系统结构第9章
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自然辩证法-第9章科学技术的体系结构
9.2 科学技术知识体系的演变
9.2.1 古代的知识结构
知识内容：经验性、直观性、离散性 表达形式：格言式的知识形式：用简短的语句表达完整的意义； 推理论证的形式初见端倪，没有成为主要的形式。 信息载体：口语为主。交流与思维的信息可用口语形式承载，用 文字记录，当时的自然哲学多数都可通过口语交流。希腊化后， 亚利山大里亚图书馆的出现，标志着文字媒介的作用开始增强。 知识结构：原始综合的“哲学”等语录集合体。 实现形式：以主体为主的实现方式，通过人的理解转化为人的行 动。
科学技术知识体系的作用： 科学技术知识体系是科学技术知识生存的家园。科学技 术知识体系之中生存着众多的学科专业，它们彼此相互 依存，共同发展。一个进入体制的知识单元，能更好地 在社会中得到生存和发展的条件，并具有较强的抵抗外 部攻击的能力。 科学技术知识体系也可能成为对衰弱知识的保护伞；也 可能为了维持结构的稳定性而阻碍新知识的生长。 科学技术知识体系从根本上决定了科学技术的社会存在 状态，影响到科学的历史走向、速度和规模。
9.4 新知识的发展途径
9.4.1 新知识的相对集中的领域： 纵横方向发展：简单到复杂、由宏观到涨观和渺 观，各学科先后相续发展。
宇观 简单 中观
复杂
复杂
微观
相关性领域：边缘学科、综合学科、横断学科。
交叉学科是指自然科学和社会科学、哲学社会科学中不同学科之 间相互渗透而出现的新生学科。新兴学科是与传统学科中的哲学、 经济学、法学、教育学、文学、历史学、管理学相对而言的，是 全球化时代和经济发展的产物。 边缘学科主要是指二门或三门学科相互交叉、渗透而在学科间的 边缘地带形成的学科。如物理学与化学结合产生了物理化学,与 生物学结合产生了生物物理学。又如教育经济学、历史地理学、 技术美学、地球化学等。 综合学科是为了解决综合的研究问题而构成的多学科相结合的学 科。如海洋科学等。 横断学科：横断科学的研究对象，不只是某一领域或某种物质， 而是横向贯穿于众多领域甚至一切领域之中。新兴的横断学科主 要有信息论、控制论、系统论、协同论、突变论、耗散布结构理 论等。
管理信息系统第9章决策支持系统(DSS)介绍
第二节 决策支持系统的组成
（一）三角式结构
用户
对话管理 子系统
用户
对话管理 子系统
数据库 管理系统
模型库 管理系统
数据库
方法库
模型库
管理系统 管理系统 管理系统
数据库
模型库
a 两库模型
数据库
方法库
模型库
b 三库模型
第二节 决策支持系统的组成
（二） 其他结构 以对话管理子系统牵头，将模型库与数据库以直线方式联 接的串连结构。 结构特点：对话子系统不直接与数据库子系统联系，而是 通过模型库子系统转达操作请求。
将数据库子系统与模型库子系统融为一体的融合式系统结 构。
结构特点： 数据库子系统与模型库子系统互不独立，既可以说是模型 库子系统建立在数据库子系统的基础上，也可以说是数据库 子系统被嵌入模型库子系统之中，模型库中的模型运行时直 接调用数据库中的数据。
第九章 决策支持系统（DSS）
思考题： 1、决策支持系统可辅助决策者解决什么类型的决策问题？ 2、决策支持系统如何定义？ 3、MIS与DSS的关系？ 3、DSS的三角式两库系统结构图？ 4、DSS的三角式三库系统结构图？
定义：DSS是一种以计算机为工具，应用 决策科学及有关学科的理论与方法，以人机交 互方式辅助决策者解决半结构化和非结构化决 策问题的信息系统。
第一节 决策支持系统（DSS）的概念
三、决策支持系统与管理信息系统的关系
主要观点有以下四种： 1、MIS是一个总概念，DSS是MIS发展的高级 阶段或高层子系统。 2、DSS是鉴于MIS的不足而推出的目标不同于 MIS的新型系统。 3、MIS是DSS的基础部分，也即DSS包括提供 决策信息的MIS，MIS是DSS的一个子系统。 4、有广义与侠义之分，就侠义而言，MIS与 DSS是不同的系统，就广义而言，DSS是MIS的分 系统。
第9章---第2节
【解析】 用二分法原理求x2－2＝0的解应用含有循环结构的程
典 例 探 究 · 提 知 能
序流程图．
【答案】 B
课 时 知 能 训 练
菜
单
新课标 ·数学（文）(广东专用)
3．下列结构图中要素之间表示从属关系的是(
自 主 落 实 · 固 基 础
)
高 考 体 验 · 明 考 情
典 例 探 究 · 提 知 能
易错辨析之十八 工序流程图出现循环回路致误
自 主 落 实 · 固 基 础
某工厂加工某种零件有三道工序：粗加工、返修加工和精加 工．每道工序完成时，都要对产品进行检验．粗加工的合格品进入精 加工，不合格品进入返修加工，返修加工的合格品进入精加工，不合 格品为废品，用流程图表示该零件的加工过程．
高 考 体 验 · 明 考 情
新课标 ·数学（文）(广东专用)
自 主 落 实 · 固 基 础
第二节 流程图与结构图
高 考 体 验 · 明 考 情
典 例 探 究 · 提 知 能
课 时 知 能 训 练
菜
单
新课标 ·数学（文）(广东专用)
自 主 落 实 · 固 基 础
高 考 体 验 · 明 考 情
典 例 探 究 · 提 知 能
课 时 知 能 训 练
【错解】 工序流程图为：
典 例 探 究 · 提 知 能 课 时 知 能 训 练
菜
单
新课标 ·数学（文）(广东专用)
自 主 落 实 · 固 基 础
错因分析：本题的解答过程中出现了循环回路现象，使工序 流程进入了“死循环”，不能正常运行．
高 考 体 验 · 明 考 情
防范措施：在绘制工序流程图时，一定不能出现几道工序首
精品PPT课件--第9章软件体系结构与设计模式
在组织形式上，框架是一个待实例化的完整系统，定义 了软件系统的元素和关系，创建了基本的模块，定义了涉 及功能更改和扩充的插件位置。典型的框架例子有MFC框 架和Struts框架。
9.1 软件体系结构的基本概念
• 体系结构的重要作用
体系结构的重要作用体现在以下三个方面 ： （1）体系结构的表示有助于风险承担者（项目干系
层次结构具有以下优点: （1）支持基于抽象程度递增的系统设计，使设计者可以把
一个复杂系统按递增的步骤进行分解。 （2）支持功能增强，因为每一层至多和相邻的上下层交
互，因此，功能的改变最多影响相邻的内外层。
9.2 典型的体系结构风格
（3）支持复用。只要提供的服务接口定义不变，同一层的 不同实现可以交换使用。这样，就可以定义一组标准 的接口，从而允许各种不同的实现方法。
9.1 软件体系结构的基本概念
2．风格
风格是带有一种倾向性的模式。同一个问题可以有不同 的解决问题的方案或模式，但我们根据经验，通常会强烈 倾向于采用特定的模式，这就是风格。
每种风格描述一种系统范畴，该范畴包括： （1）一组构件（如数据库、计算模块）完成系统需要的某
种功能； （2）一组连接件，它们能使构件间实现“通信”、“合作”
个对象的表示，而不影响其他对象。 （2）设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互
的代理程序的集合。
9.2 典型的体系结构风格
其缺点如下: （1）为了使一个对象和另一个对象通过过程调用等进行
交互，必须知道对象的标识。只要一个对象的标识 改变了，就必须修改所有其他明确调用它的对象。 （2）必须修改所有显式调用它的其他对象，并消除由此 带来的一些副作用。例如，如果A使用了对象B，C 也使用了对象B，那么，C对B的使用所造成的对A 的影响可能是料想不到的。
9.1 软件体系结构的基本概念
• 体系结构的重要作用
体系结构的重要作用体现在以下三个方面 ： （1）体系结构的表示有助于风险承担者（项目干系
层次结构具有以下优点: （1）支持基于抽象程度递增的系统设计，使设计者可以把
一个复杂系统按递增的步骤进行分解。 （2）支持功能增强，因为每一层至多和相邻的上下层交
互，因此，功能的改变最多影响相邻的内外层。
9.2 典型的体系结构风格
（3）支持复用。只要提供的服务接口定义不变，同一层的 不同实现可以交换使用。这样，就可以定义一组标准 的接口，从而允许各种不同的实现方法。
9.1 软件体系结构的基本概念
2．风格
风格是带有一种倾向性的模式。同一个问题可以有不同 的解决问题的方案或模式，但我们根据经验，通常会强烈 倾向于采用特定的模式，这就是风格。
每种风格描述一种系统范畴，该范畴包括： （1）一组构件（如数据库、计算模块）完成系统需要的某
种功能； （2）一组连接件，它们能使构件间实现“通信”、“合作”
个对象的表示，而不影响其他对象。 （2）设计者可将一些数据存取操作的问题分解成一些交互
的代理程序的集合。
9.2 典型的体系结构风格
其缺点如下: （1）为了使一个对象和另一个对象通过过程调用等进行
交互，必须知道对象的标识。只要一个对象的标识 改变了，就必须修改所有其他明确调用它的对象。 （2）必须修改所有显式调用它的其他对象，并消除由此 带来的一些副作用。例如，如果A使用了对象B，C 也使用了对象B，那么，C对B的使用所造成的对A 的影响可能是料想不到的。
人体解剖生理学课件：第9章 泌尿系统
1.尿的成分和性质
尿量：正常成人 1～2L/d；正常约1500ml/d
少尿:150—500ml/d； 无尿:100ml/d以下； 多尿:2500ml/d以上
成分：来源于血浆，水：95～97％，
固体物质：3～5％
无机物：Na, K； NaCl
有机物：尿素、肌酐、尿酸、氨、胆色素等
理化性质：淡黄色，
pH 5.0～6.0，受食物影响大。
肾门
内
侧
肾盂
缘
肾窦
肾动脉 肾静脉
肾盂
• 外侧缘隆凸，内侧缘中央部凹陷，称肾门。 有肾静脉、肾动脉、肾盂、淋巴管和神经 等出入。它们被结缔组织包裹成束，称肾 蒂。肾蒂由上到下为肾动脉、肾静脉、肾 盂。
• 由肾门深入肾实质之间的腔隙称肾窦 ，窦 内容纳肾盏、肾盂、肾血管及脂肪组织等。
1.2 位置
腹后壁，脊柱两侧；
2、肾的微细结构
• 2.1肾单位（nephron）：肾的基本功能单位， 它与集合管共同完成泌尿功能。人的每个肾 脏是由120万个肾单位组成的。
• 2.1.1 肾小体（renal corpuscle）：肾小球， 肾小囊
• 2.1.2 肾小管（renal tubule）:近端小管， 髓袢细段，远端小管
• 肾髓质在肾实质的深部，色淡，由15～20个肾 锥体组成，锥体的底朝向皮质，锥体的尖端钝圆， 伸向肾门，称为肾乳头，其顶端有许多乳头孔， 肾形成的尿液由此流入肾小盏内。
• 肾小盏为漏斗形的膜性小管，围绕肾乳头，每侧 约有7～8个肾小盏。 2～3个肾小盏合成一个肾 大盏，肾大盏约有2～3个。由肾大盏合成一个扁 平漏斗形的肾盂。肾盂出肾门后，弯向下行，移 行为输尿管。
滤过血液变稠
滤过膜和有效滤过压的情况只提供了 原尿生成的可能性，要变为现实，还 需满足时间（或血流速度）的条件。
自考《计算机系统结构》第9章精讲
第九章并⾏处理技术 本章讲述的重点内容就是阵列处理机和多处理机，对阵列机的基本结构、主要特点、以及阵列机的互连络和并⾏存储器的⽆冲突访问等内容要加强理解。
本章应掌握的概念有：阵列处理机、络拓扑结构、单级⽴⽅体络、多级⽴⽅体等。
⼀、并⾏处理技术（识记）： 并⾏性主要是指同时性或并发性，并⾏处理是指对⼀种相对于串⾏处理的处理⽅式，它着重开发计算过程中存在的并发事件。
并⾏性通常划分为作业级、任务级、例⾏程序或⼦程序级、循环和迭代级以及语句和指令级。
作业级的层次⾼，并⾏处理粒度粗。
粗粒度开并⾏性开发主要采⽤MIMD⽅式，⽽细粒度并⾏性开发则主要采⽤SIMD⽅式。
开发计算机并⾏性的⽅法主要有：资源重复、时间重叠和资源共享三种⽅法。
⼆、SIMD并⾏计算机（阵列处理机） 阵列机也称并⾏处理机。
它将⼤量重复设置的处理单元按⼀定⽅式互连成阵列，在单⼀控制部件CU（Contrul Unit）控制下对各⾃所分配的不同数据并⾏执⾏同⼀指令规定的操作，是操作并⾏的SIMD计算机。
它采⽤资源重复的措施开发并⾏性。
是以SIMD（单指令流多数据流）⽅式⼯作的。
1、阵列机的基本结构（识记） 阵列机通常由⼀个控制器CU、N个处理器单元PE（Processing Element）、M个存储模块以及⼀个互连络部件（IN）组成。
根据其中存储器模块的分布⽅式，阵列机可分为两种基本结构：分布式存储器的阵列机和共享存储器的阵列机（理解⼆者不同之处）。
阵列机的主要特点： 它采⽤资源重复的⽅法引⼊空间因素，这与利⽤时间重叠的流⽔线处理机是不⼀样的。
它是利⽤并⾏性中的同时性⽽不是并发性，所有的处理单元必须同时进⾏相同操作（资源重复同时性）（我们想象⼀下亚运会的开幕式⼤型团体操表演，每个⼈就是⼀个PE，他们听从⼀个总指挥的指令，同时进⾏⾃⼰的操作，很快地就能"计算"出⼀个结果（队形）来。
） 它是以某类算法为背景的专⽤计算机，基本上是专⽤于向量处理的计算机（某类算法专⽤机）。
计算机系统结构(第2版)郑伟明汤志忠课后习题答案以及例题收录
计算机系统结构(第2版)郑伟明汤志忠课后习题答案以及例题收录片上地址模块内部体号模式5: 4高阶交叉4低阶交叉16存储器模块每4个形成一个大模块:片上地址模块内部体号模式6: 4并行访问4低阶交叉31 0模块片上地址模块号输出选择(1)所有这些存储器可以并行工作，因此带宽可以增加一般来说，并行内存访问的优点是简单且易于实现，缺点是访问冲突大。
高阶交错存储器具有扩展方便、存取效率低的优点。
低阶交叉存取存储器可以分时方式提高速度46，但扩展不方便。
(2)各种存储器的带宽与其工作频率有关。
不考虑冲突，如果有足够多的独立控制电路和寄存器，那么它们的带宽是相同的。
(3)存储器原理图注意，并行存取存储器非常类似于低阶交叉存取存储器，除了并行存取存储器使用存储器模块号(存储体号)来选择输出结果，而低阶交叉存取存储器用于为存储器模块(存储体)生成芯片选择信号，这通过流水线操作提高了存取速度。
3.14在页面虚拟内存中，一个程序由从P1到P5的5个虚拟页面组成程序执行过程中依次访问的页面如下:P2、P3、P2、P1、P5、P2、P4、P5、P3、P2、P5、P2假设系统为该程序的主存储器分配三个页面，主存储器的三个页面分别由先进先出、先进先出和优化调度(1)绘制主内存页面条目、替换和命中的表(2)计算三种页面替换算法的页面命中率3.15(1)当分配的主内存页的数量大于或等于5时，可以达到最高的页命中率，除了第一次调入未命中，所有访问都在47: 7实际命中之后，因此可以达到的最高页命中率是H？7？0.5833 12(2)由于当页面数大于或等于5时肯定可以达到最高的命中率，让我们看看当页面数小于5时是否可以达到命中率:当由分配的主存储器页面数等于4时，调度过程如下:489 LFU算法4调用中4 5 4 5 3 4 5* 3 2调用中4 5 3 2命中1 5 3* 2调用中1 5 3 2*命中1 5 3* 2命中1 5* 3 2命中1 5 3 2命中1 5 3* 2命中1 5 3 * 2命中1 5 3 2命中1 5 3 2命中1 5 3 2命中7调用中此时也能达到最高命中率。
第9章典型传输设备介绍
本章重点华为Metro 3000 SDH设备、中兴ZXWM M900 WDM设备、中兴 ZXCTN 6200 PTN 设备、 中兴 ZXMP M820 OTN设备等的单板组成及功能。
9.1 华为Metro 3000 SDH设备
华为Metro 3000（2500+）作为华为公司Metro系 列产品之一，主要用于数据通信网络中汇接层的 业务汇聚；在骨干层业务量较小的网络应用中， 也可作为骨干层传输设备；在接入层大业务量的 网络应用中，也可以作为接ห้องสมุดไป่ตู้层传输设备。
插槽位置 5#、6#槽位 3#、4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 7#、8#槽位
9#槽位
款产品。 ZXCTN 6100做为紧凑型融合的IP传送平台，为1U高的盒式
设备，主要定位于网络接入层，可用作多业务接入设备和 边缘网关设备。 ZXCTN 6200 和 ZXCTN 6300 为机架式设备，采用基于 ASIC 的集中式分组交换架构，提供设备级关键单元冗余 保护，ZXCTN 6200 主要定位于网络接入层和小容量的汇 聚层，ZXCTN 6300主要定位于网络的汇聚层。
9.2.2 单板介绍
功率放大部分主要应用的单板有： （1）功率放大板：OBA/SDMT （2）前置放大板：OPA/SDMR （3）中继放大板：OLA （4）分布式拉曼放大板：DRA （5）遥泵放大板：ROPA 监控部分主要应用的单板有： （1）终端光监控通道：OSCT （2）线路光监控通道：OSCL （3）光性能检测板：OPM （4）光波长检测板：OWM （5）开销处理板：OHP （6）风扇控制板：FCB （7）电源监控板：PWSB （8）主控板：NCP
9.1 华为Metro 3000 SDH设备
华为Metro 3000（2500+）作为华为公司Metro系 列产品之一，主要用于数据通信网络中汇接层的 业务汇聚；在骨干层业务量较小的网络应用中， 也可作为骨干层传输设备；在接入层大业务量的 网络应用中，也可以作为接ห้องสมุดไป่ตู้层传输设备。
插槽位置 5#、6#槽位 3#、4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 1#~4#槽位 7#、8#槽位
9#槽位
款产品。 ZXCTN 6100做为紧凑型融合的IP传送平台，为1U高的盒式
设备，主要定位于网络接入层，可用作多业务接入设备和 边缘网关设备。 ZXCTN 6200 和 ZXCTN 6300 为机架式设备，采用基于 ASIC 的集中式分组交换架构，提供设备级关键单元冗余 保护，ZXCTN 6200 主要定位于网络接入层和小容量的汇 聚层，ZXCTN 6300主要定位于网络的汇聚层。
9.2.2 单板介绍
功率放大部分主要应用的单板有： （1）功率放大板：OBA/SDMT （2）前置放大板：OPA/SDMR （3）中继放大板：OLA （4）分布式拉曼放大板：DRA （5）遥泵放大板：ROPA 监控部分主要应用的单板有： （1）终端光监控通道：OSCT （2）线路光监控通道：OSCL （3）光性能检测板：OPM （4）光波长检测板：OWM （5）开销处理板：OHP （6）风扇控制板：FCB （7）电源监控板：PWSB （8）主控板：NCP
计算机系统结构多媒体教程课件_第九章 软件对系统结构的影响
9.1.1 批量处理系统
批量处理系统应用于大型科学计算，把计算程序和有 关的数据一起交给计算机系统，由输入设备将它们输 入到主存，计算机花费大量时间进行运算，计算结果 从输出设备输出。每个用户提出的一个计算任务称为 一个作业，非会话型作业可以脱机进行。
作业可以随时进入系统，存放在磁盘上形成作业队列， 操作系统将按一定的策略从作业队列中取出一个或多 个作业进入主存运行。结果也可先存放于磁盘输出井 内，待输出设备可用时再输出。
实时信息处理系统
实时信息处理系统接收来自终端的服务 请求，在短时间内（例如几秒）对用户 作出正确回答。事务处理的实时性还在 于使数据库及时更新，以包含最新信息。 典型应用是机票预定、银行事务处理、 资料查询、军事指挥等方面。所以，实 时信息处理系统的体系结构要求有很完 整的存储层次，有响应极快的中断系统， 有完善的通道结构，有很好的容错能力。
9.1.2 单用户交互式系统
用户将命令发给操作系统或正在运行的程序， 并且能立即收到它们的响应或输出结果。 由于系统是与人进行交互，所以系统追求的主 要性能指标是响应时间（即用户发出命令到 开始看到输出结果的时间间隔），它应保证 在人可以容忍的等待时间范围内。 单用户交互式系统的主机为个人计算机
9.1.3 分时操作系统
第9章 软件对系统结构的影响
概论
计算机系统是硬件和软件有机地结合在 一起而组成的。它们相辅相成，缺一不 可。现代计算机的发展，使软、硬件之 间的相互依赖、相互支持、相互渗透更 为明显。
9 .1 ຫໍສະໝຸດ 作系统的影响操作系统的目的主要有两个：一是方便 用户，是用户与裸机之间的界面；二是 提高资源利用率，管理好资源的分配和 回收，合理地组织计算机系统的工作流 程，使各种资源能协调有效地工作，以 完成各种应用任务。
西门子数控系统结构及应用(SINUMERIK 840D sl)最新版教学课件第9章
（4）载入调试存档 在“菜单”——>“调试”——>“调试存档”界面下选择“载入调试存
档”后，出现选择调试存档的对话框，按照备份的日期及类型进行选择恢复。 例如：想要恢复保存的0804_2_ALL_OK1.arc备份文档，按照前述方式进入调 试存档界面后，按上下键选择对应的文档，按“确认”键。系统会弹出需要 恢复的存档类型，有NCK、PLC、驱动、HMI，与之前保存的数据一一对应。 数据恢复过程中，NCK会重新启动一次，最终按“确认”键完成载入存档的 全部工作，如图9-10所示。
图9-14 硬盘备份及路径选择
4）设置“Disk Backup”选项参数 Split image size（拆分硬盘镜像的大小）：可将硬盘镜像分成特定大小 的多个文件。 Compress image（激活压缩或选择压缩率）：可将硬盘镜像压缩，比较 高的压缩度会相应地缩小文件大小，但将延长压缩或解压缩所需的时间。 系统在默认情况下，选项参数是激活状态的，默认单个文件大小为 2000MB，压缩选项为High compression (Size)，按照此参数大小做出的镜像 文件，如图9-15所示。
图9-9 调试文档存储位置
建立调试文档经验分享： 1.四类调试存档可以单独备份，也可以整体打包备份。建议两种备份方
法都使用，在恢复数据时可以有针对性进行工作； 2.驱动数据有两种保存格式类型： ACX是一种二进制格式，备份文件使用常用文字处理软件打开后显示乱
码； ASCII格式可以使用wordpad强制打开，可以看到驱动数据； 3.HMI数据有两种保存方式：全部保存及分类保存。在分类保存下可以
图9-10 载入调试存档
（5）单项数据备份 在特定需求下，需要对某一项数据单独进行备份，如螺距补偿数据、刀
第9章专家系统
人机界面
推理机
解释模块
知识库
动专家系统的理想结构
9.2 专家系统的结构
9.2.2 实际结构
上面介绍的专家系统结构，是专家系统的概念模型，或者说是只强调知识和推理 这一只要特征的专家系统结构。在实际问题中往往不仅需要推理，而且还要做一些其 它处理。例如，图9.3所示的实际结构可以看出，专家系统只作为整个系统的一个模 块嵌套在一个实际的应用系统中。
9.4 专家系统的设计与实现
9.4.7 系统结构设计
系统构成技术被称为人工智能的三大技术之一。所以，一个专家系统来讲，其 系统结构就显得非常重要。 一般来讲，系统结构设计模式有诸如独立式(一个“纯”专家模块)、混合式、 集中式、分布式、层次式以及“黑板模型”等。
9.4.8 人机界面设计
人机界面对于一个实用专家系统(特别是咨询型知识系统)来说至关重要。一个 专家系统一般有两个人机界面：一个是面向系统开发和维护者的；一个是面向最终 使用者的。
9.1专家系统的概念
9.1.3 专家系统的类型
1.按用途分类 按用途分类，专家系统可分为：诊断型、解释型、预测型、设计型、规划型、控制型、 调度型等几种类型。 2.按输出结果分类 按输出结果分类，专家系统可分为分析型和设计型。 3.按知识表示分类 按知识表示分类，可分为基于产生式规则的专家系统、基于一阶谓词的专家系统、基 于框架的专家系统、基于语义网络的专家系统等。 4.按知识分类 按专家系统分类，专家系统又可分为精确推理型和不精确推理型。 5.按技术分类 按采用的技术分类，专家系统可分为符号推理专家系统和神经网络专家系统。 6.按规模分类 按规模分类，可分为大型协同式专家系统和微专家系统。 7.按结构分类 可分为集中式和分布式，单机型和网络型。
推理机
解释模块
知识库
动专家系统的理想结构
9.2 专家系统的结构
9.2.2 实际结构
上面介绍的专家系统结构，是专家系统的概念模型，或者说是只强调知识和推理 这一只要特征的专家系统结构。在实际问题中往往不仅需要推理，而且还要做一些其 它处理。例如，图9.3所示的实际结构可以看出，专家系统只作为整个系统的一个模 块嵌套在一个实际的应用系统中。
9.4 专家系统的设计与实现
9.4.7 系统结构设计
系统构成技术被称为人工智能的三大技术之一。所以，一个专家系统来讲，其 系统结构就显得非常重要。 一般来讲，系统结构设计模式有诸如独立式(一个“纯”专家模块)、混合式、 集中式、分布式、层次式以及“黑板模型”等。
9.4.8 人机界面设计
人机界面对于一个实用专家系统(特别是咨询型知识系统)来说至关重要。一个 专家系统一般有两个人机界面：一个是面向系统开发和维护者的；一个是面向最终 使用者的。
9.1专家系统的概念
9.1.3 专家系统的类型
1.按用途分类 按用途分类，专家系统可分为：诊断型、解释型、预测型、设计型、规划型、控制型、 调度型等几种类型。 2.按输出结果分类 按输出结果分类，专家系统可分为分析型和设计型。 3.按知识表示分类 按知识表示分类，可分为基于产生式规则的专家系统、基于一阶谓词的专家系统、基 于框架的专家系统、基于语义网络的专家系统等。 4.按知识分类 按专家系统分类，专家系统又可分为精确推理型和不精确推理型。 5.按技术分类 按采用的技术分类，专家系统可分为符号推理专家系统和神经网络专家系统。 6.按规模分类 按规模分类，可分为大型协同式专家系统和微专家系统。 7.按结构分类 可分为集中式和分布式，单机型和网络型。
第9章 结构化系统分析(SSA)
• 结构化方法的基本思想：
– 自顶向下、逐步求精的策略
– 目标明确、成果规范的阶段
– 层次清楚、体系严谨的结构
– 形象直观、清晰易懂的表达。
•小阶段:
– 立题调查与可行性研究 – 现状调查、分析与评价 – 目标分析－－构思新系统逻辑模型 •目的: 明确系统应该做些什么，即系统应对哪些信息 做哪些存储、变换与传递，具备哪些功能。 •成果：系统分析规格说明书即系统任务书，核心是新 系统的逻辑模型 – 再造后的业务流程图(BPD)
• １．初步调查目的：初步收集信息，进一步细化用 户需求，了解组织机构、人员、设备、业务流程与 处理等方面的情况，为可行性研究作准备。
• 2. 初步调查的主要内容 • （1）调查用户需求书中所涉及的内容，如用户需
求相关的的管理体制、管理基础与管理功能，发展 战略与未来的发展规划；现行信息系统的运行状态， 技术条件与水平；新系统的实现目标与要求。 • （2）了解相关的组织机构，绘制用户需求相关的 组织机构图简图。 • （3）了解用户需求相关的主要业务流程，给出其 业务流程图简图。
第9章
结构化系统分析 (SSA)
• MIS的系统调查与分析，简称系统分析，是 管理信息系统开发工作的一个重要环节。结构 化系统分析与设计方法（Structured System Analysis and Design，简称SSA&D）是在 Dijkstra等人提出的结构化程序设计(SP)思想 基础上发展而来。它吸取了以前在系统开发中 的经验教训，提出了结构化的开发方法，对信 息系统的发展起了巨大的推动作用。
• 3. 调查的方式方法 • （1）收集查阅有关资料。这在立题调查中是最基
本的。 • （2）发调查答卷收集意见，召开调查会。 • （3）实地观察。 • ４．调查成果 • 调查记录及相关资料汇总，初步调查报告，有关
– 自顶向下、逐步求精的策略
– 目标明确、成果规范的阶段
– 层次清楚、体系严谨的结构
– 形象直观、清晰易懂的表达。
•小阶段:
– 立题调查与可行性研究 – 现状调查、分析与评价 – 目标分析－－构思新系统逻辑模型 •目的: 明确系统应该做些什么，即系统应对哪些信息 做哪些存储、变换与传递，具备哪些功能。 •成果：系统分析规格说明书即系统任务书，核心是新 系统的逻辑模型 – 再造后的业务流程图(BPD)
• １．初步调查目的：初步收集信息，进一步细化用 户需求，了解组织机构、人员、设备、业务流程与 处理等方面的情况，为可行性研究作准备。
• 2. 初步调查的主要内容 • （1）调查用户需求书中所涉及的内容，如用户需
求相关的的管理体制、管理基础与管理功能，发展 战略与未来的发展规划；现行信息系统的运行状态， 技术条件与水平；新系统的实现目标与要求。 • （2）了解相关的组织机构，绘制用户需求相关的 组织机构图简图。 • （3）了解用户需求相关的主要业务流程，给出其 业务流程图简图。
第9章
结构化系统分析 (SSA)
• MIS的系统调查与分析，简称系统分析，是 管理信息系统开发工作的一个重要环节。结构 化系统分析与设计方法（Structured System Analysis and Design，简称SSA&D）是在 Dijkstra等人提出的结构化程序设计(SP)思想 基础上发展而来。它吸取了以前在系统开发中 的经验教训，提出了结构化的开发方法，对信 息系统的发展起了巨大的推动作用。
• 3. 调查的方式方法 • （1）收集查阅有关资料。这在立题调查中是最基
本的。 • （2）发调查答卷收集意见，召开调查会。 • （3）实地观察。 • ４．调查成果 • 调查记录及相关资料汇总，初步调查报告，有关
直升机结构与系统第9章
《直升机结构与系统》 第九章 设备和装饰
9.3 直升机吊挂设备
9.3.1 载物设备
直升机主要用于在特定区域执行特殊的运载飞行任务，一般任务包括： ①沙漠、森林或其他野外区域； ②海洋巡查和执法以及为海上石油生产基地提供服务； ③只能垂直进入/退出的地形； ④救护/救援任务。
9.2.2 救生设备
1．救生筏系统 （1）有关规定 • 航空条例规定，直升机上携带的救生衣和救生
筏等设备必须足够供机上所有成员使用，如图 9—6 所示。这一规定同样适用于携带超过20 名乘客的海上飞行的直升机。乘员超过 20 名 的直升机必须装备至少有两个救生筏。
《直升机结构与系统》 第九章 设备和装饰
《直升机结构与系统》 第九章 设备和装饰
（6）座椅的维护 1）机组座椅 • 必须检查其外观状况、安全性和清洁性维护手册中规定了安全带的检查方式：可调节的 座椅必须检查其可调节的所有功能。 2）乘客座椅 • 乘客座椅的检查必须按照维护手册的规定进行。
3．隔板 直升机客舱内部的隔板一般用玻璃纤维等复合材料制成，用于将客舱和货舱隔离开来。
• 救生筏内附带的物品包括： ①一个维修工具包，包括有舀水勺，人工充气设备，渗漏堵塞器等； ②一个海洋锚，避免漂流； ③两个救生筏之间的连接绳索； ④划桨或一些其他在水上推进用的工具；⑤保护幸存者的一些设备（防风、盐、寒冷和热侵 蚀的设备）； ⑥防水的手电筒； ⑦手提式无线电 航空信标； ⑧饮用水和食品。
3．救生筏检查和修理 救生筏除了上述提到的振动损伤外，执行定期的检查和维护。
4．救生衣和救生筏的储存 救生筏和救生衣必须按照部件厂家规定的要求存放 根据适航要求，救生筏和救生衣上应至少有以下一些标记，如救生筏或救生衣的型号和 序列号、充气测试和预计定期检查的日期、大修检查的日期、测试的日期。每次储藏期 限一般为自上次检查后6个月，到期需要继续储存，则必须再做相应的检查。
精品文档-计算机组成与系统结构(裘雪红)-第9章
分析Omega网络为此提供的连接路径。
解 我们利用图9.15来说明Omega网络的寻径过程。
第9章 并行体系结构
6
2. 协处理器 协处理器(Coprocessor)是为减轻主处理器负担、协助主处
理器完成特定工作的专用处理器，通过主处理器和协处理器的 并行工作使计算机的速度得到提高。
第9章 并行体系结构
7
3. 多处理器 所有的CPU共享公共内存的并行计算机称为多处理器系统，
如图9.2(a)所示。运行在多处理器上的所有进程能够共享映射 到公共内存的单一虚拟地址空间。任何进程都能通过执行LOAD 或者STORE指令来读或写一个内存字，其余工作由硬件来完成。
(4) 多指令流多数据流(Multiple Instruction-stream Multiple Data-stream，MIMD)。
第9章 并行体系结构
13
图 9.3 计算机分类
第9章 并行体系结构
14
9.3 阵列处理机和向量处理机
9.3.1 阵列处理机 阵列处理机属于分布式内存SIMD(DM-SIMD)系统，它由许多
第9章 并行体系结构
11
9.2 计算机体系结构的分类
Flynn于1966年提出了一种今天仍有价值的对所有计算机进 行分类的简单模型，这种分类模型可以为计算机系统设计制定 一个框架，这就是1.4.1节中介绍的Flynn分类法。
第9章 并行体系结构
12
根据被调用的数据流和指令流的并行度，Flynn分类法将计 算机归为以下四类:
在不同数据集合上执行同样指令序列、完成同样功能的完全相 同的处理器组成。阵列处理机中的处理器共享一 个控制器(所以它不是通常意义上的独立CPU)，控制器发布指令， 指令由处理器阵列中的处理器执行。因为阵列机中的所有处理 器是以步调一致的方式工作的，所以处理器之间不 需要同步，这就大大简化了这种系统的设计。
计算机组成与系统结构
32
• 比较典型而常用的寻址方式
1．隐含寻址 2．立即寻址 3．直接寻址 4．间接寻址 5．寄存器寻址和寄存器间接寻址 6．相对寻址 7．基址寻址 8．变址寻址 9．块寻址 10．段寻址
33
1．隐含寻址
• 不是明显地给出操作数的地址，而是在指 令中隐含着操作数的地址 • 累加寄存器AC对单地址指令格式来说是隐 含地址
• CAI演示
37
5．寄存器寻址和寄存器间接寻址
• 寄存器寻址
– 当操作数不放在内存中，而是放在CPU的通 用寄存器中时，可采用寄存器寻址方式 – 此时指令中给出的操作数地址是通用寄存器的 编号 – 指令结构中的RR型指令，就是采用寄存器寻 址方式的例子
• 寄存器间接寻址
– 指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操 作数的地址，该地址指明的操作数在内存中
41
9．块寻址
• 在指令中指出数据块的起始地址（首地址） 和数据块的长度（字数或字节数） • 经常用于数据块传送（复制和移动）
42
10．段寻址
• 由一个基地址（CPU中的段寄存器）再加 上某些寄存器提供的偏移量来形成实际的 物理地址
– 寄存器-存储器（RS）型指令
• 既要访问内存单元，又要访问寄存器
22
4.2.3 指令字长度
• 指令字长度
– 一个指令字中包含二进制代码的位数
• 机器字长
– 计算机能直接处理的二进制数据的位数 – 机器字长通常与主存单元的位数一致
23
• 单/半/双字长指令
– 单字长指令
• 指令字长度等于机器字长度的指令
30
2．跳跃寻址方式
• 当程序转移执行的顺序时，指令的寻址就采取跳 跃寻址方式
– 所谓跳跃，是指下条指令的地址码不是由程序计数器 给出，而是由本条指令给出
• 比较典型而常用的寻址方式
1．隐含寻址 2．立即寻址 3．直接寻址 4．间接寻址 5．寄存器寻址和寄存器间接寻址 6．相对寻址 7．基址寻址 8．变址寻址 9．块寻址 10．段寻址
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1．隐含寻址
• 不是明显地给出操作数的地址，而是在指 令中隐含着操作数的地址 • 累加寄存器AC对单地址指令格式来说是隐 含地址
• CAI演示
37
5．寄存器寻址和寄存器间接寻址
• 寄存器寻址
– 当操作数不放在内存中，而是放在CPU的通 用寄存器中时，可采用寄存器寻址方式 – 此时指令中给出的操作数地址是通用寄存器的 编号 – 指令结构中的RR型指令，就是采用寄存器寻 址方式的例子
• 寄存器间接寻址
– 指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操 作数的地址，该地址指明的操作数在内存中
41
9．块寻址
• 在指令中指出数据块的起始地址（首地址） 和数据块的长度（字数或字节数） • 经常用于数据块传送（复制和移动）
42
10．段寻址
• 由一个基地址（CPU中的段寄存器）再加 上某些寄存器提供的偏移量来形成实际的 物理地址
– 寄存器-存储器（RS）型指令
• 既要访问内存单元，又要访问寄存器
22
4.2.3 指令字长度
• 指令字长度
– 一个指令字中包含二进制代码的位数
• 机器字长
– 计算机能直接处理的二进制数据的位数 – 机器字长通常与主存单元的位数一致
23
• 单/半/双字长指令
– 单字长指令
• 指令字长度等于机器字长度的指令
30
2．跳跃寻址方式
• 当程序转移执行的顺序时，指令的寻址就采取跳 跃寻址方式
– 所谓跳跃，是指下条指令的地址码不是由程序计数器 给出，而是由本条指令给出
8,9第八章拱结构第九章薄壳结构
(3)利用拉杆来承受水平推力 利用拉杆来承受水平推力 在拱脚处设置钢杆， 在拱脚处设置钢杆，利用钢杆受拉从而抵抗拱 的推力(图 的推力 图8—5a、b)。这种解决办法传力路线最 、 。 简短， 简短，在拱结构的范围内直接解决推力问题面不致 将推力传给支承拱的结构构件上。钢杆因为受拉、 将推力传给支承拱的结构构件上。钢杆因为受拉、 这样处理的拱故也称“拉杆拱” 这样处理的拱故也称“拉杆拱”。拉杆拱因为推力 问题可在拱本身独立解决， 问题可在拱本身独立解决，故拉杆拱普遍用于屋盖 结构上。 结构上。 为了避免拉杆在自重作用下严重下垂，通常设 为了避免拉杆在自重作用下严重下垂， 置吊杆以维持拉杆的水平依置(图 置吊杆以维持拉杆的水平依置 图8—5a、b)。 、 。
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三、钢筋混凝土大拱的施工方案
出于拱的外表面 出于拱的外表面是空间曲面，所以大拱施工时的模板 间曲面， 放样、 位和控制的难度大；拱的总重达 总重达3000t以上。 以上。 放样、定位和控制的难度大；拱的总重达 以上 如果用常规搭架的方法浇筑混凝土， 如果用常规搭架的方法浇筑混凝土，搭架材料的消耗和 其他费用很大；施工要求很高． 其他费用很大；施工要求很高．质量与安全问题也难于 保证。 保证。 因此，在结构设计阶段，就对施工方法、 因此，在结构设计阶段，就对施工方法、施工阶段 应力变形的控制与监测、安全等方面作了系统的研究， 应力变形的控制与监测、安全等方面作了系统的研究， 构思了一个“钢管混凝土半刚性骨架 钢管混凝土半刚性骨架”的无支架施工空间 构思了一个 钢管混凝土半刚性骨架 的无支架施工空间 大拱的方法。 大拱的方法。 这一方法的要点是：先制作一个钢管混凝土 这一方法的要点是：先制作一个钢管混凝土拱形骨 作为施工期间的承重支架． 架．作为施工期间的承重支架．大拱的模板就直接悬挂 在这个骨架上 大拱的混凝土浇筑完毕后， 在这个骨架上；大拱的混凝土浇筑完毕后，这个骨架就 久留在混凝土内，作为大拱的劲性配筋，如图8—20 永久留在混凝土内，作为大拱的劲性配筋，如图 图8—21所示。 所
第9章DWDM技术概述
DWDM技术就是为了充分利用单模 光纤损耗区（1 550 nm）带来的巨大带宽 资源，根据每一信道光波的频率或波长不 同，将光纤的低损耗窗口划分为若干个信 道，把光波作为信号的载波.
在发送端采用波分复用器（合波器）
将不同规定波长的信号光载波合并起来送 入一根光纤进行传输，在接收端再由一波 分复用器（分波器）将这些不同波长承载 不同信号的光载波分开。
但是，要实现WDM传输，需要许多 与其作用相适应的高新技术和器件，其中 包括光源、光分波合波器、光放大器、光 线路技术以及监控技术等。
（1）WDM传输系统用的光源 （2）光合波/分波技术 （3）光放大器 （4）光纤技术
6．DWDM的发展与应用
(１)DWDM发展的三个阶段 （2）DWDM的发展方向
① 光分插复用器（OADM） ② 光交叉连接设备（OXC） ③ 可变波长激光器 ④ 全光再生器
9.1.3 DWDM技术的主要特点
1．超大容量传输 2．节约光纤资源 3．各通路透明传输、平滑升级扩 容方便 4．充分利用成熟的TDM技术
5．利用掺饵光纤放大器 （EDFA）实现超长距离传输
6．对光纤的色散无过高要求 7．可组成全光网络
（3）对于同一个终端设备，收、发 波长可以占用一个相同的波长。
2．单纤双向传输
单纤双向传输DWDM系统是指光通 路同时在一根光纤上有两个不同的传输方 向，如图9-8所示，所用波长相互分开，因 此这种传输允许单根光纤携带全双工通路。
图9-8 单纤双向DWDM传输系统原理图
与双纤单向DWDM系统相比，单纤 双向DWDM系统可以减少光纤和线路放大 器的数量。
9.2 DWDM系统结构
9.2.1 DWDM系统结构
DWDM系统的基本结构和工作原理 如图9-4所示。
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在达到既定目标的前提下，把注意力 集中在获取更高的性能价格比上。
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27/35
9.4.3 LAMP
使用低成本、小配置（2～8个处理器）的SMP来 构建机群系统逐渐成为主流。
这种结构的系统被统称为CLUMPs
（CLUster of MultiProcessors）
由于SMP结点内部与SMP结点之间通信能力往往 不一致，CLUMPs一般使用专门的通信协议和通 信算法。
主要目的：提供与结点个数成正比的负载能力 要求：机群能够根据系统中各个结点的负载情 况实时地进行任务分配。 专门设置了一个重要的监控结点，负责监控其 余每个工作结点的负载和状态，并根据监控结 果将任务分派到不同的结点上。 适合大规模网络应用
如Web服务器或FTP服务器、大工作量的串行或批 处理作业（如数据分析）
机群系统的优点:
系统开发周期短
结点采用商品化的PC机、工作站，通过商用网络连接。
系统开发的重点：通信子系统和并行编程环境
可靠性高
每个结点都是独立的PC机或工作站
可扩缩性强
机群的计算能力随着结点数量的增加而增大 机群结构灵活（结点之间以松耦合方式连接） 机群系统的硬件容易扩充和替换，可以灵活配置。 湖南科技大学 计算机学院 戴祖雄 14/35
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28/35
LAMP（Local Area MultiProcessor）
由NEC实验室构建，基于Pentium Pro PC机、 SMP机群
共有16个结点
每个结点包含两个Pentium Pro 200 MHz的CPU 以及256 MB内存。
操作系统使用了支持SMP的Linux 2.0.34内核 版本，提供MPICH 1.1.0并行程序开发环境。 同一个SMP结点内的两个CPU之间采用基于共享 存储器的消息传递机制进行通信，而结点间通 信则通过Myrinet完成。
2002.11 2003.6 93 18.6% 2006.11 361 72.2% 149 29.8%
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4/35
9.1 机群的基本概念和结构
9.1.1 机群的基本概念和结构
机群
一种价格低廉、易于构建、可扩缩性极强的并 行计算机系统。 由多台同构或异构的独立计算机通过高性能网 络或局域网互连在一起，协同完成特定的并行 计算任务。 从用户的角度来看，机群就是一个单一、集中 的计算资源。
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15/35
随着PVM、MPI、HPF、OpenMP等并行编程模型 的应用与成熟，使得在机群系统上开发并行应 用更加方便。
机群的不足之处
由于机群由多台完整的计算机组成，它的维 护相当于要同时去管理多个计算机系统，因此 维护工作量较大，维护费用也较高。
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目标
1G Flops的计算处理能力和10 GB的存储容量 价格不能过高
一个具有16个结点的机群
（Thomas Sterling与Don Becker二人构建）
硬件：Intel的DX4处理器以及10 Mbps的以太网 软件：基于Linux系统以及其他一些GNU软件
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24/35
无服务器文件系统xFS
一个无服务器的分布式文件系统。 将文件服务的功能分布到机群的所有结点上， 以提供低延迟高带宽的文件系统服务功能。 主要采用廉价冗余磁盘阵列、协同文件缓存和 分布式管理等技术。
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25/35
9.4.2 Beowulf
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5/35
一个简单PC机群的逻辑结构
4台PC机通过交换机连接在一起。
NIC表示网络接口，PCI表示I/O总线。 这是一种无共享的结构，大多数机群都采用这种结
构。
如果将下图中的交换机换为共享磁盘，则可以得到
共享磁盘的机群系统结构。
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26/35
将这个系统命名为Beowulf
这种基于COTS（Commodity Off The Shelf）思
想的技术也迅速由NASA传播到其他科研机构。 这类机群被称为Beowulf机群。 （Beowulf Class Cluster Computers）
Beowulf并不是一Байду номын сангаас具体的软件包或是一种 新的网络拓扑结构，它只是一种思想。
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11/35
单一作业管理系统
用户可以透明地从任一结点提交作业，作业可以以批
处理、交互或并行的方式被调度执行。 PBS、LSF、Condor和JOSS都是目前比较具有代表性的 作业管理系统。
并行编程模型以及相关的并行编程环境
比较流行的并行编程工具： MPI、PVM、OpenMP、HPF
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19/35
负载均衡机群适用于提供静态数据的服务；而 高可用性机群既适用于提供静态数据的服务， 又适用于提供动态数据的服务。
高性能计算机群
主要目的：降低高性能计算的成本 它通过高速的商用互连网络，将数十台乃至上 千台PC机或工作站连接在一起，可以提供接近 甚至超过传统并行计算机系统的计算能力，但 其价格却仅是具有相同计算能力的传统并行计 算机系统的几十分之一。
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22/35
主动消息
实现低开销通信的一种异步通信机制 基本思想
在消息头部控制信息中携带一个用户级子例程
（称作消息处理程序）的地址。 当消息头到达目的结点时，调用消息处理程序通 过网络获取剩下的数据，并把它们集成到正在进 行的计算中。 主动消息相当高效和灵活，以至于各种系统都逐 渐地用它作为基本的通信机制。
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21/35
9.4 典型机群系统简介
9.4.1 Berkeley NOW
美国加州大学Berkeley分校开发 优点：
采用商用千兆以太网和主动消息通信协议 支持有效的通信。 通过用户级整合机群软件GLUNIX提供单一 系统映象、资源管理和可用性，开发了一 种新的无服务器网络文件系统xFS，以支 持可扩缩性和单一文件层次的高可用性。
6/35
CPU
Cache 存储器
CPU
Cache 存储器
NIC
PCI
NIC
PCI
Switch
CPU
Cache 存储器
CPU
Cache 存储器
NIC
PCI
NIC
PCI
一个包含4个结点的简单PC机群
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构成机群的每台计算机都被称为一个结点。
每个结点都是一个完整的系统，拥有本地磁盘 和操作系统，可以作为一个单独的计算资源供 用户使用。 除了PC机外，机群的结点还可以是工作站，甚 至是规模较大的对称多处理机。
第9章 机群计算机
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1/35
9.1 机群的基本概念和结构 9.2 机群的特点 9.3 机群的分类
9.4 典型机群系统简介
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2/35
目前流行的高性能并行计算机系统结构通常 可以分成5类：
并行向量处理机（PVP） 对称多处理机（SMP） 大规模并行处理机（MPP） 分布共享存储多处理机（DSM） 机群（Cluster）
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29/35
当系统中某个结点由于软、硬件故障而失效时，
该结点上的任务将在最短的时间内被迁移到机群 内另一个具有相同功能与结构的结点上继续执行。 对于用户而言，系统可以一直为其提供服务。
适用于Web服务器、医学监测仪、银行POS 系统等要求持续提供服务的应用。
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18/35
负载均衡机群
性能价格比高 用户编程方便
机群的迅猛发展还得益于微处理器技术、网络 技术和并行程序设计技术的进步。
微处理器技术的进步使得微处理器的性能不断 提高，价格不断下降 。 机群系统更容易融和到已有的网络系统中，而 且随着网络技术的进步和高性能通信协议的引 入，机群结点间的通信带宽进一步提高，通信 延迟进一步缩短，逐步缓解了由于结点松散耦 合引起的机群系统通信瓶颈问题。
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23/35
GLUNIX
运行在工作站标准UNIX上的一个软件层， 属于自包含软件。 主要思想
机群操作系统应由底层和高层组成。
其中底层是执行在核模式下的结点商用操作系统，
高层是能提供机群所需的一些功能的用户级操作 系统。 特别地，这一软件层能够提供机群内结点的单一 系统映象，使得所有的处理器、存储器、网络容 量和磁盘带宽均可以被分配给串行和并行应用。
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20/35
按照构建方式将机群分为：
（一种比较常用的分类方法）
专用机群
吞吐率较高，响应时间较短。 专用机群的结点往往是同构的，一般采用集中控制，
由一个（或一组）管理员统一管理，而且用户一般需 要通过一台终端机来访问它。
企业机群
各结点之间一般通过标准的LAN或WAN互连 通信开销较大、延迟较长 企业机群的各个结点一般是异构的
16/35
9.3 机群的分类
根据组成机群的各个结点和网络是否相同，分 为：
同构、异构
根据结点是PC还是工作站，分为：
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9.4.3 LAMP
使用低成本、小配置（2～8个处理器）的SMP来 构建机群系统逐渐成为主流。
这种结构的系统被统称为CLUMPs
（CLUster of MultiProcessors）
由于SMP结点内部与SMP结点之间通信能力往往 不一致，CLUMPs一般使用专门的通信协议和通 信算法。
主要目的：提供与结点个数成正比的负载能力 要求：机群能够根据系统中各个结点的负载情 况实时地进行任务分配。 专门设置了一个重要的监控结点，负责监控其 余每个工作结点的负载和状态，并根据监控结 果将任务分派到不同的结点上。 适合大规模网络应用
如Web服务器或FTP服务器、大工作量的串行或批 处理作业（如数据分析）
机群系统的优点:
系统开发周期短
结点采用商品化的PC机、工作站，通过商用网络连接。
系统开发的重点：通信子系统和并行编程环境
可靠性高
每个结点都是独立的PC机或工作站
可扩缩性强
机群的计算能力随着结点数量的增加而增大 机群结构灵活（结点之间以松耦合方式连接） 机群系统的硬件容易扩充和替换，可以灵活配置。 湖南科技大学 计算机学院 戴祖雄 14/35
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LAMP（Local Area MultiProcessor）
由NEC实验室构建，基于Pentium Pro PC机、 SMP机群
共有16个结点
每个结点包含两个Pentium Pro 200 MHz的CPU 以及256 MB内存。
操作系统使用了支持SMP的Linux 2.0.34内核 版本，提供MPICH 1.1.0并行程序开发环境。 同一个SMP结点内的两个CPU之间采用基于共享 存储器的消息传递机制进行通信，而结点间通 信则通过Myrinet完成。
2002.11 2003.6 93 18.6% 2006.11 361 72.2% 149 29.8%
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9.1 机群的基本概念和结构
9.1.1 机群的基本概念和结构
机群
一种价格低廉、易于构建、可扩缩性极强的并 行计算机系统。 由多台同构或异构的独立计算机通过高性能网 络或局域网互连在一起，协同完成特定的并行 计算任务。 从用户的角度来看，机群就是一个单一、集中 的计算资源。
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15/35
随着PVM、MPI、HPF、OpenMP等并行编程模型 的应用与成熟，使得在机群系统上开发并行应 用更加方便。
机群的不足之处
由于机群由多台完整的计算机组成，它的维 护相当于要同时去管理多个计算机系统，因此 维护工作量较大，维护费用也较高。
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目标
1G Flops的计算处理能力和10 GB的存储容量 价格不能过高
一个具有16个结点的机群
（Thomas Sterling与Don Becker二人构建）
硬件：Intel的DX4处理器以及10 Mbps的以太网 软件：基于Linux系统以及其他一些GNU软件
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无服务器文件系统xFS
一个无服务器的分布式文件系统。 将文件服务的功能分布到机群的所有结点上， 以提供低延迟高带宽的文件系统服务功能。 主要采用廉价冗余磁盘阵列、协同文件缓存和 分布式管理等技术。
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9.4.2 Beowulf
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一个简单PC机群的逻辑结构
4台PC机通过交换机连接在一起。
NIC表示网络接口，PCI表示I/O总线。 这是一种无共享的结构，大多数机群都采用这种结
构。
如果将下图中的交换机换为共享磁盘，则可以得到
共享磁盘的机群系统结构。
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将这个系统命名为Beowulf
这种基于COTS（Commodity Off The Shelf）思
想的技术也迅速由NASA传播到其他科研机构。 这类机群被称为Beowulf机群。 （Beowulf Class Cluster Computers）
Beowulf并不是一Байду номын сангаас具体的软件包或是一种 新的网络拓扑结构，它只是一种思想。
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单一作业管理系统
用户可以透明地从任一结点提交作业，作业可以以批
处理、交互或并行的方式被调度执行。 PBS、LSF、Condor和JOSS都是目前比较具有代表性的 作业管理系统。
并行编程模型以及相关的并行编程环境
比较流行的并行编程工具： MPI、PVM、OpenMP、HPF
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负载均衡机群适用于提供静态数据的服务；而 高可用性机群既适用于提供静态数据的服务， 又适用于提供动态数据的服务。
高性能计算机群
主要目的：降低高性能计算的成本 它通过高速的商用互连网络，将数十台乃至上 千台PC机或工作站连接在一起，可以提供接近 甚至超过传统并行计算机系统的计算能力，但 其价格却仅是具有相同计算能力的传统并行计 算机系统的几十分之一。
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主动消息
实现低开销通信的一种异步通信机制 基本思想
在消息头部控制信息中携带一个用户级子例程
（称作消息处理程序）的地址。 当消息头到达目的结点时，调用消息处理程序通 过网络获取剩下的数据，并把它们集成到正在进 行的计算中。 主动消息相当高效和灵活，以至于各种系统都逐 渐地用它作为基本的通信机制。
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9.4 典型机群系统简介
9.4.1 Berkeley NOW
美国加州大学Berkeley分校开发 优点：
采用商用千兆以太网和主动消息通信协议 支持有效的通信。 通过用户级整合机群软件GLUNIX提供单一 系统映象、资源管理和可用性，开发了一 种新的无服务器网络文件系统xFS，以支 持可扩缩性和单一文件层次的高可用性。
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CPU
Cache 存储器
CPU
Cache 存储器
NIC
PCI
NIC
PCI
Switch
CPU
Cache 存储器
CPU
Cache 存储器
NIC
PCI
NIC
PCI
一个包含4个结点的简单PC机群
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构成机群的每台计算机都被称为一个结点。
每个结点都是一个完整的系统，拥有本地磁盘 和操作系统，可以作为一个单独的计算资源供 用户使用。 除了PC机外，机群的结点还可以是工作站，甚 至是规模较大的对称多处理机。
第9章 机群计算机
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9.1 机群的基本概念和结构 9.2 机群的特点 9.3 机群的分类
9.4 典型机群系统简介
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目前流行的高性能并行计算机系统结构通常 可以分成5类：
并行向量处理机（PVP） 对称多处理机（SMP） 大规模并行处理机（MPP） 分布共享存储多处理机（DSM） 机群（Cluster）
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当系统中某个结点由于软、硬件故障而失效时，
该结点上的任务将在最短的时间内被迁移到机群 内另一个具有相同功能与结构的结点上继续执行。 对于用户而言，系统可以一直为其提供服务。
适用于Web服务器、医学监测仪、银行POS 系统等要求持续提供服务的应用。
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负载均衡机群
性能价格比高 用户编程方便
机群的迅猛发展还得益于微处理器技术、网络 技术和并行程序设计技术的进步。
微处理器技术的进步使得微处理器的性能不断 提高，价格不断下降 。 机群系统更容易融和到已有的网络系统中，而 且随着网络技术的进步和高性能通信协议的引 入，机群结点间的通信带宽进一步提高，通信 延迟进一步缩短，逐步缓解了由于结点松散耦 合引起的机群系统通信瓶颈问题。
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GLUNIX
运行在工作站标准UNIX上的一个软件层， 属于自包含软件。 主要思想
机群操作系统应由底层和高层组成。
其中底层是执行在核模式下的结点商用操作系统，
高层是能提供机群所需的一些功能的用户级操作 系统。 特别地，这一软件层能够提供机群内结点的单一 系统映象，使得所有的处理器、存储器、网络容 量和磁盘带宽均可以被分配给串行和并行应用。
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按照构建方式将机群分为：
（一种比较常用的分类方法）
专用机群
吞吐率较高，响应时间较短。 专用机群的结点往往是同构的，一般采用集中控制，
由一个（或一组）管理员统一管理，而且用户一般需 要通过一台终端机来访问它。
企业机群
各结点之间一般通过标准的LAN或WAN互连 通信开销较大、延迟较长 企业机群的各个结点一般是异构的
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9.3 机群的分类
根据组成机群的各个结点和网络是否相同，分 为：
同构、异构
根据结点是PC还是工作站，分为：