ch5 1-2讲
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第五章 存储器存储器存储器主要内容:§5-1 存储器分类§5-2 随机存取存储器RAM§5-3 只读存储器ROM§5-4 CPU与存储器的连接存储器分类§5-11 存储器分类存储器分类存储器是计算机的主要组成部分之一,是用来存放程序和数据的部件,存储器表征了计算机的“记忆”功能,存储器的容量和存取速度是决定计算机性能的重要指标。
存储器的容量越大,记忆的信息也就越多,计算机的功能也就越强。
一、按用途分类1、内部存储器内部存储器也称为内存,是主存储器。
(1)功能:存放当前正在使用的或经常使用的程序和数据。
(2)特点:存取速度快、容量较小、CPU直接访问(由半导体存储器构成)。
(3)容量:受到地址总线位数的限制8086系统,20条地址线,寻址空间为1M(220)字节;80386系统,32条地址线,寻址空间4G(232)字节。
(4)存放内容:系统软件(系统引导程序、监控程序或者操作系统中的ROM BIOS等)以及当前要运行的应用软件。
2、外部存储器外部存储器也称为外存,是辅助存储器。
(1)功能:用来存放相对来说不经常使用的程序或者数据或者需要长期保存的信息。
(2)特点:存取速度慢、容量大,可以保存和修改存储信息,CPU不直接对它进行访问,有专用的设备(硬盘驱动器、软驱、光驱等)来管理,一般外部存储器由磁表面存储器件构成 。
(3)容量:不受限制,是一种海量存储器。
(4)存放内容:系统软件、应用软件、其他长期保存程序和数据。
3、计算机工作时存取程序和数据的过程(1)由内存ROM中的引导程序启动系统;(2)从外存中读取系统程序和应用程序,送到内存的RAM中,运行程序;(3)程序运行的中间结果放在RAM中,(内存不够时也放在外存中);(4)程序结束时将最后结果存入外部存储器。
二、按存储器性质分类1、RAM随机存取存储器(Random Access Memory)CPU能根据RAM的地址将数据随机地写入或读出。
第5章不可压缩流体二维边界层概述主要教学内容5.1 边界层的基本概念知识回顾与介绍在本世纪初之前,流体力学的研究分为两个分支:一是研究流体运动时不考虑黏性,运用数学工具分析流体的运动规律。
——势流理论 另一个是不用数学理论而完全建立在实验基础上对流体运动进行研究,解决了技术发展中许多重要问题,但其结果常受实验条件限制。
——实验流体力学这两个分支的研究方法完全不同,这种理论和实验分离的现象持续了150多年,直到1904年,在德国举行的第三届国际数学家学会上,德国著名的力学家普朗特第一次提出了边界层的概念为止。
由于边界层理论具有广泛的理论和实用意义,因此得到了迅速发展,成为黏性流体动力学的一个重要领域,在流体力学的发展史上有划时代的意义。
知识点 边界层的定义和特征本节教学目的1、掌握:边界层理论的概念、特征、作用 一、边界层的概念及边界层厚度1、边界层定义水和空气等黏度很小的流体,在大雷诺数下绕物体流动时,黏性对流动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中,在这一薄层外黏性影响很小,完全可以忽略不计,这一薄层称为边界层。
大雷诺数下均匀绕流物体表面的流场划分为三个区域:● 边 界 层● 外 部 势 流 区 ● 尾 涡 区2、边界层厚度δ表示边界层的厚度。
但是应当指出,边界层区域与理想流体区的分界线是人为规定的。
通常规定速度0990u .u =的位置为边界层的外边界线。
边界层的主要特点之一是它的厚度δ相对于板长而言是小量。
内容拓展:(1) 边界层的排挤厚度1δ在边界中,由于存在黏性必将引起速度的下降,于是在边界层中通过的流量必将减小,因而势必有一部分流量被排挤到主流区(即理想流体区)中去,如图4-32所示。
由排挤厚度的大小,可以判断边界层对于主流区的影响程度。
排挤厚度以1δ表示,可写成对于主流区而言,1δ可以理解为物体向外推移的距离。
(2)边界层动量损失厚度2δ为了说明边界层中动量损失的程度,可以引进动量损失厚度的概念。
第5章网络层1讲5.1 网络层设计要点▪ISO 定义-网络层为一个网络连接的两个传送实体间交换网络服务数据单元提供功能和规程的方法,它使传送实体独立于路由选择和交换的方式。
▪网络层是处理端到端传输的最低层—分组从源端沿着网络路径经过许多跳(hop)中间路由器送到目标端。
数据链路层的目标只是将帧从线的一端传到另一端(点到点).▪网络层要解决的关键问题是了解通信子网(所有路由器的集合)的拓扑结构,选择路由。
其它问题: 负载均衡, 网络互联▪存储-转发分组交换网络运营商的设备网络层协议的环境-系统中最主要的部件是网络承运商的设备(通过传输线路连接起来的路由器)和客户的设备-本章中, 客户网络周边上的路由器被认为是子网的一部分, 因其运行的路由算法相同-存储-转发分组交换机制: 1. 源主机把分组送给最近的路由器, 该路由器要么在源主机的LAN上, 要么在一条通向承运商的点到点链路上. 分组存储在路由器上, 一直到它完全到达路由器为止, 故路由器可以验证校验和 2. 分组被沿路转发到下一台路由器, 直到目标主机为止, 3.最后, 在目标主机上它被递交给相应的进程.▪向传输层提供的服务-网络层服务必须满足:•所提供的服务应该独立于路由器技术•路由器的数量, 类型和拓扑结构对于传输层来说应该是不可见的•使用的网络地址应该有一种统一的编址方案, 甚至可以跨越多个LAN和W AN-为传输层提供服务两大派别•面向连接服务传统电信的观点:通信子网应该提供可靠的、面向连接的服务。
服务质量是最主要的因素•无连接服务Internet的观点:通信子网无论怎么设计都是不可靠的,因此网络层只需提供无连接服务, 主机自己(传输层)来完成错误控制和流控制任务, 网络层不对分组进行排序和流控制, 每个分组必须携带完整的目标地址, 因分组的传输过程相互独立•IP/ATM▪无连接服务的实现数据报(datagram)和数据报子网(datagram subnet):无连接服务, 分组被独立地传送到子网中, 独立路由,不需提前建立任何辅助设施虚电路(virtual circuit VC)和虚电路子网(virtual-circuit subnet): 面向连接服务, 首先建立从源路由器到目标路由器的路径, 所有在这个连接上的流量都使用这个路径H1的进程P1要把长消息发给H2的进程P2,传输层运行在主机的操作系统内部,加上传输头后交给H1的网络层;假定消息是最大分组长度的4倍,网络层将该消息分为4个分组1,2,3,4;路由器的路由表包含两个元素――目标地址和该目标地址所使用的端口号,路由器只允许使用直接连接的线路,如A只有B,C两个输出线路,即使目标地址是其它路由器,也必须发送给这两个端口;当分组1,2,3到达A时,暂存,校验和,查路由表,转发给C,E, F; 到达F后,被封装到一个数据链路层的帧中,通过LAN发送给H2; 分组4根据后来的更新了的路由表,从A转发给B。
路由算法(routing algorithm)――管理路由表并作出路由选择的算法。
路由算法是本章的一个主题▪面向连接服务的实现虚电路子网虚电路的思想:不需要对每个分组选择一条新的路径,当连接建立后,从源机器到目标机器之间的一条路径被选择为连接的一部分,并且保存在中间路由器的内部表中,对所有在这个连接上的流量都使用这条路径。
在面向连接的服务中每个分组都包含一个标识符( 目,源地址),指明它属于哪个虚电路。
例子:H1――>H2已建立连接: A的路由表第一行表示如果一个分组连接标识符为1,且来自H1, 则被发送到路由器C并赋予连接标识符1。
C的路由表类似。
现假设H3→H2,H3选择连接标识符1,因它是发起连接且这是它唯一的连接;A表中的第二行;尽管A可区分来自H1的连接1分组和来自H2的连接1分组,但C无法区分这两种分组,所以A给第二个连接的输出流量分配一个不同的连接标识符――2,此点说明了路由器必须具备“在输出分组中替换连接标识符――标签交换(label switching)”的能力.•虚电路方式,路由器需要维护虚电路的状态信息;•数据报方式,每个数据报都携带完整的目的/源地址,浪费带宽-连接建立时间与地址查找时间的权衡•虚电路需要在建立连接时花费时间•数据报则在每次路由时过程复杂-服务质量与可靠性的权衡•虚电路方式很容易保证服务质量QoS(Quality of Service),适用于实时操作,但比较脆弱。
•数据报不太容易保证服务质量,但是对于通信线路的故障,适应性很强。
▪网络层为传输层提供的服务-面向连接服务:将复杂的功能放在网络层(通信子网)。
-无连接服务:将复杂的功能放在传输层。
-通信子网提供的服务(面向连接或无连接)与通信子网结构(虚电路或数据报)没有必然联系。
-服务与子网结构的不同组合的例子▪小结-网络层的地位•位于数据链路层和传输层之间,使用数据链路层提供的服务,为传输层提供服务;•通信子网的最高层;•处理端到端传输的最低层。
-网络层的作用•屏蔽各种不同类型网络之间的差异,实现互连•了解通信子网的拓扑结构,选择路由,实现报文的网络传输-网络层的两种实现方式:数据报和虚电路•都属于分组交换,采用存储转发机制。
•数据报(datagram):每个分组被单独路由,分组带有全网唯一的地址•虚电路(virtual circuit):先在源端和目的端之间建立一条虚电路,所有分组沿虚电路按次序存储转发,最后拆除虚电路。
在虚电路中,每个分组无须进行路径选择。
-网络层提供的服务•面向连接的服务和无连接的服务。
5.2路由算法路由算法(routing algorithm)――管理路由表并作出路由选择的算法▪路由算法是网络层软件的一部分-通信子网采用数据报分组交换方式,每个包都要做路由选择;-通信子网采用虚电路分组交换方式,只需在建立连接时做一次路由选择。
▪路由器内部的两个不同进程:路由和转发路由――负责填充和更新路由表;转发――在路由表中查找一个进来分组所对应的输出线路▪路由算法应具有的特性-正确性(correctness)-简单性(simplicity)-健壮性(robustness)处理拓扑结构和流量的各种变化,不要求所有主机都停止所有工作,并且一台路由器崩溃时不要求网络重新启动-稳定性(stability)运行会达到平衡且保持平衡-公平性(fairness)平均延迟—吞吐量相互矛盾---→折衷为跳数最小化-最优性(optimality)公平性与最优性之间的冲突▪路由算法分类-非自适应算法(nonadaptive algorithm),静态路由(static routing)算法离线计算路由选择, 启动时下载到路由器, 不随流量和拓扑结构的动态变化而变化-自适应算法(adaptive algorithm),动态路由算法(dynamic routing) 路由选择随流量和拓扑结构的动态变化而变化2讲5.2.1 最优化原则▪最优化原则(optimality principle)(不考虑网络拓扑结构和流量,仅考虑最优路径) -如果路由器J 在路由器I 到K 的最优路由上,那么从J 到K 的最优路由会落在同一路由上。
▪汇集树(sink tree)-从所有的源结点到一个给定的目的结点的最优路径的集合形成了一个以目的结点为根的树,称为汇集树;-路由算法的目的是找出并使用汇集树。
(a) 一个子网(b)路由器B的汇集树▪最优化原则和汇集树为各种路由算法提供了一个衡量基准.5.2.2 最短路径路由算法(Shortest Path Routing)▪属于静态路由算法▪基本思想-构建子网的拓扑图,图中的每个结点代表一个路由器,每条弧代表一条通信线路。
为了选择两个路由器间的路由,算法在图中找出最短路径。
▪测量路径长度的方法-跳数(结点数量)-地理距离-传输延迟-距离、信道带宽等参数的加权函数Dijkstra(迪杰斯特拉1959 1930.5-2002.8逝世荷兰计算机科学家)算法最短路径优先算法,算法复杂度为O(n2)小常识: 王选院士缅怀计算机科学先驱Dijkstra的历史功绩,在技术的时空中浓缩大师的魅力、勾勒计算机科学发展的轨迹. Dijkstra被西方学术界称为“结构程序设计之父”和“先知先觉”,他一生致力于把程序设计发展成一门科学1972年Dijkstra获得ACM(美国计算机学会)图灵奖----图灵奖素有计算机科学界的诺贝尔奖之称图灵奖是美国计算机协会于1966年设立的,又叫"A.M.图灵奖",专门奖励那些对计算机事业作出重要贡献的个人。
其名称取自计算机科学的先驱、英国科学家艾伦·图灵,这个奖设立目的之一是纪念这位科学家- 1. 每个结点用从源结点沿已知最佳路径到本结点的距离来标注,标注分为临时性标注和永久性标注- 2. 初始时,所有结点都为临时性标注,标注为无穷大;- 3. 将源结点标注为0,且为永久性标注,并令其为工作结点;- 4. 检查与工作结点相邻的临时性结点,若该结点到工作结点的距离与工作结点的标注之和小于该结点的标注,则用新计算得到的和重新标注该结点- 5. 在整个图中查找具有最小值的临时性标注结点,将其变为永久性结点,并成为下一轮检查的工作结点;- 6. 重复第四、五步,直到目的结点成为工作结点。
-算法实现,程序与算法的区别是:从目的结点开始。
5.2.3 洪泛算法(Flooding)(简略)▪属于静态路由算法▪基本思想-把收到的每一个包,向除了该包到来的线路外的所有输出线路发送。
▪主要问题-洪泛要产生大量重复包。
▪解决措施-每个包头包含站点计数器,每经过一站计数器减1,为0时则丢弃该包;-记录包经过的路径▪选择性洪泛算法(selective flooding)-洪泛法的一种改进。
将进来的每个包仅发送到与正确方向接近的线路上。
▪应用情况-对路由器和线路的资源过于浪费,实际很少直接采用;-具有极好的健壮性,可用于军事应用;-作为衡量标准评价其它路由算法。
5.2.4距离矢量路由算法(Distance Vector Routing)将自己(路由结点)对全网拓扑结构的认识告诉给邻居无穷计算问题,水平分裂算法▪属于动态路由算法,也称Bellman-Ford路由算法和Ford-Fulkerson算法,最初用于ARPANET,被RIP(routing information protocol 路由信息协议)协议采用。
▪基本思想-每个路由器维护一张表,表中给出了到每个目的地的已知最佳距离和线路,并通过与相邻路由器交换距离信息来更新表;-以子网中其它路由器为表的索引,表项包括两部分:到达目的结点的最佳输出线路,和到达目的结点所需时间或距离;-每隔一段时间,路由器向所有邻居结点发送它到每个目的结点的距离表,同时它也接收每个邻居结点发来的距离表;-邻居结点X发来的表中,X到路由器i的距离为Xi,本路由器到X的距离为m,则路由器经过X到i的距离为Xi + m。