第二次_体系结构概述与调用返回体系结构
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02325计算机系统结构计算机系统结构第1章计算机系统结构的基本概念1.1计算机系统的多级层次结构计算机系统的多级层次结构 1.2计算机系统结构、组成与实现1.2.1结构、组成、实现的定义与内涵内涵1.2.2计算机系统结构、组成和实现三者的相互影响现三者的相互影响1.3软硬件取舍与计算机系统设计思路思路1.3.1软硬件取舍的基本原则软硬件取舍的基本原则1.3.2计算机系统的设计思路计算机系统的设计思路1.4结构设计要解决好软件的可移植性植性1.4.1统一高级语言统一高级语言1.4.2采用系列机采用系列机1.4.3模拟与仿真模拟与仿真1.5应用与器件的发展对系统结构的影响的影响1.5.1应用的发展对系统结构的影响1.5.2器件的发展对系统结构的影响1.6系统结构中的并行性发展及计算机系统的分类算机系统的分类1.6.1并行性概念并行性概念1.6.2并行处理系统的结构与多机系统的耦合度系统的耦合度1.6.3计算机系统的分类计算机系统的分类第2章数据表示与指令系统章数据表示与指令系统2.1数据表示数据表示2.1.1数据表示与数据结构数据表示与数据结构2.1.2高级数据表示高级数据表示2.1.3引入数据表示的原则引入数据表示的原则2.1.4浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择处理方法的选择2.2寻址方式寻址方式2.2.1寻址方式分析寻址方式分析2.2.2逻辑地址与主存物理地址逻辑地址与主存物理地址 2.3指令格式的优化设计指令格式的优化设计2.3.1操作码的优化操作码的优化2.3.2指令字格式的优化指令字格式的优化2.4按CISC方向发展与改进指令系统系统2.4.1面向目标程序优化实现改进2.4.2面向高级语言优化实现改进2.4.3面向操作系统优化实现改进2.5按RISC方向发展与改进指令系统系统2.5.1 RISC的提出的提出2.5.2设计RISC的原则的原则2.5.3设计RISC结构用的基本技术2.5.4 RISC技术的发展技术的发展第3章总线、中断与输入输出系统中断与输入输出系统 3.1输入输出系统的基本概念输入输出系统的基本概念3.2总线设计总线设计3.2.1总线的类型总线的类型3.2.2总线的控制方式总线的控制方式3.2.3总线的通讯技术总线的通讯技术3.2.4数据宽度与总线线数数据宽度与总线线数3.3中断系统中断系统3.3.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.2中断系统的软硬件功能分配3.4通道处理机通道处理机 3.4.1工作原理工作原理3.4.2通道流量的分析通道流量的分析第4章存储体系章存储体系4.1存储体系概念与并行主存系统4.1.1发展存储体系的必要性发展存储体系的必要性4.1.2并行主存系统频宽的分析并行主存系统频宽的分析4.1.3存储体系的形成与分支存储体系的形成与分支4.1.4存储体系的性能参数存储体系的性能参数4.2虚拟存储器虚拟存储器4.2.1不同的虚拟存储管理方式不同的虚拟存储管理方式4.2.2页式虚拟存储器的构成页式虚拟存储器的构成4.2.3页式虚拟存储器实现中的问题4.3高速缓冲高速缓冲(Cache)(Cache)(Cache)存储器存储器存储器4.3.1基本结构基本结构4.3.2地址的映象与变换地址的映象与变换4.3.3替换算法的实现替换算法的实现4.3.4 Cache存储器的透明性及性能分析性能分析第5章重叠、流水和向量处理机章重叠、流水和向量处理机5.1重叠方式重叠方式5.1.1基本思想和一次重叠基本思想和一次重叠5.1.2相关处理相关处理5.2流水方式流水方式5.2.1基本概念基本概念5.2.2流水线处理机的主要性能流水线处理机的主要性能5.2.3流水机器的相关处理和控制机构机构5.3向量的流水处理与向量流水处理机理机5.3.1向量的流水处理向量的流水处理5.3.2向量流水处理机向量流水处理机5.4指令级高度并行的超级处理机5.4.1超标量处理机超标量处理机5.4.2超长指令字超长指令字(VLIW)(VLIW)(VLIW)处理机处理机处理机5.4.3超流水线处理机超流水线处理机第6章阵列处理机章阵列处理机6.1阵列处理机原理阵列处理机原理6.1.1阵列处理机的基本构形阵列处理机的基本构形6.1.2阵列处理机的特点阵列处理机的特点6.2阵列处理机的并行算法阵列处理机的并行算法6.2.1 ILLIACⅣ的处理单元阵列结构结构6.2.2阵列处理机的并行算法举例6.3 SIMD计算机的互连网络计算机的互连网络6.3.1互连网络的设计目标及互连函数函数6.3.2基本的单级互连网络基本的单级互连网络6.3.3多级互连网络多级互连网络6.4并行存储器的无冲突访问并行存储器的无冲突访问6.5并行处理机举例并行处理机举例6.5.1 MPP位平面阵列处理机位平面阵列处理机6.5.2 CM连接机连接机第7章多处理机章多处理机7.1多处理机的特点及主要技术问题7.2多处理机的硬件结构多处理机的硬件结构7.2.1紧耦合和松耦合紧耦合和松耦合7.2.2机间互连形式机间互连形式7.3程序并行性程序并行性7.3.1并行算法并行算法7.3.2程序并行性的分析程序并行性的分析7.3.3并行程序设计语言并行程序设计语言7.4多处理机的性能多处理机的性能7.4.1任务粒度与系统性能任务粒度与系统性能7.4.2性能模型与分析性能模型与分析7.5多处理机的操作系统多处理机的操作系统7.5.1主从型操作系统主从型操作系统7.5.2各自独立型操作系统各自独立型操作系统7.5.3浮动型操作系统浮动型操作系统第8章其它计算机结构章其它计算机结构8.1脉动阵列机脉动阵列机8.1.1脉动阵列结构的原理和特点8.1.2通用的脉动阵列结构通用的脉动阵列结构8.2大规模并行处理机MPP与机群系统系统8.2.1大规模并行处理机MPP8.2.2机群系统机群系统8.3数据流机数据流机8.3.1数据驱动的概念数据驱动的概念8.3.2数据流程序图和语言数据流程序图和语言8.3.3数据流计算机的结构数据流计算机的结构8.3.4数据流机器存在的问题数据流机器存在的问题8.4归约机归约机8.5智能机智能机8.5.1智能信息处理与智能机智能信息处理与智能机8.5.2智能机的结构和机器语言智能机的结构和机器语言★翻译和解释的区别和联系?区别:区别:翻译是整个程序转换,翻译是整个程序转换,翻译是整个程序转换,解释解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句。
软件开发基本知识一、软件的概念1、软件:是计算机系统中与硬件相互依存的部分,它包括程序、数据及相关文档的完整集合。
其中程序-是按照事先设计的功能和性能的要求执行的指令序列数据-是使程序正常操纵信息的数据结构文档-是程序开发、维护和使用有关的图文资料2、软件分类(按功能划分)系统软件:如操作系统、数据库管理系统、设备驱动程序等支撑软件:协助用户开发软件的工具性软件,如微软可视化开发平台工具应用软件:为特定目的服务的软件,如财务管理软件。
二、软件工程和软件开发1、 软件工程一系列完善的工程化原则。
软件工程是为经济地获得能够在实际机器上有效运行的可靠软件而建立和使用的一系列完善的工程化原则。
软件工程是开发、运行、维护和修复软件的系统方法。
1983年,IEEE(电气和电子工程师学会)作出定义,软件工程是开发、运行、维护和修复软件的系统方法。
软件定义为:计算机程序、方法、规则、相关的文档资料以及在计算机上运行时所必须的数据。
主要思想是强调软件开发过程需要英语工程化的原则。
2、 软件的生存周期按照软件工程的过程(plan, do,check, action)即软件规格说明、软件开发、软件确认,软件演进,进一步展开,软件的生存周期包括6个阶段(1) 制定计划(2) 需求分析(3) 软件设计(4) 程序编写(5) 软件测试(6) 运行和维护3、 软件开发开发阶段有三个相互关联的步骤组成,即设计、实现(编码)、测试。
三、各个阶段的目标和主要工作制定计划管理层面的内容。
制定待开发软件系统的总目标,给出它的功能、性能、可靠性以及接口等方面的要求;研究完成该项软件任务的可行性,探讨解决问题的可能方案;制定开发实施计划,可行性研究报告。
需求分析对待开发软件提出的需求进行分析并给详细定义出需求分析的目标:是深入描述软件的功能和性能,确定软件设计的约束、软件同其它系统元素的接口细节,分析阶段只确定软件系统要“做什么”,“怎么做’有后续的设计阶段完成。
软件设计与体系结构总结体系结构概要1.软件开发知识的半衰期为3年2.⽀持软件⼯程的根基在于质量关注点• 软件⼯程过程和实践的通⽤原则主要是:– ①为最终⽤户提供价值,– ②保持简洁,– ③维护可见的东西(产品和计划),– ④认识(必须理解别⼈将消费你所⽣产的产品),– ⑤⾯向未来,– ⑥计划复⽤,以及⑦认真思考3. 关于软件⼯程原则指导实践的核⼼原则:(1)指导过程的原则、(2)指导实践的原则指导框架活动的原则:沟通原则、策划原则、建模原则、构造原则、部署原则建模原则:1.敏捷模型建模原则、2. 需求建模原则、3. 设计建模原则4. 软件的三个设计层次:体系结构级,代码级,执⾏级\5. 软件体系结构的定义(1)Dewayne Perry和A1ex Wolf这样定义:软件体系结构是具有⼀定形式的结构化元素,即构件的集合,包括处理构件、数据构件和连接构件。
处理构件负责对数据进⾏加⼯,数据构件是被加⼯的信息,连接构件把体系结构的不同部分组合连接起来。
这⼀定义注重区分构件,这⼀⽅法在其他的定义和⽅法中基本上得到保持。
\6. 在体系结构的层次上,相关的系统级别的问题包括了容量、吞吐量、⼀致性、构件的兼容性等。
7.体系结构的设计原则: 1.抽象原则 2.分⽽治之 3.封装和信息隐蔽原则 4.模块化原则 5.⾼内聚低耦合 5.关注点分离 6.策略和实现分离策略 7.接⼝和实现分离原则\8. 请解释需求⼯程需求⼯程(Requirement Engineering,RE)是指致⼒于不断理解需求的⼤量任务和技术。
从软件过程的⾓度来看,需求⼯程发⽣在与客户沟通活动和为⼀般的软件过程定义的建模活动过程中,其任务是为设计和构建活动建⽴⼀个可靠坚固的基础,它必须适应过程、项⽬、产品和⼈员⼯作的需要。
需求⼯程在设计和构造之间建⽴起联系的桥梁。
9.需求⼯程过程通过执⾏七个不同的活动来实现:起始、导出、精化、协商、规格说明,确认和管理,其中起始、导出和精化属于项⽬的起始阶段下⾯这组问题有助于理解为什么导出需求这么困难:范围问题:理解问题:易变问题。
调用和返回体系结构的应用好嘞,今天咱们聊聊“调用和返回体系结构”,这个听起来有点拗口的概念。
别看名字复杂,里面的道理特别简单,就像咱们平常生活中打电话一样。
想象一下,你在家里接到一个电话,哦,来电的是你最好的朋友,简直就是天上掉下来的馅饼啊!你一听她的声音,心里就开始琢磨,得赶紧回应啊。
这种感觉,跟计算机里的调用和返回可是一模一样的。
说到调用,简单来说,就是咱们发出一个请求,比如你要去找个资料,或者想要进行某个操作。
计算机就像一个热情的客服,立马开始工作。
想象一下,电脑里面的程序就像一只勤快的小蜜蜂,飞来飞去,忙得不可开交。
每次你发出一个调用,程序就会像被点燃的火焰,迅速响应。
这时候,计算机就像那位积极的朋友,认真倾听你的需求,努力帮你找到你想要的答案。
而说到返回,就好比你等了半天,终于等到那位朋友告诉你答案。
哇,那一刻,简直就是“柳暗花明又一村”的感觉!计算机完成工作后,会把结果传回给你,这个过程就叫返回。
在这个环节,程序的表现就像个好学生,按照要求把答案整整齐齐地送回来。
想象一下,如果你的朋友跟你说:“嘿,我找到了!你想要的就在这里!”那种满足感,简直让人乐开了花。
这里面还有一些小插曲呢。
比如,有时候你打电话时对方没接,或者电话线断了,这时候就尴尬了。
计算机也会遇到这样的情况,调用成功了,但返回的时候出错了,搞得你一头雾水。
这种情况可能让人觉得有点哭笑不得。
不过,程序员们可没闲着,他们会设计一些机制来处理这些“意外情况”,让整个过程顺畅得就像在喝水一样。
更有意思的是,调用和返回之间的关系就像一场舞蹈。
你发出请求,计算机回应,接着你又要根据结果做出新的决策。
这个循环就像跳舞时的步伐,时而快,时而慢,变化无常,但总能让人感受到节奏。
想象一下,跟着音乐的节拍,你在地上翩翩起舞,偶尔还得转身,这样的感觉,绝对是充满活力的!这个体系结构的应用可不止是在计算机内部,生活中随处可见。
比如,咱们点外卖的过程。
第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构:按照计算机语言从低级到高级的次序,把计算机系统按功能划分成多级层次结构,每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为:微程序机器级,传统机器语言机器级,汇编语言机器级,高级语言机器级,应用语言机器级等。
虚拟机:用软件实现的机器。
翻译:先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序,然后再在这低一级机器上运行,实现程序的功能。
解释:对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令,都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后,再去高一级机器取下一条语句或指令,再进行解释执行,如此反复,直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构:传统机器程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中,把这种本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成:计算机系统结构的逻辑实现,包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现: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。
系统加速比:对系统中某部分进行改进时,改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律:当对一个系统中的某个部件进行改进后,所能获得的整个系统性能的提高,受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理:程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的,而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI:每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件:由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序,用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机:冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中,机器一旦启动,就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序,自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机:由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
软件体系结构风格 ⾸先,我们需要先明确⼀个概念,什么叫软件体系结构的风格?定义便是:描述某⼀特定应⽤领域中系统组织⽅式的惯⽤。
即,定义了⽤于描述系统的术语表和⼀组指导构建系统的规则。
这⽅便了软件⼤粒度的重⽤。
因此,当⼈们使⽤常⽤的,规范的⽅式来组织时,即可使别的设计师很容易理解系统的体系结构。
下⾯是⼀些常⽤的软件体系结构风格 (⼀)经典软件体系结构风格 1.数据流风格:批处理序列,管道与过滤器 2.调⽤/返回风格:主程序与⼦程序,⾯向对象风格,层次结构 3.独⽴构件风格:进程通信,事件系统 4.虚拟机风格:解释器,基于规则的系统 5.仓库风格:数据库系统,超⽂本系统,⿊板系统 (⼆)客户/服务器风格 通过⼀台物理上与宿主机相连接的⾮智能终端来实现宿主机上的应⽤程序。
C/S软件体系结构是基于资源不对等,且为实现共享⽽提出的 (三)三层C/S结构风格 表⽰层负责处理⽤户的输⼊和向⽤户输出; 功能层负责建⽴数据库的连接,根据⽤户的请求⽣成访问数据库的SQL语句,并把结构返回给客户端 数据层负责实际的数据库存储和检索,相应功能层的数据处理请求,并将结构返回给功能层 (四)浏览/服务器风格 是上述三层C/S应⽤结构的⼀种实现⽅式,其具体结构为:浏览器/Web服务器/数据库服务器 (五)公共对象请求代理体系结构 使对象可以透明地发出请求和获得应答,从⽽建⽴起⼀个异质的分布式应⽤环境 (六)正交软件体系结构 由组织曾和线索的构件构成。
层是由⼀组具有相同抽象级别的构件构成。
线索是⼦系统的特例,由完成不同层次功能的构件组成。
每⼀条线索完成整个系统中相对独⽴的⼀部分功能。
每条线索的实现与其他线索的实现⽆关或关联很少,在同⼀层中不存在相互调⽤。
计算机系统结构1. 介绍计算机系统结构是计算机科学与技术中的重要内容之一,它涉及到计算机组成原理、系统结构、指令系统、硬件设计和软件编程等多个方面。
在计算机科学的学习过程中,深入理解计算机系统结构对于提升专业水平和技术能力都具有重要意义。
在本文中我将予以深入探讨。
2. 计算机系统结构概述计算机系统结构是指计算机硬件系统以及与之相关的软件系统的总体结构和运行机制。
它包括计算机硬件的组成、相互关系、工作原理、运行机制以及相关的软件系统。
计算机系统结构的学习既需要理论知识的学习,也需要实际操作的经验积累。
它是计算机科学与技术学科中的基础课程,也是其他高级课程的基础。
3. 计算机系统结构的重要性计算机系统结构对于计算机科学专业的学习非常重要。
它不仅关系到计算机硬件系统的组成和工作原理,还关系到计算机软件系统的运行机制。
在实际工作中,对计算机系统结构的深入理解能够为我们设计和开发计算机系统提供重要的指导和支持。
它也是进行系统性能优化和故障排除的重要基础。
4. 我对计算机系统结构的个人观点和理解在我看来,深入理解计算机系统结构对于计算机科学与技术专业的学生来说是至关重要的。
在学习过程中,我们不仅应该注重理论知识的学习,还应该注重实践操作的积累。
只有理论联系实际,才能更好地掌握计算机系统结构相关的知识和技能。
我认为要想真正掌握计算机系统结构,我们还需要不断地进行知识更新和学习,紧跟行业的发展和变化。
5. 总结回顾通过本文的探讨,我们对计算机系统结构有了更深入的了解。
我们了解了它的概述、重要性以及个人观点和理解。
在今后的学习和工作中,希望我们能够不断学习和提高自己的技能,将理论与实践相结合,不断提升自己在计算机系统结构领域的能力和水平。
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6. 计算机系统结构的基本原理计算机系统结构的基本原理是指计算机硬件系统和软件系统的组成、运行机制和相互关系。
构件间的三种依赖关系
一、体系结构定义及重要性
答:一个程序和计算机系统软件体系结构是指系统的一个或多个结构。
结构中包括软件的构件,构件的外部可见属性以及他们之间的相互关系;
重要性:(1)软件体系结构的表示有助于对计算机系统感兴趣的各方开展交流;
(2)体系结构突出了早期设计决策,这些决策对随后的所有软件工程工作有深远的影响,同时对系统作为一个可运行实体的最后成功有重要作用;
(3)体系结构“构建了一个相对小的,易于理解的模型,该模型描述了系统如何构成以及其构件如何一起工作”;
二、数据设计目标
答:把分析模型中定义的数据对象转化成软件构件级的数据结构,并且在必要时转化为应用程序级的数据库体系结构;
三、体系结构风格的组成要素、风格分类
答:每个风格描述了一个系统类别,包含:(1)一组完成系统所需功能的构件;(2)一组使功能构件间通信、协调及合作的连接器;(3)定义如何集成构件已构成系统的约束条件;(4)以及使得设计者能够理解系统整体性质的定义模式;
风格分类:(1)以数据为中心的体系结构;(2)数据流体系结构;(3)调用和返回体系结构;
(4)面向对象体系结构;(5)层次体系结构;
四、体系结构模式:
答:并发性,持久性,分布性
五、体系结构的复杂性:
答:考虑体系结构中的构件间的依赖关系,这些依赖关系是由系统的信息/控制流驱动的。
三种类型的依赖:
(1)共享依赖:表示在使用相同资源的消费者间或为相同消费者生产的生产者之间的依赖关系;
(2)流依赖:表示资源的生产者和消费者间的依赖关系;
(3)约束依赖:表示在一组活动相关控制流上的约束。