PCIe标准概述
PCI Express 标准概述本技术白皮书将回顾被成功广泛采用的 PCI 总线，
PCI Express
所能带
PCI 总线
I/O 互连
I/O
总线被广泛应用于未来各种计算机平台。本白皮书还将
就PC总线技术的演变历程、PCI Express 的物理层和
软件层、PCI Express 所能带来的益处和竞争优势以及
此项崭新技术在测量自动化系统领域里预示的令人振奋
的深远意义，做个整体技术性概述。
PC 的演进历史
上世纪 90 年代初， PCI 总线一经推出，即统一了
当时并存的多种 I/O 总线，诸如 VESA 局域总线，
EISA，ISA 和微通道等等，如图 1 所示。它首先被用于
实现芯片与芯片间互连并替代了不全面的 ISA 总线。在
早期，33MHz PCI 总线很好地满足了当时主流外设I/O
的带宽需要。然而现在情况发生了变化，处理器速度惊
人地提高，以及处理器和内存的频率也不断地攀升。在
这一期间，PCI 总线的频率由 33MHz 提高到66MHz，
而处理器的速度由 33MHz 提高到 3GHz。一个具有新
I/O 技术的总线设备如千兆以太网和 IEEE 1394B，就可
能占用几乎所有 PCI 总线带宽。
图1 PC 总线的发展历程
PCI 总线历史和概述
和以前的总线相比，PCI 总线具有很多优势，其中
最重要的是处理器的独立性，带缓冲的隔离，总线主控
和真正的即插即用。带缓冲的隔离真正地实现了 CPU
局域总线和 PCI 总线间在电路和时钟方面的隔离。这一
特性能为系统性能带来两个主要好处。首先是 PCI 总线
和 CPU 总线可以工作在各自的时钟周期；第二是由于
有独立的 PCI 总线速度和负载，可单独提高 CPU 局域
总线的频率。通过总线主控，PCI 设备以仲裁处理方式
访问 PCI 总线并且能直接控制总线处理业务，而不用等
主 CPU 为设备提供服务，从而使得整个 I/O 处理业务
的等待时间减少。即插即用操作，可以自动检测和配置
设备，得到基本地址不再需要中断运行和手工设置开关跳线，而这些都曾使 ISA 板卡的用户感到很棘手。
PCI 面临的挑战
出色的 PCI 已经享受到了成功的殊荣，而今开始面临一系列新的挑战，包括带宽的限制，主管脚数的限制，缺乏如同步数据传输这样的实时数据传输服务以及没有下一代 I/O 所需的服务质量，以及电源管理和虚拟I/O 等问题。
自从 PCI 推出以来，我们不断完善 PCI 的各项规格，试图跟上日益增加的更高 I/O 要求。各阶段具体革
新总结如下表所示：
表1 PCI 带宽和目标市场对象
对于 PCI 和由其衍生的总线来说，协议开销和总线拓扑结构导致可使用的总线带宽要小于理论带宽。总线上的设备要共享可用带宽，这是 PCI 主要的局限性。由于 PCI 的时钟频率已不能满足某些应用的要求，由其衍生出来的其它一些总线，如 PCI-X 和高级图像端口（AGP ），则通过提高总线频率来缓解带宽的压力。增加频率的副作用是总线连通距离和总线收发器可驱动连接器的数量也会相应缩短和减少，这样就导致了对PCI 总线的分割。每个片断都需要一个完整的 PCI-X 总线来连通主驱动芯片和所有功能插槽。例如，每一部分 64 位的 PCI-X 需要150 个管脚。很显然，要实现这样的连线，板层数和芯片封装引脚都会有很大的难度并且成本非常昂贵。这种额外的成本只有在对带宽有严格要求的情况下才有价值，如服务器。
诸如数据采集，波形生成，包含音频和视频流的多媒体应用等需要保证带宽和有确定的等待时间，如果不
能满足这一点，有经验的用户也会束手无措。原始的PCI 规范并没有考虑这些问题，这是因为在制定规范时上述应用并不普及。如今的同步数据传输，如高清晰度的无压缩视频和音频，要求 I/O 系统包含同步传输功能。同步传输的另一个作用是：和典型的 PCI 设备相
比，局域 PCI Express 设备只用少得多的内存就能实现缓冲功能，从而把所使用的可变带宽降至最低。
最后，对下一代 I/O 的要求如服务质量测量和电源管理等，能提高数据的完整性并允许有选择地关闭系统设备对于现代 PC 不断增加的电源功率来说这是需要重点考虑的。虚拟通道允许数据通过虚拟路由来传送；即使其它通道被更重要的处理业务所阻塞，也一样能进行数据传输。
尽管 PCI 总线在某些方面已有些过时，但是转变到PCI Express 还要经过一个长期过程，并且未来许多年里 PCI 总线将仍然是 I/O 扩展的强有力竞争者。随着
PCI Express 技术日益赢得认可和广泛采用，2004 年以及此后推出的新型 PC 将会同时配有 PCI 插槽和
PCI Express 插槽。
PCI Express 构架
如图 2 所示，即 PCI Express 的层次体系结构。它保持了与 PCI 寻址模式（加载－存储体系结构且具有单层地址空间）的兼容性，从而保证了所有现有的应用程序和驱动操作无需改变。PCI Express 配置使用的是PCI 即插即用标准中所定义的标准机制。软件层发出读
图2 PCI Express 层次体系结构
和写请求，并使用基于数据包、分段传输的协议通过处理层传输至 I/O 设备。链路层向这些数据包添加序列号和循环冗余校验（CRC）从而创建了一个高度可靠的数据传输机制。基本的物理层包括两个单工通道，即传输对和接收对。这个传输对和接收对一起被称为一个信道。2.5 Gb/s 的初始速度提供了在每个 PCI Express信道上每个方向上大约 250 MB/s 标准带宽。一旦考虑协议头，这其中大约 200 MB/s 由设备用来传输数据。这一速率是大多数典型 PCI 设备的 2 番到 4 番。而且不同于 PCI 的是，只要总线带宽在设备之间共享，每一个设备都具有此带宽。
物理层
基本的 PCI Express 链路包括两个低电压的 AC 耦合差分信号对（一个传输对和一个接收对），如图3所示。物理链路层信号使用一个去加重（de-emphasis）策略来减少符号间干扰，从而提高了数据完整性。数据时钟通过使用 8b/10b 的解码策略来嵌入，从而到达极高的数据传输率。初始的信号发生频率是每个方向 2.5 Gb/s （生成1个信号）而且它将会随着硅工艺的提高而增加至每个方向 10 Gb/s （信号在铜线中传输可能实现的最大速率）。两个链路层的 PCI Express 代理在物理层上传输数据包。
图3PCI Express 物理连接图
一个 PCI Express 链路层的带宽可能通过增加信号对形成多个信道而线性增长。物理层提供 x1, x2, x4, x8, x12, x16 和 x32 信道宽度，理论上它将输入的数据包在这些信道上分配。使用 8b/10b 编码方式，每一个字节在这些信道上传输。数据的分拆和整合对于其他层来说是透明的。在初始化阶段，每个 PCI Express 链路通过链路两端代理的信道宽度的匹配和频率操作来建立。在这其中没有固件和操作系统软件的参与。PCI Express 体系结构提供了将来通过速度升级和高级编码技术所带来的性能提升。将来的速度、编码技术或者媒介仅仅会影响物理层。
在 PCI Express 中使用不同的信道宽度需要用户注意扩展板要求的带宽以及与母板提供的带宽相匹配。除了图形卡以外（通常是 X16），许多早期的 PCI Express 扩展板使用的 X1 的宽度。随着更高的带宽要求，越来越多的板卡将使用更宽的带宽。早期的 PCI Express 计算机提供一个 X16 的连接器以及一些 X1、X4、X8 插槽的组合，这由计算机面向的客户所决定。PCI Express 允许在不匹配的信道宽度上进行一些交互操作，这取决于不匹配的方向。在一个较小宽度的连接器上使用更大宽度的扩展板卡是向下插入。例如，利用PCI，您可以在一个32位的插槽上插入一个 64 位的PCI 板卡。然而，在 PCI Express 中，向下插入在物理上被扩展板卡和连接器所阻止。另一中不匹配在一个较大的连接器上使用一个较小的扩展板卡是向上插入。向上插入是允许的，但是会受到限制在这种配置下，母板厂商需要支持仅在 X1 数据率上的扩展板卡，从而浪费了在具有更快接口速率的扩展板卡上的投资。无论一个特定的母板在向上插入配置时能否在全速率时处理一个扩展板卡，都必须在每种情况下向母板生产商确认。例如，一些母板可以在一个 X4 的扩展板卡插入一个 X8 或X1 的插槽时，以全速率（X4）进行处理，然而来自同一厂商的其他母板可能仅以 X1 的速率运行。在一个母板既带有集成图形控制器（板载）又带有一个 X16 的 PCI Express 插槽以用于将来图形扩展的情况下，通常不可能在板载图形卡使能的同时使用那个 X16 的插槽。
数据链路层
链路层的主要作用就是保证数据包在 PCI Express 链路上的可靠传输。链路层负责数据完整性并向处理层的数据包添加序列号和循环冗余校验，如图4所示。大部分数据包在处理层初始化。一个基于优先数的、流量控制的协议保证了数据包仅在另一端具有接收这个数据包的缓冲区情况下才能传输，这样就去除了任何数据包的请求以及由于资源限制而引起的总线带宽浪费。链路
层会自动的重新收发一个被标记为损坏的数据包
。图4 数据链路层增加了数据完整性
处理层
处理层接收软件层的读和写请求，并创建请求数据包发送至链路层。所有的请求都被分段的处理而且一些请求包需要一个响应包。处理层也从链路层接收响应数据包并且将它与原先的软件请求相匹配。每一个数据包都具有一个唯一的标识，使得响应包能够指向正确的源。数据包的格式提供了 32 位的存储地址和扩展的64 位地址。数据包也具有诸如“无侦听”、“灵活排序”“优先级”等属性，这可能用于将这些数据包在 I/O 子系统中以最优的路径传输。
处理层提供 4 个地址空间 3 个 PCI 地址空间（内存、I/O 和配置）和消息空间。PCI 2.2 引入了另一种广播系统中断的方式称为消息信号中断（MSI ）。作为PCI 2.2 系统中一种可选的性能，这里使用了一种特殊格式的内存写处理替代硬连接的边带信号。P C I E x p r e s s 技术指标重新使用了 MSI 概念以作为一种主要的中断处理方式，并且使用了消息空间来接收所有的优先的边带信号来作为带内信号，例如中断、电源管理请求，和复位。其它 PCI 2.2 技术指标中的“特殊周期”，例如中断确认，也被处理成带内消息。您可以将 PCI Express 消息视为“虚拟的线”，因为他们的作用是消除当前平台上所使用的各种边带信号。
软件层
软件兼容性对于 PCI Express 是极为重要的。软件
兼容性有两个方面初始化（或者列举）和运行时刻。PCI 具有一个功能强大的初始化模式，其中操作系统可以发现所有当前添加的硬件设备然后分配系统资源，例如内存、I/O 空间和中断，从而创建一个优化的系统环境。PCI 配置空间和 I/O 设备可编程能力是 PCI Express 体系结构中保持不变的重要概念。PCI 所使用的运行时刻软件模式是一个加载－存储、共享内存的模式，它在 PCI Express 体系结构中得以保持以使得所有现有的软件能够无需改变即可执行。新的软件也可以利用一些PCI Express 最新的先进特性，例如高级开关（本文
并未述及）。
PC 体系构架的现在和将来
具有 PCI 的 PC 体系结构，2002 年的 PC 体系结构包括许多不同的要求以满足每一种互连方式。例如，图形卡通过高级图形接口（AGP ）接入，内存桥通过许多接口与 I/O 桥连接，例如图 5 所示的 HubLink
。
图5 具有PCI 的PC 体系结构，2002年（Intel 许可）
配备 PCI Express 的 PC 构架
如图 6 所示，PCI Express 采用通用的总线构架实现了 I/O 系统一体化（集成）。 此外，PCI Express 也取代了某些连接子系统的内部总线。
PCI Express 封装
根据所应用的不同平台，诸如笔记本，台式机和服务器，PCI Express 可有多种不同的 I/O 扩展形式。需要更高的带宽来满足 I/O 需要的服务器，就能拥有数量更多的 PCI Express 插槽，这些插槽能提供更多的 PCI Express 通路。相反，笔记本内部采用 PCI Express 构架，只提供用于中速外设的单一 X1 通路。
台式机 PCI Express 扩展插槽
台式机和工作站上的替代 PCI Express 板卡和现在的 PCI 板卡具有非常相似的机械结构，都有板端接头和固定支架，接头穿过支架和主要 PWB（印刷电路）相连。主板上的插槽增强了固定性，确保板卡在振动和运输的情况下不会脱落。根据不同的 PCI Express 通道宽度，板端接头有不同的尺寸，从 X1 到 X16。计划使用X16 的板卡来代替主板的 AGP 插槽，用于显卡扩展。图7 显示了带有三个 PCI 插槽（两个 x1 和一个用于显卡的 x16）的主板，注意到该主板还保留了一定数量的传统 PCI 插槽，而且传统 PCI 插槽还将存在相当长的时间。图8显示了典型的具有X16 连接的显卡，其最快的数据流量为 3.2G 字节 /s。图9显示了不同 PCI Express
接口的机械图。
图7 某主板上的 PCI Express 扩展插槽
图 8 具有 X16 接口的显卡
X8
图6 具有 PCI Express 的 PC 体系结构（Intel 许可）
串行ATA
内存桥
I/O 桥
X4
X1
图 9 不同 PCI Express 的机械图
ExpressCard
ExpressCard 标准为用户在系统中添加硬件或媒介提供了非常简便的方法。ExpressCard 模块主要针对只需有限扩展的笔记本电脑和小型 PC 。您无需借用工具，也能随时安装或拆除 ExpressCard 模块（不像传统的台式机接卡那样麻烦）。ExpressCard 技术为台式机和移动计算机用户提供了一种统一连贯，简便快捷，可靠且无风险的方案，用于将各种将设备接入自己的现有的系统。
ExpressCard 技术凭借两种可升级的高速串行接口 PCI Express 和 USB2.0 取代了传统的 I/O 设备并行总线。ExpressCard 开发人员使用 PCI Express 建立的模块具有最高的应用性能，或者能充分利用已有的各种 USB 硅芯片。无论模块供应商选择何种总线技术，最终用户的使用效果都是一样的，最终用户从外部是看不出来模块采用的是何种总线的。
有两种标准格式的E x p r e s s C a r d 模块ExpressCard/34 (34 mm宽) 和 ExpressCard/54(54 mm 宽)。两种模块和 II 型 PC 卡一样都为 5mm 厚。标准模块的长度为75mm，比标准的PC 卡要短10.6mm。ExpressCard/34 和 ExpressCard/54 模块使用同样的接口。
ExpressCard 模块的两种尺寸为系统制造商提供一定的灵活性和选择余地，而在之前的模块尺寸标准下他们是没有这样灵活的选择余地的。ExpressCard/34 设备适合较小系统，而对于物理上不适合采用较窄的ExpressCard/34 格式的设备，可使用较宽的ExpressCard/54 模块。图10 比较了两种ExpressCard 模块和 PCMCIA Cardbus 模块的尺寸。较大的54mm 模块应用包括 SmartCard，Compact Flash 读写器和1.8in 硬盘。ExpressCard/54 除了为器件提供更多的空间，还比较窄的 ExpressCard /34 模块有更好的散热性。这一特性使得 ExpressCard/54 先天具有更高的性能，并选择用于第一代应用的。然而，如果制造商把应用装入较小的模块，这些模块则能在两种ExpressCard插槽里工作。出于提高易用性的目的，特别设计的ExpressCard/54插槽能轻松地导入较窄的ExpressCard/34。另外值得一提的是，这样尺寸设计可以使CardBus卡插入ExpressCard插槽，或者ExpressCard 插入 CardBus 插槽，而且对任何部件都不会造成损伤。
每个E x p r e s s C a r d 主接口都必须包括单条PCI Express 通路（X1），它单方向基准数据速率为2.5Gb/s，这由 PCI Express 基本规范1.a 所定义。ExpressCard 主接口也必须能接收 USB2.0 定义的低速，全速和高速USB 数据。作为兼容 ExpressCard 的主机平台这两种接口都必须能提供。一个ExpressCard 模块可根据应用需要使用两种或其中一种标准接口。
图10 ExpressCard和PCMCIA/CardBus机械格式比较
服务器 I/O 模块
服务器要求 I/O接口卡封装具有的特性包括：封闭机箱接口卡的拆除/安装，完全地热插拔，接口卡的 ESD 保护和故障处理，接口和特性的标准化管理，充分的冷却，独立的大电源和服务器内简化的 I/O 管脚。
SIOM 规格中确定了 I/O 接口卡的两种 PCI Express 模块化封装，它也被定义成为服务器I/O 模块或SIOM。这些模块化接口卡被设计成可在封闭机箱内安装和拆除。经过设计，它们本身具有热插拔功能，这意味着在机箱供电时可以安装或插拔模块而不会损伤模块或机箱。这两种格式具有相同高度和厚度，只是在宽度和需要的机箱空间上有所不同。单宽度模块可适用于所有 SIOM 插槽。双宽度模块则需要占用两个相邻的
SIOM 插槽。
单宽度模块可达到 X8 PCI Express 连接；双宽度模块能提供高达 X16 速的连接。（在 PCI Express SIOM 服务器中可选用双宽度插槽）。模块标准接口中的最小管理界面包含可提供有关主机系统接口卡管理数据的EEPROM。可选的内部存储接口能连接最多四个1X 的SAS/SATA 端口和一个控制硬盘 LED 的边频带接口。
SIOM 和 SIOM 机箱都需要进行冷却。根据规格中的定义，SIOM 机箱要为每个插槽提供的最小送风量。SIOM 所要求的最小和最大送风量确保 SIOM 有一定的I/O 的冷却气流规定，并且 I/O 的热负荷不会加到机箱上。
PCI Express 的优势
对于基于 PC 的测量和自动化系统，多年来一直选择 PCI 总线作为插入式扩展卡总线。在未来它还将继续扮演重要角色。然而，随着 PC 的发展，PCI 总线（和它的并行构架）已不能跟上平台其它部分的发展。PCI Express 解决了这些问题并在以下５个方面带来了很大益处：
· 高性能 特别是在带宽方面，X1 链路时带宽超过PCI 的两倍，并且随着通路的增加带宽也线性增宽。另一个不十分明显的好处是这样的带宽可同时存在于每个链路的双方向。此外，初始信号 2.5Gb/s 的速度有望被提高，从而可以进一步加快传输速度。
· 简化 I/O简化芯片到芯片和内部用户之间过多的总线访问，如 AGP，PCI-X 和 Hublink。这一特性能降低设计的复杂性和系统实现的成本。
· 层次式构架 PCI 所建立的构架能在保护软件投资的同时采用新技术。层次式构架带来的两方面好处是提高信号速率的物理层和软件兼容性。
· 下一代 I/O 通过同步数据传输，PCI Express 能为数据采集和多媒体应用提供新的功能。同步传输能提高服务质量（QOS）保证，从而确保数据以确定性和依赖时间的方式及时地传送。
· 易用性 PCI Express 能极大地简化用户对系统进行添加和升级。PCI Express 支持热交换和热插拔。由于热插拔依赖于特定的操作系统特性，可能会延缓硬件的推出。此外 PCI Express 设备的各种形式，特别是SIOM 和 ExpressCard，将为服务器和笔记本电脑提供高性能的外设。
所有这些特性确保 PC 将发展成为下一代测量和自动化系统最具吸引力的平台。
术语表
8B/10B 编码 一种嵌入式时钟编码信号。编码有两个目的，首先它确保了数据流中有足够的变换用于恢复时钟，第二 0 和 1 的个数是匹配的，保证了 AC 耦合系统中 DC 平衡
AGP高级图形端口使用不同接口卡的更高速 PCI 总线，是为了满足台式机专用插入式显卡的带宽需要而开发的。
CRC循环冗余码校验通过在包中添加一组计算值来检测和纠正比特误差的方法。这些值由包中原始数据推出
差分 差分信号采用两条线来传送一个 180 度异相信号。主要的好处是能降低引入噪声的灵敏度
ExpressCard包括 PCI Express 和 USB2.0 接口的小型 I/O 卡
ISA Bus 工业标准构架1984年推出的PC总线标准，它把XT总线构架扩展到 16位。设计用来连接外设卡和主板。也被称为 AT bus
PICMG PCI 工业计算机制造商联盟维护目前
CompatPCI 和 PCI/ISA 规范的公司联盟
PCI 外设组件连接 最初由 Intel 设计的高速并行总线，用来连接外设和 CPU
PCI Express PCI 的改进版，保持 PCI 软件的使用模型并使用具有多通路的高速（2.5Gb/s）串行总线替代物理总线
SIOM 服务 I/O 模块 I/O 模块，为服务器和工作站应用而设计，使用 PCI Express 进行通信
USB2.0 是外部差分点对点串行总线，能提供的数据速率为 480Mb/s。USB2.0 是 USB1.1 的扩展，它使用相同的线缆和连接器
网络体系结构
网络体系机构概念： 网络体系结构就是为了完成计算机之间的通信，把计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服务。将这些同层实体通信的协议及 相邻层接口统称为网络体系结构。简单点说就，层和协议的集合称之为网络体系结构。（网 络体系结构实际上是研究网络协议的，网络协议是我们这本书的核心，计算机通信其实讲的 就是协议，这节课实际上是这本书的总纲它介绍了一些基本概念和原理。） 网络协议： 是计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。 （网络协议是计算机网络的核心，计算机网络有多个计算机节点和通信设备组成，他们直接 为什么可以通信呢!就是遵守相同的规定，在这个规定之下他们能够实现，数据通信和资源共享，像我们在社会中也是一样的，在交流的过程中也要选择一种语言，大家都能听的懂的语言，要么汉语，要么英语，这就是网络协议。）协议有以下三个要素。 语法（syntax）:就是规定一些数据信息与控制信息的格式、编码（我们在传输数据的时候传 输有效信息同时也要传输一些控制信息，控制信息是对信息的一些解释和说明或者是对地址 信息和路由的一些辅助信息。编码是：比如我们在物理层传输一些比特序列，在传输的过程 中0和1用什么形式来表示，是模拟信号还是数字信号） 语义（semantics）：包括用于协议和差错处理的控制信息。（主要是针对控制信息，那么控 制信息里面包含不同的内容，地址信息，检错，纠错等等，计算机阶段或者是设备节点当收 到一个信息的时候首先要做的事情就是对它的控制信息进行解析，知道它的地址是什么含义，这个信息是不是给自己的，是自己的进行接收，不是自己的要想办法转发，传输过程中是不 是有错误你要看的检错，纠错信息，要完成以定的检错，纠错计算才知道这个信息是不是正 确的信息，是不是发送方想要发送的，让后接收方送到正确信息时候接收，收到错误信息的 时候，是否要向发送方发一个应答，是否对数据中的数据进行纠错等，这些都是语义所以处 理的。） 时序（timing）：包括速度匹配和排序。（网络中的设备速度是不一样的，有的设备传 输速度快，有的设备传输速度慢，所以在发送数据的时候要做一个速度匹配，发送的要知道 接收端的接受能力） 分成设计 为了降低协议设计的复杂性，网络体系结构采用层次化的结构，每一层都建立在其下一层之上，每一层的目的是为上一层提供服务，并且服务的具体实现细节对上一层屏蔽。（我们在 做一个工程或者一个项目的时候，对一个复杂的工程要想实现的话，最简单的办法就是把这 件事情分层，把一个大的问题，分层若干小的问题，分层也就是说要把计算机网络要完成的 功能分成不同的层，不同的层次完成不同的功能，这样吧复杂的问题简单化，当每个小问题 解决以后，复杂的问题也就解决了，所以说这就是分层好的好处。） 1.利于实现和维护（某个层次实现细节的变化不会对其他层产生影响） 2.各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提供的服务， 以及本层向上层所提供的服务即可。 3.易于标准化 OSI参考模型 oSI（Open System Interconnect），即互联。一般都叫OSI参考模型，是ISO（）组织在1985年研究的模型。该标准定义了网络互连的七层框架（、、、、、和），即ISO。在这一框架 下进一步详细规定了每一层的功能，以实现环境中的互连性、和应用的可移植性。
网络体系结构的基本原理
计算机网络由多个互连的结点组成,结点之间要不断地交换数据和控制信息,要做到有条不紊地交换数据,每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系.计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的,即计算机网络体系结构的内容. 网络体系结构及协议的概念 网络体系和网络体系结构 网络体系(Network Architecture):是为了完成计算机间的通信合作,把每台计算机互连的功能划分成有明确定义的层次,并规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的接口及服务. 网络体系结构:是指用分层研究方法定义的网络各层的功能,各层协议和接口的集合. 计算机网络体系结构 计算机的网络结构可以从网络体系结构,网络组织和网络配置三个方面来描述,网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络;网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局,硬件,软件和和通信线路来描述计算机网络;网络体系结构是从功能让来描述计算机网络结构. 网络体系结构最早是由IBM公司在1974年提出的,名为SNA 计算机网络体系结构:是指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合 结构化是指将一个复杂的系统设计问题分解成一个个容易处理的子问题,然后加以解决. 层次结构是指将一个复杂的系统设计问题分成层次分明的一组组容易处理的子问题,各层执行自己所承担的任务. 计算机网络结构采用结构化层次模型,有如下优点: 各层之间相互独立,即不需要知道低层的结构,只要知道是通过层间接口所提供的服务 灵活性好,是指只要接口不变就不会因层的变化(甚至是取消该层)而变化 各层采用最合适的技术实现而不影响其他层 有利于促进标准化,是因为每层的功能和提供的服务都已经有了精确的说明 网络协议 协议(Protocol) 网络中计算机的硬件和软件存在各种差异,为了保证相互通信及双方能够正确地接收信息,必须事先形成一种约定,即网络协议. 协议:是为实现网络中的数据交换而建立的规则标准或约定. 网络协议三要素:语法,语义,交换规则(或称时序/定时关系) 注:通信协议的特点是:层次性,可靠性和有效性. 实体(Entity) 实体:是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施 接口(Interface) 接口:是指网络分层结构中各相邻层之间的通信 开放系统互连参考模型(OSI/RM) OSI/RM参考模型 基本概述 为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信,就必须遵循相同的网络体系结构模型,否则异种计算机就无法连接成网络,这种共同遵循的网络体系结构模型就是国际标准——开放系统互连参考模型,即OSI/RM. ISO 发布的最著名的ISO标准是ISO/IEC 7498,又称为X.200建议,将OSI/RM依据网络的整个功能划分成7个层次,以实现开放系统环境中的互连性(interconnection), 互操作性(interoperation)和应用的可移植性(portability). 分层原则 ISO将整个通信功能划分为7个层次,分层原则如下:
计算机体系结构重点总结
1、、Amdahl定律:某部件应用越频繁,当提高该部件性能时,整机性能也提高得越多;整机得性能加速不可能大于在原机器中除该部件外所有其它部件运行时间得百分比得倒数1/(1-F)。 F定义为采用先进高速部件得那部分程序在未采用先进高速部件得计算机上运行得时间占总时间得百分比,则F= 采用高速部件得任务在老计算机上运行得时间 整个任务在老计算机上运行得时间 同时将S定义为先进高速部件与老部件得性能,则 S= 老部件完成该功能得时间 先进高速部件完成该功能得时间 而采用了高速部件后整机性能提高比,即 Speedup = T old = 1 T new (1－F)+F/S 某种硬件增强技术,可使执行速度提高10倍,在采用增强技术得计算机上测出其使用率就是50%。根据Amdahl定律计算: ⑴采用增强技术后计算机性能加速比就是多少？ ⑵未采用增强技术运行得部件在不采用增强技术得机器上运行时得时间比例。 2、(1)90/10局部性规则:程序花费90%得执行时间运行指令集中10%得指令代码。这就就是说在指令集中所有得指令只有10%指令就是常用得,而另外90%指令得使用率合起来只有10%。 (2)时间局部性:如果某一参数被引用,那它不久将再次被引用。这里指出了程序执行时在时间上得局部性 (3)空间局部性:如果某一参数被引用,那它附近得参数不久也将被引用。指出程序执行时地址空间上得局部性。 3、计算机得性能就是指在计算机上完成用户得应用任务所需得时间长短。完成同样任务所需得时间越短,计算机得性能越好。(考判断) 4、衡量计算机性能得参数:响应时间就是指计算机系统完成某一任务(程序)所花费得时间。 5、如果用速度来评价性能,我们称“高”为性能好;如果用响应时间来评价性能,我们称“短”为性能好。(考判断) 6、计算机整机性能分成两部分:一就是CPU执行程序得时间,二就是等待时间。 提高计算机性能就就是提高CPU性能与减少等待时间。 cpu性能因子CPI:每条指令得平均时钟周期数(clock cycles per instruction), CPI=CPU花费得时钟数/CPU执行得总指令数 CPUtime =指令数× CPI ×时钟周期==I× CPI ×τ 8、CPU性能因子:(1)时钟频率(f)(2)CPI(3)指令数(I) (考填空) CPU性能 =1/CPU time= f / ( I×CPI ) 计算机性能常用指标:(1)MIPS(million instruction per second)MIPS得意思就是每秒钟执行得百万条指令数。 MIPS= 指令数/ ( 执行时间×106 ) = 时钟频率 / ( CPI×106 ) =f / ( CPI×106 ) MFLOPS(million floating-point operation per second)每秒钟执行得百万个浮点操作数MFLOPS=浮点操作数 / 执行时间×106 10、工作负载基准程序(workload benchmark): (1)实际程序(2)核心基准程序(3)简单基准程序(4)合成基准程序 (考填空) 11、基准程序得一般设计原则: (1)具有代表性,反映用户得实际应用。 (2)不能对基准程序进行优化。 (3)复现性。能重复测试,其环境相同,结果能重复出现。(4)可移植性。系统相关性要小。 (5)紧凑性。基准程序不宜太庞大。 (6)成本-效率要高。 12、测量结果得统计与比较----性能报告:SPEC(system performance evaluation cooperative)基准程序 13、指令设计时主要以下几个方面来考虑: (考填空) ⑴应用范围;⑵指令得使用概率;⑶常用指令分析;⑷特殊指令设计。
(完整版)网络体系结构知识点总结
第二章网络体系结构和协议 1.网络体系结构是层次和协议的集合。 2.网络协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。用来描述进程之间信息交换过程的一组 术语。 3.协议三要素：语法、语义和交换规则（时序、定时）。 a)语法：规定数据与控制信息的结构和格式。 b)语义：规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。 c)交换规则：规定事件实现顺序的详细说明。 4.分层设计 a)为了降低协议设计的复杂性，采用层次化结构。 b)每一层向其上层提供服务。 c)N层是N-1层的用户，是N+1层服务的提供者。 d)第N层和第N层通信，使用第N层协议。 e)实际传输数据的层次是物理层。 f)分层的优点： i.各层之间相互独立，高层不必关心底层的实现细节。 ii.有利于实现和维护，每个层次实现细节的变化不会对其它层次产生影响。 iii.易于实现标准化。 g)分层原则：每层功能明确，层数不宜太多也不能太少。 h)协议是水平的（对等层通信时遵守的规则） i)对等层：通信的不同计算机的相同层次。 j)接口：层与层之间通过接口提供服务。 k)服务：下层为上层提供服务 5.网络中进行通信的每一个节点都具有相同的分层结构，不同节点的相同层次具有相同的 功能，不同节点的相同层次通信使用相同的协议。 6.数据传输的过程 a)数据从发送端的最高层开始，自上而下逐层封装。 b)到达发送端的最底层，经过物理介质到达目的端。 c)目的端将接收到的数据自下而上逐层拆封。 d)由最高层将数据交给目标进程。 7.封装：在数据前面加上特定的协议头部。 8.层次和协议的关系：每层可能有若干个协议，一个协议主要只属于一个层次。 9.协议数据单元（PDU）：对等层之间交换的信息报文。 10.网络服务：计算机网络提供的服务可以分为两种：面向连接服务和无连接服务。 11.OSI/RM（开放系统互联参考模型） a)应用层面向用户提供服务，最底层物理层，连接通信媒体实现数据传输。 b)上层通过接口向下层提出服务请求，下层通过接口向上层提供服务。 c)除物理层以外，其他层不直接通信。 d)只有物理层之间才通过传输介质进行真正的数据通信。 12.OSI的特点： a)每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信。 b)各计算机系统都有相同的层次结构。 c)不同系统的相应层次有相同的功能。 d)同一系统的各层之间通过接口联系。
体系结构
Oracle体系结构
一、 概述： Oracle服务器是一种对象关系数据库管理系统，它为信息管理提供开放、综合和集成的方法。Oracle 服务器中有多种进程、内存结构和文件，但当处理SQL 语句时并非都 使用它们。有一些用于改善数据库性能确保数据库能够在软件或硬件错误事 件中得以恢复或者执行维护数据库所需的其它任务。 Oracle 服务器由一个Oracle 例程和一个Oracle 数据库组成 Oracle 例程是后台进程和内存结构的组合，必须启动例程才能访问数据库中的数据，每次启动例程都会分配系统全局区(SGA) 并启动Oracle后台进程 ? SGA 是用于存储数据库信息的内存区该信息为数据库进程所共享
Oracle 数据库是作为一个单元处理的数据集合，数据库的一般用途是存储和检索相关信息。数据库有一个逻辑结构和一个物理结构，数据库的物理结构是数据库中操作系统文件的集合Oracle 数据库由三种文件类型组成： ? 数据文件包含数据库中的实际数据。数据存储在用户定义的表中，但是数据文件也包含数据字典、成图象前的修改数据、索引以及其它类型的结构。一个数据库至少有一个数据文件。数据文件的特点是 –一个数据文件只能与一个数据库相关； –可以为数据文件设置某些特性以便它们在数据库运行空间不足时能够自动扩展； –一个或多个数据文件形成数据库存储的逻辑单元。这个单元称为表空间。? 重做日志包含对数据库所做的更改记录，这样万一出现故障可以启用数据恢复。一个数据库至少需要两个重做日志文件。 ? 控制文件包含维护和验证数据库完整性的必要信息。例如：控制文件用于识别数据文件和重做日志文件。一个数据库至少需要一个控制文件。
Oracle体系结构概述
Oracle 体系结构概述 完整的Oracle 数据库系统通常由两个部分组成：实例（INSTANCE ）和数据库（DATABASE ）。数据库是由一系列物理文件的集合（数据文件，控制文件，联机日志，参数文件等）；实例则是由一组Oracle 后台进程/线程以及在服务器分配的共享内存区。 实例和数据库有时可以互换使用，不过二者的概念完全不同。实例和数据库之间的关系是：数据库可以由多个实例装载和打开，而实例可以在任何时间点装载和打开一个数据库。准确地讲，一个实例在其生存期中最多只能装载和打开一个数据库。如果要想再打开其他数据库，必须先丢弃这个实例，并创建一个新的实例。 数据库的主要功能是保存数据，实际上可以将数据库看作是存储数据的容器。数据库的存储结构也就是数据库存储数据的方式，Oracle 数据库的存储结构分为逻辑存储结构和物理存储结构，这两部分是相互独立但又密切相关的。逻辑存储结构主要用于描述在Oracle 内部的组织和管理数据的方式，而物理存储结构则用于描述在Oracle 外部，即操作系统中组织和管理数据的方式。 Oracle 对逻辑存储结构和物理存储结构的管理是分别进行的，两者之间不直接影响。因此Oracle 的逻辑存储结构能够适用于不同的操作系统平台和硬件平台，而不需要考虑物理实现方式。 在启动Oracle 数据库服务器时，实际上是在服务器的内存中创建一个Oracle 实例（即在服务器内存中分配共享内存并创建相关的后台进程），然后由这个实例来访问和控制磁盘中的数据文件。图2-1以最简单的形式展示了Oracle 实例和数据库。Oracle 有一个很大的内存块，称为系统全局区（SGA ）。 文件 文件文件文件 文件数据库 SGA 后台进程后台进程后台进程后台进程后台进程后台进程后台进程 实例 图2-1 Oracle 实例和数据库 当用户连接数据库时，实际上是连接到实例中，由实例负责与数据库通信息，然后再将处理结构返回给用户。 Oracle 数据库服务器的后台进程的数量与其工作模式有密切关系。Oracle 服务器处理请求有两种最常见的方式，分别是专用服务器连接和共享服务器连接。在专用服务器连接下，Oracle 数据库会为每个用户请求分配一个专用服务器进程为其提供服务，当用户请求结束后，对应的服务器进程也相应地被终止。如果同时存在大量的用户请求，则需要同等数量的服务器进程提供服务。 而在共享服务器连接下，Oracle 数据库始终保持一定数量的服务器进程，用户的请求首
体系结构
某台主频为400MHz 的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均指令类型 指令执行数量 平均时钟周期数 整数 45000 1 数据传送 75000 2 浮点 8000 4 分支 1500 2 求该计算机的有效CPI 、MIPS 和程序执行时间。 解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝ (或 259 460 ) （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/ ＝ (或 259 5180 MIPS) （3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575μs 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？ 解 由题可知： 可改进比例 = 40% = 部件加速比 = 10 根据Amdahl 定律可知： ()5625.110 4 .04.011 =+-= 系统加速比 采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高到原来的倍。 指令 使用频度 指令 使用频度 指令 使用频度 ADD 43% JOM 6% CIL 2% SUB 13% STO 5% CLA 22% JMP 7% SHR 1% STP 1% 种编码的平均码长。 解： 根据给出的九条指令的使用频度和哈弗曼生成算法的结构的不用构造了两种不同的哈夫曼树。
（左边为A ，右边为B ） 各编码如下： 由表可知，三种编码的平均码长为：(公式：L=∑Pi*Li) 哈弗曼编码：位 3/3/3编码：位 2/7编码：位 平均码长：2*43%+2*22%+4*（1-43%-22%）= .某机指令字长16位。设有单地址指令和双地址指令两类。若每个地址字段为6位.且双地址指令有X 条。问单地址指令最多可以有多少条? 解： 双地址指令结构为：（4位操作码）（6位地址码）（6位地址码） 单地址指令结构为：（10位操作码）（6位地址码） 因此，每少一条双地址指令，则多2^6条单地址指令， 双地址指令最多是2^(16-6-6)=2^4=16条 ， 指令 Ii Pi 哈弗曼A 哈弗曼B 3/3/3 2/7 ADD I1 0 0 00 00 CLA I2 10 100 01 01 SUB I3 110 101 10 1000 JMP I4 11100 1100 1100 1001 JOM I5 11101 1101 1101 1010 STO I6 11110 1110 1110 1011 CIL I7 111110 11110 111100 1100 SHR I8 1111110 111110 111101 1101 STP I9 1111111 111111 111110 1110
软件体系结构—概述
软件体系结构
目录 第一章软件体系结构概述 (3) 1.软件体系结构定义 (3) 2.软件体系结构内容 (3) 3.UML (4) 4.抽象、接口、高内聚、低耦合常用概念 (4)
第一章软件体系结构概述 1.软件体系结构定义 Architecture Styles，定义为根据结构组织模式构成的软件系统族，表达了部件和他们之间的关系。例如客户/服务器（Client /Server）结构、浏览器/服务器（Browser/Server）结构等。 2.软件体系结构内容 1.体系结构风格（Architecture Styles） 体系结构风格是描述特定系统组织方式的惯用范例，强调组织模式和惯用范例。组织模式即静态表述的样例，惯用范例则是反映众多系统共有的结构和语义。通常，体系结构风格独立于实际问题，强调了软件系统中通用的组织结构，比如管道线，分层系统，客户机-服务器等等。体系结构风格以这些组织结构定义了一类系统族。 2. 设计模式（Design Pattern） 设计模式是软件问题高效和成熟的设计模板，模板包含了固有问题的解决方案。设计模式可以看成规范了的小粒度的结构成分，并且独立于编程语言或编程范例。设计模式的应用对软件系统的基础结构没有什么影响，但可能对子系统的组织结构有较大影响。每个模式处理系统设计或实现中一种特殊的重复出现的问题。例如，工厂模式，它为解决抽象部分和实现部分独立变化的问题提供了一种通用结构。因此，设计模式更强调直接复用的程序结构。 3. 应用框架（Application Framework） 应用框架是整个或部分系统的可重用设计，表现为一组抽象构件的集合以及构件实例间交互的方法。可以说，一个框架是一个可复用的设计构件，它规定了应用的体系结构，阐明了整个设计、协作构件之间的依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽象类以及其实例之间协作的方法，它为构
计算机体系结构总结
计算机体系结构重点 1并行线索：时间，空间的并行 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作 2、资源重复，时间重叠，资源共享 资源重复：通过重复设置硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。（多处理机系统） 时间重叠：多个处理过程在时间上相互错开，轮流、重叠地使用同一套硬件设备的各个部分。（流水线） 资源共享：软件方法，使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。（多道程序、分时系统） 3、数据并行：字、位 （1）流水线的指令并行 （2）超流水线：细分时间 （3）超标量流水线：重复设置流水线 （4）向量机：流水线，数据并行 （5）提高cache命中率 （6）多机系统，线程级并行（CMP ） 4、局部性 （1）存储系统原理 （2）提高cache命中率（victim cache,伪相联cache） （3）cache有好程序（空间、时间局部性） 有些去年的题都没有被老师的提纲点出来，崩溃了。。。。 蓝色的没查到，晕了。。。。 红色的太庞大，懒了。。。。 ------- 卖萌了by备 （分章解读） 一、概论 1计算机体系结构与组成原理，实现的关系，基本概念（兼容、模拟、仿真）层次：微程序语言、机器语言、（操作系统虚拟机）、＜-解释的方法实现 --------- 用翻译的方法实现-＞汇编语言、高级语言、应用语言 硬件逻辑优点：速度快 虚拟机：由软件实现的机器，以区别于由硬件/固件实现的物理机器 计算机系统结构：程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器中的数据通道和控制信号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。 计算机系统机构的研究对象：计算物理系统的抽象和定义；具体包括： 数据表示；寻址方式；寄存器定义；指令系统；存储结构；中断系统；机器工作状态定义和切换；I/O系统; 总线结构；系统安全与保密； 结构、组成和实现三者关系： 结构是计算机系统的软、硬件界面； 组成是计算机系统结构的逻辑实现；实现是九三级组成的物理实现； 软件兼容：同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各个机器上，而且所得结果一致；向上（下）兼容：低（高）档机器的目标程序不加修改就可以运行于高（低）档机器。一般向上兼容。前后兼容：指按系列机投放市场先后，实现软件兼容。一般向后兼容。
关于信息中心网络体系结构的概述
关于信息中心网络体系结构的概述 发表时间：2018-05-02T15:36:32.823Z 来源：《科技中国》2017年12期作者：魏陵一[导读] 摘要：互联网应用需求逐渐转变为信息的分发和获取，而网络体系结构依然为主机间的端到端通信，二者矛盾日趋尖锐。信息中心网络采用以信息为中心的设计为解决上述问题提供了新思路．本文提出了信息中心网络的基本体系结构框架，从功能和特性两个维度探索了信息中心网络可能的设计空间，最后指出当前主要问题及下一步研究方向． 摘要：互联网应用需求逐渐转变为信息的分发和获取，而网络体系结构依然为主机间的端到端通信，二者矛盾日趋尖锐。信息中心网络采用以信息为中心的设计为解决上述问题提供了新思路．本文提出了信息中心网络的基本体系结构框架，从功能和特性两个维度探索了信息中心网络可能的设计空间，最后指出当前主要问题及下一步研究方向．关键词：网络；信息；结构； 1.信息中心网络的产生背景 互联网应用由最初主机间文件和资源共享发展为普适的信息分发和服务提供。分发和获取数据已成为互联网主要应用需求，体系结构与应用需求间的矛盾日趋尖锐:网络围绕着主机而用户却对信息感兴趣，设计和需求不一致导致应用低效;P2P和CDN受底层及自身限制，只解决部分问题;信息安全依赖于主机与信道安全，难以保障信息自身安全。采用打补丁方式虽一定程度缓解矛盾但无法消除，很难预测以主机为中心的体系结构未来能否满足以信息为核心的应用需求。为解决设计和需求矛盾，以信息为中心的网络体系结构被提出，即信息中心网络。 信息中心网络采用革新式设计，以信息高效分发和获取为目标，通过信息名操作信息，在设计之初考虑可扩展、安全、移动及多接入点等需求，从而实现网络由“机器互联”到“信息互联”的转变。信息中心网络在应用和技术层面都具有传统网络难以比拟的优势。应用层面，信息中心网络解决信息“是什么”而不是“在哪儿”的问题，符合人们获取信息的直观感受。技术层面，(1)内容层替代IP层成为“沙漏模型细腰”，网络核心更接近应用需求，利于应用开发;(2)弱化主机概念，主机对应用透明，可简化其配置，降低其被定向攻击的可能;(3)信息显式命名，名字持久唯一，便于信息管理;(4)网内缓存便于信息分布，增强网络健壮性和效率;(5)名字路由将信息与位置解耦，增强移动性，充分利用内容副本，提高内容获取效率;(6)采用基于内容而非容器或信道的安全模型，更易保护内容本身[1]。 2信息中心网络体系结构 信息中心网络体系结构虽未统一，但基于信息为中心的思想，本节通过DONA、PSIRP、NetInf和CCN等典型信息中心网络，尝试梳理出较清晰的体系结构框架。 2.1信息中心网络简介 DONA采用扁平名字命名信息，在树形解析处理器网络通过名字选播实现信息分发获取。信息首先被发布到本地RH建立路由。路由更新会通知其父节点及对等节点。请求信息时，本地RH根据信息名查找下一跳，若无下一跳，则将报文转发给父节点，直至到达发布内容的RH或获得缓存。请求报文记录其经过的AS(AutonomousSystem)域。信息可直接采用IP路由返回，也可按AS路径反向返回。PSIRP采用扁平信息名，通过集会互联网络(RendezvousInternet-working，RI)发布/解析信息，通过源路由获得信息。数据源将信息发布到本地集会网络(RendezvousNetwork，RN)，RN通知给RI。订阅信息时，先由本地RN或RI解析出信息位置。然后向该位置请求信息，请求路径被写入报文头部，直到找到内容或缓存。信息沿请求路径返回。NetInf与PSIRP类似，NetInf特点在于:基于MDHT实现名字解析;解析节点可直接请求内容;信息返回基于底层路由。CCN采用层次信息名，直接通过名字匹配查找信息。报文分两类:请求报文Interest和响应报文Data。内容由本地内容路由器(ContentRouter，CR)发布到网络，各CR都记录该内容的路由信息。请求信息时，CR将内容名与转发表FIB匹配确定转发出口。请求路径上每个CR在待定请求表PIT中记录Interest上一跳。当找到内容或缓存时，Data沿PIT中的Interest路径反向返回。 2.2体系结构框架 信息中心网络参与者分三类:请求者(订阅者)、提供者(发布者)和所有者(产生者)。请求者为请求内容的用户。提供者保存并发布内容，可以是服务器、路由器或主机。所有者创建和提供内容，同时证实和担保内容。信息中心网络参与者角色不固定，请求者和所有者均可发布内容，成为提供者。 总结信息中心网络共性，信息中心网络体系结构框架可分三层:应用层、内容层和物理链路层。网络中内容/服务被抽象成具有唯一标识的命名数据。基于内容名字，应用2010层调用内容层API实现内容/服务检索和发布。内容层是对信息中心网络网络核心的抽象概括，不同信息中心网络内容层可细化成更具体的层次。链路层用于节点间消息传递。可建立在传统链路协议之上，为方便网络间过渡和异构网络融合，也支持TCP/IP协议[2]。 信息中心网络网络核心包含五个功能模块:命名机制、通信模式、路由转发、网内缓存及传输控制。命名机制关注名字结构与功能。通信模式为通信发起和交互的过程。路由转发负责信息检索和转发。网内缓存基于名字缓存信息。传输控制负责网络传输性能。信息中心网络还充分考虑可扩展性、安全性、移动性及多接入点等特性，这些特性均围绕内容而设计。 3.结语 信息中心网络设计以应用需求为目标，但目前仍处于发展阶段，存在应用需求不明确和技术不成熟的问题。未来研究方向包括:(1)寻找“杀手级”应用，可能是新应用或传统应用的替代业务;(2)解决技术难题，尤其是路由可扩展和网内缓存问题;(3)量化比较不同信息中心网络设计，对其基本技术路线形成共识。学术界虽尚未就信息中心网络的设计达成共识，但以信息为中心的思想符合未来应用需求。无论未来信息中心网络与IP共存或逐渐消失，信息中心网络的设计思想都已经为未来网络研究带来了活力，并将继续促进未来网络的发展。参考文献 [1]夏春梅，徐明伟.信息中心网络研究综述[J]/计算机科学与探索，2013. [2]吴超，张尧学，周悦芝/信息中心网络发展研究综述［J］.计算机学报，
软件体系结构概论
第1章软件体系结构概论。 软件架构的定义，意义，应用现状 △定义： 概念角度描述系统的主要构件及他们的关系，模块角度包含功能分解和层次结构，运行角度描述了一个系统的动态结构，代码角度描述了各种代码和库函数在开发环境中的组织 △意义： ①体系结构是风险承担者进行交流的手段②体系结构是早期设计决策的体系③软件体系结构是可传递和可重用的模型 △应用现状： ①软件体系结构描述语言②体系结构描述构造与表示③体系结构分析，设计与验证④体系结构发现，演化和重用⑤基于体系结构的软件开发方法⑥特定领域的体系结构框架⑦软件体系结构支持工具⑧软件产品线体系结构⑨建立评价软件体系结构的方法 第2章软件体系结构建模。 软件体系结构建模的种类△ ①结构模型②框架模型③动态模型④过程模型⑤功能模型 4+1模型，RUP 4+1图△ ①逻辑视图：主要支持系统的功能需求，即系统提供给最终用户的服务，用类图描述逻辑视图 ②进程视图：也称作并发视图，侧重于系统的运行特性，主要关注一些非功能性的需求，进程视图强调并发性，分布性，系统集成性和容错能力，以及从逻辑视图中主要抽象如何适合进程结构，它也定义逻辑视图中的各个类的操作具体是在哪一个线程中被执行的 ③物理视图：主要考虑如果把软件映射到硬件上，它通常要考虑到系统的性能，规模，可靠性 ④开发视图：也称作模块视图，主要侧重于软件模块的组织和管理 ⑤场景视图：重要活动的抽象，它使4个视图有机的联系起来，从某种意义上说场景是最重要的需求抽象软件体系结构的生命周期模型△ 各阶段的关系：△ ①需求分析阶段，包括需求获取，生成类图，对类分组，将类打包成构件和需求评审等过程 ②建立软件体系结构阶段，从结构角度分析，选择恰当的构件，构件的相互作用以及约束，为设计奠定基础 ③设计阶段，模块化，并决定各构件间的详细接口，算法和数据结构 ④实现阶段 软件体系结构的生命周期：△ ①软件系统结构的非形式化描述 ②软件体系结构的规范描述和分析 ③软件体系结构的求精及其验证 ④软件体系结构的实施 ⑤软件体系结构的演化和拓展 ⑥软件体系结构的提供，评价和度量 ⑦软件体系结构的终结 第3章软件体系结构风格。 管道/过滤器△ ①优点：使具有良好的隐蔽性，高内聚低耦合的特点 ②允许将整个系统的输入输出行为看成是多个过滤器的行为的简单合成 ③支持软件重用 ④系统维护和增加系统性能简单
计算机体系结构总结
计算机体系结构重点 1、并行线索：时间，空间的并行 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作 2、资源重复，时间重叠，资源共享 资源重复：通过重复设置硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。（多处理机系统） 时间重叠：多个处理过程在时间上相互错开，轮流、重叠地使用同一套硬件设备的各个部分。（流水线） 资源共享：软件方法，使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。（多道程序、分时系统） 3、数据并行：字、位 （1）流水线的指令并行 （2）超流水线：细分时间 （3）超标量流水线：重复设置流水线 （4）向量机：流水线，数据并行 （5）提高cache命中率 （6）多机系统，线程级并行（CMP） 4、局部性 （1）存储系统原理 （2）提高cache命中率（victim cache，伪相联cache） （3）cache有好程序（空间、时间局部性） 有些去年的题都没有被老师的提纲点出来，崩溃了。。。。 蓝色的没查到，晕了。。。。 红色的太庞大，懒了。。。。 -----------卖萌了by备 （分章解读） 一、概论 1、计算机体系结构与组成原理，实现的关系，基本概念（兼容、模拟、仿真） 层次：微程序语言、机器语言、（操作系统虚拟机）、<-解释的方法实现 --------------用翻译的方法实现->汇编语言、高级语言、应用语言 硬件逻辑优点：速度快 虚拟机：由软件实现的机器，以区别于由硬件/固件实现的物理机器 计算机系统结构：程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器中的数据通道和控制信号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。 计算机系统机构的研究对象：计算物理系统的抽象和定义；具体包括： 数据表示；寻址方式；寄存器定义；指令系统；存储结构；中断系统；机器工作状态定义和切换；I/O系统； 总线结构；系统安全与保密； 结构、组成和实现三者关系： 结构是计算机系统的软、硬件界面； 组成是计算机系统结构的逻辑实现； 实现是九三级组成的物理实现； 软件兼容：同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各个机器上，而且所得结果一致； 向上（下）兼容：低（高）档机器的目标程序不加修改就可以运行于高（低）档机器。一般向上兼容。 前后兼容：指按系列机投放市场先后，实现软件兼容。一般向后兼容。
计算机体系结构知识点汇总
第一章计算机体系结构的基本概念 1.计算机系统结构的经典定义 程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 （计算机组成：指计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现：计算机组成的物理实现） 2.计算机系统的多级层次结构： 1.虚拟机：应用语言机器->高级语言机器->汇编语言机器->操作系统机器 2.物理机：传统机器语言机器->微程序机器 3.透明性：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。 4.编译：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 5.解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都转去执行低一级 机器上的一段等效程序。 6.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法、冯氏分类法（按系统 并行度P P:计算机系统在单位时间内能处理的最大二进制位数）进行分类。 Flynn分类法把计算机系统的结构分为4类： 单指令流单数据流(SISD) 单指令流多数据流(SIMD) 多指令流单数据流(MISD) 多指令流多数据流(MIMD)
IS指令流，DS数据流，CS（控制流），CU（控制部件），PU（处理部件），MM，SM（表示存储器） 7.计算机设计的定量原理： 1.大概率事件优先原理（分配更多资源，达到更高性能） 2.Amdahl定理：加速比：P P=P0(加速前） P P（加速后）=1 (1?PP)+PP/PP (Fe为可 改进比例（可改进部分的执行时间/总的执行时间），Se为部件加速比 （改进前/改进后） 3.程序的局部性原理：时间局部性：程序即将使用的信息很可能是目前使 用的信息。空间局部性：即将用到的信息可能与目前用到的信息在空间 上相邻或相近。 4.CPU性能公式： 1.时钟周期时间 2.CPI：CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC 3.IC(程序所执行的指令条数) 8.并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。 同时性：两个或两个以上的事件在同一时刻发生。 并发性：两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。 从处理数据的角度来看，并行性等级从低到高可分为： 1.字串位串：每次只对一个字的一位进行处理。 最基本的串行处理方式，不存在并行性。 2．字串位并：同时对一个字的全部位进行处理，不同字之间是串行的。
3.网络体系结构
第3章网络体系结构3.1 网络体系结构概述 3.2 OSI/RM中的重要概念 3.3 物理层 3.4 数据链路层 3.5 网络层 3.6 公共数据网网络协议X.25 3.7 传输层 3.8 传输控制协议TCP 3.9 会话层 3.10 表示层 3.11 应用层
本章学习目标 ?了解开放系统互连参考模型中的若干重要概念 ?熟悉OSI/RM各层协议的功能及基本原理并掌握传输控制协议TCP
3.1 网络体系结构概述 1974年，美国IBM公司首先公布了世界上第一个计算机网络体系结构（SNA，System Network Architecture），凡是遵循SNA的网 络设备都可以很方便地进行互连。 1977年3月，国际标准化组织ISO的技术委员 会TC97成立了一个新的技术分委会SC16专门 研究“开放系统互连”，并于1983年提出了 开放系统互连参考模型，即著名的ISO 7498 国际标准（我国相应的国家标准是GB 9387），记为OSI/RM。
在OSI中采用了三级抽象：参考模型（即体系结构）、服务定义和协议规范（即协议规格说明），自上而下逐步求精。OSI/RM并不是一般的工业标准，而是一个为制定标准用的概念性框架。 经过各国专家的反复研究，在OSI/RM中，采用了如表3-1所示的7个层次的体系结构，表中对于各层主要功能的简略描述还是很粗浅的，更准确的概念将在以后的有关章节中给出。
表3-1 OSI/RM七层协议模型
3.2 OSI/RM中的重要概念3.2.1 协议和服务的区别及相互关系3.2.2 服务访问点 3.2.3 数据单元 3.2.4 服务原语 3.2.5 OSI/RM特点分析
计算机体系结构
有关并行算法 专业 指导教师 班级 学号 姓名 日期 广西工学院计算机学院
有关并行算法 一、并行计算技术概述 60年代初期，由于晶体管技术与存储器技术的发展导致并行计算机的出现，这一时期的典型代表就是IBM 360。创建和使用并行计算机的主要原因是因为并行计算机是解决筚处理器速度瓶颈的最好方法之一。并行计算机是由一组处理单元组成的，这组处理单元通过相互之间的通信与协作．以更快的速度共同完成一项大规模的计算任务。因此，并行计算机的两个最主要的组成部分是计算节点和节点间的通信与协作机制。并行计算机体系结构的发展也主要体现在计算节点性能的提高以及节点间通信技术的改进两方面。 就单台计算机系统而言．采用SMP技术是扩展其佳能的比较有效的方法．它可以将系统中的多个操作系统分布在多个处理器上执行以获得并行处理的效果。SMP技术可以通过多线程并行来提高性能。通过采用并行多线程技术，服务器可以通过SMP技术同时处理多个应用请求．使得这些程序获得了更好的运行效果，而且在龠式机的专业应用软件中，并行多线程技术的采用也日益增多。 伴随SMP技术的出现．带来另外的问题，那就是当应用增加时．虽然可以通过增加处理器的方法来扩展系统能力，但是，一方面需要有扩展连接处理器的系统总线的高超技术，并不是每个系统厂商都能做到，另一方面由于对共享资源的竞争所造成的系统瓶颈．使得单机系统的性能呈非线性增长。因此，当应用增加超过单机系统的承受能力时，就采用集群系统(CLUS-rIER)。在集群系统中，每台服务器处理各自的工作，提供各自的服务。当需要更高的的性能以适应更多的应用肘，既可以升级原有的服务器（增加更多的处理器、内存和存储等），又可以在集群系统中增加新的服务器。更进一步，集群系统在平衡和扩展整个计算机应用系统的工作负载的同时，也为用户提供了高性能和高可用性。 1977年,DEC公司推出了以VAX为结点机的松散耦合的集群系统．并成功地糌VMS操作系统移植到该系统上。20世纪90年代后．随着RISC技术的发展运用和高性能网络产品的出现，集群系统在性能价格比(C∞t/Perfonuance)、【il扩展性&ala-bility)、可用性(Availability)等方面都显示出了很强的竞争力，尤其是它在对现有单机上的软硬件产品的继承和对商用软硬件最新研究成果的快速运用，从两方面表现出传统MPP无法比拟的优势。 这里所介绍的高性能计算环境，从程序开发角度主要分为以下两类：一大类是共享内存系统，包括并行向量机(PVP，Par-allel Vector Pnx:eswr)、分布式共享存储多处理机(DSM.Dis-tributied Shared Memory)和对称多处理饥(SMP,Symmer/calMuhiPmcessing)等结构，其特点是多个处理器拥有物理上共享的内存，如HP的SuperDome．我国曙光1号，SGI Power Chal-lenge等；另·一大类是分布存储系统(DMP)，如大规模并行处理机(MPP．Massively Parallel Processor)和集群系统(Cluster)，其特点是系统由多个物理上分布的结蠃组成，每个结点拥有自己的内存． 二、什么是并行算法 并行算法（parallel computing）是指，在并行机上，将一个应用分解成多个子任务，分配给不同的处理器，各处理器之间相互协调，并行地执行子任务，从而达到加速求解速度，或者求解大规模应用问题的目的。 开展并行计算，必须具备三个节本条件： 1.并行机。并行机至少包含两台或两台以上处理机，这些处理机通过通过互联 网相互连接，相互通信。 2.应用问题必须具有并行度。也就是说，应用可以分解为多个子任务，这些子 任务可以并行地执行，将一个应用分解为多个子任务的过程，称为并行算法