计算机系统装配与集成

第六节计算机集成制造系统1.什么是CIM ？CIM 是英文Computer Integrated Manufacturing 的缩写，译为计算机集成制造，由美国的约瑟夫·哈林顿(J.Harrington)博士于1973年提出。

哈林顿认为：企业的各种生产经营活动是不可分割的，需要统一考虑——整体(系统)观点；整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程——信息观点。

哈林顿强调的两个观点都是信息时代组织、管理生产最基本、最重要的观点(Computer Integrated Manufacturing Systems CIM 和CIMS 的理解。

CIMS 是通过计算机硬件和软件，并综合运用现代管理阶段，为了使这一计划切实可行，将风险减少到最低限度，在此后的半年时间里，中共中央、国务院组织 ２００多位专家，研究部署高技术发展的战略，经过三轮极为严格的科学和技术论证后，中共中央、国 务院批准了《高技术研究发展计划（“８６３”计划）纲要》。

辨析：1.CIMS 有固定的运行模式和不变的组成吗？2.企业都可以引进和采用CIM 的思想吗?3.企业是否可以购买现成的适合本企业的CIMS ？6.CIMS 由哪些部分组成？ CIMS 组成：管理信息分系统 设计自动化分系统制造自动化分系统计算机网络分系统数据库分系统CIMS 即人／机构、经营与技术，如下图所示。

（课本P123图4-17）在三要素的相交部分需解决四类集成问题：1)使用技术以支持经营。

2)使用技术以支持人员工作和组织机构的运行。

3)人员设岗／机械设置协调工作以支持经营活动。

4)统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。

(1)CIMS管理信息分系统含义----是指以CIM为指导思想、使用计算机和信息技术管理企业生产经营活动的应用系统。

制造业的管理信息系统(MIS)含义：从“物料需求计划(MRP) ”、“制造资源计划(MRPⅡ)”到“企业资源计划(ERP)”，经历了管理思想和技术手段逐渐发展的过程。

自动化装配系统的设计与实施自动化装配系统是一种利用现代科技手段对生产过程进行优化和提升效率的解决方案。

本文将针对自动化装配系统的设计与实施，介绍其基本原理、关键技术和优势。

一、自动化装配系统的设计原理自动化装配系统的设计原理主要包括产品设计、工艺规划、设备选型和控制系统设计等方面。

在产品设计阶段，需要根据产品的装配工艺和要求进行适当的设计优化，以提高装配效率和质量。

在工艺规划阶段，需要对整个装配过程进行合理划分并确定各个工序的操作要点，以便实施自动化装配。

在设备选型阶段，需要根据产品特点和装配工艺要求选择适当的自动化装配设备，包括机器人、传送带、夹具等。

在控制系统设计阶段，需要制定合理的控制算法和参数设置，保证装配过程的稳定性和可靠性。

二、自动化装配系统的关键技术自动化装配系统的关键技术主要包括计算机集成制造技术、机器视觉技术和传感器技术等。

计算机集成制造技术可以实现生产过程的信息化和数字化，提高生产效率和质量。

机器视觉技术可以实现对产品特征的识别和检测，确保装配的准确性和一致性。

传感器技术可以实时监测装配过程中的各种参数，如力、压力、位置等，从而及时调整和控制装配过程。

三、自动化装配系统的优势自动化装配系统具有许多优势，主要包括提高生产效率、降低成本、提高产品质量和创新能力等方面。

首先，自动化装配系统可以实现高速、精度和连续性的装配操作，提高生产效率和产能。

其次，自动化装配系统可以减少人工操作，降低人力成本和人工错误率。

同时，自动化装配系统利用先进的机器视觉和传感器技术对产品进行实时监测和调整，从而提高产品质量。

此外，自动化装配系统可以提高装配过程的柔性和可调性，实现快速调整和切换装配工艺，提高企业的创新能力和市场竞争力。

总结：自动化装配系统的设计与实施是一个以提高生产效率和质量为目标的复杂过程。

通过产品设计、工艺规划、设备选型和控制系统设计等方面的综合考虑和优化，可以实现自动化装配系统的高效运行。

计算机信息系统集成原则和步骤摘要:伴随信息科技水平的提升，信息系统在开发之时并未将各种系统见的数据置换与调节工作纳入考虑范畴，但是信息系统集成即将各种业务有关的单独信息系统综合到一起，给用途攻击一种综合性的用途多样的集成信息系统。

本文不仅说明了信息系统集成的定义，也表述了对于系统集成的限制与流程,最终剖析了系统集成业的进步走向.ﻭ计算机；信息系统;系统集成ﻭ伴随信息科技的不断进步，业务覆盖面以及管理需要的提升,信息系统在各行业里获得了普遍的运用.可是因为信息系统开发的目标为完成对应业务网络化，信息系统在开发时并未将各种系统简的数据置换与调节工作纳入考虑;在实施新系统开发时，常缺少时限与接口更替遗留系统,新型系统的用途要和固有的系统,数据源整合；即便打造新的系统，同样会遭遇各种异构平台技能集成方面的难题，事实上信息系统的集成早已变成常见的需要。

ﻭ１信息系统集成的概念ﻭ１。

1信息系统的概念ﻭﻭ信息系统即一类将人，计算机与管理规范当作要素的集成化系统.此系统通过计算机软硬件的剖析,规划，调控与决断的模型，数据库,给某个或者机构的作业,管理，决断供给信息支援。

ﻭ1．2系统集成的概念ﻭﻭ系统集成即将计算机技能做前提，将真实的平台做辅助，完成固定计算机系统功用组合的活动。

其中包括信息系统集成,即利用结构化的整体布线体系以及计算机网络技能，把分割的设施（例如私人电脑)，用途与信息等综合起来，置于系统，资源分享,达成密集，高效,便捷的管理,包括功能，网络,软件界面等各种集成技能。

ﻭ 2系统集成的原则与步骤ﻭ２。

集成的原则ﻭﻭ系统集成即利用硬件，资讯,数据库，辅助，应用软件等平台把资源有效地综合到一处打造出完备的工作平台,对于系统开发，维护意义重大。

故技能方面须遵照几个2.1。

1性系统软硬件平台，讯息接口,软件开发辅助设原则：ﻭﻭ施，网络结构的选取必须依照开发准则，这是与系统生命期限范围链接的关键问题。

较大的信息系统平台来源不同，最终会融入一个系统,同时造成接口标准化与的矛盾，平台的链接依靠标准，这是变成信息系统打造不可规避的问题。

计算机集成制造系统简介1. 引言计算机集成制造系统是一种集成了计算机技术和制造工艺的智能化生产系统。

它可以实现计划、设计、生产、管理等一系列制造过程的有机结合，提高生产效率和产品质量，降低生产成本，并增强企业竞争力。

本文将详细介绍计算机集成制造系统的概念、架构和应用场景。

2. 概念计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）是指通过计算机技术将制造企业的各个环节紧密连接起来，形成一个整体化的制造系统。

它集成了计算机辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer-Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助工艺规划（Computer-Aided Process Planning，CAPP）、计算机辅助生产控制（Computer-AidedProduction Control，CAPC）等多个子系统，通过网络和数据库的支持，实现信息的共享和实时交流。

3. 架构计算机集成制造系统的架构主要包括硬件、软件、网络和数据库等组成部分。

3.1 硬件计算机集成制造系统的硬件主要包括计算机设备、工控设备和传感器等。

计算机设备包括计算机服务器、工作站和个人电脑等，用于数据处理和系统控制。

工控设备用于控制生产设备和机器人等。

传感器用于采集生产过程中的各种数据，如温度、压力、速度等。

3.2 软件计算机集成制造系统的软件主要包括CAD、CAM、CAPP和CAPC 等。

CAD软件用于产品设计和工程图纸的生成。

CAM软件用于生成加工路径和指导机床的加工操作。

CAPP软件用于生成工艺计划和顺序控制。

CAPC软件用于生产调度和控制。

3.3 网络计算机集成制造系统通过网络连接各个子系统。

网络可以是局域网或广域网，用于数据的传输和共享。

通过网络，各个环节的信息可以实时反馈和交流，提高生产效率和响应速度。

计算机组装和维护工作总结
随着计算机技术的不断发展，计算机组装和维护工作也变得越来越重要。

作为
一项专业的技术工作，计算机组装和维护需要技术人员具备专业的知识和技能。

在这篇文章中，我们将总结一下计算机组装和维护工作的重要性以及一些常见的工作总结。

首先，计算机组装是计算机维护的基础。

一个好的计算机系统需要从组装开始，只有组装得当，才能保证计算机系统的稳定性和性能。

在组装计算机的过程中，技术人员需要根据用户的需求选择合适的硬件设备，并且进行正确的安装和连接。

这个过程需要技术人员具备丰富的硬件知识和严谨的工作态度。

其次，计算机维护是保证计算机系统稳定运行的关键。

随着计算机系统的不断
使用，硬件设备和软件系统都会出现各种问题，例如硬件故障、系统崩溃、病毒感染等。

技术人员需要定期对计算机系统进行检查和维护，及时发现并解决问题。

这需要技术人员具备丰富的维护经验和敏锐的问题解决能力。

在工作总结方面，计算机组装和维护工作需要技术人员具备良好的团队合作精
神和高效的工作能力。

在组装计算机时，技术人员需要与硬件供应商和用户进行有效的沟通，确保选择合适的硬件设备并且满足用户需求。

在维护计算机时，技术人员需要与用户进行有效的沟通，及时了解用户的问题并且解决。

总之，计算机组装和维护工作是一项重要的技术工作，需要技术人员具备丰富
的知识和技能。

只有具备专业的知识和技能，才能保证计算机系统的稳定性和性能。

希望大家能够重视计算机组装和维护工作，不断提升自己的技术水平，为用户提供更好的服务。

装配式建筑施工中的硬件设施与软件系统集成装配式建筑是一种新兴的建筑方式，它采用工厂预制和现场组装的方法，具有快速、高效、环保等优势。

在这个过程中，硬件设施和软件系统集成起着至关重要的作用。

本文将深入探讨装配式建筑施工中硬件设施和软件系统集成的关键问题，并提供相应解决方案。

一、硬件设施在装配式建筑施工中的作用1. 工厂预制装配式建筑首先需要在工厂进行材料加工和构件制造。

为了确保生产效率和质量，各种硬件设施起到了关键的支持作用。

例如，在钢结构制造过程中，激光切割机、自动焊接机和数控折弯机等设备可以大幅提高生产效率并保证产品精度。

2. 现场组装在将预制构件运输到现场进行组装时，需要依靠一系列硬件设施来实现一体化拼装。

例如，考虑到安全性与稳定性，需要使用吊臂、塔吊等起重设备进行悬挂和安装操作；同时还需要借助传送带或其他运输诸如升降机、运输车等设备进行构件的精确定位和安装。

二、软件系统在装配式建筑施工中的作用1. 设计与制造软件系统在装配式建筑生产线上发挥着重要的作用。

通过计算机辅助设计（CAD）和建模技术，可以实现快速高效的构件设计和优化。

同时，通过建立虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术应用于施工过程中，可以提前预览和验证装配过程中可能出现的问题，并及时调整。

此外，借助于物联网技术，可以实现构件跟踪、质量管理和设备状态监控等多功能集成。

2. 施工与管理软件系统也在施工过程中扮演着关键角色。

例如，在装配式建筑项目管理中，使用BIM（Building Information Modeling）来进行三维建模与信息管理，能够更好地协调各工种施工，并减少错误和纠正成本。

此外，还可以利用大数据分析技术进行资源优化调度以提高整体效率，并利用远程监测系统对进度、质量和安全等进行实时监控。

三、硬件设施与软件系统集成所面临的挑战1. 技术挑战装配式建筑施工涉及到多个行业和专业，而相应的硬件设施和软件系统往往来自不同的供应商和开发者。

硬件：尽量别换平台更换顺序：硬盘光驱软驱内存显卡CPU 主板要换先换前面的软件以硬件为主，不要因为软件更换硬件。

不要频繁重装系统。

计算机系统结构研究内容:从外部来研究计算机系统使用者所看到的物理计算机的抽象软硬件功能分配及分界面的确定学习目的:建立计算机系统的完整概念学习计算机系统的分析方法和设计方法掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理与其他学科的交叉主要包括:计算机组成原理,计算机操作系统,汇编语言,数据结构, 微机原理,高级语言等第一章计算机系统结构的基本概念一,计算机系统的组成由硬件和软件组成.1_ 硬件:可视为多种资源:1)处理信息资源—CPU;2)存储信息资源—存储器;3)交换信息资源—I/O设备.1.1 计算机系统结构的概念二,计算机系统的多级层次结构(逐级或越级向下实现)2 软件:即程序1)系统软件:各用户共同使用,如OS,编译/解释程序,汇编程序,诊断程序等;2)应用软件:为解决用户问题编写的程序.微程序级L0实际机器机器语言级L1实际机器操作系统级L2虚拟机汇编语言级L3虚拟机高级语言级L4虚拟机应用语言级L5虚拟机系统软件软,硬交界面硬件固件执行方式应用程序包翻译(用户)编译/解释程序翻译(程序员)汇编程序翻译(汇编语言程序员)机器语言程序解释(操作员)微指令程序解释(机器语言程序员)(逻辑设计员)1 机器语言级:二进制语言是计算机中必不可少的语言.2 汇编语言级:用符号表示的机器语言.3关于操作系统:①OS是管理计算机系统的系统软件;②OS的若干命令又可视为机器语言指令功能的扩充;③OS虽已发展成用高级语言编写,但其属服务于高级语言,汇编语言等的功能,并最终用机器语言或微指令程序解释执行的.4 虚拟机:以软件为主实现的机器.5 实际机器:由硬件或固件实现的机器.6 固件:将微程序固化在器件上的硬件.三,计算机系统结构定义及其属性一个计算机系统可以看成是由若干机器级组成的,从低层的硬件直到高层的应用程序级,在每一级上都可以定义一个系统结构,而传统的讲,计算机系统结构是指处在软件,硬件之间界面的描述,它反映了计算机系统的外特性._定义一:Amdahl于1964年在推出IBM360系列计算机时提出:计算机系统结构是程序员所看到的计算机系统的属性,包括概念结构和功能特性.是对计算机系统中各机器级之间界面的划分和定义,以及对各级界面上,下进行功能分配,各级都有它自己的系统结构.定义二:计算机系统结构主要研究软硬件功能分配和对软硬件界面的确定计算机系统由软件,硬件和固器组成,它们在功能上是同等的.同一种功能可以用硬件实现,也可以用软件或固件实现.不同的组成只是性能和价格不同.本课程定义计算机系统结构或称计算机体系结构(Computer Architecture)是汇编语言程序员所见到的计算机属性,即软,硬件的交界面(是机器语言,汇编语言或编译程序设计者看到的机器物理系统计算机系统结构,计算机组成,计算机实现之间界限越来越模糊.三个层次:计算机实现——器件选择,机械,封装,印板,机箱,电源,冷却设计计算机组成——逻辑设计计算机系统结构——外特性设计系统结构的研究范围外特性——指令系统,数据表示,寻址方式,寄存器集界面设计——确定硬件功能.新型系统结构设计——并行性,数据流,推理机,神经网性能成本评价——运算速度,存储容量,I/O带宽计算机系统结构的外特性1)指令系统:反映了机器指令的类型和形式,指令间排序和控制机构.2)数据表示:反映了能由硬件直接识别和处理的数据类型和指令.3)操作数的寻址方式:反映了系统能寻址的最小单位(寻址单位),寻址方式和表示.4)寄存器的构成定义:反映了通用寄存器和专用寄存器的数量,定义和使用方式.5)中断系统结构:表示中断的类型,分级和中断响应的硬件功能以及例外条件.6)存储体系和管理:包括主存储器,编址方式,最大可编址空间..7)I/O结构:包括I/O设备的连接方式,处理机,存储器与I/O设备间的数据传递方式和格式,传递的数据量及传递操作结束的表示及出错提示等.8)机器工作状态的定义和切换:如系统态和用户态等.9)信息保护:包括保护方式及有关的硬件支持等.3研究计算机系统结构的目的1)重点是软,硬件的界面:计算机系统设计师的主要任务是合理地研究哪些功能应由硬件予以支持,而哪些功能应由软件来完成.2)目的:提高计算机系统的性能/价格比.四,与计算机组成和计算机实现的联系计算机系统结构,计算机组成,计算机实现是3个不同的概念.它们各自包含不同的内容,但又有紧密的关系.计算机系统结构指的是计算机系统的软,硬件的界面,即机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性.___ 计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现,包括五大功能部件组成以及逻辑设计等.它着眼于物理机器级内各事件的排序方式与控制方式,各部件的功能以及各部件的联系.___ 计算机实现指的是计算机组成的物理实现,包括处理机,主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,模块,插件,底板的划分与连接,信号传输,电源,冷却及整机装配技术等.它着眼于器件技术和微组装技术,其中器件技术在实现技术中占主导作用.【例1】①机器指令集的确定属于计算机系统结构._______ ②指令的实现,如取指令,取操作数,运算,送结果等具体操作及其排序方式属于计算机组成._______ ③实现指令集中所有指令功能的具体电路,器件的设计,装配技术等属于计算机实现.【例2】①确定是否有乘法指令属于._______ ②乘法指令是用专门的乘法器实现,还是经加法器用重复的相加和右移操作来实现,属于._______ ③乘法器,加法器的物理实现,如器件的选定(器件集成度,类型,数量,价格)及所用微组装技术等,属于计算机系统结构计算机组成计算机实现【例3】①主存容量与编址方式(按位,按字节,按字访问等)的确定属于.________ ②为达到所定性能价格比,主存速度应多快,在逻辑结构上需采用什么措施(如多体交叉存储等)属于._______ ③主存系统的物理实现,如存储器器件的选定,逻辑电路的设计,微组装技术的选定属于.计算机系统结构计算机组成计算机实现可以看出,具有相同计算机系统结构(如指令系统相同)的计算机因为速度要求不同等因素可以采用不同的计算机组成.例如,取指令,译码,取操作数,运算,存结果可以在时间上按顺序方式进行,也可以让它们在时间上按重叠方式进行以提高执行速度.____同样,一种计算机组成可以采用多种不同的计算机实现.例如,主存器件可以采用SRAM 芯片,也可以采用DRAM芯片.可以采用大规模集成电路单个芯片,也可以采用中小规模集成电路进行构建.显然,这取决于性能价格比的要求与器件技术的现状.五,计算机系统结构,组成和实现三者的相互影响1.2 计算机系统结构的发展一,从提高CPU的利用率出发对CPU的基本要求1)要有高速度,节省处理时间;2)要一直处于忙状态,充分发挥高速性;3)要忙在数据的处理上.1 任务单一化1)传统计算机的操作:CPU除完成运算,还要进行入,出管理的操作,由于入,出所用的时间较长,所以浪费CPU时间太多——经常处于等待中.2)改进办法:①减少I/O处理时间:(采用中断方式)对高速外设采用DMA方式.②下放I/O管理权限:I/O处理机,通道.3)对系统结构的影响:在计算机结构中,引入I/O处理机,由它来管理入,出,使CPU专注数据处理.2 操作重迭化1)一条指令的几个过程段①取指令②译码分析③执行2)传统机器的执行方式:存在的问题,未能充分发挥对CPU的利用率.取译码执行取译码执行第i条第i+1条t3)重迭执行:把一条指令解释为取指,译码和执行三个阶段,使之在同一时刻,不同的指令在不同的过程上.重迭执行可以提高指令的吞吐率,图示如下:第i条第i+1条第i+1条取译码执行取译码执行取译码执行t4)实现重迭操作需要的支持①必须有先行部件:指令执行时,需要提前取出后继指令,进行相应处理,这就是先行.具体部件主要包括:先行地址站(包括指令地址,操作数地址),先行数站,先行指令译码分析部件,先行操作码译码.②能解决对存储器的频繁访问,源源不断地取指令,存/取操作数(存放结果).最好采用存储器的多体结构.5)对系统结构的影响除要求存储器为多体结构外,对CPU内部的微观结构具有深刻的影响.3吞吐匹配化1)要求:存储器提供数据的速度要与CPU处理数据的速度匹配.2)存在的问题:存储器的速度往往比CPU的处理速度低1～2个数量级.3)解决的方法:①直接提高主存速度当存储器的速度达到一定数量级别时,进一步提高速度所花代价更高,因而不利于性能/价格比的提高.②在CPU与主存之间加入高速缓存(cache)此法有利于提高存储系统的性能/价格比.③借助于辅助硬件(MC:存储控制器件)使cache与主存构成一个整体.4 程序多道化——用户分时化1)单用户系统存在的问题①CPU的实际利用率往往很低——程序运行时间往往比信息入出时间少很多.②因编程不当而出现死循环时,更浪费CPU时间.2)办法:充分利用入出时间,采用程序多道化,让CPU分时轮流为各用户服务.3)需要解决的问题:①存贮容量不足问题:直接增加主存容量,但不会提高计算机的性/价比;采用虚拟存贮器:把高速辅存伪装成主存使用.②多用户复杂现场的保护与恢复问题:为此引入通信控制器(CC)来解决.综上所述,从提高对CPU的利用率出发,计算机应有如下结构:器件发展对组成技术的影响器件速度与处理机工作主频器件发展对提高处理机主频起决定性作用需要研究新的器件来提高主频器件速度与指令执行时间40多年来,器件速度提高小于104;指令执行加快108.系统结构和组成技术的作用器件速度的提高最慢,已经没有太大潜力二,从单机向多机发展1 问题的提出:当对单机系统采用上述四条途径都不能满足要求时,就要求用多机系统完成.如:遥感通信卫星,每秒发回100万个图象要素,要求计算机每秒处理10亿～100亿次数据处理速度.现在的银河机,事实上是多机完成的达到几十亿次2__ 多机系统的分类1)多处理机系统(SIMD)阵列式多处理机系统(处理机相同,但需严格排列)并行式多处理机系统(处理机相同)分布式多处理机系统(处理机不相同)2)多计算机系统(具有多个指令部件,属MIMD)1.3计算机系统的并行性发展并行计算机系统绝大部分为MIMD系统并行向量机(PVP,Parallel V ector Processor);对称多处理机(SMP,Symmetric Multiprocessor);大规模并行处理机(MPP,Massively Parallel Processor);机群(Cluster);分布式共享存储多处理机(DSM,Distributied Shared Memory)■并行计算机系统绝大部分为MIMD系统,包括:HPC:处于什么样的阶段机群高性能计算系统已经成熟,步入量产阶段国内曙光,联想,浪潮,还有大量小公司高性能计算应用的快速扩展阶段从去年开始,机群销量猛增,应用在科学计算和信息服务等所有领域高性能计算教育相对滞后,人才相对稀缺阶段北大,清华,科大等有限几所高校设置相应专业课程并行计算基本概念并行处理定义并行算法的定义与分类数据相关性与可并行化并行计算模型●并行处理用是指同时对多个任务或多条指令,或同时对多个数据项进行处理.●完成此项处理的计算机系统称为并行处理计算机系统.并行处理定义同时性(simultaneity)——两个或多个事件在同一时刻发生.并发性(concurrency)——两个或多个事件在同一时间间隔内发生.流水特性(pipelining)——在一个重叠的时间内所发生的流水事件.为什么要开发并行处理技术对单用户,可以提高加速比(Speedup Oriented);对多用户,可以提高吞吐率(Throughput Oriented).例1.天气预报1990年10次台风登陆,福建,浙江两省损失79亿元,死亡950余人.天气预报模式为非线性偏微分方程,预报台风暴雨过程,计算量为1014—1016次浮点运算,需要10GFlops—100GFlops的巨型机.用途:局部灾害性天气预报.例2.石油工业地震勘探资料处理油藏数值模拟测井资料处理地震勘探由数据采集,数据处理和资料解释三阶段组成.目前采用的三维地震勘探比较精确的反映地下情况,但数据量大,处理周期长.100平方公里的三维勘探面积,道距25米,60次覆盖,6秒长记录,2毫秒采样,一共采集2.88 1010个数据,约为116GB.叠加后数据为4.8 108个数据.用二维叠前深度偏移方法精确的产生地下深度图像,需要进行25 1012FLOP,采用100MFLOPs机器计算250天,1GFLOPs机计算25天,10GFLOPs机器35分.考虑到机器持续速度常常是峰值速度的10-30%,所以需要100GFlops的机器.Cray T932/32约为60GFLOPs.例3.航空航天研究三维翼型对飞机性能的影响.数值模拟用时间相关法解Navier-Stoker方程,网格分点为120 40 50,需内存160MB,6亿计算机上解12小时,如果在数分钟内完成设计,则需要千亿次计算机.例4.重大挑战性课题需求计算空气动力学:千亿次/秒(1011)图像处理: 百亿次/秒(1010)AI: 万亿次/秒(1012)例5.核武器核爆炸数值模拟,推断出不同结构与不同条件下核装置的能量释放效应.压力: 几百万大气压温度: 几千万摄氏度能量在秒级内释放出来.设计一个核武器型号,从模型规律,调整各种参数到优选,需计算成百上千次核试验.Los Alamos实验室要求计算一个模型的上限为8-10小时.千万次机上算椭球程序的计算模型需要40-60CPU小时.二维计算,每方向上网格点数取100,二维计算是一维的200倍,三维是一维的33000倍.若每维设1000网格点,则三维计算是一维的几十万倍之多.此时对主存储器容量要数十,数百亿字单元(64位).另外还有I/O能力的要求,可视化图形输出.解决方案只有开发并行处理技术才能满足要求:3T performance:Teraflops of Computing PowerTerabyte of Main MemoryTerabyte/s of I/O bandwidth并行算法的定义与分类算法是解题的精确描述,是一组有穷的规则,它规定了解决某一特定类型问题的一系列运算.并行计算时可同时求解的诸进程的集合,这些进程相互作用和协调动作,并最终获得问题的求解并行算法的定义与分类并行算法就是对并行计算过程的精确描述并行算法可以从不同的角度分类为数值计算并行算法和非数值计算并行算法同步并行算法和异步并行算法共享存储并行算法和分布存储并行算法问题规模问题规模有可分为输入输出规模,计算规模,内存需求,通信(同步)规模,分别表示问题求解所需要的I/O量,计算量,内存大小和通信量(包括通信次数与通信数据量). 问题规模根据消耗资源程度,又相应分为CPU密集应用,memory密集应用,disk密集应用和网络密集应用.不同类型的问题,性能瓶颈也往往不同.并行算法就是要又针对性的消除相应的瓶颈,从而达到缩短计算时间的目的.数据相关P1: A=B+CP2: D=A×B其中,变量A是导致P1和P2发生数据相关的原因.为了保证程序执行的语义正确性,变量A必须是先在P1中写入后方可从P2中读出,即必须先写后读.显然,P1和P2不能并行执行.数据反相关P1: A=B×CP2: C=E+DP1通过变量C数据相关于P2.为保证语义正确性,必须等P1将变量C读出后,P2方可向变量C进行写入操作,即必须先读后写.也不可并行化数据输出相关P1: A=B+CP2: A=D×E为保证语义正确性,必须保证P1先写入A,然后允许P2再写入A.除了上述3种相关外,还存在一种特殊情况,即两个程序段的输入变量互为输出变量."数据交换",此时,两者必须并行执行,方可保证语义的正确性.这就要求硬件机构能保证两者进行同步读写.但若两个处理机各带有局部存储器,则可降低同步要求.P1: A=BP2: B=A并行计算模型计算模型是对计算机的抽象计算模型为设计,分析和评价算法提供基础冯.偌依曼机就是一个理想的串行计算模型但现在还没有一个通用的并行计算模型PRAM模型LogP模型PRAM模型PRAM(Parallel Random Access Machine)模型,即并行随机存取模型,是一种抽象的并行计算模型.假设存在着一个容量无限大的共享存储器;每台处理器有简单的算术运算和逻辑判断功能;在任何时刻各处理器均可以通过共享存储单元交换数据.PRAM模型SIMD-PRAM计算模型控制单元P1LMP2LMPnLM互连网络全局共享存储器PRAM模型MIMD-PRAM计算模型控制器1P1LMP2LMPnLM互连网络全局共享存储器控制器2控制器nLogP 模型充分说明了互连网络的性能特点,而未涉及网络的结构.模型主要由4个参数描述.L(Latency) 源处理机与目的处理机进行消息(一个或几个字)通信所需要的等待或延迟时间的上限.o(overhead) 处理机准备发送或准备接受每个消息的时间开销(包括操作系统核心开销和网络软件开销),在这段时间里处理机不能执行其他操作.LogP 模型g(gap) 一台处理机连续两次发送或连续两次接受消息时的最小时间间隔,其倒数即为处理机的通信带宽.P(Processor) 处理机的个数.其它并行处理计算机技术1.数据流技术data flow以数据驱动机制代替控制流机制当功能部件输入端的操作数可用时就启动执行;可开发程序中所有的并行性,但费用昂贵,实际性能与功能部件数量,存储器带宽以及挂起和可用部件相匹配的程度有关.2.多线程每台处理机有多个控制线程,同时运行多个现场,是实现时延隐藏的一种有效机制.成本高.3.逻辑推理与规约结构逻辑推理:日本第五代机,面向逻辑语言,执行速度慢,软件与程序设计环境欠丰富.规约结构:Alice,PGR,面向函数语言,执行速度慢,软件与环境欠丰富.多处理机1,多处理机的定义两个或两个以上处理机(包括PU和CU),通过高速互连网络连接起来,在统一的操作系统管理下,实现指令以上级(任务级,作业级)并行.多处理机2,多处理机的一般模型__流水线机器通过若干级流水的时间并行技术来获得高性能.阵列处理机器由多台处理机组成,每台处理机执行相同的程序.这两类机器都是执行单个程序,可对向量或数组进行运算.这种系统结构能高效地执行适合于SIMD的程序,所以这类机器对某些应用问题非常有效.若干台独立的计算机组成,每台计算机能够独立执行自己的程序.Flynn称这种结构为MIMD(多指令流多数据流)结构.在多处理机系统中,处理机与处理机之间通过互连网络进行连接,从而实现程序之间的数据交换和同步.处理机之间的连接频带比较低,一般通过输入输出接口连接.例如,IBM公司的机器,都可以通过通道到通道的连接器CTC(Channel To Channel)把两个不同计算机系统的IOP连接起来.可以通过并行口或串行口把多台计算机连接起来.例如,用串行口加一个MODEL拨号上网,也可以直接连接;多台计算机之间的连接需要有多个接口.Ethernet通过网络接口连接多台计算机.速度达10Mb,100Mb,1Gb.Mynet已经达到1.28Gb和2.56Gb.松散耦合多处理机…CPUCPU1CPUn-1LMLM1IOPIOP1互连网络LMn-1IOPn-1处理机之间共享主存储器,通过高速总线或高速开关连接. 紧密耦合多处理机…M…CPUCPU1CPUn-1MAPMAPIOPIOP1CPU-MM-IOP互连网络MAPIOPd-1MMMM1MMm-1主存储器有多个独立的存储模块.每个CPU能够访问任意一个存储器模块,需要通过映象部件MAP把全局逻辑地址变换成局部物理地址.通过互连网络寻找合适的路径,并分解访问存储器的冲突.多个输入输出处理机IOP也连接载互连网络上,输入输出设备与CPU共享主存储器. MIMD计算机,它和SIMD计算机的阵列处理机相比,有很大的差别.它们的本质差别在于并行性级别的不同: MIMD多处理机要实现任务或作业一级的并行,而SIMD阵列处理机只实现指令一级的并行.多处理机的特点1.4 计算机系统的设计技术一, 软硬件取舍1,软件与硬件实现的特点硬件实现:速度快,成本高;灵活性差,占用内存少软件实现:速度低,复制费用低;灵活性好,占用内存多理论上,有两种极端实现方法:全硬件机器,包括操作系统,高级语言,应用程序等硬件只有1位加法和分支操作,其他都用软件实现关键问题:性能与价格的关系,软硬件实现在功能上等效硬件实现的比例越来越高软件所占的成本越来越高二,从价格因素考虑的软硬件取舍另外,还要从处理机速度和国家需要等方面来考虑.结论1:经常使用的基本功能适宜用硬件实现结论2:生产台数很多时适宜用硬件实现三,从改进性能考虑的软硬件取舍1,系统设计的定量原理1).加快经常性事件的速度这是广泛采用的设计原则,使经常性事件的处理速度加快能明显提高整个系统的性能.2).Amdahl定理系统中某一部件采用某种更快的执行方式后整个系统的性能与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关.没有改进措施前执行任务时间改进措施后执行任务时间加速比=可改进部分占用时间改进前任务的执行时间Fe:总小于1改进前改进部分的执行时间改进后改进部分的执行时间.Se:总大于1(1-Fe)表示不可改进部分.改进后整个任务的执行时间Tn为:FeSeTn=T0(1- Fe+)T0是改进前的整个任务执行时间·改进后整个系统的加速比Sn为:1((1-Fe)+Sn=T0Tn=FeSe))例假设将某个系统的某个部件的处理速度加快10倍,但该部件的原处理时间仅为整个运行时间的40%,则采用加快措施后使整个系统的性能提高多少解: 由题意可知:Fe=0.4,Se=10,根据Amdahl定律,Sn=1/(0.6+0.4/10)=1/0.64≈1.563).访问的局部性原理实验表明:一个程序用90%的执行时间去执行10%的程序代码.4).CPU的性能CPU时间=(IC*CPI)/频率上式表明,CPU的性能取决于三个要素:①时钟频率;②每条指令所花的时钟周期数;③指令条数IC.时钟频率取决于硬件技术和组织;CPI取决于系统结构组织和指令集;指令数目取决于系统结构的指令集和编译技术.每条指令的平均时钟周期数CPI:CPI=CPU时钟周期数目/IC5),改进性能的主要途径面向目标代码改进:用一条指令代替一串指令方法:统计某条指令,某类指令或某个指令串的使用频度(动态和静态)增加数据传送指令的功能:增加运算型指令的功能:如函数运算指令等面向高级语言和编译程序改进:方法:统计语句使用频度例如:一般程序中赋值语句占30%以上,为此,许多处理机中设置了寄存器与寄存器,寄存器与存储器,存储器与存储器之间的成组传送指令,存储器到存储器之间的运算指令.方法:(1)增强对高级语言和编译程序支持的指令的功能(2)研制高级语言计算机面向操作系统改进:方法:系统结构设计要规整,消除例外情况寄存器定义要统一,操作要均匀,所有存储部件要对称四,计算机系统的设计方法1 从上到下的设计(层次结构中的上下).1)依据:用户的要求(包括性能及功能).方法1:由上向下(Top-Down)设计过程:由上向下面向应用的数学模型面向应用的高级语言。

计算机组装与维护实训报告一、实训背景为了提高计算机专业学生的实际操作能力，本学院安排了计算机组装与维护实训。

此次实训旨在帮助学生了解计算机组装的基本步骤，掌握计算机硬件的组成和工作原理，以及学习常见故障的排除和维修方法。

二、实训内容1. 计算机组装实训开始时，我们先学习了计算机硬件的分类和组成。

在了解了各种硬件的作用和组装方式后，我们开始实际操作。

我们按照老师的指导，一步一步地将主板、CPU、内存、硬盘、光驱等硬件组装起来。

其中，最令人感到困难的是CPU的安装和散热器的设置。

我们利用实训时间反复练习，终于掌握了技巧。

2. 硬件检测和故障排除组装好计算机后，我们进行了硬件检测。

通过BIOS自检和软件检测，我们发现了一些硬件问题，比如内存接触不好、硬盘损坏等。

在老师的指导下，我们逐步排除了这些故障，让计算机恢复正常工作。

3. 操作系统安装和优化计算机组装完毕后，我们开始操作系统的安装和优化。

我们使用了Windows 10操作系统，并按照老师的指导设置了相应的优化参数，如关闭自动更新、禁用无线网络共享等。

我们还安装了基本的软件和应用程序，并学习了一些简单的系统优化技巧。

三、实训收获通过此次实训，我们不仅掌握了计算机的组装和维护技巧，还学到了很多实用的计算机知识。

我们了解了计算机硬件的分类和组成、掌握了硬件检测和故障排除方法、熟悉了操作系统的安装和优化等方面的内容。

此外，我们还培养了良好的团队合作能力和解决实际问题的能力。

四、实训感悟在实训中，我深刻认识到了学习计算机专业的重要性。

计算机在现代社会占有越来越重要的地位，只有不断学习和提升自己，才能适应未来的发展需求。

此外，实训还让我更深刻地理解了知识的“实践重于理论”，只有将学到的知识运用到实际操作中，才能真正掌握和应用它们。

五、实训建议在实训过程中，我认为可以加强理论和实践相结合的教学方法，让学生掌握理论知识的同时能够进行实际操作。

此外，可以增加实训时间和实训场次，提高学生的实际操作能力。