第八部分多计算机系统-资料
计算机系统组成与层次结构解析
计算机系统组成与层次结构解析计算机系统是由各个组成部分相互协作而形成的，它是一个复杂而庞大的系统。
计算机系统的组成主要包括硬件系统、操作系统和应用软件，并按照一定的层次结构来组织和管理。
本文将对计算机系统的组成和层次结构进行深入解析。
一、硬件系统1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行各种命令和控制计算机的运行。
CPU主要由控制单元和算术逻辑单元组成，通过控制单元对外部输入进行解析和判断，并指挥算术逻辑单元进行数据处理和运算。
2. 存储器存储器用来存储计算机的指令和数据，分为主存和辅助存储器两种。
主存储器是计算机运行时的临时存储空间，辅助存储器则用于永久性地存储大量的数据和程序。
3. 输入输出设备输入输出设备用于计算机与外界进行数据交换。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等，输出设备则包括显示器、打印机和声音播放器等。
二、操作系统操作系统是计算机系统中的核心软件，它负责管理和调度计算机的各个硬件资源，提供公共服务和接口。
操作系统的功能包括进程管理、文件管理和存储管理等。
1. 进程管理操作系统通过进程管理来管理计算机上运行的各个程序。
它负责分配和回收计算机的处理器资源，并确保各个进程按照优先级合理地运行。
2. 文件管理文件管理是操作系统负责管理计算机上的文件和目录结构。
它提供了文件的创建、读取、写入和删除等功能，并通过文件系统来组织和存储文件。
3. 存储管理存储管理是操作系统负责管理计算机存储器的一项重要任务。
它负责为进程和文件分配空间，并进行存储空间的回收和整理。
三、应用软件应用软件是计算机系统的最高层次，它通过操作系统提供的接口与硬件进行交互，并为用户提供各种功能和服务。
1. 办公软件办公软件包括文字处理软件、电子表格软件和演示文稿软件等，它们为用户提供了创建、编辑和展示各种办公文档的功能。
2. 图形图像处理软件图形图像处理软件主要用于编辑和处理图形和图像。
它们提供了各种绘图和编辑工具，使用户能够创建和修改各种类型的图形和图像。
计算机组成原理 白中英 第三版(完整版)第八章输入输出系统
1．如果认为CPU等待设备的状态信号是处于非工作状态（即踏步等待），那么在下面几种主机与设备之间的数据传送中：（）主机与设备是串行工作的；（）主机与设备是并行工作的；（）主程序与设备是并行运行的。
A．程序查询方式 B. 程序中断方式 C. DMA方式解： A C B2．中断向量地址是_____。
A．子程序入口地址 B. 中断服务程序入口地址C．中断服务程序入口地址指示器 C. 例行程序入口地址解： C3．利用微型机制作了对输入数据进行采样处理的系统。
在该系统中，每抽取一个输入数据就要中断CPU一次，中断处理程序接受采样的数据，将其放到主存的缓冲区内。
该中断处理需时x 秒，另一方面缓冲区内每存储n个数据，主程序就将其取出进行处理，这种处理需时y秒。
因此该系统可以跟踪到每秒_____次的中断请求。
A．N/(n×x+y) B. N/(x+y)×n C. Min(1/x, n/y)解： A4．采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个____的时间。
A．指令周期 B. 机器周期C. 存储周期D. 总线周期解： C5．通道的功能是：（1）________，（2）______。
按通道的工作方式分，通道有______通道、_______通道和______通道三种类型。
解：（1）执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输；（2）执行CPU的I/O指令，以及向CPU报告中断。
选择通道、字节多路通道、数组多路通道6．在教科书图8.7中，当CPU对设备B的中断请求进行服务时，如设备A提出请求，CPU能够响应中断吗？为什么？如果设备B一提出请求总能立即得到服务，问怎样调整才能满足此要求？解：（1）CPU不能响应中断（2）因为同级中断不能嵌套，而A、B设备属于同级中断（3）如果想要设备B一提出请求即能得到服务，则应该使设备B为最高优先级，这里可将设备 B单独接至3级IR，处于最高优先级。
8．设某机有5级中断：L0，L1，L2，L3，L4，其中断响应优先次序为：L0最高，L1次之，L4最低。
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• 3. 集群系统的通信技术 • (1)现有集群一般是使用商用以太网连
接，通信协议使用的TCP/IP.集群通信具 有以下缺点： • 网络通信频宽低 • 多层结构的TCP/ICP协议处理开销大 • 协议复杂的缓冲管理增加了网络延迟 • 操作系统的额外开销
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• (2) 提高集群通信效率的方法 • 采用新型高速网络以提高网络通信频宽 • 目前出现了多种新型的高速网络，如
共享介质型的快速以太网和基于开关型 的ATM和Myrinet，极大地提高了通信频 宽。 • 设计新的通信协议以降低通信延迟 ▪ ①在用户空间实现通信协议:直接对网 络硬件设备进行必要的操作，减少通信 数据的拷贝次数，提高通信效率；二是 减少对操作系统调用的额外时间开销； 三是用户态协议可根据用户的实际应用 2021/1/4需求来设计，减少协议不必要的冗余。
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• 单一系统映像（Single System Image，SSI ）
• 1.单一入口点：用户连接到集群而不是某个 具体结点；
• 2.单一文件系统：用户看到单个目录和文件 层次；
• 3.单一作业管理系统：用户可以透明地从任 一结点提交作业，作业能在整个集群系统中 透明地竞争资源。
• 4.单控制点：用户可以从控制工作站单点控
• 静态调度在高度并行环境下不够均衡 不准确，造成资源利用不足
• 动态调度会给集群带来额外的计算开 销
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• 5. 集群系统并行程序设计环境
• （1）PVM(Parallel Virtual Machine,并行 虚拟机)
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• 负载均衡
• 负载平衡就是将各个任务均衡得分布到集 群系统的各处理结点，以充分利用系统资源 ，提高各结点的利用率和整个系统的吞吐率 。
计算机体系结构(张晨曦)第8章_PPT
共享数据的复制
不仅降低了访存的延迟，也减少了访问共享数 据所产生的冲突。
一般情况下，小规模多处理机采用硬件的方法来 实现Cache的一致性。
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8.2 对称式共享存储器系统结构
1. Cache一致性协议 在多个处理器中用来维护一致性的协议。
发送消息，请求传递数据或对数据进行操作； 远程进程调用(RPC，Remote Process Call)
目的处理器接收到消息以后，执行相应的操作或代替 远程处理器进行访问，并发送一个应答消息将结果返 回。
同步消息传递
请求处理器发送一个请求后一直要等到应答结果才继续运行。
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8.1 引 言
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8.1 引 言
1. 第一个挑战 有限的并行性使机器要达到好的加速比十分困难。
例8.1 假设想用100个处理器达到80的加速比，求原计算程 序中串行部分最多可占多大的比例？ 解 Amdahl定律为
加速比＝ 1 可加速部分比例 ＋（ －可加速部分比例） 1 理论加速比
80＝
1 并行比例 ＋（ －并行比例） 1 100
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8.2 对称式共享存储器系统结构
多个处理器共享一个存储器。 当处理机规模较小时，这种计算机十分经济。
教材中图8.1是这种计算机的一个简单示意图。
支持对共享数据和私有数据的Cache缓存
私有数据供一个单独的处理器使用，而共享数据 则是供多个处理器使用。
共享数据进入Cache产生了一个新的问题 Cache的一致性问题
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计算机操作系统第八章作业及答案
惠州学院刘宇芳2015 1、目前常用的外存有哪几种组织方式？(1) 连续组织方式。
为每一个文件分配一组位置相邻接的盘块，由此形成的文件物理结构是顺序式的文件结构。
(2) 链接组织方式。
为每个文件分配一组位置离散的盘块，通过给每个盘块设置一个指针，将属于同一个文件的盘块链接在一起，链接的顺序和文件的逻辑页的顺序一致。
由此形成的文件物理结构是链接文件。
(3) 索引组织方式。
为每个文件分配一组位置离散的盘块，为每个文件建立一个物理结构的索引表，记录分配给该文件的物理盘块，以及这些盘块和文件逻辑页顺序的对应关系。
由此形成的文件物理结构是索引文件。
10、为了快速访问，又易于更新，当数据为以下形式时，应选择何种文件组织方式：(1) 不经常更新，经常随机访问：顺序文件结构。
(2) 经常更新，经常按一定顺序访问：显式链接文件结构。
(3) 经常更新，经常随机访问：索引文件结构。
14有一计算机系统利用P277图8-19所示的位示图来管理空闲盘块。
盘块的大小为1K。
现要为某文件分配两个盘块，试说明盘块的具体分配过程。
(1) 顺序检索位示图，找到第一个空闲块，它的i=3，j=3；(2) 计算第一个盘块的编号：b=16*(3-1)+3=35(3) 将第35号盘块分配给申请的文件，将位示图中的第3行第3列单元置0。
(4) 顺序检索位示图，找到下一个空闲块，它的i=4，j=7；(5) 计算第一个盘块的编号：b=16*(4-1)+7=55(6) 将第55号盘块分配给申请的文件，将位示图中的第4行第7列单元置0。
17、可以从哪几个方面来提高对文件的访问速度？(1) 改进文件的目录结构以及检索目录的方法来减少对目录的查找时间；(2) 选择好的文件存储结构；(3) 提高磁盘的I/O速度，能将文件中的数据块快速地从磁盘传送到内存，或相反。
计算机系统组成完整版PPT课件
计算机系统具有数据处理、信息存 储、通信和控制等功能，广泛应用 于各个领域。
计算机系统发展历程
第一代计算机（1940s-1950s）
采用电子管作为基本元件，体积庞大且效率低下。
第二代计算机（1950s-1960s）
采用晶体管作为基本元件，提高了运算速度和可靠性。
第三代计算机（1960s-1970s）
计算机系统组成完整版PPT课件
目录
• 计算机系统概述 • 计算机硬件系统 • 计算机软件系统 • 计算机系统结构 • 计算机系统性能指标与评价 • 计算机系统选购与维护 • 计算机系统安全与防护 • 总结与展望
01
计算机系统概述
计算机系统定义与功能
定义
计算机系统是由硬件、软件和数据 等要素组成，能够执行特定功能或 任务的综合体。
密性和完整性。常见的加密技术包括对称加密、非对称加密和混合加密。
02
身份认证
验证用户身份的过程，以确保只有合法用户能够访问系统资源。常见的
身份认证方法包括用户名/密码、数字证书、生物特征识别等。
03
访问控制
根据用户的身份和权限，限制其对系统资源的访问和操作，防止未经授
权的访问和数据泄露。
防火墙与入侵检测
02
计算机硬件系统
详细讲解了计算机硬件系统的组成， 包括中央处理器、存储器、输入输
出设备等。
04
计算机系统性能指标
介绍了计算机系统性能指标的评价 标准，如CPU速度、内存容量、硬
盘容量等。
技术发展趋势
人工智能与机器学习
随着人工智能和机器学习技术的不断发展，计算机系统将 更加智能化，能够自主学习和优化。
CPU的性能指标
02
2023版人教版八年级上册信息技术知识整理
2023版人教版八年级上册信息技术知识
整理
第一章：计算机基础知识
- 计算机硬件与软件的概念与区别
- 计算机的主要组成部分
- 计算机的分类与应用领域
- 计算机系统的层次结构与工作原理
第二章：计算机网络与互联网
- 计算机网络的基本概念
- 互联网的起源与发展
- 互联网的组成与功能
- 常用的网络设备与协议
第三章：信息安全与个人隐私保护
- 信息安全的重要性与威胁
- 常见的信息安全攻击与防范措施
- 个人隐私的保护方法和注意事项
第四章：常用办公软件与应用
- 办公软件的概念与分类
- 常用办公软件的功能与应用场景
- Word 文档的编辑与排版技巧
- Excel 表格的数据处理与公式运算
- PowerPoint 幻灯片的制作与演示技巧
第五章：多媒体与图像处理
- 多媒体技术的基本概念与特点
- 图像处理软件的功能与应用
- 常用图像格式与图像压缩技术
第六章：信息获取与利用
- 信息的分类与特点
- 信息获取的途径与方法
- 信息的筛选、整理与利用技巧
以上是关于2023版人教版八年级上册信息技术知识的整理内容。
希望对你的研究有所帮助。
注：本文档内容仅供参考，具体内容以教材为准。
多计算机系统课件
边缘计算的发展趋势
随着物联网和5G技术的普及，边缘计 算将在多计算机系统中发挥越来越重要
的作用。
边缘计算将实现数据处理和分析的本地 化，降低数据传输成本，提高响应速度
和降低时延。
边缘计算的发展将促进多计算机系统在 智能家居、智能安防、智能制造等领域
的应用。
量子计算对多计算机系统的影响
随着量子计算技术的不断发展，多计算机系统将面临新的挑战和机遇。
数据备份与恢复
定期备份数据，以防止数据丢 失，并能够快速恢复。
安全审计与监控
对系统进行安全审计，及时发 现和应对安全威胁。
系统稳定性与可靠性
负载均衡
合理分配系统资源，确保各计算机节点负载 均衡，提高系统整体稳定性。
故障检测与恢复
实时监测系统状态，快速定位和解决故障， 确保系统持续运行。
容错与冗余设计
云计算
云计算是一种基于互联网的计算方式，它通过虚拟化技术将硬件资源（ 如服务器、存储设备、数据库等）转化为云服务，供用户按需使用。
云计算可以降低企业的IT成本，提高资源利用率，实现灵活扩展和快速 部署。
云计算需要解决数据安全、隐私保护、服务质量保障等问题，以确保用 户数据的安全和服务的可靠性。
大数据处理
多计算机系统中的各个计算机可以分布在 不同的地理位置，实现分布式计算。
资源共享
协同工作
多计算机系统中的各个计算机可以共享彼 此的硬件和软件资源，提高资源利用率。
多计算机系统中的各个计算机可以协同工 作，共同完成复杂的任务或目标。
分类与组成
分类
多计算机系统可以根据连接方式 、规模、功能等不同标准进行分 类。
组成
多计算机系统通常由多个节点（ 计算机）和通信网络组成。节点 可以是同构或异构的，通信网络 可以是有线或无线的。
生产系统学-8计算机集成制造系统
ห้องสมุดไป่ตู้ 第二节 CIMS组成原理
3．单元层控制系统 这一层负责安排零件分批通过工作站的顺序和管 理物料储运、检验及其它有关辅助性工作，其规 划时间可从几小时到几周。单元层控制系统设有 3个模块：
排队管理模块 调度模块 分配模块
第二节 CIMS组成原理
4．工作站层控制系统 负责指挥和协调车间中一个设备小组的活动，其 规划时间范围可从几分钟到几小时。一个典型的 加工工作站由一台机器人、一台机床、一个物料 储运器和一台控制计算机组成，它负责处理由物 料储运系统交来的零件托盘。控制器将工件调整、 零件夹紧、切削加工、切屑清除、加工检验、拆 卸工件以及清理工作等设备级各子系统排序。单 元至工作站的控制接口设计成可用于各种型式的 工作站。
数控程序设计 工艺设计 (生产准备) 4 设计建议 修改要求
生产成本核算
产品加工成本 及负荷能力核 算
工装准 备 5 工装设备技术数据修改 要求
设计任务 加工任务及数控程序 材料订购 设备能力 设备数据 维修计划 材料、人员需求 生产作业 计划 6
设备能力概算
订货完成进度 供货期限
生产周期 负荷统计 计划完成期限
生产系统学
第八章 计算机集成制造系统
第八章 计算机集成制造系统
第一节 CIM/CIMS的基本概念
计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，简称CIM），1973年由美国 学者约瑟夫· 哈林顿提出的CIM概念包含两个基 本的观点：
第一个基本观点是：“系统的观点”。 第二个基本观点是：“信息化的观点”。
第四节
CAQ
我国计算机集成制造系统的开发途径
计算机操作系统 第八章_文件管理
例如：*.c,*.for,*.f,*DBF,*.OBJ
电气与电子工程学院
NCEPU
2) 按操作保护分类
① 只读文件，-r② 可读可写文件， -rw③ 可执行文件：允许文件主及被核准的用户去调用执行该文件而 不允许读和写文件，标记为： -x各个操作系统的保护方法和级别有所不同。DOS操作系统三种保护： 系统、隐藏、可写；UNIX或Linux操作系统有九个级别的保护
件形式，即流式文件。其长度以字节为单位。对流式文件的访问，则 是采用读写指针来指出下一个要访问的字符。也可以把流式文件看作
是记录式文件的一个特例。
在UNIX系统中，所有的文件都被看作是流式文件；即使是有结构文件， 也被视为流式文件；系统不对文件进行格式处理。
好处：提供很大的灵活性
电气与电子工程学院
NCEPU
电气与电子工程学院
NCEPU
索引文件的组织
电气与电子工程学院
NCEPU
四 索引顺序文件
电气与电子工程学院
NCEPU
五 直接文件和哈希文件
1、直接文件
可根据给定的记录键值，直接获得指定记录的物理地址。
换言之，记录键值本身就决定了记录的物理地址。这种由记
录键值到记录物理地址的转换被称为键值转换。组织直接文
电气与电子工程学院
NCEPU
一 文件逻辑结构的类型
1 有结构文件 • • • 定长记录 变长记录 顺序文件
• 索引文件
• 索引顺序文件
电气与电子工程学院
NCEPU
2. 无结构（流式）文件
流式文件是相关信息的有序集合，或者说是有一定意义的字符流。
对大量的源程序、可执行文件、库函数等，所采用的就是无结构的文
3) 按使用情况分类
计算机系统的组成PPT
随着计算机技术的普及和信息化的加速，计算机安全问题越来越 重要，保护计算机安全已成为社会和个人的共同责任。
计算机安全的威胁
计算机安全的威胁来自多个方面，包括黑客攻击、病毒、木马、 钓鱼等，这些威胁严重威胁着计算机系统的安全和稳定。
防火墙技术
防火墙的定义
防火墙是指一种隔离设备，它 可以限制外部网络与内部网络 之间的访问，从而保护内部网
06
计算机未来发展趋势
人工智能在计算机中的应用
总结词：日益广泛
详细描述：人工智能在计算机中的应用已经变得日益广泛。随着人工智能技术的不断发展，它已经逐渐渗透到计算机系统的各 个领域。例如，自然语言处理技术可以用于智能客服、机器翻译等领域；机器学习技术可以应用于数据挖掘、图像识别等领域 ；深度学习技术可以用于语音识别、自动驾驶等领域。
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THANKS
集线器是连接网络节点的设备，能够将信 号放大并传输到其他节点。
调制解调器
调制解调器是实现数字信号和模拟信号转 换的设备，用于远程登录和控制等应用。
网络拓扑结构
星型拓扑结构
星型拓扑结构采用中心节点和分支节点 连接的格局，分支节点与中心节点相连
，实现信息交换。
A 总线型拓扑结构
总线型拓扑结构采用单根传输线作 为传输介质，节点通过总线连接并
组成
网络协议由语法、语义和 时序三个要素组成。
分层结构
计算机网络采用分层结构 ，常见的协议层次有物理 层、数据链路层、网络层 、传输层和应用层。
网络设备
路由器
路由器是连接不同网络的设备，能够实现 数据包转发和路由选择等功能。
交换机
交换机是连接局域网的设备，能够实现数 据帧的转发和过滤等功能。
计算机导论-第8章 软件工程
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8.1.2 软件生命周期
5．软件测试
在软件分析、设计和程序编写过程中，难免有各种各样的错误，需要通过测试来查找 和修改，以保证软件的质量。其主要工作如下。
（1）单元测试 查找各模块在功能和结构上存在的问题并加以纠正。 （2）集成测试 将已测试通过的模块按照一定顺序组装起来进行测试。 （3）有效性测试 按照规定的各项需求，逐项进行测试，判断已开发的软件是否合格，能否交付用户使 用。
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8.1.3 软件开发模型
4．螺旋模型
螺旋模型的思想是：使用原型 及其他方法来尽可能地降低风险。 它在软件开发的每个阶段，都增加 了一个风险分析过程。螺旋模型结 合了快速原型模型的迭代性质和瀑 布模型的系统性和可控性特点，适 用于大型软件的开发。螺旋模型由 4部分组成：制定计划、风险分析、 实施开发、客户评估，如图8-5所 示。在笛卡尔坐标的4个象限上分 别表达了4个方面的活动。
特别地，从经济学的意义上来说，考虑到软件庞大的维护费用远比软件开发费用要 高，因而开发软件不能只考虑开发期间的费用，而应考虑软件生命周期内的全部费用。 因此，软件生命周期的概念就变得特别重要。
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8.1.2 软件生命周期
同任何事物一样，软件也有一个孕育、诞生、成长、成熟、衰亡的生存过程。软件生 命周期是指一个计算机软件从功能确定、设计，到开发成功投入使用，并在使用中不断地 修改、增补和完善，直到停止使用该软件的全过程。
计算机导论 第八讲-计算机网络基础知识
a. 连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网； b. 对不兼容的高层协议(传输层及其以上各层)进行转换。
8.2 计算机网络系统的组成(续11)
2. 软件 (1) 网络操作系统
NetWare UNIX Linux Windows NT Windows 2000 Server Windows 2003 Server
d. NWLink 协议 WINDOWS-NT中IPX/SPX协议的兼容协议。它适应了
微软的操作系统和网络环境，当需要利用Windows系统进入 NetWare服务器时，NWLink通信协议是最好的选择。
8.2 计算机网络系统的组成(续14)
e. 网关软件 f. 路由软件
(3) 网络服务应用软件 参见8.3节 Internet基础 (4) 网络安全软件 防火墙、安全与加密软件等
2. 功能 计算机网络的主要功能有哪些？
（1）数据传输 （2）资源共享(共享信息、存储设备、打印机等) （3）协同处理与分布计算 （4）代替传统通信方式(邮件、电话、视频通信等) （5）提供商务、购物、娱乐、交友、管理等服务(Internet)
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8.1 计算机网络的基本概念(续1)
3. 历史 第一阶段：萌芽阶段(20世纪60年代末至70年代初)
(中继器、集线器、交换机、路由器、网桥、网关)
8.2 计算机网络系统的组成(续1)
网络服务器(Server)
网络中负责提供各种服务或者连接其它网络的计算机。 如：WEB服务器(提供WWW,即网页浏览服务)；
FTP服务器(提供文件下载服务)； 数据库服务器； 网关服务器(提供协议转发服务)； 路由服务器(提供路由服务)； DNS服务器(提供Internet域名解析服务)； 邮件服务器(提供E-Mail收发服务) ……
第八章 信息安全基础知识
2. 应用级网关（Application Level Gateway）
应用级网关主要控制对应用程序的访问，它能够对进出的数据包进 行分析、统计，防止在受信任的服务器与不受信任的主机间直接建 立联系。而且它还提供一种监督控制机制，使得网络内3所示。
图8-4 代理服务防火墙功能模型
代理服务器收到用户对某站点的访问请求后，便立即检查该请求是 否符合规则。若规则允许用户访问该站点，代理服务器便会以客户 身份登录目的站点，取回所需的信息再发回给客户。 代理服务器将所有跨越防火墙的通信链路分为两段，外部用户只能 看到该代理服务器而无法获知任何内部资料，如IP地址，从而起到 了隔离防火墙内、外计算机系统的作用。
8.2.3 计算机病毒的分类
目前，全球的计算机病毒有几万种，对计算机病毒的分类方法也 存在多种，常见的分类有以下几种：
（1）按病毒存在的媒体分类
引导型病毒 文件型病毒
混合型病毒
（2）按病毒的破坏能力分类
良性病毒
恶性病毒
（3）按病毒传染的方法分类
驻留型病毒
非驻留型病毒
（4）按照计算机病毒的链接方式分类
不能防范受到病毒感染的软件或文件在网络上传输 很难防止数据驱动式攻击
8.3.2 防火墙的基本类型
典型的防火墙系统通常由一个或多个构件组成，相应地，实现防火 墙的技术包括以下四大类：
1. 包过滤防火墙（Packet Filtering Firewall）
包过滤防火墙，又称网络级防火墙，通常由一台路由器或一台充当 路由器的计算机组成，如图8-2所示。
破坏性
计算机病毒的最终目的是破坏系统的正常运行，轻则降低速度，影 响工作效率；重则删除文件内容、抢占内存空间甚至对硬盘进行格式 化，造成整个系统的崩溃。
《多计算机系统》课件
01
多计算机系统的性 能优化
负载均衡
负载均衡是一种将多个计算任务 分配到多台计算机上的技术，以 实现更高效的任务处理和资源利
用。
通过合理地分配任务，负载均衡 可以减少单台计算机的负担，提 高整个系统的处理能力和响应速
度。
常见的负载均衡技术包括硬件负 载均衡和软件负载均衡，它们可 以根据实际需求进行选择和配置
多计算机系统
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 多计算机系统概述 • 多计算机系统的架构 • 多计算机系统的通信与同步 • 多计算机系统的性能优化 • 多计算机系统的安全与可靠性 • 多计算机系统的未来发展
01
多计算机系统概述
多计算机系统的定义
。
并行计算
1
并行计算是一种将一个任务分解为多个子任务， 并在多台计算机上同时执行这些子任务的技术。
2
通过并行计算，可以显著提高计算速度，缩短计 算时间，并充分利用多台计算机的资源。
3
并行计算广泛应用于科学计算、工程模拟、大数 据处理等领域，是实现高性能计算的关键技术之 一。
数据压缩与加密
数据压缩是一种减少数据存储空间和 传输时间的技术，通过去除数据中的 冗余和无用的信息，实现数据的压缩 。
数据恢复
当数据出现问题时，能够通过备份数据快速恢复系统正常 运行。数据恢复的效率和准确性对于多计算机系统的可靠 性至关重要。
数据备份策略
根据多计算机系统的特点和业务需求，制定合理的备份策 略，包括备份频率、备份介质、备份存储位置等。
容错技术
容错定义
容错技术是指通过冗余设计和故障检测与恢复机制，使多计算机 系统在出现硬件或软件故障时仍能继续正常运行的技术。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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• 动态调度会给集群带来额外的计算开 销
2020/4/11
• 5. 集群系统并行程序设计环境
2020程/4/11 序员和用户来说，集群系统是一个整体
• 2. 集群系统的特点 • 与传统并行计算机系统相比，集群系
统具有许多优点： • 系统开发周期短 • 可靠性高 • 可扩缩性强 • 性价比高 • 用户编程方便
2020/4/11
• 集群不足之处：
• 由于集群由多台完整的计算机组成， 它的维护相当于要同时管理多个计算机 系统，因此维护工作量较大，维护费用 也较高。对称多处理机则相对较好，因 为管理员只要维护一个计算机系统即可 。正因为如此，现在很多集群采用对称 多处理机作为结点，这样可以减少结点 数量，从而减少维护工作量和降低开支 。
2020/4/11
• 单一系统映像（Single System Image，SSI ）
• 1.单一入口点：用户连接到集群而不是某个 具体结点；
• 2.单一文件系统：用户看到单个目录和文件 层次；
• 3.单一作业管理系统：用户可以透明地从任 一结点提交作业，作业能在整个集群系统中 透明地竞争资源。
• 4.单控制点：用户可以从控制工作站单点控
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CP U
Cache
存储器
NIC
PCI
CP U
Cache
存储器
NIC
PCI
交换机
CP U
Cache
存储器
NIC
PCI
CP U
Cache
存储器
NIC
PCI
•
构成集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，拥有本地磁盘和自己的完
整的操作系统。除了PC外，集群的结点还可以是工作
• ②精简通信协议。第一方面是功能的精 简，删除不必要的功能呢，第二方面是 协议层次的精简，合并协议各层的功能 呢，使得通信协议变为一层，以达到减 少数据传输次数的目的。
• ③Active Message通信机制
• Active Message是消息驱动的异步通 信方式。
•2020/4/11 Active Message的通信原理如下：
第八章 多计算机系统
• 8.1 集群计算机系统结构 • 8.2 典型集群系统实例 • 8.3 MPP系统 • 8.4 网格技术 • 8.5 网格实例
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第一节 集群计算机系统结构
• 集群系统就是多个独立计算机的集合 。
• • 本节将从集群系统的基本概念开始，
对集群系统的结构、集群系统的特点、 集群间通信、集群间资源管理和任务调 度以及集群间并行程序设计环境等问题 分别进行介绍
2020/4/二11 是简化了对通信数据的缓冲管理。
• 4. 集群系统资源管理和调度 • 集群操作系统 • 是在各结点的操作系统之上再构建一
层操作系统来管理整个集群，即建立一 个全局UNIX，用来解决集群系统中所有 资源管理，包括组调度、资源分配和并 行文件系统等。这就是集群操作系统。 集群操作系统须具有以下特性：
• 消息除包含通常的数据项外，还增加 了两项：消息处理程序指针Handler和参 中断调用，由该消息的 Handler启动相应的消息处理程序。消息 处理程序的功能是从网卡上取出该消息 并给发送方发送一个应答消息，然后返 回原来被中断的程序。
•
• Active Message通信机制有两个突出 特点：一是消息驱动的异步通信方式，
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• 负载均衡
• 负载平衡就是将各个任务均衡得分布到集 群系统的各处理结点，以充分利用系统资源 ，提高各结点的利用率和整个系统的吞吐率 。
• 衡量负载平衡的指标
• ①吞吐率:系统上运行的应用程序的响应时 间或平均完成时间。
• ②可扩展性¬:系统规模增大或总负载大小 变化时系统负载平衡的适应能力。
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• 1. 集群系统的基本概念和结构 • 集群系统由将多个高性能的工作站或
高档微型计算机，使用高性能网络互连 在一起，协同完成特定的并行任务. • 它是一种造价低廉、易于构建且具有 较好可扩放性的体系结构。集群系统中 的主机和网络可以是同构的，也可以是 异构的。下图为一个包含四节点的集群 系统
共享介质型的快速以太网和基于开关型 的ATM和Myrinet，极大地提高了通信频 宽。 • 设计新的通信协议以降低通信延迟 ▪ ①在用户空间实现通信协议:直接对网 络硬件设备进行必要的操作，减少通信 数据的拷贝次数，提高通信效率；二是 减少对操作系统调用的额外时间开销； 三是用户态协议可根据用户的实际应用 2020/4/1需1 求来设计，减少协议不必要的冗余。
站，甚至是规模较大的对称多处理机。
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•
集群的每个结点一般通过商品化网络连接在一起，
如以太网、FDDI、Myrinet等，部分商用集群也采用专
用网络连接，如SP Switch，Crossbar等。网络接口与
结点I/O总线以松散耦合的方式相连，如图中的NIC与
PCI。
• 从结构上看，集群系统属于分布存储 系统，由建立在通用操作系统之上的并行 编程环境完成系统的资源管理及相互协作 ，同时也屏蔽工作站和网络的异构性。对
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• 实现负载均衡的任务调度算法 • ①静态调度：在编译时根据用户程序
中的各种信息（如各个任务的计算量大 小、依赖关系和通信关系等）和并行系 统的状况（如网络结构、各处理结点计 算能力等）对用户程序中的并行任务作 出静态的分配策略
•
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• ②动态调度方法：通过分析并行系统的 实时负载信息，动态地将任务在各处理 机之间进行分配和调度，以消除系统中 负载分布的不均衡
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• 3. 集群系统的通信技术 • (1)现有集群一般是使用商用以太网连
接，通信协议使用的TCP/IP.集群通信具 有以下缺点： • 网络通信频宽低 • 多层结构的TCP/ICP协议处理开销大 • 协议复杂的缓冲管理增加了网络延迟 • 操作系统的额外开销
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• (2) 提高集群通信效率的方法 • 采用新型高速网络以提高网络通信频宽 • 目前出现了多种新型的高速网络，如