行隔離。設(shè)計這樣的多層應(yīng)用程序要從初始階段的設(shè)計和分析、后期階段的使用和維護(hù)等多方面加以權(quán)衡，增加程序的實用性和適應(yīng)性。中間商業(yè)層組件根據(jù)程序的規(guī)則和需要，進(jìn)行調(diào)整和移動，如移動到用戶層可以加強(qiáng)對用戶界面處理，還可以減少數(shù)據(jù)的往復(fù)。在三層或三層以上應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型中，客戶端應(yīng)用程序更為小巧、方便，因為服務(wù)組件在中間商業(yè)層分布。這種方式不僅使用戶的一般管理費(fèi)用降低，還能增加系統(tǒng)的通信量。
四、軟件工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的應(yīng)用分析
（一）軟件工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的應(yīng)用
一個軟件系統(tǒng)，在進(jìn)行分析一般均以全局的角度為視角，在對其全面描述要用系統(tǒng)論中的思維導(dǎo)圖。對一個工程軟件用思維導(dǎo)圖表示，可以用節(jié)點(diǎn)表示概念，概念之間用連線表示聯(lián)系。這樣可以將一連串的概念按照邏輯聯(lián)系起來，看起來一目了然。根據(jù)軟件工程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，工程系統(tǒng)中的軟件工程思維導(dǎo)圖如圖1所示：
圖1 軟件工程過程的思維導(dǎo)圖
從圖1我們可以看出，在思維導(dǎo)圖中有兩條主要路線：問題路線和需求路線。（1）從問題點(diǎn)為始點(diǎn)，提出需求要求，然后轉(zhuǎn)換為軟件的過程。這個過程中，我們需要關(guān)注需求方與成軟件方雙方對問題描述是否一致，避免雙方描述差別較大，較大差別的描述會造成更多的工作量。（2）從需求點(diǎn)為始點(diǎn)，選擇合適的運(yùn)作方，然后再選擇相應(yīng)的開發(fā)方，開發(fā)方再進(jìn)行開發(fā)軟件。在這一過程中開發(fā)方是關(guān)鍵點(diǎn)，轉(zhuǎn)換活動是以開發(fā)方的活動而完成的，因此，在這條線中，要遵守適用性原則，即要選擇合適的開發(fā)方。
（二）應(yīng)用軟件工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型對軟件工程風(fēng)險的分析
在軟件工程系統(tǒng)中，是能夠從系統(tǒng)與全局的角度進(jìn)行風(fēng)險分析的。但是實際中，并不是所有的風(fēng)險因素都能進(jìn)行分析與預(yù)防的，其中人為因素是最不確定的一個因素，因為人在分析客觀問題與事物時候，容易受到多方面的因素影響，從而產(chǎn)生多種誤差，這也會對軟件產(chǎn)生多方面的影響，造成風(fēng)險。所以，在軟件工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型中，以實體要素引出的邊，均為形成風(fēng)險的位置。在進(jìn)行對軟件工程系統(tǒng)進(jìn)行實際風(fēng)險分析時，因其具體的結(jié)構(gòu)模型有側(cè)重點(diǎn)，而且由于一些系統(tǒng)的要素就是一個子系統(tǒng)，所以在實際過程中，要針對具體情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
五、結(jié)語
在信息化的今天，科技發(fā)展日新月異，人們的生活中越來越離不開電子計算機(jī)，隨著電子計算機(jī)在各領(lǐng)域中廣泛地應(yīng)用，加強(qiáng)對計算機(jī)軟件應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型的探究，了解計算機(jī)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的意義，研究不用的計算機(jī)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，加大對計算機(jī)軟件系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，可以更好地對電子計算機(jī)進(jìn)行開發(fā)和利用。
參考文獻(xiàn)
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第5篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)；支撐體系；內(nèi)力計算；設(shè)計
中圖分類號：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
1、輕鋼結(jié)構(gòu)與普鋼結(jié)構(gòu)的區(qū)別
在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中，最早的輕鋼結(jié)構(gòu)主要指的是在普鋼設(shè)計中不允許采用的材料，比如圓鋼、小角鋼等做成的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段，隨著我國科技的進(jìn)步發(fā)展，其輕鋼結(jié)構(gòu)的概念已經(jīng)得到了一定的充實，同時也創(chuàng)新了更好的相關(guān)結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)一步拓展了輕鋼結(jié)構(gòu)初始的應(yīng)用領(lǐng)域。在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中的輕鋼結(jié)構(gòu)是采用區(qū)別于普鋼結(jié)構(gòu)使用的傳統(tǒng)型材，比如熱軋H型鋼、T型鋼以及薄壁焊接型材等。在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中，所采用的輕鋼結(jié)構(gòu)區(qū)別于普鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論方法，比如考慮屈曲后的強(qiáng)度以及計入蒙皮效應(yīng)等。所以，在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中，不同的設(shè)計規(guī)范有不同的體系，同時有著相應(yīng)不同的規(guī)定。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定可以看出：輕鋼結(jié)構(gòu)與普鋼結(jié)構(gòu)的區(qū)別主要在于：輕鋼結(jié)構(gòu)與普鋼結(jié)構(gòu)的荷載取值不同，尤其是風(fēng)荷載以及屋面活荷載等；輕鋼結(jié)構(gòu)與普鋼結(jié)構(gòu)的分析方法不同，特別是其計算長度確定以及相應(yīng)的局部穩(wěn)定計算等；輕鋼結(jié)構(gòu)與普鋼結(jié)構(gòu)的限制條件不同，比如其變形以及長細(xì)的比控制的等等。
2、剛度及穩(wěn)定設(shè)計
2.1、剛度設(shè)計
在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中，有重級及多層框架的工作廠房的變形監(jiān)控，相關(guān)的規(guī)定中有其具體的要求。比如對于在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中，相關(guān)制度對普通單層結(jié)構(gòu)做出了明確的規(guī)定。在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中適用性問題是結(jié)構(gòu)變形所涵蓋的問題，在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中結(jié)構(gòu)變形所涵蓋的問題相對于輕鋼結(jié)構(gòu)安全性其考慮的并不深。而在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中對于單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的變形在設(shè)計是可以放寬標(biāo)準(zhǔn)，在變形控制的建筑中，可以相應(yīng)的放寬變形的容許條件，以此來降低相關(guān)經(jīng)濟(jì)成本。在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中可以通過比較已經(jīng)建成的輕鋼結(jié)構(gòu)廠房，保證在檐口的高度不能大于9m的單層廠房，在這其中強(qiáng)度的條件是在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體工作中唯一考慮的因素，而對于剛度的變形是不在考慮范圍內(nèi)的。
2.2、穩(wěn)定設(shè)計
在輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，對于相關(guān)屋面的梁柱外翼緣以及上翼緣主要是由檁條來進(jìn)行約束的，但是由于相關(guān)輕鋼結(jié)構(gòu)的屋面質(zhì)量相對比較輕，所以其相關(guān)的內(nèi)力方向特別容易被風(fēng)載荷改變，在這種情況下，相關(guān)的柱內(nèi)翼緣以及梁下翼緣都有受到壓力的可能。這時，就可以通過在輕鋼結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計中設(shè)置相關(guān)的隅撐來解決，對于相關(guān)下翼緣的整體穩(wěn)定有隅撐連接下翼緣和檁條，它們行成側(cè)向約束解決。要特別的注意，在具體的設(shè)計中在采用Z型和C型檁條時，要搭接連續(xù)性的檁條，做這樣連續(xù)梁的計算模式就會相對簡支梁為模式效果好一些。
3、支撐體系、檁條的計算分析
在輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，對于相關(guān)張緊的圓鋼組成的柔性支撐體系，其通常是用在沒有吊車時。我們一般采用花籃螺栓，其能有有效的減少在具體的施工中由于支撐松弛而帶來的一些不利影響。相關(guān)的規(guī)范指出，在輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對于檁條的下翼緣，其在相關(guān)風(fēng)吸力組合的作用，可以將拉條適當(dāng)?shù)牟贾迷谙嚓P(guān)的檁條的上、下翼緣附近。在具體的工作中，可以通過相關(guān)穩(wěn)定的計算，當(dāng)檁條在風(fēng)吸力組合下，對于下翼緣受壓的情況，通常情況下，跨度可以作為檁條下翼緣側(cè)向的計算長度，但具體的計算過程中，對于在風(fēng)吸力的作用下的相關(guān)墻梁，如果其也用這種方法來進(jìn)行計算的話，就會存在一定的不合理性，這主要由于控制截面的唯一因素將是穩(wěn)定，所以其計算是非常不經(jīng)濟(jì)的。在具體的工作中，在經(jīng)過驗算受壓穩(wěn)定后，相關(guān)的檐口以及屋脊處如果在采用雙檁的條情況下，其相關(guān)的剛性桿件可以進(jìn)行取消，這時所傳遞的縱向水平力的壓桿就是檁條，也就是說在具體的設(shè)計中，有垂直支撐處設(shè)置相關(guān)的剛性系桿是非常必要的。
4、輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題
4.1、樓蓋
在多層的輕鋼房屋中，對于樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇是非常重要的，其除了是將豎向的荷載直接分配給相應(yīng)的墻柱之外，與此同時還保證了其和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)調(diào)；在多層的輕鋼房屋中從抗震角度來看，在具體的工作中，還應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重。其中常用的樓蓋結(jié)構(gòu)包括有：壓型鋼板-現(xiàn)澆混凝土組合的樓板以及現(xiàn)澆鋼筋混凝土板等等，而在這其中壓型鋼板-現(xiàn)澆混凝土組合的樓板是最為常用的。現(xiàn)階段，在多層輕鋼房屋整體時，還普遍不考慮樓蓋以及鋼梁的組合作用，這樣不僅在具體的工作中增加了相關(guān)的材料用量以及結(jié)構(gòu)的自重，而且會造成在具體的工作中的強(qiáng)梁弱柱的情況。
4.2、支撐體系
在具體的工作中，對于支撐體系主要包括有：支撐分軸交支撐以及偏交支撐兩種，其中支撐分軸交支撐的耐震能力比較差，而偏交支撐在強(qiáng)震作用下具有良好的吸能耗能性能，也因此為門窗洞的布置提供了一定的有利條件，但是就我國目前的使用情況來看，依舊比較少，所以建議在以后的工作中，對于高烈度區(qū)可以首選偏交的支撐。
4.3、柱
對于鋼結(jié)構(gòu)房屋來說，其一般為大開間，所以在鋼結(jié)構(gòu)房屋中的框架柱在兩個方向都承受著比較大的彎矩，與此同時，還應(yīng)該考慮在鋼結(jié)構(gòu)房屋中的強(qiáng)柱弱梁的要求?，F(xiàn)階段，在鋼結(jié)構(gòu)房屋中，我國廣泛使用的是焊接H型鋼以及I字熱軋鋼截面，強(qiáng)弱軸慣性矩之比3～10，這就會造成在鋼結(jié)構(gòu)房屋中相關(guān)材料的浪費(fèi)。因此在鋼結(jié)構(gòu)房屋中對于軸壓比較大，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強(qiáng)的鋼管柱或方鋼管混凝土柱在鋼結(jié)構(gòu)房屋中是比較適宜的。
4.4、節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計
對于框架梁柱節(jié)點(diǎn)，其通常根據(jù)“常用設(shè)計法”采用翼緣連接承受全部彎矩，在鋼結(jié)構(gòu)房屋中的梁腹板只承受全部剪力的假定進(jìn)行設(shè)計。在鋼結(jié)構(gòu)房屋中相關(guān)的震害表明，這種設(shè)計不能有效滿足在鋼結(jié)構(gòu)房屋中的“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的抗震要求，在高烈度區(qū)的使用隱患是比較大的。所以在以后的工作中要不斷的改進(jìn)框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計，在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或者將梁端上下翼緣局部加寬蓋板面積主要由在鋼結(jié)構(gòu)房屋中的大震下的驗算公式確定。
4.5、支撐設(shè)計
在具體的工作中，存在著通長壓桿設(shè)置位置的不當(dāng)現(xiàn)象。對于縱向通長壓桿是整個支撐系統(tǒng)的重點(diǎn)部位，廠房內(nèi)通過縱向通長壓桿將廠房縱向連成整體，將各道屋面支撐或柱間支撐連接為整體受力結(jié)構(gòu)。如果生硬的使用設(shè)計規(guī)范中的要求，則有可能造成通長壓桿的設(shè)計不當(dāng)，造成不必要的浪費(fèi)等。
綜上所述，輕鋼結(jié)構(gòu)作為鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的一種，是近年來在我國發(fā)展起來的新型結(jié)構(gòu)，以其眾多優(yōu)點(diǎn)在我國受到越來越多行業(yè)的青睞。當(dāng)前形勢下，輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與未來發(fā)展就顯得尤為重要。所以在以后的工作中，我們只有充分理解該類結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念，才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計既經(jīng)濟(jì)合理，又安全可靠，在市場競爭中立于不敗之地。
參考文獻(xiàn)
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第6篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
關(guān)鍵詞：計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；課程體系；DLX虛擬處理器；立體化課程
中圖分類號：640文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)18-21ppp-0c
Research and Practice of the Computer Architecture Course System for Applied Type Undergraduate
CAI Qi-xian1, WANG Zhi-wen1，HE Hai-zhao2
(1.Department of Computer Engineering, Guangxi University of Technology, Liuzhou 545006, China; 2. Library, Guangxi University of Technology, Liuzhou 545006, China)
Abstract:According to the applied type the profession education characteristics and teaching goal, form the new Computer Architecture course system with increasing microcomputer architecture contents and introduce into the DLX virtual processor experiments. And make use of the information technique, work hard to carry out a stereo course, that enhance teaching quality of the course.
Key words: Computer Architecture; Course system; DLX virtual processor; Stereo course
1 引言
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)歷來為高校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課。計算機(jī)的發(fā)展歷史說明，計算機(jī)性能的不斷提高必須依靠器件的變革和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。今天，在器件潛力幾乎達(dá)到極限的情況下，計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)尤為重要。該門課程主要反映現(xiàn)代計算機(jī)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的新思想新技術(shù)，如流水線處理、向量處理、并行處理、多處理機(jī)結(jié)構(gòu)等等，要求學(xué)生從分析和評測的角度把握計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計。這對培養(yǎng)學(xué)生掌握和應(yīng)用現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)來處理復(fù)雜計算問題具有重要意義，也為學(xué)生今后從事計算機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。對這樣一門核心課程，如何突出地方院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色，研究和提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，給我們提出了新的挑戰(zhàn)。
國家教育部在《高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計劃》中明確指出要“面向21世紀(jì)社會、經(jīng)濟(jì)、科技、文化的發(fā)展，改革我國高等教育中與其不相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和課程體系。”，該計劃把 “基礎(chǔ)課程、核心課程的教學(xué)內(nèi)容體系及教材；教學(xué)手段、教學(xué)方法的創(chuàng)新。” 列為改革的主要內(nèi)容[1]。因此，在現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)日新月異、計算機(jī)應(yīng)用迅猛擴(kuò)展深入的今天，在高校教育逐步由精英教育向大眾化教育轉(zhuǎn)移的今天，在地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展大量地普遍地需要工程應(yīng)用型計算機(jī)人才的今天，必須重新審視這門課程的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，按照應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)和定位，構(gòu)建新的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系，從而提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。
2 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)
計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程具有下述特點(diǎn)：
1) 綜合性強(qiáng)。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般安排為計算機(jī)專業(yè)高年級課程，它需要用到幾乎所有計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)和相關(guān)的前繼專業(yè)課程知識。主要有：計算機(jī)組成原理、匯編語言程序設(shè)計、高級語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理等課程。教學(xué)中要求學(xué)生對各課程知識融會貫通，教學(xué)難度較大。
2) 理論性強(qiáng)。內(nèi)容抽象繁雜，概念多，教學(xué)處理不好的話，容易讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)乏味，明顯增加了教學(xué)難度。
3) 本課程教材內(nèi)容多是針對大中型計算機(jī)系統(tǒng)描述，常以一般學(xué)生接觸不到的機(jī)型作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)舉例，而結(jié)合微機(jī)應(yīng)用實際，結(jié)合現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展的內(nèi)容幾乎沒有，嚴(yán)重脫離學(xué)生實際。
4) 缺乏實驗環(huán)境，學(xué)生無法獲得對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能改進(jìn)的直觀認(rèn)識。如果真正要求學(xué)生對其理論與技術(shù)有直觀的接觸，則需要深入到現(xiàn)代大中型計算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行實踐，這對我國絕大多數(shù)高校來說是不可能做到的。因此，長期以來，我國高校在開設(shè)這門重要課程時，僅僅停留在理論講授上，相應(yīng)的實踐教學(xué)尚是空白，學(xué)生面對枯燥理論，學(xué)習(xí)興趣大減，這對提高教學(xué)質(zhì)量帶來極大障礙。
3 新課程體系的研究和建設(shè)
針對這門課程的原有特點(diǎn)和不足，我們從以下三方面更新了該課程體系的研究和建設(shè)：
1) 修改教學(xué)要求，明確教學(xué)目的。
我們把對現(xiàn)代微型計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析和評測作為學(xué)生意義構(gòu)建的主要目標(biāo)。很難想象，一個生活工作在微機(jī)廣泛應(yīng)用的信息化時代的計算機(jī)高級技術(shù)人員，如果對微機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知之甚少，又怎么能夠用好微機(jī)呢？因此，在認(rèn)識和了解一般計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)是完全必要的。
2) 在總的教學(xué)目標(biāo)要求下，大刀闊斧地對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，構(gòu)建符合教學(xué)目標(biāo)，既有理論又有實踐的新的課程體系。
我們積極開展本課程教學(xué)內(nèi)容改革，注意吸收國內(nèi)外同類教材教學(xué)思路，結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展對計算機(jī)人才知識結(jié)構(gòu)的要求，在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行壓縮和擴(kuò)充，精簡了有關(guān)大中型計算機(jī)的過多介紹，增加和突出微機(jī)上常用的新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，突出基本知識，注意和前繼課程的內(nèi)容貫通，形成具有自己特色的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱。
理論上，既講清一般原理，又緊密結(jié)合微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。比如，結(jié)合80X86指令系統(tǒng)，闡述從CISC到RISC的發(fā)展；在介紹各項新技術(shù)時，盡量例舉微機(jī)上應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的實例。如Pentium的4級整數(shù)流水線、8級浮點(diǎn)流水線，Pentium的分支預(yù)測策略等。我們還以“奔4：奔騰不已的‘芯’”為題，專門介紹Pentium 4的NetBurst微結(jié)構(gòu)，從Willamette核心、Northwood核心到Prescott核心的不斷發(fā)展，所面臨的問題及Core微架構(gòu)的面世，同時還涉及到同時代CPU產(chǎn)品的競爭情況。應(yīng)該說，結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原理比較全面地介紹了與學(xué)生密切相關(guān)的微機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
如何在常規(guī)的條件下例如利用普通的微型計算機(jī)，讓學(xué)生直接用到有關(guān)計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新思想和新技術(shù)，得到實踐學(xué)習(xí)的機(jī)會，從而大大提高學(xué)生對現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)識，大大提高這門重要課程的教學(xué)效果，值得我們花大氣力進(jìn)行研究。為此，我們引進(jìn)了DLX虛擬處理器實驗。
DLX處理器是1995年美國斯坦福大學(xué)的John L.Hennessy和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的David A.Patterson在其“Computer Architecture-A quantitative approach”一書中首次提出的一個虛擬的32位處理器。該處理器不僅體現(xiàn)了當(dāng)今多種機(jī)器（如AMD 29K，DEC station 3100，HP 850，IBM 801，Intel i860，MIPS M/120A，MIPS M/1000，Motorola 88K, RISC I,SGI 4D/60, SPARCstation-1, Sun-4/110, Sun-4/260等）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)，還將體現(xiàn)未來一些機(jī)器的設(shè)計思想[2]。特別是，DLX虛擬微處理機(jī)提供了一個基于PC機(jī)的研究平臺，研究者可以在PC機(jī)上模擬新的處理機(jī)技術(shù)。清華大學(xué)著名教授鄭緯民在其著作中專門介紹了DLX虛擬微處理機(jī)，并指出：“通過了解DLX處理機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并利用DLX模擬器進(jìn)行實驗，可以幫助讀者綜合地了解和運(yùn)用有關(guān)處理器指令系統(tǒng)的設(shè)計、流水線的設(shè)計與實現(xiàn)等方面的知識，有助于對本書前面章節(jié)所述內(nèi)容的理解?！盵3]
我們在全面了解DLX虛擬處理器的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，探討從“軟”的角度，利用DLX虛擬處理器進(jìn)行處理器指令系統(tǒng)的設(shè)計、流水線的設(shè)計與實現(xiàn)、并行處理的設(shè)計與實現(xiàn)等帶有新一代處理器思想和技術(shù)的實踐教學(xué)體系，總結(jié)出有典型教學(xué)意義的實驗[4~6]；并編寫相關(guān)的實驗教材，注重設(shè)計性和綜合性實驗的訓(xùn)練。比如，讓學(xué)生通過實驗軟件，模擬采用旁路技術(shù)消除數(shù)據(jù)相關(guān)，采用增加運(yùn)算單元的方法消除控制相關(guān)，采用優(yōu)化程序的方法來提高流水線的性能等。此外，我們開辟了一些有關(guān)Cache、CPU性能測試的實驗，形成一套計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)體系。這是一項難度較大的具有開創(chuàng)意義的教學(xué)研究工作。
3) 革新教學(xué)方法手段，利用信息化技術(shù)，努力構(gòu)建立體化的課程體系。
我們自行制作CAI課件，以多媒體的形式精心展現(xiàn)課程內(nèi)容，形象地講解理論，化解難點(diǎn)，融匯前繼課程知識，雖然為此付出了很大的心血，但是保證了全部理論課在多媒體電教室上課，取得了很好的教學(xué)效果。同時研制實踐教學(xué)軟件，以多媒體形式介紹實驗內(nèi)容和操作過程，并以網(wǎng)絡(luò)課件形式提供給本校學(xué)生，以便學(xué)生實驗前自學(xué)。
我們充分利用校園網(wǎng)環(huán)境，建立一個以本門課程為主的基于校園網(wǎng)的教學(xué)網(wǎng)頁，不僅有覆蓋全部教學(xué)內(nèi)容的CAI課件，還有與網(wǎng)絡(luò)電子教案配套的課程介紹、信息、教師答疑、名詞解釋詞典、教學(xué)論壇、實驗探索、習(xí)題與題解、相關(guān)鏈接等輔助網(wǎng)絡(luò)資源。
在課堂教學(xué)上除了用多媒體教學(xué)外，還積極探索開展課堂討論，通過“協(xié)作”、“會話”等方式引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上，撰寫高質(zhì)量的小論文，很多小論文體現(xiàn)了學(xué)生課堂討論的成果。
本門課程的改革成效已初見端倪，學(xué)生們普遍反映，這門課程好學(xué)實用，學(xué)了后眼界開闊，有助于全面把握專業(yè)知識。在學(xué)生評教活動中，本門課程得到了較高的評價。
總之，一門課程體系的構(gòu)建，必須與所屬專業(yè)辦學(xué)定位和學(xué)生實際相適應(yīng)，必須與社會需求相適應(yīng)，必須與學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)。目前，我們?nèi)栽趯υ撜n程的立體化和信息化方面進(jìn)行研究、探索，力求完善課程的理論體系、實踐體系和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)一步提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。
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收稿日期：2008-03-22
第7篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
關(guān)鍵詞：云計算；云計算體系結(jié)構(gòu)；云計算應(yīng)用
中圖分類號：TP301文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2012）010-0024-02
項目基金：四川教育學(xué)院教學(xué)改革項目（2010JG10）
作者簡介：余科軍（1979-），女，碩士，成都師范學(xué)院計算機(jī)科學(xué)系講師，研究方向為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)。
1云計算概述
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，移動寬帶網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和移動智能終端的普及，互聯(lián)網(wǎng)范圍不斷擴(kuò)大，越來越多的設(shè)備接入了互聯(lián)網(wǎng)，這就需要互聯(lián)網(wǎng)處理大量的數(shù)據(jù)，從而給互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)帶來了更多的負(fù)載。對于如何安全有效地利用海量信息，傳統(tǒng)的服務(wù)構(gòu)建模式已經(jīng)顯得力不從心。在這種背景下，基于分布式計算的新型服務(wù)計算模式——云計算應(yīng)運(yùn)而生。
云計算最早是在2006年，由美國亞馬遜公司和谷歌公司提出來的。云計算的基本原理是，用戶所需的應(yīng)用程序并不需要運(yùn)行在用戶的個人電腦、手機(jī)等終端設(shè)備上，而是運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模服務(wù)器集群中。它是網(wǎng)格計算、分布式計算、并行計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、負(fù)載平衡等傳統(tǒng)計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。云計算能夠讓客戶在世界任何地方訪問“云上”所有的應(yīng)用程序和文件。完整的云計算是一個動態(tài)的計算體系，提供托管的應(yīng)用程序環(huán)境，能夠動態(tài)部署、動態(tài)分配計算資源，并實時監(jiān)控資源的使用情況。云計算的核心技術(shù)主要包括虛擬化技術(shù)、編程模型、分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、集成數(shù)據(jù)管理技術(shù)、信息安全、分布式資源管理、云計算平臺管理、綠色節(jié)能技術(shù)等。
云計算有特點(diǎn)，包括超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴(kuò)展性、按需服務(wù)、運(yùn)用成本廉價和有潛在危險性。針對云計算的特點(diǎn)，現(xiàn)在云計算廣泛應(yīng)用于商業(yè)，成為商業(yè)計算的模型，并實現(xiàn)各種商業(yè)的信息服務(wù)，支持用戶在任意位置使用終端獲取服務(wù)，擁有成千上百萬的服務(wù)器集成，使用了數(shù)據(jù)多副本容錯保證了數(shù)據(jù)的可靠性，采用極其廉價的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成云，經(jīng)常只需幾百元，就能完成百萬元的任務(wù)。
自從亞馬遜公司最先提出云計算的概念之后，云計算技術(shù)就受到了各大IT廠商和研究者們的廣泛關(guān)注。對于云計算技術(shù)的研究雖然才短短幾年，但是現(xiàn)在已經(jīng)涌現(xiàn)出很多云計算系統(tǒng)，其中比較典型的系統(tǒng)有AmazonEC2、GoogleAppEngine、ApacheHadoop、WindowsAzurep以及清華大學(xué)透明計算平臺。
2云計算體系結(jié)構(gòu)
云計算的結(jié)構(gòu)是利用高速互聯(lián)網(wǎng)的傳輸能力，將數(shù)據(jù)的處理過程從個人計算機(jī)或服務(wù)器移到互聯(lián)網(wǎng)上的超級計算機(jī)集群中，這個計算機(jī)群是由成千上萬臺很普通的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器組成，由大型的數(shù)據(jù)處理中心管理。由于云計算是網(wǎng)格計算、分布式計算等技術(shù)發(fā)展而來，系統(tǒng)所含技術(shù)更多，如編程模型、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云計算平臺管理技術(shù)等。云計算的結(jié)構(gòu)也是一個逐步完善的過程，云計算結(jié)構(gòu)如圖1。
（1）基礎(chǔ)層。面向具體的物理資源，主要對這些物理資源進(jìn)行局部范圍內(nèi)的管理，提供計算、存儲、帶寬等服務(wù)，這是所有應(yīng)用功能的基礎(chǔ)。它通過對主機(jī)、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備進(jìn)行分布式集群、抽象化和虛擬化處理，將其虛擬化集群到一起，構(gòu)成整個云計算與云服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，使對外看上去就像一個統(tǒng)一的整體，用戶只需發(fā)出約定的設(shè)備調(diào)用指令就可以獲得自己想要的“云”硬件資源，并為系統(tǒng)提供動態(tài)靈活的基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)。
（2）資源池（數(shù)據(jù)庫）。虛擬化技術(shù)是云計算的一個重要組成部分，通過虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，可以將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，也可以將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式。
（3）管理中間件。這個模塊具有承上啟下的作用，提供用戶管理、安全管理、資源管理、映像部署等，這是云計算資源管理系統(tǒng)及集成第三方開發(fā)應(yīng)用功能的綜合管理平臺。管理中間件管理協(xié)調(diào)整個服務(wù)系統(tǒng)，比如身份管理、用戶許可、請求管理、使用費(fèi)用管理、程序部署、程序調(diào)度、程序執(zhí)行、程序回饋等，甚至還包括身份認(rèn)證、訪問控制、病毒防護(hù)和安全統(tǒng)計。
（4）應(yīng)用服務(wù)。提供運(yùn)行在云上的應(yīng)用和服務(wù)。用戶所處理的數(shù)據(jù)保存在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心，并不存儲在本地，用戶所需的應(yīng)用程序運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上大規(guī)模的服務(wù)器集群中，并不運(yùn)行在用戶的個人電腦、手機(jī)等終端設(shè)備上。用戶只需能夠接入互聯(lián)網(wǎng)，就可以通過電腦、手機(jī)等終端設(shè)備，在任何地點(diǎn)方便快捷地使用數(shù)據(jù)和服務(wù)。
3高校云計算體系結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的服務(wù)能力在面對海量數(shù)據(jù)處理、跨地域分布式數(shù)據(jù)存儲以及高質(zhì)量遠(yuǎn)程教學(xué)等新增需求時，已不能滿足其需求。而云計算技術(shù)具有計算性能高、成本低、高效能的網(wǎng)絡(luò)共享、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力等特點(diǎn)，為高校教育機(jī)構(gòu)的發(fā)展提供了新的方向。學(xué)校之間采用集中管理的模式，通過統(tǒng)一的管理，透過互聯(lián)網(wǎng)就可以訪問云計算的教學(xué)資源平臺。高校云計算體系結(jié)構(gòu)如圖2。
云計算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，并服務(wù)于大量用戶，而且采用分布式存儲的方式存儲數(shù)據(jù)。因此，在高校云計算系統(tǒng)中，不僅一個地區(qū)、一個國家，國內(nèi)外大學(xué)可以聯(lián)系在一起，進(jìn)行資源共享、相互交流。海量數(shù)據(jù)的處理是云計算系統(tǒng)一個重要的核心技術(shù)。
云計算為各學(xué)校提供了一個教學(xué)資源共享的環(huán)境，讓更多老師、學(xué)生能利用互聯(lián)網(wǎng)上的虛擬教學(xué)資源。在云計算的體系結(jié)構(gòu)中，學(xué)生可以進(jìn)行選課、查詢成績與學(xué)分、班級管理、提交作業(yè)等功能；老師可以進(jìn)行成績錄入、課程管理等功能；教學(xué)管理人員可以進(jìn)行學(xué)生管理、學(xué)籍管理、資料存檔、待辦事項處理等?；谠朴嬎愕慕虒W(xué)系統(tǒng)，老師、學(xué)生、教學(xué)管理人員能夠跨時間、跨空間地進(jìn)行交流與協(xié)作，在“云端”實現(xiàn)見習(xí)、實習(xí)與實訓(xùn)的指導(dǎo)、交流、評測、監(jiān)控等教學(xué)與管理工作，甚至實現(xiàn)視頻實踐教學(xué)展示。
基于云計算的虛擬實驗室是一個集虛擬實驗教學(xué)管理系統(tǒng)、實驗課教學(xué)指導(dǎo)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)實驗仿真等功能為一體的強(qiáng)大系統(tǒng)，可解決因?qū)嶒灲?jīng)費(fèi)不足或高檔次、高價位設(shè)備缺乏所不能開出的實物實驗課的難題，同時也不會造成因使用不當(dāng)、管理不善等因素造成的儀器損壞、元器件丟失等現(xiàn)象。同時，虛擬實驗還可以模擬實驗室中沒有的設(shè)備，而不受時空的限制，方便地進(jìn)行實驗。
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第8篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
引 言：
信息技術(shù)的發(fā)展影響及其深遠(yuǎn)，作為信息技術(shù)的核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)深入人心并用到各行各業(yè)。本文首先介紹了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)的介紹了體系結(jié)構(gòu)中的ISO模型，以及成為實際國際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP模型，另外，也介紹了局域網(wǎng)協(xié)議IEEE 802 。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的原理，依據(jù)TCP/IP模型和局域網(wǎng)協(xié)議設(shè)計了一個校園網(wǎng)原型。
1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(CAN,Computer Network Architecture)[1] 其定義為將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層及其協(xié)議的集合。具體來說，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是關(guān)于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)置哪幾層，每一層次又能提供哪些功能的精確定義。體系結(jié)構(gòu)對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實現(xiàn)的功能進(jìn)行了精確的定義，而這些功能是用什么樣的硬件與軟件去完成的，則是具體的實現(xiàn)問題。本文側(cè)重討論了其中OSI參考模型、 TCP/IP參考模型、IEEE 802局域網(wǎng)協(xié)議[2]。
1.1OSI參考模型
OSI參考模型定義了開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和各層所提供的服務(wù)。OSI參考模型本身并不是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)定義，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)和相關(guān)協(xié)議的集合，而OSI參考模型并沒有精確定義各層的協(xié)議，只是描述了每一層的功能。
OSI參考模型有七層組。這七層包括：物理層;數(shù)據(jù)鏈路層;網(wǎng)絡(luò)層;運(yùn)輸層;會話層;表示層;應(yīng)用層[3]。
1.2TCP/IP參考模型
TCP/IP(通常它是指傳輸控制協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議，Transmission Control ProtocolInternet Protocol)是發(fā)展至今最成功的通信協(xié)議，它被用于當(dāng)今所構(gòu)筑的最大的開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)Internet之上就是其成功的明證。
TCP/IP有四層組成，這與OSI由七層組成不相同。這四層包括：應(yīng)用層(Application);傳輸層(Transport);網(wǎng)絡(luò)層(Networt);鏈路層(Link)。
1.3IEEE 802參考模型
為了使局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層不致過于復(fù)雜，就應(yīng)當(dāng)將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層，即：媒體接入控制或媒體訪問控制MAC(Medium Access Control)子層和邏輯鏈路控制LIC(Logical Link Control)子層，而網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)訪問點(diǎn)SAP則在LIC層與高層的交界面上[3]。
2校園網(wǎng)設(shè)計方案與實現(xiàn)
2.1利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計校園網(wǎng)的意義
在知識經(jīng)濟(jì)和數(shù)字化生存時代，校園網(wǎng)在資源共享、知識傳播、育人管理等方面發(fā)揮越來越重要的作用，因此其設(shè)計建設(shè)要本著高起點(diǎn)而又經(jīng)濟(jì)實用的標(biāo)準(zhǔn)。具體來說，應(yīng)是一個以寬帶IP網(wǎng)為目標(biāo)建立數(shù)據(jù)、語音、視頻三網(wǎng)合一的一體化網(wǎng)絡(luò);為提高網(wǎng)絡(luò)可靠性及安全性,需要在主干網(wǎng)采用光纖布線，校園網(wǎng)應(yīng)實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)的功能，以保證全網(wǎng)的良好性能及網(wǎng)絡(luò)安全性;主干網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)具有很高的包交換速度，整個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有高速的三層交換功能;網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該采用成熟的、可靠的快速以太網(wǎng)和千兆位以太網(wǎng)技術(shù)作為校園網(wǎng)主干;校園網(wǎng)應(yīng)選用先進(jìn)的網(wǎng)管軟件，建立完善的網(wǎng)絡(luò)管理體系;在設(shè)備方面，應(yīng)選擇有校園網(wǎng)成功案例的網(wǎng)絡(luò)廠商的設(shè)備，同時為Internet撥號用戶和移動用戶提供接口;網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性。
2.2需求分析
隨著該校信息化建設(shè),教學(xué)資源整合,加強(qiáng)本地院校,遠(yuǎn)程院校,研究所,后勤部門的管理,能實現(xiàn)行政，教學(xué)，科研在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，實現(xiàn)接入中國教育科研網(wǎng)的信息化目標(biāo)。
服務(wù)需求：
該校園網(wǎng)主要服務(wù)內(nèi)容是
---客戶機(jī)/服務(wù)器數(shù)據(jù)
---Web
---多媒體教學(xué)，VOD，視頻會議
---語音/傳真
---網(wǎng)絡(luò)管理
校園網(wǎng)的設(shè)計原則：
先進(jìn)性：-由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異，更高的帶寬和更先進(jìn)的應(yīng)用層出不窮，本校園網(wǎng)將在未來幾年的運(yùn)行中能達(dá)到應(yīng)用需求的先進(jìn)性，能在較長時期內(nèi)達(dá)到業(yè)界的先進(jìn)水平，保護(hù)用戶的投資。
可靠性：-將要建設(shè)的校園網(wǎng)將是高可靠性，達(dá)到24小時不間斷，無故障，穩(wěn)定運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)的局部問題不能影響大網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。
可擴(kuò)展性：-骨干節(jié)點(diǎn)設(shè)備的性能具有向上擴(kuò)展的能力，以備將來更高帶寬和應(yīng)用的需要。
可管理性：-整個校園網(wǎng)將采用集中式管理，能夠監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，并能找出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的故障所在，迅速恢復(fù)用戶的應(yīng)用。
安全性：-由于整個大學(xué)的管理事務(wù)都將放在校園網(wǎng)上，不同部門的重要數(shù)據(jù)將要求絕對安全，可訪問與不可訪問將嚴(yán)格限制。
2.3方案實現(xiàn)
為了實現(xiàn)上述服務(wù)，方案將按照TCP/IP模型和局域網(wǎng)協(xié)議IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)，采用星形全交換千兆以態(tài)網(wǎng)的千兆主干，百兆交換到桌面的大型校園網(wǎng)解決方案[5]。
方案特點(diǎn)：
(1)高性能全交換，千兆骨干(多模光纖)、百兆交換到桌面(UTP雙絞線);
(2)虛擬局域網(wǎng)策略，提高局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部安全與性能;
(3)多業(yè)務(wù)，多媒體教學(xué)、辦公管理、遠(yuǎn)程通信一網(wǎng)實現(xiàn);
(4)IP/TV多媒體應(yīng)用系統(tǒng)，廣播需求，實現(xiàn)多媒體教學(xué)、及寬帶視頻節(jié)目點(diǎn)播;
(5)管理簡單，基于瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)管理工具的圖形化配置;
(6)系統(tǒng)安全，集成路由器防火墻，提供互聯(lián)網(wǎng)接入的安全保障;
(7)高速緩存，提高廣域網(wǎng)速度，降低網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用;
(8)經(jīng)濟(jì)實用，高性價比產(chǎn)品配置，支持系統(tǒng)平滑升級。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成為：
Cisco 3640路由器 一臺 (Cisco 3640服務(wù)器配有四個模塊插槽, 假定購置了NM-4A/SF模塊(四個同/異步串口)，NM-2E2W模塊(兩口局域網(wǎng)口，兩口廣域網(wǎng)卡槽)，NM-16AM模塊(16口模擬MODEM 網(wǎng)絡(luò)模塊)，集成防火墻功能，位于網(wǎng)絡(luò)中心)
Catalyst 4500交換機(jī)(48口)一臺(中心交換機(jī)，可兼容下一代(next generation)網(wǎng)絡(luò)平臺，位于網(wǎng)絡(luò)中心)
Catalyst 3524/3548交換機(jī)多臺(工作組交換機(jī)，要接入校園網(wǎng)的各個學(xué)院建筑物,行政樓，學(xué)生公寓樓，住宅樓每棟一臺，位于主配線間)
Catalyst 2924M-XL交換機(jī)多臺(用于建筑物每一工作區(qū)樓層或每住宅單元,可通過堆疊以獲得更多端口數(shù)目，位于中間配線間)
Cisco 2610路由器一臺
Cache Engine高速緩存一臺
IP/TV視頻軟件一套
這一方案的網(wǎng)絡(luò)中心交換機(jī)設(shè)備為Catalyst4500，它的以太網(wǎng)端口全為千兆。用Catalyst3524(24口)/3548(48 口)作為工作組交換機(jī)連接到桌面， 3524/3548的千兆上聯(lián)口連接到中心交換機(jī)的千兆口而形成了一個強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)主干;3524/3548的10/100M端口為所有教學(xué)和辦公用PC 提供連接，這些端口自適應(yīng)的特性使PC網(wǎng)卡不論是舊有的10M還是新配備的100M都能應(yīng)用自如，便于網(wǎng)絡(luò)的逐步升級。千兆主干、100M到桌面的連接方式能將多媒體教學(xué)的優(yōu)越性發(fā)揮得淋漓盡致，即使有更多用戶方便加入到視頻點(diǎn)播服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)帶寬在較長時間內(nèi)不會成為瓶頸。
遠(yuǎn)程訪問的路由器為Cisco 3640，3640共有四個接口插槽，可選配更多的撥號端口或?qū)⒉宀劭沼嗔糇饕院缶W(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充用;3640的局域網(wǎng)接口也為模塊形式，用戶可根據(jù)遠(yuǎn)程訪問的數(shù)據(jù)量大小選擇10M或10/100M端口;3640還具有較高的數(shù)據(jù)處理能力，使廣域網(wǎng)的容量能隨局域網(wǎng)的改進(jìn)作相應(yīng)提高。
3結(jié)束語
該文利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本原理，采用TCP/IP模型和IEEE 802 ，利用最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備設(shè)計了某個校園網(wǎng)的原型。該原型的應(yīng)用可以提高院校的管理水平和效率。提高院校的教學(xué)管理效率和教學(xué)質(zhì)量，具有顯著的社會意義，對院校的局域網(wǎng)的建設(shè)具有一定的參考價值。
第9篇：計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)范文
目前國內(nèi)高校的計算機(jī)專業(yè)硬件類主干課程從低到高分成數(shù)字邏輯、計算機(jī)組成原理和計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。主要存在兩個問題：一是教學(xué)內(nèi)容相對老化：課程內(nèi)容講述以中小規(guī)模、集成電路設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)，與當(dāng)前大量使用大規(guī)模超大規(guī)模集成電路和EDA工具的大趨勢不符合；二是各課程之間尤其是數(shù)字邏輯和計算機(jī)組成原理的各知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。計算機(jī)組成原理的控制器設(shè)計以微程序方法為主，與當(dāng)今廣泛采用的RISC處理器的硬接線法控制器技術(shù)不相適應(yīng)。
計算機(jī)組成的實驗內(nèi)容是對設(shè)計好的部件進(jìn)行連線，學(xué)生對各部件的具體實現(xiàn)并不是很清楚。我們希望通過教學(xué)內(nèi)容的改革，使學(xué)生能深入了解計算機(jī)尤其是CPU部件的硬件實現(xiàn)細(xì)節(jié)，為后續(xù)的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)打下。
2數(shù)字邏輯與部件硬件課程設(shè)計課程內(nèi)容更新分
2.1數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)內(nèi)容
基礎(chǔ)部分內(nèi)容包括兩大部分。第一部分是VHDL語言和EDA工具的使用。我們講述的所有內(nèi)容都要求學(xué)生能用VHDL語言描述，EDA工具選擇與實驗配套的Xilinx ISE，與實驗的側(cè)重點(diǎn)不同，課堂內(nèi)容中主要使用仿真部分功能。第二部分是電路基礎(chǔ)部分包括組合電路部分的基本的邏輯門，多路器和譯碼器，算術(shù)電路。時序電路部分的觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器、有限狀態(tài)機(jī)。有限狀態(tài)機(jī)是CPU控制器的基礎(chǔ)，除了要求掌握用觸發(fā)器和邏輯門實現(xiàn)外，還要學(xué)生掌握用計數(shù)器和多路器實現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)。講述密碼鎖實現(xiàn)的兩種方法：一種實現(xiàn)方法是傳統(tǒng)的作為一個整體的有限狀態(tài)機(jī)來實現(xiàn)。第二種方法是把整個有限狀態(tài)機(jī)分成兩部分：數(shù)據(jù)通路由數(shù)據(jù)寄存器、多路選擇器和比較器構(gòu)成；控制器的有限狀態(tài)機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)通道的狀態(tài)對數(shù)據(jù)通道進(jìn)行控制。在有限狀態(tài)機(jī)中引入數(shù)據(jù)通道和控制單元的概念，加深學(xué)生對計算機(jī)部件及其相互關(guān)系的理解。
2.2計算機(jī)部件相關(guān)內(nèi)容
這部分內(nèi)容主要講述三大部分內(nèi)容：一是指令系統(tǒng)，以RISC架構(gòu)的MIPS指令系統(tǒng)為主線；二是在講述了密碼鎖的基礎(chǔ)上引入CPU的數(shù)據(jù)通路及控制器的實現(xiàn)，控制器講述微程序及硬接線法，并以RISC處理器中常用的硬接線法為重點(diǎn)；第三部分內(nèi)容是綜合前面學(xué)的知識，講述實現(xiàn)一個單周期簡單CPU的過程。簡單計算機(jī)的狀態(tài)單元有程序計數(shù)器PC、程序存儲器IM、數(shù)據(jù)存儲器DM和寄存器文件RF。程序計數(shù)器是一個32位的寄存器：寄存器的輸出值指向當(dāng)前指令，輸入PC′指向下一條指令。程序存儲器只有一個讀口，它有一個32位的地址輸入A，32位的數(shù)據(jù)讀輸出（指令）RD。寄存器文件包含32個32位寄存器，包含兩個讀口和一個寫口。每個讀口對應(yīng)5位地址輸入，A1和A2，對應(yīng)的數(shù)據(jù)口為RD1和RD2，一個寫口WD3對應(yīng)的5位地址A3。數(shù)據(jù)存儲器可讀寫，如果寫信號WE有效，數(shù)據(jù)從WD口寫入存儲器，否則數(shù)據(jù)從RD口讀出。除此之外，還有加法單元計算地址及跳轉(zhuǎn)。所有部件用VHDL語言描述，配合實驗課程在實驗儀上完成一個十多條指令的RISC CPU的設(shè)計。
3計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容及實驗設(shè)置
去除重復(fù)的MIPS指令系統(tǒng)，增加新的數(shù)據(jù)級并行內(nèi)容，增加硬件具體實現(xiàn)的實驗，分兩步實現(xiàn)：第一步，在數(shù)字邏輯與部件設(shè)計的單周期CPU的基礎(chǔ)上實現(xiàn)一個5級流水線（取指、譯碼／讀寄存器、執(zhí)行／有效地址計算和寫回）的定長指令，硬接線控制器的32位RISC處理器；第二步，實現(xiàn)一個直接印象或二路組相聯(lián)的Cache。指令級并行部分包括動態(tài)調(diào)度，前瞻執(zhí)行等不適合硬件實現(xiàn)的實驗采用軟件模擬。
4結(jié)束語
