導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇計算機體系結(jié)構(gòu)，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）32-0260-02

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，算機已經(jīng)成為系統(tǒng)設(shè)計及信息處理的核心工具。體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)對于計算機系統(tǒng)而言是必不可少的技術(shù)手段，通過體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)能夠不但最大程度的降低系統(tǒng)設(shè)計的費用以及時間，而且也極大提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)說白了就是通過現(xiàn)有的計算機應(yīng)用軟件，對系統(tǒng)硬件在計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的使用情況以及性能進行模擬，由于計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)具有一定的技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢，因此，其目前已經(jīng)成為計算機系統(tǒng)設(shè)計中必不可少的手段。

1 計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的發(fā)展過程及其現(xiàn)狀

計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)是在計算機系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理單元的變化下產(chǎn)生的。二十世紀(jì)末，計算機系統(tǒng)是利用數(shù)據(jù)信息驅(qū)動技術(shù)來收集計算機運作的數(shù)據(jù)信息，并完成執(zhí)行程序指令。另外，數(shù)據(jù)信息驅(qū)動技術(shù)深入把握計算機的運作數(shù)據(jù)信息，并對計算機系統(tǒng)內(nèi)部中央處理單元的組成結(jié)構(gòu)以及其具備的特點做詳細(xì)的分析研究，并堅持其所存在的漏洞問題。因此，數(shù)據(jù)信息驅(qū)動技術(shù)在當(dāng)時也被稱為基于執(zhí)行程序指令而形成的一種靜態(tài)模擬技術(shù)[1]。

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，因此，在計算機數(shù)據(jù)信息驅(qū)動技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，也就出現(xiàn)了能夠分析計算機性能技術(shù)。分析計算機性能技術(shù)不僅提高了計算機設(shè)計結(jié)構(gòu)質(zhì)量，而且也實現(xiàn)了降低計算機技術(shù)的研發(fā)成本以及計算機系統(tǒng)設(shè)計的失敗概率。此后，分析計算機性能技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但由于其不能夠準(zhǔn)確地反映出計算機系統(tǒng)內(nèi)部的一些細(xì)小問題，且適用范圍較小，因此，計算機系統(tǒng)設(shè)計人員為了提高了精確程度，擴大適用范圍，于是對該技術(shù)再次進行改進完善，于是計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)就在這個背景下誕生了。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，計算機中央處理器目前的研究和設(shè)計過程中，有百分之六十的科研經(jīng)費都被投入軟件模擬和性能評估兩方面。從理論上講，軟件和硬件相比，前者的開發(fā)成本及周期要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者的開發(fā)成本和周期，并且軟件開發(fā)比硬件開發(fā)要簡單。從這個角度來說，靈活性強以及成本低是計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)得到推廣使用的主要原因。然而，由于計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的研發(fā)的技術(shù)性要求極強，所以其也面臨著眾多技術(shù)難題，這些難題對其發(fā)展都起到了阻礙作用[2]。

2 與計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)相關(guān)的一些概念

計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已逐漸建立較為成型的技術(shù)規(guī)范，在計算機體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的過程中，有不少具有創(chuàng)造性的模擬技術(shù)出現(xiàn)，而且其相關(guān)概念也在完善中，但是部分概念由于字面意思非常相近，所以人們都習(xí)慣性的將其畫上等號，例如仿真和模擬兩個概念，通過以下定義區(qū)分開模擬和仿真兩個概念。

1）計算機體系結(jié)構(gòu)仿真

計算機體系結(jié)構(gòu)仿真是指通過計算機硬件或軟件的方式，對計算機模擬器產(chǎn)生的某種模擬結(jié)果進行模仿。計算機結(jié)構(gòu)仿真的主要目的是在另一個計算機上實現(xiàn)一個已知的計算機系統(tǒng)功能，使另一個計算機能夠?qū)崿F(xiàn)與原計算機系統(tǒng)一樣的計算結(jié)果，而對于計算過程是不太重視的。

2）計算機體系結(jié)構(gòu)模擬

計算機體系結(jié)構(gòu)模擬則是根據(jù)硬件或軟件的工作狀態(tài)來模擬計算機系統(tǒng)的計算過程，其主要目的是為了開發(fā)和預(yù)測計算機未來的功能和性能，因為是研究計算機的計算過程，所以對于計算結(jié)果也不太重視。

隨著計算機體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)的發(fā)展，計算機體系結(jié)構(gòu)的仿真漸漸屬于計算機體系結(jié)構(gòu)模擬，因為體系結(jié)構(gòu)模擬要先通過正確的輸出結(jié)果來預(yù)測模擬方式是否可行，其次在研究計算的過程。例如在計算體系結(jié)構(gòu)模擬過程中，模擬器運行是按照一個程序進行的，而承載模擬器的主機則是按照領(lǐng)一套程序進行的，這樣就會造成指令沖突。因此必須要將模擬器上的運行指令實先翻譯為主機上的程序指令，那么能實現(xiàn)由模擬器指令轉(zhuǎn)化為主機運行指令的工具稱為指令集仿真器。從這個角度來說，計算機體系結(jié)構(gòu)仿真已經(jīng)成為了計算機體系結(jié)構(gòu)模擬的一部分，是計算機體系模擬的基礎(chǔ)條件。

3 計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬的分類

3.1 體系結(jié)構(gòu)模擬器分類的分類

1）計算機體系結(jié)構(gòu)模擬器的分類標(biāo)準(zhǔn)多種多樣，根據(jù)處理器的實際數(shù)量，計算機體系結(jié)構(gòu)可以分為單個處理器和多個處理器系統(tǒng)模擬兩種。單個處理器是利用一個處理系統(tǒng)模擬器來進行系統(tǒng)軟件模擬工作，而多處理器是由多個處理器共同工作，從而實現(xiàn)內(nèi)存資源共享。根據(jù)模擬目標(biāo)的差異，模擬器又可分為功能模擬、耗能模擬、性能模擬及發(fā)熱模擬技術(shù)[3]。其中性能模擬與其他三個模擬相比，其發(fā)展的最迅速。但是隨著計算機系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們越來越關(guān)注的是計算機的耗能問題，因此，耗能模擬在不久將會成為計算機系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。另外，模擬器還可以根據(jù)開發(fā)模式進行劃分，可分為串行結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)，其中串行結(jié)構(gòu)是利用C語言的編程語言執(zhí)行編程指令的，能夠?qū)崿F(xiàn)直接描述計算機系統(tǒng)。

篇2

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，人們對于計算機性能提出越來越高的要求，這使得計算機系統(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 計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的概述

計算機體系結(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)級別中計算機某些系統(tǒng)硬件的性能和功能特征。采用計算機體系結(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，因此如果運用計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)進行驗證與評估不僅可以大大縮短計算機系統(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 計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬器的開發(fā)難度較大

計算機系統(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行模擬是不現(xiàn)實的。對計算機系統(tǒng)按照層次來抽象是對系統(tǒng)復(fù)雜程度進行簡化的常用方法，計算機體系結(jié)構(gòu)是將計算機系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)層次進行簡化而來的。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)化的語言固有機制，比如函數(shù)或者類對計算機系統(tǒng)的部件行為和功能進行模擬，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)上進行改進或者二次開發(fā)以適應(yīng)開發(fā)者的要求，如果從0開始進行開發(fā)是非常不容易的。實際上，改進或者二次開發(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)計時運行時間較長

作為在宿主機上的一個運行程序，模擬器在對計算機系統(tǒng)詳細(xì)模擬的時候，這個運行程度需要在時鐘周期的級別上記錄動態(tài)指令運行出來的所有結(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)模擬的運行速度。像比較成功的SMARTS軟件模擬器運行速度達(dá)到了9 MIPS，跟宿主機的硬件相比而言它的運行速度大約慢了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行測評。為了保證模擬結(jié)果更加可信，在模擬器中運行標(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體系結(jié)構(gòu)，模擬運行需要很長的時間。

3.3 模擬器運行結(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，對模擬器進行編碼是非常容易出現(xiàn)錯誤的。另外，由于模擬器運行模擬的時間較長，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行的指令不恰當(dāng)。所以當(dāng)前在國際上研究的熱點指向了如何在標(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)對其解決策略進行了大量的研究，我認(rèn)為主要還是從以下兩個策略進行改進：

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)集進行科學(xué)地修改以減少模擬器運行性能測試程序時的運行時間。這種方法仍然運行測試程序中的一切指令，只是采用較少的輸入?yún)?shù)來運行模擬，并將其模擬運行的結(jié)果來代替原本輸入?yún)?shù)集運行的結(jié)果。這種方法在一定程度上可以提高提高模擬器運行的精度。

4.2 減少運行模擬指令的數(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行，用這一部分模擬指令的運行結(jié)果替代原本運行的結(jié)果。提高模擬精度和運行速度的關(guān)鍵就在于如何科學(xué)選取用于運行的部分指令，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，第二種方法運行統(tǒng)計方法進行抽樣，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)代計算機的系統(tǒng)設(shè)計和處理器中的必須工具，計算機體系結(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].計算機測量與控制，2011（11）.

篇3

中圖分類號：G036 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）22-00273-01

現(xiàn)在，單片處理器的晶體管數(shù)量已超過10億。這樣就給計算機系統(tǒng)的制造帶來了資金成本和時間成本上的大幅度增加。一般來說，設(shè)計制造處理器需要經(jīng)很多個設(shè)計和制造階段，包括：體系結(jié)構(gòu)設(shè)計評估和驗證，邏輯設(shè)計評估與驗證，電路設(shè)計驗證，布局設(shè)計，最后才能進入生產(chǎn)階段，才可以走進社會生活中。并且為了保證質(zhì)量，這些過程通常都要重復(fù)很多次。研發(fā)一款新的處理器一般需要4――7年的時間，而處理器量產(chǎn)之前，還必須制造出樣本進行實測，如果有問題還要重復(fù)制造樣本并進行不斷修改，反復(fù)進行評估和驗證的過程，我們知道，電子產(chǎn)品在沒有量產(chǎn)前，單個的生產(chǎn)成本是非常高的，這些問題就造成了處理器的研發(fā)設(shè)計的時間成本和資金成本大幅度上升，甚至讓許多研發(fā)企業(yè)無力承受。為了解決這個問題，計算體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)就成為研發(fā)人員的首選。這種技術(shù)可以精確都時鐘級別，從根本上解決了計算機體系結(jié)構(gòu)研發(fā)的長時間和高成本問題。

1.計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的發(fā)展歷程

1.1 萌芽階段

計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的過程，最初，計算機軟件模擬技術(shù)的結(jié)構(gòu)雖然已經(jīng)建立，但是處理器技術(shù)并不完善，對系統(tǒng)運行也不能進行合理控制，由于處理器的工作效率低下，所以控制軟件的設(shè)計也非常緩慢，計算機體系結(jié)構(gòu)的軟件模擬技術(shù)在不斷的探索中緩慢前行。上世紀(jì)八十年代，我國的計算技術(shù)有了長足發(fā)展，經(jīng)過長期不懈的研究，我國計算機系統(tǒng)在獨立操作數(shù)據(jù)驅(qū)動和處理器高效利用技術(shù)兩方面有了新的突破。至此，軟件系統(tǒng)可以在計算機上進行更好的運行，計算機系統(tǒng)的控制也更為便捷。計算機的運行是以收集和處理技術(shù)為基礎(chǔ)的。所以，在計算機應(yīng)用軟件技術(shù)的研發(fā)過程中要收集大量的數(shù)據(jù)，并結(jié)合計算機基礎(chǔ)知識在計算機處理器平臺上對軟件系統(tǒng)進行構(gòu)建和設(shè)計。這是計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)發(fā)展的重要前提，技術(shù)人員由此掌握了計算機軟件系統(tǒng)建設(shè)的大量數(shù)據(jù)經(jīng)驗。

1.2 技術(shù)研發(fā)階段

在總結(jié)了技術(shù)探索階段的各種數(shù)據(jù)和經(jīng)驗之后，技術(shù)研發(fā)的方法已經(jīng)非常明確，研發(fā)人員運用性能分析模擬技術(shù)改良了計算機系統(tǒng)，這樣，團建模擬技術(shù)就可以在處理器中進行合理運用。計算系統(tǒng)的質(zhì)量得到了大幅度的提高，軟件模擬技術(shù)也開始被廣泛運用在計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件的研發(fā)中。計算機體系結(jié)構(gòu)軟件的模擬技術(shù)可以對系統(tǒng)運行進行更加順利和有效的控制，再結(jié)合性能分析模擬技術(shù)，計算機系統(tǒng)的研發(fā)成本急劇下降。這樣就降低了技術(shù)研發(fā)階段的風(fēng)險，從根本上節(jié)省了大量的時間成本和資金成本，保障了研發(fā)單位的經(jīng)濟利益。在技術(shù)研發(fā)時，還要考慮到計算機系統(tǒng)升級、實際應(yīng)用，使計算機技術(shù)的實用性大幅度提高，計算機系統(tǒng)的工作能力成倍增加。但是在技術(shù)研發(fā)階段，對模擬器運行的狀況一定要進行合理和有效的控制，只有準(zhǔn)確控制模擬器的運行，才能運用結(jié)構(gòu)軟件的模擬技術(shù)改良計算機系統(tǒng)，提高模擬技術(shù)的實際運用效果。

2.開發(fā)計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)面臨的問題

2.1 設(shè)備的研發(fā)難度非常之高

計算機是一套非常復(fù)雜的系統(tǒng)，要想實現(xiàn)在計算機軟件系統(tǒng)上模擬運用計算機的各個電路及晶體管等技術(shù)是非常困難的。如果籠統(tǒng)地將計算機的各種特點都運用軟件系統(tǒng)模擬是幾乎不可能實現(xiàn)的。面對這個問題，研究人員采用了計算機系統(tǒng)的層次劃分技術(shù)，使原本復(fù)雜的計算機系統(tǒng)變得相對簡單化。計算機體系結(jié)構(gòu)就是將計算機系統(tǒng)根據(jù)組成機構(gòu)進行層次劃分。簡化后的計算機系統(tǒng)的復(fù)雜性依然很高，給模擬設(shè)備的開發(fā)造成了很大困難，目前計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬設(shè)備的開發(fā)主要利用C語言來進行，這種串行結(jié)構(gòu)編程語言給模擬器的實際開發(fā)造成了長時間、高成本的問題。

2.2 模擬設(shè)備京都偏低，運作效果差

模擬設(shè)備的精度低，效率差也是計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬設(shè)備開發(fā)中遇到的問題，在開發(fā)過程中，對模擬器的具體要求未能進行準(zhǔn)確的分析研究；未能透徹理解計算機體系結(jié)構(gòu)的真正目的；對設(shè)計過程中的細(xì)節(jié)問題不夠重視，這些都大大增加了錯誤率。另外，模擬器的編碼過程要求也非常高，不能出現(xiàn)任何的紕漏。一般的研究開發(fā)人員將整體的運行效果用檢測流程中的部分程序指令代替，造成了模擬設(shè)備精度低的問題。

3.計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)開發(fā)中問題的應(yīng)對策略

3.1 將檢測流程中的執(zhí)行指令進行合理減少

性能檢測流程中標(biāo)準(zhǔn)化指令是不能改變的，但是可以在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)系能檢測流程中的執(zhí)行指令進行科學(xué)而合理的減少和更正，使模擬器的運行結(jié)構(gòu)能表現(xiàn)整體運行效果。這樣就可以使模擬器的運作時間大幅度減少，縮短運行周期。

3.2 對模擬程序的指令數(shù)量進行適當(dāng)減少

選擇準(zhǔn)確的模擬程序指令代替原系統(tǒng)整體運作結(jié)果，對模擬程序的指令數(shù)量進行適當(dāng)減少，可以提高模擬系統(tǒng)的精確度。在選擇模擬程序指令的時候，借以采取抽樣選擇程序指令或者是直接截獲連續(xù)性指令的方式。而直接結(jié)構(gòu)連續(xù)性指令在實際運用中由于操作容易，準(zhǔn)確度偏低；所以，實際操作中一般采用抽樣統(tǒng)計的方式選取程序指令。

結(jié)語

當(dāng)前社會已進入數(shù)字化和信息化時代，計算機技術(shù)在人們的日常生活和工作中運用程度越來越高，人們對計算機的系能也不斷提出更高的要求。因此，計算機體系結(jié)構(gòu)軟件的模擬技術(shù)的運用也越來越廣泛，成為軟件開發(fā)必不可少的條件。計算機應(yīng)用功能的完善需要開發(fā)人員不斷探索和研究。在開發(fā)過程中，技術(shù)人員要采用正確而有效的方式應(yīng)對開發(fā)過程中出現(xiàn)的各種問題。這樣才能有效降低軟件開發(fā)的周期，節(jié)省開發(fā)成本，并開發(fā)出實用性高的計算機應(yīng)用軟件。

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（04）.

篇4

中圖分類號：TP303

計算機的發(fā)展大體上可以分為兩個階段，這兩個階段分別是：串行階段以及并行階段。所謂并行計算機，是在串行計算的基礎(chǔ)上，使得許多組處理單元相互協(xié)調(diào)、相互調(diào)度來完成數(shù)據(jù)以及計算等處理的方式?；隈T諾依曼的計算機體系結(jié)構(gòu)可以分成CISC的體系結(jié)構(gòu)以及基于RISC的體系結(jié)構(gòu)。

1 計算機體系結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

人們的溝通以及工作的效率因為計算機技術(shù)的發(fā)展得到了很大程度上的提高。在現(xiàn)代的微處理器中，大體上可以將其體系結(jié)構(gòu)分成兩大類，這兩大類分別是：基于CISC的體系結(jié)構(gòu)以及基于RISC的體系結(jié)構(gòu)?；贑ISC的體系的芯片有x86（intel）；基于RISC的體系的芯片有power pc、sparc等等。無論是哪一種結(jié)構(gòu)，人們在設(shè)計芯片的時候，都會注重以下幾個方面的問題：

（1）計算機最重要的功能就是在處理數(shù)據(jù)等方面，所以計算機的計算處理速度是計算機性能的一個非常重要的指標(biāo)。計算機的體系結(jié)構(gòu)會在很大程度上決定計算機的處理速度，當(dāng)然處理速度還與許多其它因素有關(guān)：硬件結(jié)構(gòu)、制作工藝等等。對于RISC，其處理速度很快，這是因為它采用的是流水線技術(shù)，同時能夠直接完成指令的硬件譯碼；對于CISC，由于其硬件本身的復(fù)雜度就足夠高，因此也就表明會有更高的處理速度[2]。

（2）CISC能夠支持比較高級的計算機語言，而RISC卻只能夠支持一些精簡指令集以及它們的組合。但是這并不意味著RISC沒有優(yōu)勢，其能夠通過對高級語言的優(yōu)化編譯，實現(xiàn)對高級語言的支持。

對于以上描述的兩個目標(biāo)，人們普遍希望計算機的運算速度越高越好，同時更加希望計算機能夠直接支持高級語言，從而使得人們開發(fā)計算機相應(yīng)軟件時更加方便快捷。

2 兩種體系結(jié)構(gòu)比較

2.1 二者具有不同的實現(xiàn)方式。兩者的實現(xiàn)方式是不一樣的。對于CISC來說，采用的存儲結(jié)構(gòu)是比較易于實現(xiàn)的數(shù)據(jù)和指令合一的方式。采用這種存儲結(jié)構(gòu)的原因是CISC具有比較高級的指令語義，同時具有比較長的執(zhí)行指令的周期。而對于RISC來說，其采用的存儲結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)和指令相互分離的結(jié)構(gòu)，這是因為其采取了邏輯的硬布線方式，同時對于指令的讀取比較頻繁[3]。

2.2 具有不同的編譯器要求。如果時鐘頻率相同，同時失去編譯器，那么RISC與CISC的體系結(jié)構(gòu)的計算機的效率其實并沒有差別。而且相對來說，RISC體系結(jié)構(gòu)更加需要編譯器對指令的優(yōu)化。CISC具有很大的市場，同時技術(shù)的發(fā)展也已經(jīng)相當(dāng)成熟。RISC體系結(jié)構(gòu)并不能夠直接取代CISC的體系結(jié)構(gòu)。固然，RISC體系結(jié)構(gòu)具有很強的競爭力，但是其邏輯硬布線到目前為止并沒有統(tǒng)一的規(guī)定。RISC也并不是傳統(tǒng)意義上的概念，現(xiàn)代的RISC也具有很多明顯的變化，主要表現(xiàn)在：具有分支預(yù)測的功能、能夠超標(biāo)量執(zhí)行，同時還能夠亂序執(zhí)行指令[4]。

2.3 兩種體系結(jié)構(gòu)具有不同的設(shè)計思想。人們通常測量計算機執(zhí)行速度的方法是測算執(zhí)行程序的時間。如果我們想要提高計算機的執(zhí)行速度，主要可以從以下幾個方面來著手：（1）減小每個指令的執(zhí)行周期；（2）要想提高計算機的運算速度，也可以提高某些指令的語義級別；（3）最重要的方法還是提高主頻。相對來說，RISC體系結(jié)構(gòu)的指令都比較簡單，因此具有較低的指令語義。大部分的指令都是單周期，因此硬件邏輯實現(xiàn)十分方便，可以使用邏輯硬布線的方法。

3 體系結(jié)構(gòu)存在的相應(yīng)問題

在近六十年來，世界各地的計算機科學(xué)家不斷豐富和晚上計算機體系結(jié)構(gòu)，成就了現(xiàn)代計算機。對于經(jīng)典的馮諾依曼結(jié)構(gòu)，主要有以下三點核心：存儲模型、二進制以及在某一個特定時間只能夠串行操作一個命令。

二進制這個體系已經(jīng)成為計算機界的標(biāo)桿，到目前為止基本上沒有人能夠突破這種二進制的體系結(jié)構(gòu)。人們希望能夠?qū)⒋鎯δＪ礁淖円幌?，擺脫寄存器這一存儲模式。但是，即使使用了很多技術(shù)以及先進的理論，這種設(shè)想都沒有獲得成功。人們希望計算機能夠在某一操作的過程中，實現(xiàn)大量的并行計算操作，但是基于馮諾依曼的串行處理機制仍然沒有得到解決。RISC以及CISC都屬于馮諾依曼體系，因此它們都有各自固有的缺陷[5]。

4 計算機體系結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢

4.1 多線程體系。所謂的多線程技術(shù)，是一種結(jié)合了馮諾依曼的控制流模型以及數(shù)據(jù)流模型的新興技術(shù)。它能夠進行現(xiàn)場的指令級交換以及順序調(diào)度。一般說來，在線程中，如果其中一條指令執(zhí)行，那么相應(yīng)后面的指令都會相繼執(zhí)行。線程可以成為計算機中調(diào)度執(zhí)行的基本步驟，同時計算機中可以同時并發(fā)運行許多個線程。這樣做的好處是：提高了并行度的效果，同時又能夠相互隱藏延遲的操作。多線程有著許多優(yōu)點，同時也有一些不足之處。它的優(yōu)點是能夠在很大程度上提高整個處理器的利用效率，在整體上使計算機的性能提高到一個新的檔次。多線程技術(shù)能夠很好地隱藏幾乎所有的延遲，這是諸如分支預(yù)測錯誤延遲技術(shù)等其它技術(shù)所不具備的。因此，多線程技術(shù)能夠在計算機微處理器的結(jié)構(gòu)中具有很高的應(yīng)用價值。但是為了實現(xiàn)多線程技術(shù)，就需要很多的硬件同時并行操作，這種硬件的資源損耗十分巨大[6]。

4.2 VLIW體系。所謂VLIW體系，能夠通過編譯器將許多不同的、相互之間無依賴的操作縮減到一個長指令字中。VLIW體系域超標(biāo)量有許多相同的地方。超標(biāo)量能夠突破flynn的難題，而VLIW也同樣可以。它們兩者的不同點是在何處處理好執(zhí)行多個操作時產(chǎn)生的指令相關(guān)問題。對于這個問題，超標(biāo)量的RISC處理器的調(diào)度方案留給芯片，VLIW體系的微處理器將工作交給編譯器來決定。從某種意義上來看，VLIW可以是一種特殊的超標(biāo)量技術(shù)，它是基于編譯器或者是軟件的。VLIW體系結(jié)構(gòu)進行指令并行化的方法是靜態(tài)調(diào)度相應(yīng)的執(zhí)行代碼。VLIW體系的微處理器具備的這種調(diào)度方法，具有許多優(yōu)點：它能夠大大簡化硬件的復(fù)雜度，同時能夠使得處理器功能變強結(jié)構(gòu)變得簡單。硬件簡單的另一個好處是能夠使得時鐘具有很大的增長速度。

4.3 單芯片多處理器體系。隨著VLSI等工藝水平的不斷提高，人們自然會想到制作單芯片的多處理器體系。在不同的制作工藝水平下，單芯片上能夠集成的晶體管的個數(shù)是不一樣的。這種集成個數(shù)會隨著其制作工藝水平的提高而急劇提高。單芯片的多處理器體系的很大的優(yōu)勢就是其制作非常簡單，同時具有較好的伸縮性。其它處理器結(jié)構(gòu)對很多方面都有要求，但是它對單處理器的結(jié)構(gòu)并沒有特別的要求。因而具有很大的發(fā)展前景，是一種很好的技術(shù)。

5 結(jié)束語

目前計算機的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)在各個方面徹底改變了現(xiàn)代人們的生活方式和工作方式。人們的溝通以及工作的效率得到了很大程度上的提高。在現(xiàn)代的微處理器中，大體上可以將其體系結(jié)構(gòu)分成兩大類，這兩大類分別是：基于CISC的體系結(jié)構(gòu)以及基于RISC的體系結(jié)構(gòu)。本論文簡要介紹了計算機的發(fā)展現(xiàn)狀，然后對比了兩種不同的體系結(jié)構(gòu)，比較了這兩種體系結(jié)構(gòu)中存在的問題，進而提出計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]王沁.現(xiàn)代VLIW體現(xiàn)研究的技術(shù)路線[J].自動控制與計算機系統(tǒng)，1999（08）.

[2]盧凱，胡湘華.高性能計算機的系統(tǒng)分區(qū)技術(shù)研究[J].計算機科學(xué)，2004（31）：179-182.

[3]黃鎧，徐志偉.可擴展并行計算技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[4]李根國，桂亞東，劉欣.淺談高性能計算的地位及應(yīng)用[J].計算機應(yīng)用與軟件，2006（23）：3-5.

篇5

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)并行計算機系統(tǒng)的基本理念

可重構(gòu)并行計算機系統(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，進而調(diào)節(jié)硬件的基本模式。

可重構(gòu)并行計算機系統(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，重構(gòu)計算機制。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，利用對功能部件的重新組合去匹配于差異化的計算機制；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。可重構(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)并行計算機系統(tǒng)計算機體系結(jié)構(gòu)研究的進展

自從計算機發(fā)明以來，馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)一直占據(jù)計算機體系結(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)展的計算機體系結(jié)構(gòu)主要包括下述幾點：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)點所構(gòu)建，每個節(jié)點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，進而調(diào)節(jié)硬件的基本模式。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2010) 15-0000-02

Review of High Performance Computer System Structure

Tang Shaoyu

(China Petroleum&Chemical Corporation Catalyst Fushun Branch,Fushun113122,China)

Abstract:This paper reviews the developments of high performance compute architecture from the 1960s.According to TOP500 data,introduces the recent developments about high performance computer technique of various countries including the popular architecture technology.And according to the recent developments condition,try to forecast developmental tendency of high performance compute architecture in the future.

Keywords:High performance computer;Architecture;Cluster;

Interconnect technology

高性能計算機傳統(tǒng)上指的是運行速度非?？斓挠嬎銠C，等同于超級計算機，致力于專業(yè)用戶進行大規(guī)?？茖W(xué)和工程計算，追求的性能指標(biāo)是浮點計算能力。隨著對于高性能計算的應(yīng)用需求由CPU運算密集型的科學(xué)和工程計算拓展到I／O處理密集型的商業(yè)事務(wù)處理，高性能計算機從單純追求CPU運算能力變?yōu)樽非蟀↖／O處理能力在內(nèi)的綜合性能指標(biāo)，而且隨著用戶群體的擴大、對價格的日趨敏感以及PC服務(wù)器和互連網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的成熟，高性能計算機已經(jīng)傾向走產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路，采用開放的軟硬件技術(shù)[1]。

當(dāng)前，以機群為載體的高性能計算機已廣泛應(yīng)用于教育、游戲、氣象、石油、航空航天、金融、生物、制造、信息建設(shè)等各個領(lǐng)域。高性能計算機應(yīng)用的深度和廣度在急劇提高。在深度方面，如北京2008年奧運氣象預(yù)報要求分辨率從15公里提升到3公里；在廣度方面，原來不需要HPC的領(lǐng)域，如政府、企業(yè)、諸多行業(yè)信息中心，由于信息處理量和訪問量劇增，沒有高性能計算機已無法完成信息整合和處理能力的提升。機群技術(shù)的日益普及已經(jīng)深刻影響了高性能計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并推動全球高性能計算產(chǎn)業(yè)進人一個平民化應(yīng)用時代，我們也稱之為“泛高性能計算時代”[2]。

一、高性能計算機歷史回顧

最早的電子計箅機就是為了能夠進行大量繁瑣的科學(xué)計算而產(chǎn)生的。從1960年開始，計算機技術(shù)逐漸成熟，在各種商業(yè)領(lǐng)域慢慢地開始采用電子計算機，而且應(yīng)用范圍也越來越廣，逐漸出現(xiàn)了針對各種不同商業(yè)用途的計算機，被稱為“通用計算機”。相對于“通用計算機”，具有性能和功能上的優(yōu)勢的一類計算機被稱為“高性能計算機”，在當(dāng)時主要用于科學(xué)計算。

20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的向量計算機可以看作是第一代的高性能計算機。通過在計算機中加入向量流水部件，可以大大提高科學(xué)計算中向量運算的速度。到80年代，出現(xiàn)了并行向量多處理機(PVP)，依靠并行處理，進一步提高運算速度。向量機成為當(dāng)時高性能計算機的主流產(chǎn)品，占領(lǐng)了高性能計算機90%的市場。

20世紀(jì)90年代初期，大規(guī)模并行處理(massively parallel processor，MPP)系統(tǒng)開始成為高性能計算機發(fā)展的主流。MPP模式是一種分布式存儲器模式，能夠?qū)⒏嗟奶幚砥骷{入一個系統(tǒng)的存儲器。MPP體系結(jié)構(gòu)對硬件開發(fā)商頗具吸引力，因為它們出現(xiàn)的問題比較容易解決，開發(fā)成本比較低。由于沒有硬件支持共享內(nèi)存或高速緩存一致性的問題，所以比較容易實現(xiàn)大量處理器的連接。

較MPP早幾年問世的對稱多處理機SMP系統(tǒng)，是由數(shù)目相對較少的微處理器共享物理內(nèi)存和I/O總線形成的計算機系統(tǒng)（國內(nèi)最早基于微處理器的SMP為曙光1號）和MPP相比，早期的SMP擴展能力有限，并不具有很強的計算能力。但由于SMP與單機系統(tǒng)兼容性好，是單機系統(tǒng)的升級與增強，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)計算領(lǐng)域。

20世紀(jì)90年代中后期的一種趨勢是將對稱多處理器結(jié)構(gòu)（Symmetric Multi-Processor，SMP）的優(yōu)點和MPP的擴展能力結(jié)合起來，這一趨勢發(fā)展成后來的CC―NUMA結(jié)構(gòu)，即分布式共享內(nèi)存。每個處理器節(jié)點都可以訪問到所有其它節(jié)點的內(nèi)存，但訪問遠(yuǎn)程內(nèi)存需要的延遲相對較大。NUMA本身沒有在提高性能的角度上進行較大的創(chuàng)新，主要優(yōu)點是便于程序的開發(fā)和與SMP的兼容性。而對于科學(xué)計算任務(wù)，CC―NUMA結(jié)構(gòu)是否優(yōu)于MPP系統(tǒng)仍存在爭議。

在發(fā)展CC―NUMA的同時，集群系統(tǒng)(cluster)也迅速發(fā)展起來。類似MPP結(jié)構(gòu)，集群系統(tǒng)是由多個微處理器構(gòu)成的計算機節(jié)點，通過高速網(wǎng)絡(luò)互連而成。節(jié)點一般是可以單獨運行的商品化計算機[3]。由于規(guī)模經(jīng)濟成本低的原因，集群系統(tǒng)具有比MPP更高的性能／價格比優(yōu)勢。集群系統(tǒng)還繼承MPP系統(tǒng)的編程模型，更進一步地加強了其競爭優(yōu)勢[4]。

二、高性能計算機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，全球TOP500已經(jīng)成為高性能計算領(lǐng)域的晴雨表[5]。第35屆全球超級計算機TOP500排行榜于2010年5月31日在德國漢堡舉行的SC10大會上。排名第一的仍是美國Cray公司研制的“美洲豹”系統(tǒng)；中國曙光公司制造的“星云”超級計算機以1.27Pflops的Linpack性能和2.98Pflops的峰值性能排名第二，此次成績可謂曙光高性能計算機突破歷史的最好成績，也是我國高性能計算機的歷史最好成績。在TOP10系統(tǒng)中，IBM公司占有4臺（一臺“走鵑”和三臺“藍(lán)色基因”），Cray公司擁有2臺（“美洲豹”和“海怪”），SGI、Sun以及中國的曙光公司和國防科技大學(xué)各占有一臺。但我國所制造兩臺系統(tǒng)（“星云”和“天河”）的核心部件CPU和GPU仍是源自美國的Intel、AMD以及NVIDIA公司。由此可見，美國在高性能計算領(lǐng)域的綜合技術(shù)實力是無可比擬的。

篇7

依據(jù)上海理工大學(xué)實施教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求，上海理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程系確立了計算機科學(xué)與技術(shù)、計算機工程兩個本科專業(yè)定位為培養(yǎng)計算機工程領(lǐng)域需求的工程性人才。在參考ACM/IEEE-CS CC2005[1]對計算機工程(CE)學(xué)科課程體系設(shè)置的基礎(chǔ)上，我們將計算機組成原理和計算機體系結(jié)構(gòu)的知識組織為一門統(tǒng)一的計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課程，并采用白中英教授主編的《計算機組織與體系結(jié)構(gòu)》作為理論教學(xué)教材[2]。

計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課程涵蓋兩個方面：計算機組成的基本原理和計算機體系結(jié)構(gòu)量化設(shè)計的基本方法。計算機組成原理是通用計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般性邏輯實現(xiàn)方法；計算機體系結(jié)構(gòu)揭示計算機系統(tǒng)的屬性，包括概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，確定計算機系統(tǒng)軟硬件的界面。二者既有區(qū)別，又有內(nèi)在聯(lián)系，因此，適合于整合為一門綜合性專業(yè)基礎(chǔ)課程。但是，由于計算機組成原理是計算機相關(guān)專業(yè)全國研究生統(tǒng)一入學(xué)考試的專業(yè)基礎(chǔ)課，因此，我們確定本課程的教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于計算機組成原理的教學(xué)。

根據(jù)教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會制定的《高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實施方案》中關(guān)于計算機組成原理課程的實施方案[3]，我們確立了計算機組成與體系結(jié)構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)是圍繞單CPU計算機硬件系統(tǒng)的基本組成和工作原理，系統(tǒng)講述計算機硬件系統(tǒng)及功能部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能特征、工作原理、交互方式和基本設(shè)計方法，使學(xué)生理解計算機硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握計算機硬件系統(tǒng)的基本分析與設(shè)計方法，為計算機工程領(lǐng)域培養(yǎng)具有硬件設(shè)計和實施能力的工程性人才；主要教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對計算機硬件結(jié)構(gòu)的分析、應(yīng)用、設(shè)計和開發(fā)能力，系統(tǒng)地理解計算機系統(tǒng)各部件的工作原理和運行機制。

1 教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

多年來，計算機組成原理被認(rèn)為是一門既難教又難學(xué)的課程。而計算機組成與體系結(jié)構(gòu)則包括計算機組成和計算機體系結(jié)構(gòu)，這使得教學(xué)內(nèi)容更多、學(xué)習(xí)難度更大。因此，很多同行一直在通過各種方式提高這門課程的教學(xué)質(zhì)量[4-7]。結(jié)合我校計算機相關(guān)專業(yè)的具體情況，我們分析發(fā)現(xiàn)造成這一問題的因素有三個。

第一，本課程需要有數(shù)字電路、數(shù)字邏輯知識為基礎(chǔ)。但是，由于大一大二兩學(xué)年我院采用工科通識教育的缺陷，使得計算機和網(wǎng)絡(luò)工程兩個專業(yè)的本科生在學(xué)習(xí)本課程前沒有學(xué)習(xí)過數(shù)字電路和模擬電路，也不了解數(shù)字邏輯設(shè)計的方法。因此，學(xué)生基礎(chǔ)差，難以跟上教學(xué)進度。

第二，本課程涉及的知識面廣、概念多，而且計算機內(nèi)部芯片高度集成化，學(xué)生缺乏對計算機各部件的感性認(rèn)識。因此，理解其物理結(jié)構(gòu)和工作原理比較抽象，學(xué)生難以理解。而且，由于該課程講授的計算機最基本的原理和方法，課程教學(xué)內(nèi)容的直接應(yīng)用目標(biāo)也不可能很明確，學(xué)生難以理解該課程的直接應(yīng)用價值，對該課程的重視度不夠。

第三，在計算機軟件的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過編程技術(shù)可以獲得可見的結(jié)果。而對比計算機硬件課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生難以把學(xué)到的硬件知識馬上應(yīng)用起來，不容易獲得類似軟件編程的直觀感受，學(xué)生普遍的認(rèn)識有偏差。這導(dǎo)致學(xué)生誤認(rèn)為本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的實用性不強或者誤認(rèn)為軟硬件之間的聯(lián)系不大，以后自己只從事軟件編程工作，不需要掌握計算機硬件設(shè)計方面的知識。

基于以上對計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課程的定位，結(jié)合我校人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)現(xiàn)狀，下面，我們將從教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、理論教學(xué)方法、實踐教學(xué)規(guī)劃、課程考核制度、師資隊伍建設(shè)和綜合教學(xué)平臺建設(shè)六個方面具體提出本課程的建設(shè)方案。

2 核心課程創(chuàng)新建設(shè)的綜合方案

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

教學(xué)內(nèi)容設(shè)置方面的建設(shè)主要集中在三個方面：第一是補充本課程的基礎(chǔ)知識，包括數(shù)字電路中的TTL門、MOS管技術(shù)等和數(shù)字邏輯課程中的邏輯代數(shù)基礎(chǔ)及組合電路邏輯設(shè)計方法；第二是補充《計算機組織與體系結(jié)構(gòu)》教材中缺失的內(nèi)容，比如增加計算機體系結(jié)構(gòu)中關(guān)于指令級并行軟硬件設(shè)計方法、Cache失效性分析、多處理機同步與通信機制等。在計算機組成原理的教學(xué)內(nèi)容上，盡量補充計算機體系結(jié)構(gòu)量化分析的方法和設(shè)計原理；第三是補充多核處理器技術(shù)的最新設(shè)計方法和工作機制，這部分內(nèi)容主要提供給對計算機體系結(jié)構(gòu)感興趣的、學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)之用。

為保證理論教學(xué)和實驗教學(xué)時間的充裕性，我們將理論教學(xué)和實驗教學(xué)單獨開課，實驗課的進度和理論課的進度相匹配，其中理論教學(xué)安排64學(xué)時，實驗教學(xué)16學(xué)時，使得理論教學(xué)和實驗教學(xué)的學(xué)時比為4:1。此外，對學(xué)有余力和參加競賽的同學(xué)另行再組織和指導(dǎo)創(chuàng)新實驗，使得理論教學(xué)和實驗教學(xué)環(huán)環(huán)相扣，逐步深化，并使得培養(yǎng)的學(xué)生具有一定的創(chuàng)新設(shè)計和實踐能力。理論教學(xué)計劃如表1所示。

這種教學(xué)計劃使得計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容更加豐富，既避免了本課程只講授計算機組成原理或者只講授計算機體系結(jié)構(gòu)知識的弊端，又能保證學(xué)生將來參加研究生入學(xué)考試時對計算機組成原理知識的全面掌握。

2.2 理論教學(xué)方法

在講授基本原理的過程中，我們注意融入計算機硬件技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)并作為學(xué)生課后自學(xué)的內(nèi)容，注重基礎(chǔ)理論與最新技術(shù)的融合。由于計算機組成與體系結(jié)構(gòu)知識比較抽象，理論學(xué)習(xí)比較枯燥，因此教學(xué)過程中我們要與學(xué)生交流互動，向?qū)W生提出啟發(fā)式和開放式的問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。講課中注意觸類旁通，采用舉例、類比的方法，將深奧、難以理解的問題用學(xué)生最容易接受的方式和語言表達(dá)。理論課程全部采用課堂教學(xué)方式，以多媒體課件為主，適當(dāng)使用一些板書。充分發(fā)揮多媒體教學(xué)采用動畫技術(shù)或Flash技術(shù)，充分展現(xiàn)基礎(chǔ)性方法和原理的動態(tài)執(zhí)行過程。比如：SRAM讀寫周期的過程、Cache的訪問和替換策略、指令流水線的過程等。

然而，多媒體教學(xué)方法對運算方法和運算過程的教學(xué)效果卻不盡人意。經(jīng)分析，我們發(fā)現(xiàn)問題主要是定點數(shù)、浮點數(shù)進行加減、乘除的計算過程沒有采用傳統(tǒng)板書教學(xué)并按步驟書寫，而是采用多媒體教學(xué)且放映速度較快，學(xué)生來不及仔細(xì)體會其中的設(shè)計技巧和驗證計算結(jié)果。

因此，后期涉及到計算相關(guān)的教學(xué)，我們都盡量采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法；而對于簡單的控制流程、運行機制、狀態(tài)更新等內(nèi)容主要采用多媒體教學(xué)方法，這既發(fā)揮了多媒體教學(xué)生動、信息量大的特點，又體現(xiàn)了傳統(tǒng)板書教學(xué)的細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn)。

此外，理論教學(xué)過程中建議采用引導(dǎo)式教學(xué)方法，而不能采用填鴨式灌輸教學(xué)。講授第二章運算方法和運算器前，先要介紹計算的基本功能就是進行算術(shù)邏輯運算，既然是算術(shù)邏輯運算，那就有二進制數(shù)參與運算，那么就會介紹各種數(shù)的機器表示形式；然后介紹數(shù)值數(shù)據(jù)的加減法和乘除法，包括原碼、補碼和移碼的計算，然后介紹計算過程的硬件邏輯實現(xiàn)過程；最后介紹浮點數(shù)的加減乘除運算過程和硬件設(shè)計框圖。

2.3 實踐教學(xué)規(guī)劃

在實踐教學(xué)方面，我們從實驗內(nèi)容和實驗方式開展教學(xué)革新。在實驗內(nèi)容上，分別針對基礎(chǔ)性原理、綜合性知識和創(chuàng)新實驗有針對性的開展實踐教學(xué)。針對基礎(chǔ)性原理設(shè)計了驗證性實驗，比如采用多功能運算部件74LS181設(shè)計16位運算器的實驗電路，驗證運算器的功能等；對于綜合知識，我們組織設(shè)計性實驗，比如給每組學(xué)生分配一張指令表，指令表中包含十余條不同的機器指令(主要包括設(shè)計HALT, MOV, ADD, SUB, MUL, DIV, LOAD, STORE, JUMP)，要求學(xué)生根據(jù)實驗計算機整機邏輯圖來設(shè)計指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程，設(shè)計微操作控制信號和微指令格式，確定初始微地址和后繼微地址的形成，然后根據(jù)指令流程和微指令格式編寫出每條機器指令所對應(yīng)的微程序，同時還要針對每條機器指令編寫相應(yīng)的測試程序，以測試微程序的正確性。最終，我們要求學(xué)生設(shè)計出一個支持簡單指令級的16位計算機系統(tǒng)；鼓勵和挖掘有潛力的學(xué)生組織開展創(chuàng)新型實驗，以組織興趣小組或競賽小組的形式，開展實際的工程應(yīng)用開發(fā)或創(chuàng)新型實驗的設(shè)計工作，比如通過EDA軟件設(shè)計計算機系統(tǒng)的存儲部件、控制邏輯電路等，通過軟件仿真測試并燒錄到FPGA器件上，檢驗實驗的正確性；或者采用單片機、ARM處理器或RISC處理器設(shè)計一個嵌入式實驗系統(tǒng)。由于課程教學(xué)和實驗教學(xué)學(xué)時有限，創(chuàng)新型實驗主要安排在學(xué)期末最后一個月的短學(xué)期內(nèi)實施。

對于實驗方式，我們的教改措施主要有：1)要求理論教學(xué)的老師親自帶教實驗課程，避免理論教學(xué)和實驗教學(xué)老師分開、責(zé)任不明確，導(dǎo)致實驗課馬虎過關(guān)的現(xiàn)象；2)具體實驗前，由老師講解實驗步驟和注意事項。授權(quán)學(xué)生將實驗設(shè)備或器材帶回宿舍進行充分的設(shè)計和實驗，與此同時他們還可以通過實驗老師的即時通訊工具或教學(xué)平臺提供的學(xué)生論壇相互交流實驗經(jīng)驗和提出問題；3)實驗的教學(xué)檢查采用分組答辯的形式，由學(xué)生團隊自由組織并分工，撰寫實驗報告、答辯PPT及回答答辯提問。

2.4 課程考核制度

理論教學(xué)和實驗教學(xué)單獨考核并采用量化考核措施。對于理論教學(xué)環(huán)節(jié)主要考核學(xué)生的出勤率(10%)、作業(yè)完成情況(20%)、期末考試成績(70%)。

1) 出勤率：按出勤次數(shù)計算，每次出勤計2分，總分10分。

2) 作業(yè)完成情況：每學(xué)期安排5次作業(yè)，每次總分計4分。按作業(yè)繳納次數(shù)和作業(yè)評價結(jié)果記分， ，每次繳納作業(yè) =1，沒有繳納 =0； 表示每次作業(yè)的成績，如表2所示。

3) 期末考試：成績占理論課程學(xué)成績的70%。

實驗教學(xué)環(huán)節(jié)安排5次實驗，主要考核學(xué)生的出勤率(10%)、組織與團隊協(xié)作能力(10%)、實驗完成情況(30%)、實驗報告(25%)和答辯情況(25%)。

1) 出勤率：按出勤次數(shù)計算，每次出勤計2分，總分10分。

2) 組織與團隊協(xié)作能力：根據(jù)團隊成員分工情況和安排的組織討論情況記分，每次計2分，總分10分。

3) 實驗完成情況：考核每個學(xué)生是否按規(guī)定完成制定的實驗任務(wù)，每次實驗總分計6分，分四個等級。按規(guī)定獨立完成實驗任務(wù)的記6分，在同學(xué)幫助下完成任務(wù)的記4分，在指導(dǎo)老師幫助下完成任務(wù)的記2分，缺席實驗的記0分。如表3所示。

4) 實驗報告：考核學(xué)生總結(jié)、歸納實驗任務(wù)的能力，是否按規(guī)定填寫和總結(jié)實驗任務(wù)，是否具有詳細(xì)的實驗分工、實驗任務(wù)、實驗步驟、實驗結(jié)果、實驗分析五大要素。每個要素1分，每次實驗總分記5分。

5) 答辯情況：每次實驗配以答辯環(huán)節(jié)，每次答辯總分5分，共計25分。能正確回答答辯中提出的問題的記5分，與同學(xué)協(xié)商后正確回答問題的記3分，其他記2分。

2.5 師資隊伍建設(shè)

按照建設(shè)一流教師隊伍的要求，結(jié)合學(xué)院師資隊伍建設(shè)，我們增強本課程講授的師資力量，引進具有國外留學(xué)經(jīng)歷的青年教師，建立完善的教師梯隊，同時，加強對青年教師的培養(yǎng)，提高教師教學(xué)、科研水平，鼓勵青年教師參加國內(nèi)外訪問學(xué)者計劃或者計算機組成原理和體系結(jié)構(gòu)的理論教學(xué)或?qū)嶒灲虒W(xué)培訓(xùn)計劃。積極參加計算機學(xué)會體系結(jié)構(gòu)委員會和計算機教育委員會組織的活動。

2.6 綜合教學(xué)平臺

建設(shè)本課程的教學(xué)網(wǎng)站，將每一節(jié)課講授內(nèi)容的電子課件向?qū)W生開放，便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)知識。同時，進一步完善本課程網(wǎng)站資源，開辟專門的教學(xué)論壇、教學(xué)QQ和群組供學(xué)生討論問題。

聘請研究生擔(dān)任助教，負(fù)責(zé)與實驗課的老師一起完成實驗項目、回答學(xué)生問題、批改習(xí)題作業(yè)。保證學(xué)生能夠隨時通過電子郵件和即時通訊工具聯(lián)系到這些助教，在課程學(xué)習(xí)過程中遇到困難和問題時就能夠及時地得到輔導(dǎo)和幫助。助教將收集到的反饋信息匯總，主講教師根據(jù)這些信息及時調(diào)整教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容，滿足學(xué)生求知的欲望和需求。

綜合教學(xué)平臺的總體功能包括介紹教學(xué)內(nèi)容、師資隊伍、教學(xué)計劃、教學(xué)進度、課件資源、在線答疑、論壇討論、習(xí)題庫、友情鏈接等，由專人負(fù)責(zé)管理和更新，真正實現(xiàn)教學(xué)平臺作為教師與學(xué)生溝通的橋梁作用。

3 結(jié)語

通過以上措施，我們獲得了較為明顯的教學(xué)效果，實驗教學(xué)的質(zhì)量也得到大幅度的提高。學(xué)生由以前害怕、拒絕學(xué)習(xí)計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課程轉(zhuǎn)變?yōu)閷τ嬎銠C組成和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的熱愛，并獲得了更多直觀的體會，進一步正確理解了計算機組成和計算機體系結(jié)構(gòu)的作用和意義，達(dá)到了我們建設(shè)核心課程的初期目標(biāo)。

通過前期的規(guī)劃和初步實踐，我們計劃將在以下三個方面進一步推進本課程的建設(shè)。

第一，進一步了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)興趣，根據(jù)因材施教的思想，把實驗內(nèi)容分成不同的層次，面向不同的對象。保證必做實驗的水平和質(zhì)量，提高選做實驗的數(shù)量和種類，滿足多方面學(xué)生的需求。

第二，進一步與硬件設(shè)計、生產(chǎn)企業(yè)合作，組織學(xué)生參加全國性的設(shè)計大賽。既讓學(xué)生接觸、應(yīng)用到最新技術(shù)的芯片或者設(shè)備，又能提高本校在企業(yè)界和教育界的知名度。

第三，根據(jù)本校學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、課程教學(xué)計劃，編制一套更適合本校實際情況的、符合計算機組成和體系結(jié)構(gòu)兩個方面知識的理論教材和實驗手冊。

參考文獻(xiàn)：

[1] Russel Shackelford,Andrew Mcgettrick,et al. Computing Curricula 2005: the overview report[C]. Proceedings of the 37th SIGCSE technical symposium on computer science education,2006.

[2] 白中英,戴志濤,楊春武,等. 計算機組織與體系結(jié)構(gòu)[M]. 4版. 北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[3] 教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會. 高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實施方案[M]. 北京:高等教育出版社,2009.

[4] 李山山,全成斌. 計算機組成原理課程實驗教學(xué)的調(diào)查與研究[J]. 計算機教育,2010(11):127-129.

[5] 胡曉婷,王樹梅,任世錦,等. 提高計算機組成原理課程教學(xué)效果的途徑與方法[J]. 計算機教育,2010(11):97-100.

[6] 鄭麗萍,秦杰,王獻(xiàn)榮. 計算機組成原理與計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容銜接[J]. 計算機教育,2010(11):52-55.

[7] 何會民,潘雪增.“計算機組成與設(shè)計”課程教學(xué)創(chuàng)新改革[J]. 高等理科教育,2007(4):74-77.

Educational Innovations of Computer Organization and Architecture

PEI Songwen, WU Chunxue

篇8

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,較一致的觀點認(rèn)為云計算(或稱云端運算)是在極大規(guī)模上將可擴展的信息技術(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(或具有計算能力的設(shè)備)構(gòu)成的可自我維護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”同樣強大的計算效能。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,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)?；騑eb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”端為用戶提供擴展的、通過互聯(lián)網(wǎng)即可訪問的、運行于大規(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。

篇9

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）19-4407-02

進入21世紀(jì)以來，信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)遍布我們的生活與工作中，給人們的生活和工作帶來一定的便利。然而矛盾經(jīng)常是對立存在的，計算網(wǎng)絡(luò)信息的安全問題也會經(jīng)常發(fā)生，給使用人員尤其是一些大型企業(yè)公司帶來巨大的影響。因此，構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)的信息安全體系就顯得非常必要。

1 安全威脅存在于信息安全中

1.1 共享性存在于通信網(wǎng)絡(luò)中

構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)體系的主要目的是實現(xiàn)資源共享，因此給攻擊系統(tǒng)安全的黑客提供了一定的機會，他們利用共享資源，給計算機網(wǎng)絡(luò)體系帶來一定的破壞。

1.2 開放性存在于通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中

用戶在計算機網(wǎng)絡(luò)中非常簡單的就能夠查閱到個人、單位、企業(yè)的隱私信息。一定程度上受害人和企業(yè)公司無法覺察到自己的信息已經(jīng)泄漏，對自身或者企業(yè)的發(fā)展帶來巨大的損失與傷害。

1.3 復(fù)雜性存在于操作系統(tǒng)中

復(fù)雜性存在于計算機的系統(tǒng)當(dāng)中，會造成復(fù)雜性同樣存在于通信網(wǎng)絡(luò)的安全管理工作當(dāng)中。

1.4 不確定的邊界

計算機網(wǎng)絡(luò)邊界的不確定性往往就是因為計算機網(wǎng)絡(luò)的可擴展性造成的。資源共享的形式存在于計算機網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，通信網(wǎng)路的安全邊界在訪問的時候會受到損害，嚴(yán)重的威脅計算機網(wǎng)絡(luò)的安全。

1.5 操作路徑的不確定性

多條路徑會存在計算機用戶的宿主機到其他的宿主機當(dāng)中。因此，在對公司的有關(guān)機密資料進行傳發(fā)的時，從啟發(fā)點到終結(jié)點當(dāng)中會流經(jīng)多個路徑，或者說會被多個渠道所接收，因此中間節(jié)點的可靠性很難得到保證。

1.6 網(wǎng)絡(luò)信息中的高度集中性

一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息分離的小塊時，就會有較小的價值存在于信息當(dāng)中，只有集中起大規(guī)模的有關(guān)信息，才能將有效的價值顯示出來。

2 具體的結(jié)構(gòu)形式

信息技術(shù)在現(xiàn)階段的一些企業(yè)公司中得到了廣泛的應(yīng)用，大大的拓寬了信息安全的內(nèi)涵要義。網(wǎng)絡(luò)信息的可用性、可靠性、完整性逐漸取代了最初階段信息的保密性，因此其中就會存在一定的不可否認(rèn)性。同時又向著控制、管理、評估、檢測、防范、攻擊等方面的理論基礎(chǔ)和實踐形式上演變。之前的信息安全技術(shù)通常都在計算系統(tǒng)的防護環(huán)節(jié)和加固環(huán)節(jié)上集中存在，一旦應(yīng)用于安全等級非常高的數(shù)據(jù)庫和操作系統(tǒng)，將相應(yīng)的防火墻設(shè)置在計算機網(wǎng)絡(luò)的出口處，將加密的技術(shù)應(yīng)用到傳輸和存儲數(shù)據(jù)信息的過程中，針對單機系統(tǒng)環(huán)境來進行設(shè)置是傳統(tǒng)形式系統(tǒng)安全模式的主要特征，沒有辦法很好的描述計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全情況，并且會缺乏有效的措施存在于系統(tǒng)的脆弱性和動態(tài)形式的安全威脅當(dāng)中。因此，靜態(tài)的安全模式是傳形式安全模式的一大特征。

當(dāng)今社會，計算機網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，動態(tài)變化的互聯(lián)網(wǎng)問題通過靜態(tài)安全模型已經(jīng)很難予以解決。這樣一種全新信息安全系統(tǒng)的出現(xiàn)，能夠很好的解決上文中所提及的問題。信息安全系統(tǒng)是一種基于時間變化的動態(tài)理論提升計算機信息系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)的抗攻擊性，為了有效提升計算機信息系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)的抗攻擊性，提升數(shù)據(jù)信息的不可確認(rèn)性、可控性、完整性和可用性，就要為信息安全體系結(jié)構(gòu)提出一個新的思路：結(jié)合每種不同的安全保護因素。例如，安全漏洞檢測工具、防病毒軟件、防火墻等將一個防護更加有效相對單一的復(fù)合式保護模式建立起來，安全互動、多層的安全防護體系模式對黑客攻擊的難度與成本上會提升好幾倍。因此，對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的攻擊就會大大的縮減。

WPDRRC是這個信息安全體系的主要模型，主要通過下面的形式呈現(xiàn)出來：

圖1 WPDRRC安全模式

2.1 W預(yù)警

全部信息安全提醒是通過預(yù)警予以實現(xiàn)的，可以給網(wǎng)絡(luò)安全的防護提供正確、科學(xué)的分析評估。

2.2 P保護

它的功能是提升網(wǎng)絡(luò)的安全性，主動的防御一些攻擊，對創(chuàng)建的新機制上予以應(yīng)用，不斷的檢查安全的情況，評估網(wǎng)絡(luò)威脅的弱點，確保各個方面是互相合作的，當(dāng)把政策不一樣的情況檢測出來時，確保安全的政策存在于整體的環(huán)境中，會帶來一定的幫助，為了將網(wǎng)絡(luò)抵御攻擊的能力提升上來應(yīng)用了PKI和防火墻技術(shù)。

2.3 D檢測

為了將入侵的行為盡快的檢測出來，這是應(yīng)用入侵檢測的目的，為將關(guān)鍵的環(huán)節(jié)盡快的制定出來，對主機的IDS和網(wǎng)絡(luò)進行應(yīng)用，將技術(shù)性的隱蔽應(yīng)用到檢測系統(tǒng)當(dāng)中，對攻擊者進行抵制，防止它進一步發(fā)展破壞臨測工作。對入侵的行為及時的予以檢測，將更多的時間提供非響應(yīng)，對和防火墻互防互動的形式上予以應(yīng)用，將綜合性的策略應(yīng)用到網(wǎng)路安全管理。因此，就應(yīng)該將一個安全監(jiān)視的中心構(gòu)造起來，對整個網(wǎng)絡(luò)的安全工作情況進行整體性的了解，在對攻擊進行防止的時候，檢測是其關(guān)鍵的一環(huán)。

2.4 R響應(yīng)

當(dāng)有攻擊的行為出現(xiàn)在計算機中時，為了能夠盡快防止攻擊，對正確及時的響應(yīng)上就要立刻的予以實現(xiàn)，對取證、必要的反擊系統(tǒng)、響應(yīng)阻止、入侵源跟蹤等就要實時的予以響應(yīng)，避免再次發(fā)生相似的情況。并且還有可能將入侵者提供出來，對入侵者的攻擊行為上也能夠有效的進行抵御。

2.5 R恢復(fù)

防范體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是利用它呈現(xiàn)出來的，不論防范工作做得怎樣緊密、怎么完善，也沒有辦法避免不露出一點的馬腳。在對信息的內(nèi)容利用完善的備份機制進行保障的時候，會有一定的恢復(fù)功能存在于其中。對破壞的信息進行控制和修補的時候，可以應(yīng)用快速恢復(fù)、自動的系統(tǒng)來進行，降低個性的損失。

2.6 C反擊

應(yīng)用先進的技術(shù)，將入侵的依據(jù)、線索提供出來，將合理的法律手段應(yīng)用在入侵者身上，對其進行法律打擊時有法律作為保障。由于證據(jù)在在數(shù)字形式的影響下很難獲得，因此，一定要對證據(jù)保全、取證等技術(shù)進行發(fā)展與應(yīng)用，在破譯、追蹤、恢復(fù)、修復(fù)的方式上進行使用。

信息安全體系的核心是由人員構(gòu)成的，在信息安全體系建設(shè)中，它的主要保障就是管理的體系，以信息安全技術(shù)作為支撐。需要根據(jù)自身的情況在實際中應(yīng)用，適當(dāng)?shù)恼{(diào)配這幾個方面，就能很好的完成信息安全體系的建設(shè)。在信息安全體系的構(gòu)成中絕對不能忽視人為這個重要的因素。其現(xiàn)實意義可以借助以下的結(jié)構(gòu)圖形表示：

3 結(jié)束語

綜上所述，多元化的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已經(jīng)逐漸的應(yīng)用到企業(yè)公司當(dāng)中，在公司對各種信息進行交流的時候，幾乎全是利用網(wǎng)絡(luò)信息予以實現(xiàn)的，為公司的發(fā)展帶來了巨大的效益和便利。但是現(xiàn)階段一些企業(yè)公司在使用網(wǎng)絡(luò)信息的過程中逐漸暴露出一些問題，重要信息失真的情況也會經(jīng)常的發(fā)生，給公司的發(fā)展蒙上了一層黑霧。因此，我們要進一步優(yōu)化計算機安全體系的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建有效的防治措施，在確保公司機密不被竊取的情況下合理的應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)信息，促進企業(yè)在健康的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，又好又快的向前發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：高層鋼結(jié)構(gòu)住宅；結(jié)構(gòu)計算及分析；地震荷載；風(fēng)荷載

Key words： high-rise steel residential；structure calculation and analysis；seismic load；wind load

中圖分類號：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）02-0131-03

0 引言

鋼框架結(jié)構(gòu)與混凝土框架結(jié)構(gòu)相比，有很多不同之處。一方面鋼材比混凝土材質(zhì)更為均勻、各方向的力學(xué)性能幾乎一樣，這些有利于結(jié)構(gòu)的分析計算；另一方面，鋼材強度較高，在相同承載力下鋼構(gòu)件的截面可以減小很多。這是鋼結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點，但同時也產(chǎn)生一些問題：構(gòu)件截面的抗彎剛度EI、抗扭剛度GIt、抗翹曲剛度EIw均小于混凝土構(gòu)件的各個剛度值。剛度小就意味著抗變形的能力比較差，容易產(chǎn)生較大的變形。[1-5]

1 荷載效應(yīng)的計算

我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算作規(guī)定，但公式只限于彈性分析，而且一般采用一階彈性分析。由于鋼框架結(jié)構(gòu)P-Δ效應(yīng)較大，采用一階彈性分析顯得保守，這時宜采用二階分析。國內(nèi)外學(xué)者對鋼框架結(jié)構(gòu)二階效應(yīng)進行了研究，比較成熟的分析方法有兩種：塑性區(qū)法和塑性鉸法。這兩種方法都對材料進入塑性階段給出了研究結(jié)果。但由于計算工作量大，難于在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中推廣。

本文按照我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2014）中的設(shè)計方法，通過PKPM軟件，對常用的鋼結(jié)構(gòu)體系進行分析，從而找出結(jié)構(gòu)性能比最好的結(jié)構(gòu)體系。[1-2]

2 PKPM計算分析

2.1 結(jié)構(gòu)模型

現(xiàn)以昆明某小區(qū)12層鋼結(jié)構(gòu)住宅為背景，建筑方案為：（高層）地下1層，地上12層，出屋面樓梯、電梯間1層；層高為地下3.6m，地上12層每層均為2.9m，出屋面4.1m；室內(nèi)外高差：0.45m；地上結(jié)構(gòu)總高度：0.45+2.9×12=35.25m；結(jié)構(gòu)方案為：樓板采用現(xiàn)澆混凝土平板，預(yù)應(yīng)力槽形疊合板，樓面預(yù)留70mm建筑做法，輕骨料混凝土填充；主體結(jié)構(gòu)材料為鋼材：Q235；混凝土強度等級：鋼管混凝土柱C40，其他C30；鋼筋：HPB300級、HRB400級。基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)；填充墻采用200mm厚加氣混凝土砌塊。抗震設(shè)防烈度分別考慮7度和8度，設(shè)計基本加速度值為0.10g和0.20g，設(shè)計地震分組為第二組，場地土特征周期值選取0.40s。

結(jié)構(gòu)類型分別考慮鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)和鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)兩種，結(jié)構(gòu)平面布置如圖1和圖2所示，其三維模型如圖3和圖4所示。柱子采用方鋼管柱和鋼管混凝土柱兩種類型。

2.2 計算結(jié)果比較

通過PKPM計算，將兩種結(jié)構(gòu)計算結(jié)果進行比較，期中用鋼量對比如表1所示，層間位移角對比如表2所示，應(yīng)力比對比如表3所示。

通過以上分析可以看出，無論是7度設(shè)防區(qū)還是8度設(shè)防區(qū)，采用鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)用鋼量少，在水平荷載作用下的層間側(cè)移也比較小。說明鋼管混凝土柱的使用效果更好，在高層鋼結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)更好。此外，從應(yīng)力比對比結(jié)果來看，鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)各類構(gòu)件的應(yīng)力比比較高，說明構(gòu)件的承載力更能夠充分發(fā)揮。

3 結(jié)論

本文對高層鋼結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)體系進行了分析與對比。從分析結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

3.1 用鋼量

無論是鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)還是鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)，采用鋼管混凝土柱的用鋼量都比較小。7度時兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量比為1：0.96，8度時兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量比為1：0.92，兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量相當(dāng)。若是考慮經(jīng)濟性，在結(jié)構(gòu)中采用鋼管混凝土柱可以大大降低成本。

3.2 抗側(cè)移性能

7度、8度時，兩種結(jié)構(gòu)類型都可以滿足水平側(cè)移要求，鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)更優(yōu)。兩者的側(cè)移不僅滿足了規(guī)范規(guī)定的限值，而且滿足了住宅精裝修的要求。

3.3 安全性能

鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)和鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)都能滿足安全性能的要求，兩種結(jié)構(gòu)的構(gòu)件應(yīng)力比都比較大，構(gòu)件的承載力能夠充分發(fā)揮。

綜上所述：鋼管混凝土柱的受力性能要強于方鋼管柱，在8度區(qū)，用鋼梁比后者少了8%左右，優(yōu)勢相當(dāng)?shù)拿黠@。對于鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)，在兩個方向上筒體都屬于強支撐體系，所以安全性能全面高于其他結(jié)構(gòu)類型。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50017-2014，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社.

[2]鄭添，王恒華.多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選研究[D].東南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

[3]陳驥.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2003.