计算机体系结构软件模拟技术研究

申请博士学位授权一级学科点简况表一、学科点名称：计算机科学与技术二、学科点代码：080505三、学科点简介：计算机科学与技术是一门研究计算机系统、软件和应用的学科。

该学科点致力于培养具备计算机科学与技术理论和实践能力的高级专门人才，以满足信息化时代对计算机科学与技术人才的需求。

学科点涵盖了计算机系统结构、计算机网络、软件工程、数据库技术、人工智能等多个方向。

四、学科点专业方向：1. 计算机系统结构：研究计算机硬件和系统组成原理，探索提高计算机性能和可靠性的方法和技术，培养具备计算机系统设计与优化能力的专业人才。

2. 计算机网络：研究计算机网络的构建、管理和优化，包括网络通信原理、网络协议、网络安全等内容，培养具备网络设计与管理能力的专业人才。

3. 软件工程：研究软件开发的方法和过程，包括需求分析、软件设计、编码、测试和维护等环节，培养具备软件开发和项目管理能力的专业人才。

4. 数据库技术：研究数据库系统的设计、实现和应用，包括数据建模、数据库管理、数据挖掘等内容，培养具备数据库设计与管理能力的专业人才。

5. 人工智能：研究模拟人类智能的理论、方法和应用，包括机器学习、自然语言处理、图像识别等内容，培养具备人工智能算法与应用开发能力的专业人才。

五、学科点研究方向：1. 计算机体系结构与并行计算：研究计算机体系结构、并行计算和分布式系统等方向的理论和技术，包括多核处理器、GPU计算等内容。

2. 计算机网络与通信：研究计算机网络和通信技术，包括网络协议、网络安全、无线通信等方向的理论和应用。

3. 软件工程与软件测试：研究软件工程和软件测试的方法和技术，包括软件开发过程、软件质量保证等方向的理论和实践。

4. 数据库与数据挖掘：研究数据库和数据挖掘的理论和方法，包括数据管理、数据挖掘算法等方向的研究和应用。

5. 人工智能与机器学习：研究人工智能和机器学习的理论和应用，包括机器学习算法、自然语言处理、图像识别等方向的研究和应用。

喻之斌　博士研究生,主要从事多核处理器体系结构、体系结构软件仿真技术研究;金　海　教授,博士生导师,主要从事计算机体系结构、并行分布式处理、集群与网格计算等方面的研究。

计算机科学2008Vol 135№12　LSE :一种处理器体系结构软件仿真器开发工具喻之斌　金　海(华中科技大学计算机学院　武汉430074)摘　要　在现代处理器体系结构设计中,利用软件仿真技术对设计结果进行验证是最重要的方面之一。

然而,处理器体系结构仿真器的开发是一个非常困难的过程。

主要的困难表现在三个方面:第一,目前用于处理器体系结构仿真器开发的编程语言如C 或C ++语言都是串行执行的语言,而处理器的各部件是可以并行运行的,使用串行编程语言编程来模拟并行执行的部件需要长时间的、仔细的程序功能与部件功能的匹配工作,并且容易出错;第二,使用串行程序来模拟并行部件的运行,模拟速度很低,并且仿真速度低是处理器体系结构软件仿真器开发领域的瓶颈问题;最后,仿真器仿真结果的可信度低也是一个关键问题。

本文首先介绍了一种新的处理器体系结构软件仿真器开发工具,然后深入分析了该开发工具的优点和缺点,最后对该仿真器开发环境提出了改进方案。

关键词　处理器,体系结构,仿真技术,L SE LSE :A Development Tool for Computer Architecture SimulatorYU Zhi 2Bin Jin 2Hai(School of Computer Science ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074)Abstract Software simulation is one of the most important aspects in modern processor architecture design ,which is used to verify design results.However ,it is very difficult to develop a processor architecture simulator.Three factors contribute to this difficulty.Firstly ,the programming languages such as C or C ++used for developing processor ar 2chitecture simulators are sequential while the components of a processor can run concurrently.The procedure mapping the sequential program to concurrently running components is time 2consuming ,difficult and error prone.Secondly ,the simulation speed of simulators which are developed by sequential programming languages is very low and this is the bot 2tle neck in processor architecture simulation stly ,the high error ratio of the results of a simulator is also a key issue.In this paper ,we firstly introduced a new development tool for computer architecture simulators.Then ,the ad 2vantages and disadvantages of this tool are deeply analyzed.In the end ,we come up with a proposal to ameliorate the development tool.K eyw ords Processor ,Architecture ,Simulation technology ,L SE 1　引言随着处理器体系结构复杂程度的不断提高,软件仿真技术在现代处理器体系结构研究和设计中成为越来越重要的一个方面。

浅谈计算机体系结构软件模拟技术摘要：随着现代经济的发展和生活水平的提高，人们对于计算机的性能要求越来越高，计算机体系结构软件模拟技术也日益兴起，在软件开发中担任着非常重要的角色。

该文首先介绍了计算题体系结构软件模拟技术的产生背景，接着简要介绍了该技术的流程，分析了当前该技术发展所面临的问题，然后给出问题解决的策略，最后提出还需不断深入研究该技术以提高计算机的性能。

关键词：计算机体系结构软件模拟技术；问题；解决策略中图分类号：tp311 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）08-1952-021 概述当前，人们对于计算机性能提出越来越高的要求，这使得计算机系统变得更加复杂，摩尔定律才能描述处理器的复杂程度增长.截止到现在，单片的处理器已经含有10亿多个晶体管，而制造如此复杂的计算机系统需要付出高昂的资金成本和时间成本.一般情况下，生产一款处理器经过设计体系结构、设计验证与评估、逻辑的设计与验证等多道阶段，其中每个阶段都需要多次重复制造以保证处理器的质量。

生产一款处理器在时间上一般需要花费4至7年，有时候甚至需要更长时间，同时整个过程的资金投入也是非常巨大的。

在批量生产某款处理器之前，首先需要制造出若干该款处理器，并对其评估测试，不断地发现缺陷并修改，直至设计出符合要求的处理器。

虽然这种方法科学，但其并不现实，因为新处理器哪怕生产一个，也需要较高的成本和较长的周期。

所以研究人员为了克服这个局限开发出了能够精确到时钟的体系结构软件模拟技术。

2 计算机体系结构软件模拟技术的概述计算机体系结构软件模拟技术的主要作用就是采用软件技术模拟在系统结构级别中计算机某些系统硬件的性能和功能特征。

采用计算机体系结构软件模拟技术验证和评估体系结构设计成为计算机系统制造和设计中必不可少的环节。

在设计处理器的过程中，物力与人力资源中大约超过百分之六十都用在了对新处理器的验证与评估中。

我们都知道开发软件与开发复杂程度相同的硬件相比，其开发成本较低和开发周期更短，并且与硬件相比软件更容易修改，其灵活性更强，因此如果运用计算机体系结构软件模拟技术进行验证与评估不仅可以大大缩短计算机系统的开发周期还能够大幅度降低开发成本。

软件体系结构的研究及应用现状与未来发展方向XXX(湖北经济学院法商学院信息管理系，武汉430205)摘要：随着软件技术的发展，软件规模的扩大、软件开发周期的缩短、软件行业分工的细致、市场竞争的激烈，软件开发商必需要快速分析并实现软件产品。

当今，软件的淘汰速度是非常快的，软件设计问题也已经超越了数据结构和算法问题的范围，好的软件就应该拥有较好的扩展性、伸缩性、适应性、稳定性和重用性。

为了满足用户日新月异、千变万化的需求，好的软件就必需为变化而设计。

不断变化的需求、复杂的业务流程、领域知识的缺乏、许多不可避免的因素都会导致软件变化的发生，所以要确认软件中变化和不变的因素，进行分层处理。

软件架构技术的出现，极大地满足了多个应用领域的要求，使得各种技术形成的软件架构可以最大程度地进行重用。

同时引出了大规模软件开发所面临的一系列问题，如何建造面向对象的软件架构，并有效地组织和管理；如何分析、提取可复用的架构；如何设计适合架构的环境等。

软件架构设计方法能够使软件拥有很好的重用性，扩展性和简洁性。

软件架构虽脱胎于软件工程，但其形成的同时借鉴了计算机体系结构和网络体系结构中很多宝贵的思想和方法，最近几年软件架构研究已完全独立于软件工程的研究，成为计算机科学的一个最新的研究方向和独立学科分支。

研究软件架构根本目的就是解决好软件的重用、质量和维护问题。

关键字:软件架构设计; 软件开发; 研究软件架构; 软件工程The Research And Development Of Characteristics of Software ArchitectureXXX(Dept of Information Management ,College of Law and Business of Hubei University ofeconomics,wuhan430205)Abstract: With the development of The Technology Of Software, The expand of software size, the development cycle of software become shorten, the industry of software divide the work more and more meticulous, the market competition fiercer than before. The developer must develop their product at a high-speed. Nowadays the weed out of software become more faster, the problem of the project of software become more and more difficult. They must have good expansibility, flexibility, adaptability, stability and reuse. In order to satisfied the requirement given by the customer, the good one must be design for the changeable society. At the same time, their requirement change more difficult, more and more factor can led to the changeof software, so we should make sure the modification and invariant. Of course, the research of The Project of Software Architecture become a topic in great demand.Key words: The Project of Software Architecture; Software Development; The Research of Software Architecture; Software Engineering20世纪60年代,随着计算机在工业、商业、科研和国防等领域的广泛应用,计算机程序的规模愈来愈大,其复杂性也急剧增加,软件开发和维护过程遇到了一系列难以解决的严重问题,如软件价格高、难以控制开发进度、工作量估计困难、软件质量低、错误多、且修改和维护十分困难等等;针对这种所谓的“软件危机”现象,1968年在德国Garmish召开的NATO(北大西洋公约组织) 计算机科学会议上,F. Bauer首先提出“软件工程”概念,其目标是采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件,把经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术和方法结合起来,从而解决或缓解软件危机。

一：名词解释1：虚拟机：由软件实现的机器。

2：CPI：是衡量CPU执行指令效率的重要标志，指执行每条指令所需的平均时钟周期数。

3：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

4：并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性。

5：程序局部性原理：是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。

相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。

局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。

6：CISC/RISC：CISC：即复杂指令系统计算机，指在系统中增加更多和复杂的指令，来提高操作系统效率的计算机。

RISC：即精简指令系统计算机，指在系统中选取使用一些频率最高的、长度固定的、格式种类少的简单指令的计算机。

7：计算机系统结构：指对机器语言计算机的软、硬件功能的分配和对界面的定义。

8：系列机：指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件，按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法，并按照速度、价格等不同要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。

9：模拟：用机器语言程序解释实现程序移植的方法。

10：仿真：用微程序直接解释另一种机器的指令系统。

11：寻址方式：寻找操作数或指令的有效地址的方式。

12：替换算法：在存储体系中，当出现页面失效时或者主存的所有页面已经全部被占用而又出现页面失效时，按照某种算法来替换主存中某页。

[由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。

这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。

]二：选择题1，直接执行微指令的是（C）A 汇编程序B 编译程序C 硬件D微指令程序2，对汇编语言程序员不透明的是（C）A 程序计数器B主存地址寄存器C条件码寄存器D指令寄存器3，最早的冯·诺依曼型计算机是以（B）为中心的A运算器B控制器C存储器 D I/O设备4，计算机系统结构的角度的结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（C ）A 计算机软件所要完成的功能B 计算机硬件的全部组成C 编程要用到的硬件组织D计算机各部分硬件的实现5，不同系列计算机之间实现可移植性的途径，不包括（B ）A 采用统一的高级语言B采用统一的汇编语言C 模拟D仿真6，利用时间重叠原理，实现并行处理的是（A）A流水处理机B多处理机 C 阵列处理机D集群系统7，多处理机实现的并行主要是（B）A指令级并行 B 任务级并行C 操作级并行D操作步骤的级并行8计算机系统结构不包括（B）A信息保护B存储速度C数据表示D机器工作状态9，不需要编址的数据存储空间（D ）A CPU通用寄存器B 主存储器C I/O寄存器D堆栈10，RISC执行程序的速度比CISC 快的原因是（C）A RISC指令系统中条数较少B 程序在RISC编译生成的目标程序较短C RISC指令平均执行周期数较少D RISC中只允许LOAD和STORE指令存储11，程序员在编写程序时，使用的访存地址是（B）A主存地址B逻辑地址C物理地址D有效地址12，虚拟存储器主要是为了（A）A扩大存储器系统容量B提高存储器系统速度C扩大存储器系统容量和提高存储器系统速度D便于程序的访存操作13，与全相联映像相比，组相联映像的优点是（B）A目录表小B块冲突概率低C命中率高D主存利用率高14，输入输出数据不经过CPU内部寄存器的输入输出方式是（C ）A程序控制方式B中断 C DMA方式D上述三种方式15，在配置了通道的计算机系统中，用户程序需要输入输出时引起的中断是（A）A访管中断 B I/O中断C程序性中断D外部中断16，当计算机系统通过执行通道程序，完成输入输出工作时，执行通道程序的是（B）A CPUB 通道C CPU和通道D指定的外设三：填空1，常见的计算机系统结构的分类法有两种：Flynn分类法，冯氏分类法冯氏分类法是根据系统的最大并行度对计算机系统结构进行分类，大多数的位并行的单处理机属于字串位并的处理机方式2，由软件实现的机器称为：虚拟机3，在一个计算机系统中，低层机器的属性往往对高层机器的程序员是透明的。

MD结构工程师岗位职责
MD（Molecular Dynamics）结构工程师主要负责利用计算机模拟技术对分子系统的结构、动力学及相互作用进行研究，具体岗位职责如下：
1. 设计和执行MD模拟计算程序：根据研究要求，通过建模、设计和执行MD模拟计算程序，并进行相应的数据处理和分析，掌握并熟练使用常见的MD模拟软件和相应的编程语言。

2. 研究和分析分子系统：通过MD模拟计算程序对分子系统的结构和动力学进行研究和分析，包括离子、蛋白、核酸等分子体系中的原子、氧化还原态、电离态等。

3. 开发新算法和模型：结合实验数据，开发新的算法和模型，用于改进现有的MD模拟计算程序，并用于结构预测、蛋白翻译后修饰、蛋白质折叠、蛋白质间相互作用等方面的研究。

4. 撰写和发表研究论文：根据研究成果，撰写科研论文、会议报告和专业报告，向同事、客户和合作伙伴介绍研究成果，并发表相关科研论文。

5. 参与团队协作：参与团队协作，与其他工程师、科学家和技术专家合作，完成科技研究项目，为团队的科技创新作出贡献。

6. 维护设备和软件工具：负责设置、维护和更新计算机集群和MD模拟软件，确保性能和可靠性，并提高其可扩展性和可操作性。

7. 探索新技术：深入了解并研究近期领域内的最新技术和发展动态，为公司提供科技创新和专业建议，并在MD模拟领域内推广和应用新的技术和方法。

总之，MD结构工程师需要具备扎实的计算机科学、物理化学和生物学的知识基础，具备较好的沟通协调能力和团队合作能力，同时也需要具备创新思维和持续学习的精神。

对计算机应用课程的建议对计算机应用课程的建议计算机专业课程学习建议★确立学习方向计算机专业人才的培养目标有很多，就大学计算机专业的设置来看，大致可以概括为以下几个方面：一、计算机软件与理论本专业主要培养具有较强理论基础和设计、开发软件能力的软件人才，以满足软件开发、技术管理、科学研究和高等教育等多层次的社会需要。

二、计算机应用技术本专业主要培养计算机应用技术领域的各类开发、研究、应用人才。

毕业生适合的工作有：高等院校计算机科学与技术的教师和研究人员、中小型控制系统的设计实施人员、大型控制系统的应用人员、企业级MIS/ERP建设人员、基于Internet/Intranet的多媒体应用程序开发人员、数字通讯领域各类应用人员、大中型企业及涉外企业IT部门的工作人员。

三、计算机系统(体系)结构本专业以并行处理、容错计算等为主要研究方向，所开设的课程反映当前国内外计算机系统结构学科的发展水平。

培养学生的计算机软硬件基础，以及熟练的以计算机为手段独立研究与设计计算机系统的能力和计算机应用、软件开发能力。

★如何挑选教材好的教材对于自学者来说是至关重要的，因此下面我们重点介绍一下适合自学用的计算机专业教材。

一、数学数学是计算机专业的基础，学好数学是学好计算机专业的关键。

高等数学课程主要学习微积分、空间解析几何和微分方程，一般高校通用的教材是同济大学编的《高等数学》，目前已经有了第五版，也可以使用自考教材——西安交通大学陆庆乐编的《高等数学》，可以买一些配套的辅导书和习题解答。

还有两门重要的数学课程是《线性代数》和《概率统计》。

可以分别采用高等教育出版社出版、同济大学编写的《线性代数》和浙江大学编写的《概率统计》。

注意：自学一定要多做习题，而且最好一门课有一本习题解答和辅导书。

除了上面数学基础课外，在计算机专业中举足轻重的就是《离散数学》，这门课要多花点力气来学。

可以采用左孝凌教授等编的《离散数学》，上海科学技术文献出版社。

计算机系统结构研究生全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：计算机系统结构是计算机工程领域的重要研究方向，研究生是该领域的未来栋梁。

计算机系统结构研究生在深入学习计算机硬件和软件的基础上，需要具备扎实的理论基础和创新能力，同时具备良好的实践能力。

本文将从计算机系统结构研究生的培养目标、专业课程设置、实践项目以及未来发展前景等方面进行探讨。

一、培养目标计算机系统结构研究生还需要具备良好的团队合作能力和沟通能力，能够在跨学科研究和复杂工程项目中协作完成任务。

研究生需要具备扎实的数理逻辑推理能力和创新思维，能够解决复杂的计算机系统结构问题和挑战。

二、专业课程设置计算机系统结构研究生的专业课程设置一般包括计算机系统结构基础、计算机体系结构、高级计算机体系结构、并行计算机体系结构、多核处理器体系结构、嵌入式系统设计等课程。

这些课程涵盖了计算机系统结构的基本理论、设计方法和实践技术，旨在为研究生提供全面系统的知识体系和专业技能。

计算机系统结构研究生还需要修读相关的计算机网络、操作系统、编程语言等课程，加强对计算机系统软件部分的学习，为日后在实际工作中综合运用硬件和软件知识打下基础。

三、实践项目计算机系统结构研究生在进行学习和研究的需要参与相关的实践项目，提升实际操作能力和团队协作能力。

实践项目可以包括硬件设计与实现、系统调优与优化、性能测试与评估等内容，通过实际操作和实验研究，加深对计算机系统结构的理解和掌握。

研究生还可以参与导师的科研项目或产学合作项目，进行专业领域的研究和实验工作，提升研究能力和创新能力。

这些实践项目将为研究生未来的科研和工程应用打下坚实基础。

四、未来发展前景计算机系统结构研究生毕业后，可以从事计算机系统设计、开发、测试、维护等方面的工作，也可以从事计算机系统研究、教育等领域的工作。

随着信息技术的迅速发展和计算机应用的广泛深入，计算机系统结构研究生将有广阔的就业前景和发展空间。

研究生可以选择就业于计算机制造企业、计算机软件企业、科研机构、高等院校等单位，担任计算机系统工程师、软件工程师、系统架构师、项目经理等职位。

第一章计算机体系构造的根本概念1. 什么是计算机系统的多级层次构造？2. 硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？3. 经典计算机系统构造的本质是什么？4. 语言实现的两种根本技术是什么？5. 对于通用存放器型机器来说，机器语言程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些？6. 什么是软件兼容？软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？7. 什么是系列机？它的出现较好地解决了什么矛盾？8. 对计算机开展非常关键的实现技术有哪些？9. 实现软件移植的主要途径有哪些？10. 试以系列机为例，说明计算机系统构造、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。

11. 存储程序计算机在系统构造上的主要特点是什么？12. 从系统构造的开展情况看，新型系统构造的设计主要从哪两方面着手？13. 软件技术两个最重要的开展趋势是什么？14. 计算机系统设计人员的技术挑战主要来自哪几个方面？15. 一种计算机系统构造的生命周期是怎样的？16. 商品的标价〔价格〕由哪些因素构成？17. 对计算机系统本钱产生影响的主要因素有哪些？18. 用户CPU时间由哪三个因素决定？19. 目前常用的测试程序分为哪五类？20. 什么叫测试程序组件？在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个？21. SPEC2000测试程序组件中包括哪几个测试程序组件？22. 测试基于Microsoft公司的Windows系列操作系统平台的最常用测试组件有哪些？23. 常用的专门的性能指标测试程序有哪些？24. 计算机系统构造设计和分析中最经常使用的三条根本原那么是什么？25. 根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？26. 从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为哪几级？27. 从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为哪几级？28. 计算机系统中进步并行性的技术途径有哪三种？29. 多机系统的耦合度可以分为哪几类？30. 单机系统和多机系统中，都是按哪三种技术途径分别开展为哪三类多处理机？31. 三种类型的多处理机〔同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统〕的主要区别是什么？1. 什么是计算机系统的多级层次构造？从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成以下多级层次构造：2. 硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？硬件和软件在功能实现上是等效的，即一种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。

异构计算体系结构分析和关键技术研究摘要：随着人工智能和大数据等计算机应用对算力需求的迅猛增长以及应用场景的多样化，通用处理器+协处理器的异构混合计算逐渐成为研究重点。

文中介绍了当前主要的异构计算机体系结构，包括CPU+协处理器、CPU+众核处理器、CPU+ASIC、CPU+FPGA等；简述了异构计算中的关键技术，包括异构处理器之间的并行任务划分、任务映射、数据通信、数据访问，以及异构协同的并行同步和异构资源的流水线并行等；分析了异构计算面临的挑战，指出目前关键的核心技术需要从通用与AI专用异构计算的融合、异构架构的无缝移植、统一编程模型、存算一体化、智能化任务划分和分配等方面进行突破。

趋势表明，异构计算架构会进一步加强对AI的支持，同时也会增强软件的通用性。

关键词：异构计算；并行计算；并行编程；混合编程引言随着人工智能和大数据迅速发展，计算机的算力需求也急剧增加，传统的CPU难以适应需求的增长，异构计算能够提供更强大的算力。

例如用于通用计算的图形加速处理器，拥有几百甚至上千个核心，因此也被称为众核处理器，由于拥有大量的计算核心，其并行计算能力迅速得到提升，与CPU共同构成的异构计算系统比传统的对称处理器系统更有性能优势。

但是CPU与协处理器的指令系统不同，因此需要根据指令系统的差异对源码进行修改，将其编译成不同的程序分配到异构处理器上执行，同时也增加了程序编写、任务分配和数据通信的复杂性。

随着计算的应用场景的多样化，云计算、边缘计算以及各种智能设备接入物联网，使得计算面临的硬件和网络结构日趋多样，促进了处理器的多元化发展。

本文从分析异构计算机体系结构、异构处理器以及异构混合编程等的发展现状入手，对异构计算面临的主要挑战和关键技术进行分析，根据行业研究成果和发展趋势提出未来可能的研究方向。

１异构计算机体系结构1.1 CPU的协处理器CPU的协处理器是一种芯片，用于承担系统微处理器的特定处理任务。

一个协处理器通过扩展指令集或提供配置寄存器来扩展内核处理功能。

计算机科学与技术专业名词以下是计算机科学与技术专业中常见的一些名词：1. 数据结构（Data Structures）：用来存储和组织数据的方式或方式的选择。

2. 算法（Algorithm）：用于解决问题或执行特定任务的步骤序列。

3. 编程语言（Programming Language）：用于编写计算机程序的形式化语言，例如Java、C++、Python等。

4. 操作系统（Operating System）：控制并管理计算机硬件和软件资源的程序。

5. 数据库（Database）：用于存储和管理数据的结构化集合。

6. 网络（Network）：计算机之间通过通信连接而形成的互联网。

7. 计算机体系结构（Computer Architecture）：包括硬件和软件组件的计算机系统设计。

8. 人工智能（Artificial Intelligence）：计算机系统模拟和实现人类智能的学科。

9. 图形学（Computer Graphics）：处理和生成图像的计算机科学分支。

10. 软件工程（Software Engineering）：应用工程原理和方法来开发和维护大规模软件系统的实践。

11. 网络安全（Network Security）：保护计算机网络免受未经授权访问、破坏或泄漏的科学和技术。

12. 人机交互（Human-Computer Interaction）：研究和设计人类与计算机之间的界面和交互方式。

13. 云计算（Cloud Computing）：通过互联网提供计算资源和服务的模型。

14. 虚拟现实（Virtual Reality）：通过计算机生成的模拟环境，使用户可以与其进行交互。

15. 编译器（Compiler）：将高级语言代码转换为低级机器代码的程序。

这些只是计算机科学与技术专业的一小部分名词，该领域有非常广泛的学科和专业术语。

计算机系统结构基本习题和答案填空题1、从（使用语言的）角度可以将系统看成是按（功能）划分的多个机器级组成的层次结构。

2、计算机系统结构的层次结构由高到低分别为（应用语言机器级，高级语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级）。

3、应用程序语言经（应用程序包）的（翻译）成高级语言程序。

4、高级语言程序经（编译程序）的（翻译）成汇编语言程序。

5、汇编语言程序经（汇编程序）的（翻译）成机器语言程序。

6、在操作系统机器级，一般用机器语言程序（解释）作业控制语句。

7、传统机器语言机器级，是用（微指令程序）来（解释）机器指令。

8、微指令由（硬件）直接执行。

9、在计算机系统结构的层次结构中，机器被定义为（能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构）的集合体。

10、目前M0由（硬件）实现，M1用（微程序（固件））实现，M2到M5大多用（软件）实现。

以（软件）为主实现的机器成为虚拟机。

（虚拟机）不一定全用软件实现，有些操作也可用（固件或硬件）实现。

11、透明指的是（客观存在的事物或属性从某个角度看不到），它带来的好处是（简化某级的设计），带来的不利是（无法控制）。

12、计算机系统结构也称（计算机体系结构），指的是（传统机器级的系统结构）。

它是（软件和硬件/固件）的交界面，是机器语言汇编语言程序设计者或编译程序设计者看到的（机器物理系统）的抽象。

13、计算机组成指的是（计算机系统结构的逻辑实现），包括（机器级内的数据流和控制流）的组成及逻辑设计等。

计算机实现指的是（计算机组成的物理实现），它着眼于（器件）技术和（微组装）技术。

14、确定指令系统中是否要设乘法指令属于（计算机系统结构），乘法指令是用专门的高速乘法器实现还是用加法器实现属于（计算机组成），乘法器和加法-移位器的物理实现属于（计算机实现）。

15、主存容量与编址方式的确定属于（计算机系统结构），主存是否采用多体交叉属于（计算机组成），主存器件的选定属于（计算机实现）。

第一章1、计算机系统多级层次结构从高到低：（6级）应用程序计算机、高级语言、汇编语言、操作系统、机器语言、微机程序控制、（0级）硬联逻辑计算机。

第0级由硬件实现，第1级由微程序（固件）实现，2—6级机器由软件实现。

2、透明性现象：一种本来存在的有差异的事物或属性，从某种角度来看似乎不再存在。

3、计算机组成是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。

4、计算机系统结构是计算机系统的软、硬件的界面；系统结构、组成和实现所包含的具体内容第随不同机器而变化的，且三者之间的界限越来越模糊。

5、系统结构分类①按“流”分：SISD单指令流单数据流，SIMD单指令流多数据流，MISD多指令流单数据流，MIMD多指令流多数据流。

Flynn分类法：按指令流（机器执行的指令序列）和数据流（指令流调用的数据序列，include输入数据和中间结果）的多倍性（指在系统最受限制的原件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数）概念进行分类。

缺点：对于标量及向量流水计算机应属于哪一类系统，不是很明确。

②按“并行级”和“流水线”分类：程序控制部件PCU的个数是K，算术逻辑部件ALU/处理部件PE的个数是d，每个ALU包含基本逻辑线路ELC 的套数是w。

T系统型号=（k，d，w）。

③按“并行度”分类：WSBS字串位串，WPBS字并位串，WSBP字串位并，WPBP字并位并。

6、*Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高取决于这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例。

实际上定义了加快某部分功能处理后，整个系统所获得的性能改进或执行时间的加速比的大小。

加速比与两个因素有关：一是计算机执行某个人物的总时间中可被改进部分的时间所占的百分比，Fe=可改进部分占用的时间/改进前整个任务的执行时间，它总小于1；二是改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施前性能提高倍数，Se=改进前改进部分的执行时间/改进后改进部分的执行时间，它总大于1。

超级计算机的硬件和软件体系结构超级计算机是一种能够执行大规模、高性能计算的计算机，它的计算速度和计算能力远超一般计算机。

对于“超级计算机”的定义一直在不断变化中，但是无论如何，它们都是目前最先进的计算机，被广泛应用于科学、工业和国防等领域。

超级计算机的核心就是它的硬件和软件体系架构，下面我将就其架构进行探讨。

一、硬件体系结构超级计算机的硬件体系结构，包括处理器、内存、存储和网络等方面。

其中，处理器是超级计算机的核心，负责执行计算任务。

与一般的计算机相比，超级计算机处理器的性能更为强大，通常采用多核心并行处理器架构。

近年来，GPU（图形处理器）也逐渐被应用于超级计算机的处理器中，通过GPU的高并行性，可以在计算高密度数据时取得更加出色的效果。

除了处理器，内存和存储也是超级计算机的重要组成部分。

内存技术的进步直接影响到超级计算机的性能，目前已经出现高带宽、大容量的内存技术，极大地提升了超级计算机的运算速度。

而存储方面，通常采用分布式存储架构，将数据存储在多个节点上，以实现数据的高可靠性、高可扩展性。

另外，超级计算机的网络也是其硬件架构的重要组成部分，因为大规模的并行处理需要大量的数据传输。

为此，超级计算机通常采用高速网络互联，以实现节点之间的数据无缝交换。

二、软件体系结构超级计算机的软件架构，包括操作系统、编程模型和应用程序等方面。

为了充分发挥超级计算机的性能，必须采用并行化的编程方法，而这需要相应的编程模型和工具支持。

目前，OpenMP、MPI和CUDA等成为常用的超级计算机编程模型，并且也在不断地发展和更新。

对于超级计算机应用程序的开发，其重要性毋庸置疑。

超级计算机通常用于科学计算、天气预测、模拟等领域，这些任务需要高精度计算和大规模的模拟运算，因此需要开发出相应的应用程序。

为此，超级计算机的软件开发也需要一定的工具链和软件库的支持，以高效地完成编译、运行和优化等工作。

三、总体架构超级计算机的总体架构，包括硬件和软件两个部分。

计算机体系结构软件模拟技术摘要：对现代的计算机系统而言，体系结构软件模拟技术是不可或缺的一环。

于传统的没有软件模拟技术的计算机系统相比，该模拟技术能够在很大程度上缩短软件产品的设计周期，减低产品设计的开发费用，是一项现代计算机市场开发的有利工具。

但是由于该计算机体系结构软件模拟器目前仍然存在一些问题，例如精准度差，测试时间较长等因素，限制了体系结构软件模拟技术的运用。

至今为止这些问题依然存在，尽管很多计算机工作研究人员在不懈的努力，仍然找不到解决的合理方案。

本文简单的分析了体系结构软件模拟技术的发展历史，将现有的技术进行分类归总。

为今后该技术的发展指明了方向，有利于为该技术的研究人员提供相关建议。

关键词：计算机体系结构；模拟；计算机体系结构建模；建模技术；性能评估中图分类号：tp391.9文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2013) 07-0000-02随着科技的不断发展，人们对于计算机系统的需求越来越高，至今为止计算机系统已经变得越来越高端，计算机运作方式越来越多种多样。

计算机处理器的复杂程度也在随着计算机的发展不断增强。

到目前为止，单片处理器的晶体管数目己经达到了10亿.随着计算系统的复杂度不断提高，相应的制造时间也会被拉长，资金成本也会远远高于先前比较简单的计算机系统。

例如生产一款新的处理器需要经过体系结构设计、设计评估与验证、逻辑设计与验证、电路设计、电路验证、布局设计和生产制造等阶段。

在这些阶段中，处理器需要不断的进行重复验证，确保产品质量。

时间成本上来看，这样的产品研发过程通常是需要重复多次的，大约要4年-7年左右，甚至需要更长的时间。

从资金成本上看，该过程需要的投入也是非常巨大的。

然而，这种方式并不现实，因为哪怕只生产一个新处理器，其所需的周期非常长，成本也非常高。

为了克服这个缺陷，研究人员开发了精确到时钟周期级别的体系结构软件模拟技术。

1体系结构软件模拟技术的发展历程体系结构软件模拟技术的发展是对着计算机系统中的处理器不断变化而发展而来的。