第2章 分布式系统体系结构
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名词解释分布式
分布式是指将任务或数据分散处理或存储在多个计算或存储单元中的
一种计算模式或系统架构。
在分布式系统中,各个计算或存储单元可
以相互通信和协调,共同完成任务或提供服务。
分布式系统具有以下特点:
1. 分散性:任务或数据被分散存储或处理在多个计算或存储单元中,
而不是集中在单个中心节点上。
2. 并行性:分布式系统中的计算或存储单元可以同时进行处理,提高
系统的整体性能和吞吐量。
3. 可靠性:分布式系统可以通过冗余复制和容错技术来提高系统的可
靠性,一旦某个节点失效,其他节点可以继续提供服务。
4. 可扩展性:分布式系统可以根据需要进行水平或垂直扩展,以适应
不断增长的负载或用户数量。
5. 透明性:分布式系统可以通过透明的通信和协调机制隐藏底层的细节,使得用户或应用程序感知不到系统的分布性。
6. 同步性:分布式系统需要提供一致的数据访问和一致性的计算结果,需要采用一致性协议和同步机制。
分布式系统广泛应用于各个领域,如云计算、大数据处理、分布式数
据库、分布式存储、分布式搜索等。
它能够提供高可靠性、高性能、
高可扩展性的计算和存储能力,为用户提供更好的服务和体验。
《分布式应用编程》课程教学大纲一课程说明1.课程基本情况课程名称:分布式应用编程英文名称:Distributed Applications Programming课程编号:2413268开课专业:计算机科学与技术开课学期:第6学期学分/周学时:4/4课程类型:专业方向选修课2.课程性质(本课程在该专业的地位作用)本课程是计算机科学与技术专业的一门专业方向选修课。
本课程的内容涉及分布式系统的基本概念、基本原理和基本方法,具体涵盖了分布计算系统的基本概念和体系结构,分布计算系统的进程通信,分布式程序设计语言,命名与保护,分布式同步和互斥机构,死锁问题及其处理技术,容错技术,分布式数据管理,分布式文件系统的设计问题与实现方法,分布式调度,分布式共享存储器技术以及基于对象的分布式系统,以及相关的前沿主题,包括web服务、网格、移动系统和无处不在系统等。
通过这门课程的教学,使学生对分布式系统的基本概念、有关体系结构、分布式系统设计原理与方法有一个系统的掌握,能深入理解一些典型的分布式计算系统,为以后从事分布式系统研究与设计打下良好的理论和工程实践的基础。
3.本课程的教学目的和任务学生通过本门课程的学习,要求掌握分布式系统的基本概念、主要原理和主流分布式系统模型范例,主要包括分布式系统进程、分布式程序设计语言、分布式系统安全、分布式系统容错、分布式系统事务等;能掌握当前分布式系统技术的现状和发展趋势,具备分布式系统分析、研究和设计实现有关的基本能力。
4.本课程与相关课程的关系、教材体系特点及具体要求这门课程的先修课程为《计算机网络》、《操作系统》、《计算机系统结构》、《面向对象程序设计》和《软件工程》等。
5.教学时数及课时分配二教材及主要参考书(1)徐高潮等著,《分布计算系统》,高等教育出版社,2004(2)AndrewcS.Tanenbaum. Distributed Systems:Principles and Paradigms.清华大学出版社2002年影印版(3)吴杰. 分布式系统设计. 机械工业出版社2001年中译本(4)DoreencL.Galli. Distributed Operating Systems: Concepts and Practice.人民邮电出版社影印版2003(5)库劳里斯著,金蓓弘等译. 分布式系统概念与设计机械工业出版社2008年(6)Douglas E. Comer David L.Stevens. Client-Server Programming and Application. 1997,清华大学出版社,2002(7)陈志刚等著,《多层客户/服务计算模型与实现技术》,湖南科学技术出版社,2003三教学方法和教学手段说明主要使用多媒体教室进行理论讲解和演示实验步骤,然后再计算机实验室指导学生进行相关实验并撰写实验报告。
第2章DCS的体系结构
DCS(分布式控制系统)的体系结构是一种分布式控制系统的最基本
的架构,它描述了整个系统的组成部分与其互相之间的关系以及系统的功
能特性,从而实现有效的系统集成,它们均由一系列的子系统(模块)组成,如:控制器、I/O模块、人机接口模块、报警处理模块和通信模块等,每个模块都有自己独特的功能,它们之间进行交互及交换信息,以支持整
个系统的运行。
DCS的体系结构主要分为以下几个部分:
硬件部分:DCS以单片机(SCM)为核心,连接一系列外部设备,如
I/O模块、存储模块和现场总线模块等。
软件部分:主要包含操作系统(OS)、应用软件和通信模块。
操作系
统可以是嵌入式操作系统,也可以是客户端/服务器操作系统;应用软件
就是用户以不同的方法去实现不同功能的程序;通信模块则是用来实现DCS与客户端、服务器之间的信息交换的模块。
模块部分:模块是DCS的主要组成部分,它们由多个子模块(子系统)组成。
分布式数据库课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握分布式数据库的基本概念、原理和体系结构;2. 使学生了解分布式数据库设计、查询优化和事务管理的基本方法;3. 帮助学生了解分布式数据库在不同行业中的应用及发展趋势。
技能目标:1. 培养学生运用分布式数据库技术解决实际问题的能力;2. 培养学生使用分布式数据库管理系统进行数据查询、更新和事务处理的能力;3. 提高学生分布式数据库系统分析与设计的能力。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对分布式数据库技术的兴趣和热情,激发学生主动学习的积极性;2. 培养学生的团队协作意识,提高学生在团队项目中的沟通与协作能力;3. 培养学生具备良好的信息素养,遵循分布式数据库领域的道德规范和法律法规。
本课程针对高年级本科生,具备一定的数据库基础,对分布式技术有一定了解。
课程性质为专业选修课,旨在帮助学生拓宽知识面,提高解决实际问题的能力。
在教学过程中,注重理论与实践相结合,鼓励学生积极参与讨论和项目实践,以实现课程目标。
通过本课程的学习,学生将能够具备分布式数据库领域的基本知识和技能,为未来从事相关领域工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 分布式数据库概述:介绍分布式数据库的概念、发展历程、特点及应用场景,对应教材第一章内容。
- 分布式数据库基本概念与术语- 分布式数据库发展历程与趋势- 分布式数据库的优势与挑战2. 分布式数据库体系结构:讲解分布式数据库的体系结构,包括分布式数据存储、分布式数据处理和分布式事务管理等,对应教材第二章内容。
- 分布式数据存储模型- 分布式数据处理策略- 分布式事务管理机制3. 分布式数据库设计:介绍分布式数据库设计方法,包括数据分布、数据复制和查询优化等,对应教材第三章内容。
- 数据分布策略- 数据复制与一致性- 查询优化技术4. 分布式数据库事务管理:讲解分布式事务的概念、性质及事务管理策略,对应教材第四章内容。
- 分布式事务的基本性质- 分布式事务管理策略- 分布式并发控制与死锁处理5. 分布式数据库应用案例分析:分析分布式数据库在不同行业中的应用案例,探讨其技术特点与解决方案,对应教材第五章内容。
第二章操作系统基础大学计算机基础教程操作系统基础操作系统是最重要的计算机系统软件,计算机发展到今天,从微型机到高性能计算机,无一例外都配置了一种或多种操作系统,操作系统已经成为现代计算机系统不可分割的重要组成部分。
本章主要内容包括:操作系统的基本概念和主要功能;中文Windows7操作系统的基本操作、文件管理、系统管理等。
2.1 操作系统概述计算机系统由硬件和软件两部分组成,操作系统(Operating System,OS)是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充。
它在计算机系统中占据了特别重要的地位,而其他的诸如汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件,以及大量的应用软件,将都依赖于操作系统的支持,取得它的服务。
操作系统已成为现代计算机系统(大、中、小及微型机)中都必须配置的软件。
2.1.1操作系统的基本概念操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源,为用户提供便捷使用计算机的程序的集合。
它是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件功能的扩充。
操作系统在计算机中具有极其重要的地位,它不仅是硬件与其他软件的接口,也是用户和计算机之间进行“交流”的界面。
操作系统在计算机系统中特别重要,汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件,以及大量的应用软件,都依赖于操作系统的支持,取得它的服务。
操作系统已成为现代计算机系统中必须配置的软件。
没有安装软件的计算机称为裸机,而裸机无法进行任何工作;它不能从键盘、鼠标接收信息和操作命令,也不能在显示器屏幕上显示信息,更不能运行可以实现各种操作的应用程序。
图2-1给出了操作系统与计算机软件、硬件的层次关系。
图2-1操作系统与计算机软件和硬件的层次关系2.1.2操作系统的功能操作系统通过内部极其复杂的综合处理,为用户提供友好、便捷的操作界面,以便用户无需了解计算机硬件或系统软件的有关细节就能方便地使用计算机。
操作系统的主要任务是有效管理系统资源、提供友好便捷的用户接口。
第1章物联网的概论练习题一、单选题1.手机钱包的概念是由(B)提出来的。
A、中国B、日本C、美国D、德国2.第三次信息革命在(D)年。
A、1999B、2000C、2004D、2010 3.(D)给出的物联网概念最权威。
A、微软B、IBMC、三星D、国际电信联盟4.(d)年中国把物联网发展写入了政府工作报告。
DA、2000B、2008C、2009D、20105.第三次信息技术革命指的是()。
BA、互联网B、物联网C、智慧地球D、感知中国6.智慧地球是(D)提出来的。
A、德国B、日本C、法国D、美国7.第一次信息革命在(A)年。
A、1980B、1985C、1988D、19908.2009年中国RFID市场的规模,将达到(A)。
A、50亿B、40亿C、30亿D、20亿9.2005年到2010年,中国RFD市场规模的负荷平均增长率,高达(B)。
A、80%B、%C、90%D、92%10.第二次信息革命在(C)年。
A、1990B、1993C、1995D、199611. IDC预测到2020年将有超过500亿台的(A),连接到全球的公共网络。
A、M2M设备B、阅读器C、天线D、加速器12.物联网的发展分(B)。
A、三个阶段B、四个阶段C、五个阶段D、六个阶段13.物联网在中国发展将经历(A)。
A、三个阶段B、四个阶段C、五个阶段D、六个阶段14.中国在(A)集成的专利上没有主导权。
A、RFIDB、阅读器C、天线D、加速器15.2009年10月()提出了“智慧地球”。
AA、IBMB、微软C、三星D、国际电信联盟二、判断题(在正确的后面打√,错误的后面打×)1. 物联网包括物与物互联,也包括人和人的互联。
(√)2. 物联网的出现,为我们建立新的商业模式,提供了巨大的想象空间。
(√)3. 营运层最核心、最活跃,产业的生态链最多。
(√)4. 物联网主动进行信息交换,非常好,技术廉价。
(×)5. 业界对物联网的商业模式已经达成了统一的共识。
1 绪论思考题1、什么是PDM?2、PDM的发展经历了哪几个阶段,各个阶段有何特点?3、PDM的作用是什么?4、PDM的相关技术有哪些?5、哪些企业需要PDM?第二章PDM 的工作原理基本要求掌握PDM系统的主要体系结构和功能(如文档管理、产品管理、产品配臵管理、过程管理、项目管理等)、基于PDM 的系统集成方法。
教学重点与难点掌握PDM系统的网络结构和功能框架、文档和零部件的数据建模和分类方法、产品结构树概念、产品配臵的过程。
1 绪论本章内容PDM 系统的体系结构文档管理产品管理产品配置管理过程管理项目管理组织管理集成接口第一节PDM的工作原理一、PDM系统的体系结构PDM的基本原理是在逻辑上将各个CAx等信息化孤岛集成起来,利用计算机系统控制整个产品的开发设计过程,通过逐步建立虚拟的产品模型,最终形成完整的产品描述、生产过程描述以及生产过程控制数据。
产品数据管理的具体目标是利用一个集成的信息系统来产生为进行产品开发设计和产品制造所需要的完整的技术资料。
PDM体系结构的作用⏹PDM系统的IT环境的需求⏹企业内外都可以方便访问⏹可以访问企业历史数据⏹安全性⏹保证应用程序的实现⏹PDM系统特性⏹系统的速度,包括后退服务处理的速度和客户端的速度⏹客户端安装、升级与维护⏹客户化的方便与软件的稳定性⏹系统可集成性⏹实施费用2.1.1 PDM系统的网络结构C/S模式的PDM网络结构企业级PDM 系统的应用方案用户接口PDM 客户端客户/服务器中间件PDM 服务器数据库中间件DBMS 数据库管理系统与其他应用系统集成的通用接口C/S模式的分布式PDM网络结构2.1.2 PDM系统的功能框架⏹从实用的角度,PDM系统应该确保具有项目管理、电子数据存储和管理、灵活组织文件、支持多种文件格式、产品从产品结构管理、工作流程管理、分类与检索、用户化工具、集成接口等主要功能。
⏹PDM系统的重要功能有:数据和文档管理、过程管理和应用系统的集成等。
计算机体系结构各章简答题及答案第⼀章计算机体系结构的基本概念1. 什么是计算机系统的多级层次结构?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. 经典计算机系统结构的实质是什么?4. 语⾔实现的两种基本技术是什么?5. 对于通⽤寄存器型机器来说,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. 对计算机发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,说明计算机系统结构、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结构上的主要特点是什么?12. 从系统结构的发展情况看,新型系统结构的设计主要从哪两⽅⾯着⼿?13. 软件技术两个最重要的发展趋势是什么?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. ⼀种计算机系统结构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. 对计算机系统成本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. 计算机系统结构设计和分析中最经常使⽤的三条基本原则是什么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. 计算机系统中提⾼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发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结构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结构: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。
第二章习题(P69-70)一、复习题1.简述冯∙诺依曼原理,冯∙诺依曼结构计算机包含哪几部分部件,其结构以何部件为中心?答:冯∙诺依曼理论的要点包括:指令像数据那样存放在存储器中,并可以像数据那样进行处理;指令格式使用二进制机器码表示;用程序存储控制方式工作。
这3条合称冯∙诺依曼原理OgtiojD。
冯∙诺依曼计算机由五大部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备,整个结构一般以运算器为中心,也可以以控制器为中心。
(P51-P54)r1fI4bu。
2.简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。
答:计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性,是硬件子系统的结构概念及其功能特性。
计算机组成(computer organization)是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上,设计计算机各部件的具体组成,它们之间的连接关系,实现机器指令级的各种功能和特性。
同时,为实现指令的控制功能,还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。
计算机实现,是计算机组成的物理实现,就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。
计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念,各自有不同的含义,但是又有着密切的联系,而且随着时间和技术的进步,这些含意也会有所改变。
在某些情况下,有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。
(P47-P48)28BoSAn。
3.根据指令系统结构划分,现代计算机包含哪两种主要的体系结构?答:根据指令系统结构划分,现代计算机主要包含:CISC和RISC两种结构。
(P55)4.简述RISC技术的特点?答:从指令系统结构上看,RISC体系结构一般具有如下特点:(1)精简指令系统。
可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计,来选取其中常用的基本指令,并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令;hJslBtf。