新的体系结构
在台式计算机的微处理器设计方面的最新进展包括将多个处理器放置到一个计算机芯片上。这些多核设计完全取代了作为台式计算机的基础的单核设计。IBM 、Sun 、Intel 和AMD 都已经将他们的芯片流水线从生产单核处理器变为生产多核处理器。这已经促使计算机供应商将他们的重心转移到销售拥有多核的台式计算机，如Dell 、HP 和Apple 。在这个新的领域的市场份额的竞争中，每个计算机芯片生产商都在挑战着能够经济地放置到一个芯片上的内核数目的极限。所有这些竞争使得消费者拥有了比以前更多的计算能力。主要的问题在于常规的台式计算机软件没有被设计为利用新的多核架构。实际上，为了能够从新的多核体系结构中得到任何真正的加速，将必须重新设计台式计算机软件。
设计和实现利用多核处理器的应用软件的技术，和在单核开发中使用的技术有着根本的区别。软件设计和开发的焦点将必须从顺序编程技术转变为并行和多线程编程技术。
现在，一般开发人员的工作站以及入门级的服务器都采用具有硬件级多线程、多处理和并行处理能力的多处理器。尽管顺序编程和单核应用开发仍将保留有一席之地，但是多核应用程序设计和开发的思想现在已经成为主流。
本章将会带您了解多核编程，介绍的内容有：
● 什么是多核？
● 有哪些多核体系结构以及它们之间有什么区别？
● 作为软件的设计人员和开发人员，当从顺序编程和单核应用开发转移到多核编程
时，需要知道哪些知识？
1.1 什么是多核
多核是一种将多个处理器放置到一个计算机芯片上的架构设计。每个处理器被称作一个核。随着芯片容量的增加，在一个芯片上放置多个处理器变得可行。这些设计被称为芯片多处理器(Chip Multiprocessor ，CMP)，是因为它们允许单芯片进行多处理。多核是CMP 或单芯片多处理器的流行的名字。单芯片多处理的概念并不是新的，早在20世纪90年代
第 章 1
C++多核高级编程
2 初期，芯片生产商就已经开始探索在单芯片上放置多个内核的想法。最近，CMP 已经成为改进总体系统性能的首选方法。这种方法与通过增加时钟频率或处理器速度来获得总体系统性能收益是截然不同的。增加时钟频率的方法已经开始在成本效益方面达到其极限了。较高的频率要求更多的能耗，使得系统制冷变得困难且代价高昂。这还会影响确定尺寸和封装(sizing and packaging)方面的考虑。所以，现在的做法是增加更多的处理器，而不是令处理器运行得更快以获得性能上的提升。由于这种方法实现简单，因此是更好的方法，所以该方法驱动了多核革命。当前，多核体系结构在增强总体系统性能方面成为了焦点。
对于熟悉多处理的软件开发人员，对多核开发应当也不陌生。从逻辑的观点，对分开封装的多个处理器进行编程与对包含在单独芯片上的单个封装上的多个处理器进行编程，两者之间并没有很大的区别。当然可能会存在性能差异，因为新的CMP 利用了总线体系结构以及处理器之间连接等方面的进步。在某些环境下，这可能会使得原本为多个处理器编写的程序能够在CMP 上更快地执行。除了潜在的性能收益，设计和实现都是非常类似的。在本书中，我们将讨论其中存在的微小差别。对于只熟悉顺序编程和单核开发的开发人员，多核方法提供了很多新的软件开发范型。
1.2 多核体系结构
CMP 有多种形式：两个处理器(双核)、四个处理器(四核)和八个处理器(八核)结构。有些结构是多线程，有些结构不是。在新的CMP 中，高速缓冲存储器(cache)和内存的处理方式有着几种变体，在不同的实现中，处理器与处理器之间的通信方法也不同。来自各大主要芯片生产商的CMP 实现中，在处理I/O 总线和前端总线(Front Side Bus ，FSB)上均不相同。
如果严格地从逻辑视图上查看被设计为利用多核体系结构的应用程序时，并看不出大多数区别。图1-1示范了支持多处理的3种常见配置。
逻辑处理器1
逻辑处理器2
共享C PU 部件 相同芯片上
的共享逻辑
处理器
配置 1 FETC H /
DECODE
部件 寄存器 FETC H / DECODE 部件 寄存器 L1 cache L1 cache
L2 cache L2 cache 在分开的芯 片上的多个 处理器 配置 2 配置 3 FETC H / DECODE 部件 寄存器 FETC H / DECODE 部件 寄存器 L1 cache L1 cache L2 cache L2 cache 多个处理器 位于同一个 封装(芯片)中
图1-1
第1章新的体系结构
●图1-1中的配置1使用超线程(hyperthreading)。与CMP类似，使用超线程的处理
器允许在一个芯片上执行两个或多个线程。然而，在超线程的封装中，多个处理
器指的是逻辑上的，而不是物理上的。这些封装中有着两套硬件，但是不足以构
成一个单独的物理处理器。这样，超线程允许处理器在将自身呈现给操作系统时，
好像是完备的多处理器，但实际上只是在一个处理器上运行多个线程。
●图1-1中的配置2是经典的多处理器。在配置2中，每个处理器位于一个独立的芯
片上，而且有着自己的硬件。
●配置3代表了当前多处理器的发展趋势，它在一个芯片上提供完整的多个处理器。
如同您将在第2章所看到的，一些多核设计在核的内部支持超线程。例如，一个使用了超线程技术的双核处理器可以将自己作为四核处理器呈现给操作系统。
混合型多核体系结构
混合型多核体系结构(hybrid multicore architecture)在一个封装中混合了多种处理器类型和/或线程模式。这样能够通过将多种独特的性能合并到一个功能内核中，提供有效的代码优化和特化(specialization)的方法。混合型多核架构的最常见示例是IBM的Cell broadband engine(Cell)。我们将在下一章中介绍Cell的体系结构。
需要注意的是每种配置是作为由两个或更多个能够并发执行多个任务的一组逻辑处理器来呈现给开发人员的。对系统程序员、内核程序员和应用程序开发人员的挑战是需要了解何时以及如何利用这一点。
1.3 软件开发人员眼中的多核体系结构
CMP的低成本和广泛可用性，使得一般的软件开发人员能够进行各种级别的并行处理。并行处理不再是超级计算机或集群的专属领域。基本的开发工作站和入门级服务器现在都具有软件级和硬件级的并行处理能力。这意味着程序员和软件开发人员可以无需牺牲设计或性能，即可根据需要部署利用多处理和多线程的应用。然而，需要注意的是，并非每个软件应用都需要多处理或多线程。实际上，一些软件解决方案和计算机算法最好使用顺序编程技术来实现。在某些情况下，在软件中引入并行编程技术的开销会使软件性能降级。并行性和多处理是需要一定成本的。如果软件中顺序地解决问题需要的工作量少于创建额外线程和进程的开销，或者少于协调并发执行的任务之间通信的工作，则应选择顺序的方法。
有时可以较容易地确定何时及何地应当使用并行性，因为软件解决方案本身可能会要求支持并行性。例如在很多客户端—服务器配置中，很显然是需要并行性的。可能有一个服务器，例如数据库，还有很多可以同时对数据库发起请求的客户端。在多数情况下，您不希望一个客户端被要求等待，直到另外一个客户端的请求被满足。可接受的解决方案允许软件并发地处理客户端的请求。另一方面，有时候可能会在不需要并行性时面对并行性
3
C++多核高级编程
4 的诱惑。例如，您可能会倾向于相信在文本中进行并行关键字搜索理所当然地比顺序搜索快，但是这依赖于需要搜索的文本的规模，同时还依赖于启动多个并行搜索agent 所需要的时间和开销数量。设计决策者若赞成使用并发的解决方案，则必须考虑盈亏临界点和问题规模。在多数情况下，软件设计和软件实现是分开进行的，而且很多时候是由不同的小组来执行的。但是当主要的系统需求是软件加速或性能优化时，软件设计小组必须至少清楚软件实现的选择，而软件实现选择必须知道潜在的目标平台。
在本书中，目标平台是多核平台。为了充分利用多核平台，您需要理解做些什么工作才能获得CMP 的性能。您需要理解CMP 中的哪些部分是可以控制的。您将看到可以通过编译器、操作系统调用/库、语言特性、应用程序级库来访问CMP 。但首先，为了理解如何处理CMP 访问，需要对处理器体系结构有基本的理解。
1.3.1 基本的处理器体系结构
您可以访问和影响的部件包括寄存器、主存储器、虚拟内存、指令集使用以及目标代码优化。在试图与多处理器体系结构打交道之前，理解在单处理器架构中可以影响哪些部件非常重要。图1-2给出了简化的处理器架构和内存部件的逻辑概览。
寄存器部件系统
主
存储器子系统 及设备L1 cache L2 cache
图1-2
处理器架构有很多变体，图1-2只是一个逻辑概览。它说明了您可以使用的主要处理器部件。尽管这个级别的细节和这些部件对特定类型的应用程序开发经常是透明的，但是它们在自底向上多核编程和以加速和性能优化为主要目的的软件开发中都发挥着核心作用。与处理器的主要接口是编译器。操作系统是二级接口。
第1章新的体系结构
注意：
在本书中，我们将使用C++编译器来生成目标代码。并行编程可用于使用多种方法的所有类型的应用程序，从低级到高级，从面向对象到结构化应用程序。C++支持多范型编程方法，因为其拥有较强灵活性，所以我们会选择使用它。
表1-1给出了编译器与CPU和指令集交互的类别清单。包括浮点类别、寄存器操纵类别和内存模型类别。
表1-1
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C++多核高级编程
1.3.2 CPU(指令集)
CPU有着它识别并执行的原生指令集(native instruction set)。C++编译器的工作是将C++程序代码转换到目标平台的原生指令集。编译器对C++进行转换并生成一个由目标处理器的原生指令组成的目标文件。图1-3显示了基本编译过程的缩略图。
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第1章 新的体系结构
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C /C ++程序
编译器
编译器开关、
指示符及参数 汇编器参数、
开关及指示符 汇编代码 汇编器 处理器的
本地语言
图1-3
在将C++代码转换为目标CPU 本地语言的过程中，编译器可以选择如何生成目标代码。编译器可用来帮助确定寄存器如何使用或是否执行循环展开。可以通过对编译器选项的设置来决定是否生成16位、32位或64位目标代码。编译器可用于选择内存模型。编译器可以提供代码提示来声明提供多少L1(level 1) cache 或L2(level 2) cache 。注意在表1-1中的浮点操作类别中，该类别中的开关允许编译器影响对浮点指令的选择。例如，GNU gcc 编译器有- -float-store 开关。这个开关告诉编译器在生成目标代码时，不应当使用将在寄存器中存储浮点变量的指令。Sun C++编译器有-fma 开关，这个开关允许自动生成浮点和multi-add 指令。-fma=none 禁用了这些指令的生成。-fma=fused 开关允许编译器通过使用浮点、fused 和multiply=add 指令来尝试改进代码性能。在上述两种情况下，开关都作为选项提供给编译器：
gcc –ffloat-store my_https://www.doczj.com/doc/1111364040.html,
或
CC –fma=used my_https://www.doczj.com/doc/1111364040.html,
其他开关影响cache 使用。例如Sun C++编译器有-xcache=c ，定义了被优化器使用的cache 属性。GNU gcc 编译器有-Funroll -loops ，指定循环如何展开。GNU gcc 编译器的-pthread 开关开启了对使用pthread 的多线程的支持。编译器甚至还有选项可用来设置典型内存引用间隔，使用的是-mmemory-latency=time 开关。实际上，对于图1-2中的任何部件，均有编译器选项和开关可影响它们的使用。
C++多核高级编程
8 编译器提供对处理器的访问，对为特定目标处理器或处理器系列编写多核应用程序的
开发人员是有影响的。例如，UltraSparc、Opteron、Intel Core 2 Duo和Cell处理器都是常用的多核配置。这些处理器均支持高速向量操作和计算。它们支持并行计算的单指令多数据(SIMD)模型。这种支持可以通过编译器来获得，并受编译器影响。
注意：
第4章包含了对编译器在多核开发中的作用的详细介绍。
值得注意的是，使用过多这种类型的编译器选项，会导致编译器为特定处理器进行代码优化。如果设计目标之一是跨平台兼容，那么必须小心使用编译器选项。对于系统程序员、库制作人员、编译器编写人员、内核开发人员、数据库和服务器引擎开发人员，对基本处理器架构、指令集和编译器接口的基本理解是开发利用CMP的有效软件的先决条件。
1.3.3 内存是关键
事实上，在计算机系统中发生的所有事情都是要经过某种内存的。多数事情需要经过很多的内存级别。软件及同它关联的数据在执行之前通常存储在某些外部介质中(通常为硬盘、CD-ROM、DVD等)。例如，假定您有一个非常重要且非常长的数字列表存放在一个光盘中，而且需要将这些数加到一起。同时假定用来对这个非常长的数字列表进行累加的程序也保存在光盘中。图1-4说明了程序和数据如何流向处理器。
寄存器
FETC H/
D EC O D E
部件
系统
主
存储器
重要的
数字和
程序的
文件
L1 cache
L2 cache
图1-4
在不同类型的内存中，您必须记住的是典型的CPU仅对保存在其寄存器中的数据进行操作，它没有直接访问存储在其他位置的数据或程序的能力。图1-4显示了ALU对寄存器
第1章 新的体系结构
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的读取和写入，这是正常的状况。指令集命令(处理器的本地语言)被设计为主要针对CPU 寄存器中的数据或指令进行工作。为了将您的重要的数字列表和程序取到处理器，必须从光盘中提取软件和数据并加载到主存储器中。从主存储器开始，软件和数据被传递到L2 cache ，然后到L1 cache ，接下来传递到指令和数据寄存器，这样CPU 可以进行它的工作。值得注意的是在每个阶段，存储器的执行速度是不同的。二级存储器，如CD-ROM 、DVD 和硬盘的速度要低于主随机存取内存(random access memory ，RAM)。RAM 的速度慢于L2 cache 内存。L2 cache 内存慢于L1 cache 内存。处理器中的寄存器是您能够直接打交道的速度最快的存储器。
各种类型的存储器除了在速度方面有区别外，规模也是一个因素。图1-5给出了分级存储器体系(memory hierarchy)的概览。
更快
更慢 存
取
速
度
系统主存
虚拟内存
(外部磁盘) I/O 设备
L1 cache
L2 cache
图1-5
寄存器的速度最快，但是容量最小。例如，一台64位计算机通常有一组寄存器，每个寄存器能够保存最多64比特。在某些实例中，寄存器可以成对使用，允许保存128比特。在容量方面，紧随寄存器之后的是L1 cache 和L2 cache 。L2 cache 目前是以MB 为单位进行度量的。从L2 cache 到系统主存，在最大容量方面有一个巨大的提升，系统主存的容量当前是以GB 为单位进行度量的。除了各种类型的存储器的速度以及容量之外，还有一个因素是各类存储器之间的连接。这些连接被证明对总体系统性能有着重要的影响。在二级存储器中保存的数据和指令必须通过I/O 通道或总线才能到达RAM 。一旦到达RAM ，数
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据或指令通常经由系统总线到达L1 cache。I/O总线以及系统总线的速度和容量在多处理器环境中可能会成为瓶颈。随着芯片上内核的数目的增加，总线架构以及数据通路的性能带来的影响就更加明显。
本章稍后部分将讨论总线连接，首先我们来了解分级存储器体系以及它在多核应用程序开发中扮演的角色。要记住，就像您可以使用编译器对指令集选择的影响那样，您也可以使用编译器来操纵寄存器使用和RAM对象布局、提供cache规模提示，等等。您可以使用更多的C++语言元素来指定寄存器使用、RAM和I/O。这样，在您详细了解多处理和多线程之前，必须对处理器处理的分级存储器体系有基本的了解。
1.3.4 寄存器
寄存器是用于特殊目的的、规模小但速度快的存储器，可以被内核直接存取。寄存器是易失的(volatile)。当程序退出时，程序在寄存器中用于任何意图和目的的任何数据或指令都会消失。与交换内存、虚拟内存不同，这些内存是持久的，因为保存在某种二级存储器中，而寄存器是暂时的。寄存器中的数据只在系统加电或程序运行期间保持。在通用计算机中，寄存器位于处理器内部，因为几乎为零延迟。表1-2包含了多数通用处理器中的寄存器的常见类型。
表1-2
多数C/C++编译器有着可以影响寄存器使用的开关。除了能够用于影响寄存器使用的编译器选项外，C++还有asm{ }指示符，它允许在C++的过程或函数中写入汇编语言，例如：
void my_fast_calculation(void)
{
...
asm{
...
mov 2 , %r3
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第1章新的体系结构
inc(%r3)
...
}
...
}
my_fast_calculation( )将2加载到UltraSparc处理器的%r3通用寄存器中。尽管对于
C++，cache不是轻易可见的，但是寄存器和RAM是可见的。根据开发的多处理器软件的
类型，无论是通过编译器还是通过C++ asm{ }指示符，对寄存器的操纵是必要的。
1.3.5 cache
cache是位于处理器和主系统内存(RAM)之间的存储器。尽管cache不像寄存器那样快，但是仍要快于RAM。它的容量大于寄存器，但是小于主存。cache增加了有效的存储器传
递速度，因此提高了处理器总体性能。cache用于保存处理器最近使用的数据或指令的副本。会从主存中获取小的内存块并保存到cache中，期望处理器会需要它们。程序具有时
间局部性(temporal locality)和空间局部性(spatial locality)的倾向。
●时间局部性是重用最近访问的指令或数据的倾向。
●空间局部性是访问物理上接近于最近访问项的指令或数据的倾向。
cache的一项主要功能是利用程序的这种空间局部性和时间局部性的特性。cache通常
会被分为两个级别，即level 1和level 2。
注意：
cache的完整讨论超出了本书的范围。若需要了解关于cache的详细讨论，可参考[Hennessy,Patterson,2007]。
1. level 1 cache
level 1 cache的规模较小，有时候只有16KB。L1 cache通常位于处理器内部，用于截
获最近使用的指令或数据的字节。
2. level 2 cache
同L1 cache相比，level 2 cache要大一些，但速度要慢些。当前，它位于主板上(处理
器外部)，但是这一点正在逐渐变化。当前，L2 cache通常以MB为度量单位。L2 cache可
以保存更大块的最近使用的指令、数据和邻近L1 cache保存内容的项。由于L1和L2快于
通用RAM，因此对程序接下来要做的事情猜测得越正确，则总体系统性能越好，因为正
确的数据块将位于L1 cache或L2 cache中。这样就可以避免对RAM或虚拟内存乃至最坏
情况下对外部存储器的访问。
3. 用于cache的编译器开关
除非是在进行内核开发、编译器开发或其他类型的底层系统编程，否则多数进行多核
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C++多核高级编程
应用程序开发的人员不会关心手工管理cache。然而，在当前使用的多数主流编译器中，的确给出了编译器选项来提示可用的L1 cache或L2 cache的数量，或提示关于L1 cache 或L2 cache的特性。例如，Sun C++编译器具有xcache开关。该开关的参考指南显示了它的语法和用途。
-xcache=c定义了优化器可以使用的cache属性。它并不保证使用任何特定cache属性。
尽管这个选项可以单独使用，但它通常会是-xtarget选项的扩展部分，它的主要用途是用来覆盖-xtarget选项提供的一个值。
开发真正利用CMP的软件要求对目标处理器或处理器系列的指令集以及内存使用进行详细的考虑。这包括了解优化的机会，例如循环展开、高速向量处理、SIMD处理、MP 编译器指示符和为某些值提供编译器提示，如L1 cache或L2 cache的大小。
1.3.6 主存
图1-2显示了寄存器、cache、ALU和主存之间的相对关系。除了外部存储器(例如硬盘、CD-ROM、DVD等)以外，RAM是开发人员在工作时面对的最慢的内存。同时RAM 物理上位于处理器的外部，数据通过总线传送到处理器，使得其速度更慢。另一方面，RAM 是对于多线程或多处理应用程序的软件开发人员而言最明显的部分。多数情况下处理器和任务间共享的数据保存在RAM中，每个处理器必须执行的指令在运行时将保存在RAM 中，必须在多个处理器间同步的临界区(critical section)也主要保存在RAM中。如果有任务或处理器被锁住，通常是因为内存管理问题。几乎在任何情况下，处理器和任务或多个agent 之间的通信，将通过在运行时驻留在RAM中的变量、消息队列、容器和互斥量等产生。
在软件开发者的多核应用程序编程视图中，内存访问和管理是一个重要的元素。如同已经讨论过的图1-2中显示的其他逻辑部件那样，您有权使用影响应用程序如何处理内存的编译器开关。您所选择的内存模型非常重要。在C++中通过new( )操作符创建的对象会位于空闲存储区(堆)或虚拟内存(如果数据对象足够大)中。空闲存储区逻辑上位于RAM中，而虚拟内存是外部存储器的映射。
注意：
我们将在第5章中详细讨论进程或线程如何使用RAM。
12
第1章 新的体系结构
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1.4 总线连接
通常，计算机中的子系统通过总线进行通信。总线是子系统之间的共享通信连接
[Hennessy ，Patterson ，1996]。总线是计算机中的部件之间的通道或通路。传统上，总线分为CPU-内存总线或I/O 总线。基本的系统配置由两条主要的总线构成，即系统总线(也被称为前端总线，FSB)和I/O 总线。如果系统有cache ，通常还会有后端总线(Back Side Bus ，BSB)，用于连接处理器和cache 。图1-6显示了一个简化的处理器-总线的配置。
内存控制器 I/O 控制器
cache
图1-6
在图1-6中，FSB 用于CPU 和内存之间的数据传输。FSB 是一条CPU-内存总线。I/O 总线通常用于向其他外设发送信息。注意在图1-6中，BSB 用于在CPU 、cache 和主存之间移动数据。外围设备互连(Peripheral Component Interconnect ，PCI)是I/O 总线的例子。PCI 提供了到它所连接的设备的直接连接。然而，PCI 通常通过某种类型的桥接技术连接到FSB 。由于总线提供了CPU 、内存控制器、I/O 控制器、cache 和外设之间的通信通路，因此存在潜在的吞吐量瓶颈(throughput bottleneck)。多处理器配置会给FSB 增加压力。目前的趋势是在一个芯片上增加更多的处理器，这会对基于总线的架构提出更高的通信要求。系统的性能受到CPU 、内存和其他系统外设之间所使用的总线的最大吞吐量的制约。如果总线的速度慢于CPU 或内存，或者总线没有适当的容量、时序或同步，则总线会成为瓶颈，阻碍总体系统性能。
1.5 从单核到多核
在单核结构中，尽管很多当前的单核结构中包含特殊的图形处理部件、多媒体处理部件以及一些特殊的算术协同处理器，但您只需要关注一个(通用)处理器。但是即使使用单
C++多核高级编程
14 核或单处理器计算机，多线程、并行编程、软件流水以及多道程序设计也都是可能的。所以本节将澄清一些基本事实，帮助您从单核编程迁移到多核编程。
1.5.1 多道程序设计和多处理
多道程序设计(multiprogramming)通常是在讨论操作系统时被提及，而不是在讨论应用程序时被提及。多道程序设计是一种调度技术，使得在任何时候都允许多个任务处于执行状态。在多道程序设计系统中，任务(或进程)共享系统资源，如主系统内存和处理器。在单核系统中，进程同时执行的假象是由于操作系统使用了时间片(time slice)技术。在时间片模式中，给每个进程一个小的时间间隔来执行。这些时间间隔被称作时间片，这些时间片非常短，而且操作系统能够非常快地切换上下文，这样就给出了在任意时刻执行多个进程或任务的假象。因此在单核架构并发执行两个主要任务(如刻录DVD 的同时渲染计算机图像)的场景中，将系统称作多道程序设计。
多道程序设计是一种调度技术。相反，多处理器是有着多个处理器的计算机。在这种情况下，是特指有着两个或多个通用处理器。从技术上而言，有着CPU 和GPU 的计算机也是多处理器。但是为了本讨论的目的，我们集中于多通用处理器。这样，多处理是一种使用多个处理器来并发执行任务的编程技术。在本书中，我们主要关心属于并行编程范畴的技术。
1.5.2 并行编程
并行编程是使用并发执行的指令或任务来实现算法、计算机程序或计算机应用的科学技术。图1-7说明了每种类型的组成以及哪些是并行执行的。 并行算法 并行计算机程序
组 1 组2 过程A 过程B
使用并行部件的计算机
应用程序
过程C 过程D 部件可以并发执行 任务A
任务B 任务D
任务C 子系统1 子系统2
图1-7
图1-7中的并行算法可以并行执行一组指令。instruction 1和instruction 2可以并发执
第1章新的体系结构
行。instruction 5和instruction 6可以并发执行。在算法中，并行性发生在两条指令间。这
和图1-7中的并行计算机程序不同，在那里，工作单元是过程、函数或线程。过程A和过
程B可以同时执行。除了过程A和过程B之间的并发外，它们各自内部也可能存在并发。过程A的函数可能并行执行。因此对于包含并行性的计算机程序，工作单元要大于算法中
的工作单元。
图1-7中的使用并行部件的计算机应用程序中具有最大的工作单元。任务A和任务B
可能由很多过程、函数、对象等组成。当在应用程序级来查看并行编程时，所谈论的是更
大的工作单元。除了任务，应用程序可能包含子系统，如后台网络组件或多媒体组件，这
些组件相对于用户可执行的任务而言是同时在后台运行的。这里的关键点是图1-7中的每
种结构都使用了并行编程，区别在于工作单元的大小，有时候被称作粒度。
注意：
我们将在第4章进一步讨论并行性的级别。
1.5.3 多核应用程序的设计与实现
多核应用程序的设计与实现使用并行编程技术来设计可以利用CMP的软件。设计过
程将一些任务的工作指定为两个或多个线程、两个或多个进程，或线程与进程的组合。然后，该设计可以使用模板库、类库、线程库、操作系统调用或低级编程技术(例如软件流水、向量化等)来实现。本书将介绍多线程、多处理、进程间通信、线程间通信、同步、线程库、多线程类库和模板库的基础知识。低成本的CMP实现使得一般的开发人员也可以进行并
行编程和多线程编程。本书主要介绍使用可以跨操作系统环境移植的多处理和多线程技术
来开发多核应用。我们将仅使用符合操作系统POSIX标准的库以及符合ISO标准的C++
特性。
1.6 小结
本章涵盖了考虑开发多核应用所需要理解的关键概念。本章介绍的重要内容为：
●多核芯片是有着两个或多个处理器的芯片。这种处理器配置称为CMP。CMP当前
范围是从双核到八核。
●混合型多核处理器可以包含不同类型的处理器。Cell broadband engine是混合型多
核处理器的实例。
●根据开发者是系统程序员、内核程序员、库开发人员、服务器开发人员或应用程
序开发人员，多核开发可以自底向上或自顶向下地实现。每组开发人员都会面对
类似的问题，但是会从不同的角度来观察内核。
●所有计划编写利用多处理器配置的软件的开发人员都应当熟悉目标平台的处理器
架构。到多核处理器特定特性的主要接口为C/C++编译器。为了更好地利用目标
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处理器或目标处理器系列，开发者应当熟悉编译器、编译器的汇编器子部件和连接器的选项。二级接口包括操作系统调用、操作系统同步与通信组件。
●并行编程是使用被设计为并发执行的指令或任务集来实现算法、计算机程序或计
算机应用的科学技术。多核应用程序开发和设计是关于使用并行编程技术和工具来开发可以利用CMP架构的软件。
既然您已经了解了关于多核编程的基本思想和问题，第2章将介绍来自计算机工业领
先位置的芯片生产商的4种多核设计，这些生产商为AMD、Intel、IBM和Sun。我们将了解Dual Core Opteron、Core 2 Duo、Cell Broadband Engine架构和UltraSparc T1多处理器内核是如何实现CMP的。
专题二城市体系和城市空间结构 如皋市搬经中学宋荣 【考纲要求】 1．城市的空间结构及其形成原因。 2．不同规模城市服务功能的差异。 【学习目标】 1．通过学习，掌握城市的土地利用方式和功能分区，并归纳其分布的特点；2．运用实例，能够分析城市内部的空间结构，并解释其形成原因。 3. 联系城市地域结构的有关理论，说明不同规模城市服务功能的差异。【学习过程】 知识点一城市的空间结构 一、读“三维设计”P115考点2：城市的空间结构及形成原因 二、自主完成： 读“某城市地租分布等值线图”，完成1～2题。 1.图中，等值线abc的付租能力关系是( ) A．a＞b＞c B．a＜b＜c C．a＝b＞c D．a＞b＝c 2.该市重工业不断向东北部迁移，主要原因可能 是( ) ①城市地区地价上涨 ②为了缓解城市地区日益严重的环境污染 ③北部人口众多，有大量剩余劳力 ④北部地区矿产资源丰富 A．①②B．②③C．①③D．②④ 下图为某城市地价等级分布图。读图回答3～4题。 3．与图9中M—N一线地价等级变化相符的是（） A． B． C． D．
4.图中P区域地价低于周边地区是因为（） A．土地形状不规整 B．交通不便 C．远离市中心 D．受铁路影响 5.读图，完成下列问题。 理由是。 （2）工业区应位于A、B、C三处中的_______处，理由 是。 （3）高级住宅区应位于A、B、C三处中_____处，理由 是。 三、小结巩固： 2.城市内部空间结构的形成因素 形成因素有经济因素、历史因素、社会因素、行政因素等，其中是主要因素。城市某块土地由哪种活动占有，取决于这块土地的和各种活动的两个方面。地租高低主要取决于和两个方面。 此外，也是影响城市功能分区的重要因素。 3.城市功能区布局是否合理，关键是区和区的布局是否合理。
密级：保密期限： 题目：新一代互联网体系结构的研究进展与分析 学号： 姓名： 专业： 导师： 学院： 2011年12月11日
新一代互联网体系结构的研究进展与分析 摘要 日益增长的网络规模和用户需求给互联网带来了诸多挑战，新一代互联网体系结构已经成为了网络领域研究的热点。本文就新一代互联网研究背景，研究现状，待解决的问题进行总结，并对位置标志和身份标志分离的两类方案进行了探讨。 关键词：新一代互联网位置标志身份标志LISP
NEXT GENERATION INTERNET ARCHITECTURE RESEARCH AND ANALYSIS ABSTRACT The Challenges have been brought because of the increasing network size and user needs. It has been becoming hot to research the architecture of the NGI. In this paper,the background, research status, problems to be solved of the NGI will be summarized, and then,two programs are discussed,which solved the separation of location mark and identity mark. KEY WORDS: NGI location mark identity mark LISP
【内容摘要】：框架结构是由梁和柱组成承重体系的结构。主梁、柱和基础构成平面框架，各平 面框架再由联系梁连接起来而形成框架体系。随着建筑业的发展，目前多层和高层建筑逐渐增多。 人们可以根据自己的喜好充分利用其使用空间，满足了使用者在使用上的不同要求。因此，框架结构房屋越来越多的受到人们的青睐。 【关键词】：框架结构、混凝土、应力、抗震、框架梁 一、引言 框架结构是指由梁和柱刚接而成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架结构共同承受使用过程中 出现的水平荷载和竖向荷载。钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成的。 由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由 连续梁连接起来形成空间结构体系。 该结构形式，可形成较大的内部空间，能灵活的布置建筑平面，并具有传力明确、延性、抗震 性和整体性好的优点，因此，无论是在工业建筑还是民用建筑中，框架结构都是一种常用的结构 形式。 二、主题部分 1.框架结构的概念 框架结构是指由梁和柱以钢筋相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用 过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用， 一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材砌筑或 装配而成。 框架结构又称构架式结构。房屋的框架按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面 构成分为对称、不对称；按所用材料分为钢框架、混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合 框架等。其中最常用的是混凝土框架（现浇整体式、装配式、装配整体式，也可根据需要 施加预应力，主要是对梁或板）、钢框架。装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模 工业化施工，效率较高，工程质量较好。 2.框架结构的优缺点 (1)框架结构的主要优点： 空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点， 利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配 整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好 也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。 (2)框架结构的缺点为：
软件体系结构设计说明书 编者说明： 随着OO方法论地日臻成熟，其思想也从编程（OOP）到了设计（OOD）和分析（OOA），而软件体系结构则是从设计的最高层进行设计与规划的技术，本文档模板就是用来帮助你从用例视图、逻辑视图、进程视图、部署视图等方面对系统进行总体描述。 1.文档简介 [本节主要是描述软件体系结构设计说明书的目的、范围、相关术语、参考资料和本文档的摘要性介绍。软件体系结构设计属于高层设计文档，是符合现代软件工程要求的概要设计。] 1.1 目的 [软件体系结构设计说明书，将从设计的角度对系统进行综合的描述，使用不同的视图来描述其不同方面。在本小节中，将对该文档的结构进行简要的说明，明确该文档针对的读者群，指导他们正确的地使用该文档。] 1.2 范围 [说明该文档所涉及的内容范围，以及将影响的内容。] 1.3 定义、首字母缩写词和缩略语 [与其它文档一样，该文档也需要将本文档中所涉及的所有术语、缩略语进行详细的定义。还有一种可简明的做法，就是维护在一个项目词汇表中，这样就可以避免在每个文档中都重复很多内容。] 1.4参考资料 [在这一小节中，应完整地列出该文档引用的所有文档。对于每个引用的文档都应该给出标题、标识号、日期以及来源，为阅读者查找这些文档提供足够详细的信息。] 1.5 概述 [在本小节中，主要是说明软件体系结构设计说明书各个部分所包含的主要内容，就像一个文章摘要一样。同时也应该对文档的组织方式进行解释。]
2. 体系结构表示方式 [本节说明软件体系结构在当前系统中的作用及其表示方式。它将列举其所必需的用例视图、逻辑视图、进程视图、部署视图或实施视图，并分别说明这些视图包含哪些类型的模型元素。] 3. 软件体系结构的目标和约束 [本节说明对软件体系结构具有某种重要影响的软件需求和用户目标，例如，系统安全性、保密性、第三方组件的使用、可移植性、发布和重新使用。它还要记录可能适用的特殊约束：设计与实施策略、开发工具、团队结构、时间表、遗留系统等。]
武汉市中心体系结构专题研究(核心摘要) 城市中心是促进城市经济社会发展的重要增长极核，是构成城市空间结构的重大要素之一。城市中心体系的规模等级、职能类型、使用效率、空间形象等特性是城市影响力、实力、活力及魅力的直接体现。中心体系的发育状况极大程度上影响着整体城市的运行发展。因此，研究中心体系的特征及发展规律，对把握城市空间结构的发展、制定未来城市总体发展战略以及确定近期建设重点具有重要的意义。 一、研究背景 相比巴黎香榭丽舍、东京银座、纽约曼哈顿、上海陆家嘴、北京国贸等鲜明的城市中心形象，武汉的中心在哪里？这是作为中部地区人口超千万的特大城市，未来发展成为国家中心城市、世界城市的武汉必须深入思考的问题。因此，基于对武汉城市中心结构体系不清晰、中心形象不突出等特征的基本认识，为构建科学合理的城市中心结构体系，支撑武汉建设国家中心城市与国际化大都市的发展框架，结合新一轮城市总体规划编制，特开展《武汉市中心体系结构研究》工作。研究涉及范围涵盖武汉城市圈、武汉市域、武汉都市发展区以及武汉市主城区。其中，主要研究范围为武汉市全域8569平方公里；重点研究范围为现行都市发展区3261平方公里和中心城区678平方公里。 研究采取“问题与目标”双导向结合的工作思路，聚焦武汉现状城市中心体系结构发展的“两个核心问题”，重点关注武汉未来城市中心体系的“三个重要方面”。两个核心问题包括中心体系结构不够突出与中心发展路径不够明确。三个重要方面包括中心在哪里、中心缺什么、中心怎么建。 二、城市中心体系的案例借鉴及发展规律
（一）案例借鉴 1、中心体系的维度及层次性 中心体系发展具有两个维度：城市维度和组团维度。 城市维度的中心体系发展直接影响着城市空间结构的形成。国内外城市如巴黎、东京、上海、南京等城市的中心体系，基本上都由“主中心+副中心+新城中心”三类构成。 组团维度的中心体系中包涵了国内多数城市提出的组团中心，即服务于社区组团、提供城市最基本公共服务的生活圈中心，是构成城市中心体系扁平化结构的基本单元。 2、中心体系的功能分布特征 从特大城市的功能布局研究来看，具有如下特性：0-5公里是城市核心功能的集聚区（中央活动区）；5-10公里为城市专业功能分布区域；10-30公里是边缘城市或副城的重要功能节点地区；30-60公里是新兴功能培育区域地区； 60-120公里是综合性城市培育区域。此外，港口（空港、河港）等特殊地区承载了临空经济区、分研发中心和服务中心、重工制造业、化工等特殊功能。 城市中心体系布局是与城市功能的圈层布局相对应的。通常，主中心位于城市 0-5公里范围内，集聚了金融、商务、办公等现代高端服务职能；城市副中心布局在5-10公里范围，依托某项市级功能发展专业化中心，如文化中心、商务中心、博览中心、体育中心等，副中心同时兼顾有服务区片基本生活功能；新城中心则布局在10公里以外，依托产业发展成为辐射区域或片区的新城。
软件体系结构研究综述 班级：软件092 学号：17 姓名：陈世华摘要: 近年来,软件体系结构逐渐成为软件工程领域的研究热点以及大型软件系统与软件产品线开发中的关键技术之一.归纳了软件体系结构技术发展过程及其主要研究方向.在分析了典型的软件体系结构概念之后,给出了软件体系结构的定义.通过总结软件体系结构领域的若干研究活动,提出了软件体系结构研究的两大思路,并从7个方面介绍了软件体系结构研究进展.探讨了软件体系结构研究中的不足之处,并分析其原因.作为总结,给出了软件体系结构领域最有前途的发展趋势. 关键词: 软件体系结构;基于体系结构的软件开发;软件体系结构描述语言;软件体系结构描述方法;软件体系结构演化;软件体系结构发现;软件体系结构分析;软件体系结构验证;特定域软件体系结构(DSSA) Abstract: Software architecture (SA) is emerging as one of the primary research areas in software engineering recently and one of the key technologies to the development of large-scale software-intensive system and software product line system. The history and the major direction of SA are summarized, and the concept of SA is brought up based on analyzing and comparing the several classical definitions about SA. Based on summing up the activities about SA, two categories of study about SA are extracted out, and the advancements of researches on SA are subsequently introduced from seven aspects. Additionally, some disadvantages of study on SA are discussed, and the causes are explained at the same time. Finally, it is concluded with some significantly promising tendency about research on SA. Key words: software architecture; architecture-based development; architecture description language; architectural representation and description; architectural evolution and reuse; architectural discovery; architectural analysis; architectural verification and evaluation; domain-specific software architecture (DSSA)
课程名称：软件体系结构 课程编号：C304 课程学分：2 适用学科：计算机应用技术 软件体系结构 Software Architecture 教学大纲 一、课程性质 本课程是为计算机应用专业研究生开设选修课。软件体系结构是软件开发设计的高级课程，对培养计算机应用专业研究生今后从事大型软件开发工作有重大意义。 二、课程教学目的 学生通过本课程的学习后，在概念上建立从体系结构看待软件系统的观念，理解体系结构设计的优劣对软件系统质量的影响；掌握软件体系结构的建模、评价与检测的方法，能够应用上述方法评价软件体系结构的质量。 三、课程教学基本内容及基本要求 第一章绪论（2学时） 1、软件体系结构概述 2、研究内容与方法 第二章软件体系结构建模理论（2学时） 1、软件体系结构描述语言ADL简介 2、时序逻辑描述语言LOTOS简介 3、实例研究：流媒体信道调度模型及描述
第三章软件体系结构一致性检测（2学时） 1、软件体系结构一致性 2、软件体系结构一致性测试算法 3、实例研究1-三层C/S结构一致性检测 第四章软件体系结构评价（4学时） 1、软件体系结构评价模型 2、软件体系结构性能评价 3、软件体系结构可靠性评价 4、实例研究基于C/S结构的视频点播系统性能研究 第五章软件体系结构案例分析（16学时） 1、COBAR体系结构简介 2、P2P体系结构简介 3、网格体系结构简介 四、本课程与其它课程的联系与分工 本课程的先修课程为《面向对象程序》及《分布式数据库》，通过上述课程的学习，使学生能够体会大型软件开发的基本过程，体会到软件开发中体系结构的重要性。 五、实践环节教学内容的安排与要求 结合本研究室的研究课题，评价软件体系结构的性能。 六、本课程课外练习的要求 结合自己的研究课题，建立软件体系结构的性能模型和可靠性模型，以实际系统为被背景评价软件体系的性能。
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1.1.共享平台逻辑架构设计 如上图所示为本次共享资源平台逻辑架构图，上图整体展现说明包括以下几个方面： 1 应用系统建设 本次项目的一项重点就是实现原有应用系统的全面升级以及新的应用系统的开发，从而建立行业的全面的应用系统架构群。整体应用系统通过SOA面向服务管理架构模式实现应用组件的有效整合，完成应用系统的统一化管理与维护。 2 应用资源采集 整体应用系统资源统一分为两类，具体包括结构化资源和非机构化资源。本次项目就要实现对这两类资源的有效采集和管理。对于非结构化资源，我们将通过相应的资源采集工具完成数据的统一管理与维护。对于结构化资源，我们将通过全面的接口管理体系进行相应资源采集模板的搭建，采集后的数据经过有效的资源审核和分析处理后进入到数据交换平台进行有效管理。 3 数据分析与展现 采集完成的数据将通过有效的资源分析管理机制实现资源的有效管理与展现，具体包括了对资源的查询、分析、统计、汇总、报表、预测、决策等功能模块的搭建。 4 数据的应用 最终数据将通过内外网门户对外进行发布，相关人员包括局内各个部门人员、区各委办局、用人单位以及广大公众将可以通过不同的权限登录不同门户进行相关资源的查询，从而有效提升了我局整体应用服务质量。
综上，我们对本次项目整体逻辑架构进行了有效的构建，下面我们将从技术角度对相关架构进行描述。 1.2.技术架构设计 如上图对本次项目整体技术架构进行了设计，从上图我们可以看出，本次项目整体建设内容应当包含了相关体系架构的搭建、应用功能完善可开发、应用资源全面共享与管理。下面我们将分别进行说明。 1.3.整体架构设计 上述两节，我们对共享平台整体逻辑架构以及项目搭建整体技术架构进行了分别的设计说明，通过上述设计，我们对整体项目的架构图进行了归纳如下：
城市体系的空间网络结构1．不同职能，不同规模的城市要发生交互作用，城市与区域之间也要发生交互作用，形成各自的势力范围。 城市体系的空间网络结构是研究一个国家或区域中城镇体系的点（城市与城市）、线（城市与联系通道）、面（城市与区域，吸引范围）三要素在空间的组合关系。 2．中心地理论 杜能的农业区位论（1826年《孤立国－孤立国对农业和国民经济的关系》） 韦伯的工业区位论（1909年《工业区位论－区位的纯理论》） 克里斯泰勒、廖什的城市区位论（1933年《德国南部的中心地》；1940年《经济的空间分布》）“没有中心地理论，就没有城市地理学” 克里斯泰勒的中心地理论是把城镇作为零售中心和服务中心，来探讨城镇体系的聚落规模、职能和分布的规律性的理论。 3．中心地理论的若干概念 1）中心职能或中心地职能：聚落遍在的为外部服务的作用，这种职能一般要集中在区域的中心。有这种职能的聚落叫中心地（Roadside路店；Hamlet小村，闾市；Village村庄,村市；Town 镇,镇市；City城，城市） 2）职能：提供商品或服务的作用（如加油站，停车场，银行，食品店） 企业单位：提供职能的单位（Establishment） 职能单元：一个企业单位提供一种职能叫一个职能单元，一个 企业单位提供两个职能或两个企业单位各提供一个职能叫两个职能单元，。。。。 3）门槛值和服务范围：维持一个职能单元存在所需的最起码的人口数或购买力服务范围有门槛范围、最大范围、实际范围 不同职能的门槛值和服务范围是不同的 职能的企业数与中心地的人口规模之间存在指数曲线关系 n b P = a * 当店数等于1时，P 就是该职能的门槛值 4）服务职能的等级：将不同职能按门槛值排队（按入门次序分），就有低阶职能和高阶职能之分。不同国家或地区服务职能的入门次序可能是不同的。（见表69） 5）中心地的等级：按中心地执行的职能的数量和职能的等级，可以把中心地分成不同的等级。规律性：中心地等级越高，中心职能越多，中心地人口越多（中心地的等级与中心职能数和中心地规模成正相关）；高级中心地不仅有低级中心地所具有的职能，而且有低级中心地所没有的较高级的职能，这些交高级的职能有较高的门槛和较大的服务范围；高级别中心地数量少，间距大，服务范围大 6）中心性：对中心地的等级的度量 克里斯泰勒用电话指数来度量中心性（用中心地的实际电话数减中心地的预期电话数为中心性指数，分成9级） 4．理论假设 1 无边的大平原；均质的肥力和水分；初始人口均匀分布；均匀的陆路联系；决定因素是距离；经营者和消费者有理智的行为。 简单说：均质平原和经济人 5．理论要点 1）形成一套呈三角形分布的中心地的等级体系，不同等级中心地有不同大小的六边形市场区2）不同级别的中心地和市场区一级一级相嵌套。低级中心地和市场区被高一级的所包括。
第一章：1、软件体系结构的定义 国内普遍看法： 体系结构=构件+连接件+约束 2、软件体系结构涉及哪几种结构： 1、模块结构（Module） 系统如何被构造为一组代码或数据单元的决策 2、构件和连接件结构（Component-And-Connector，C&C） 系统如何被设计为一组具有运行时行为（构件）和交互（连接件）的元素 3、分配结构（Allocation） 展示如何将来自于模块结构或C&C结构的单元映射到非软件结构（硬件、开发组和文件系统） 3、视图视点模型 视点（View point） ISO/IEC 42010:2007 (IEEE-Std-1471-2000)中规定：视点是一个有关单个视图的规格说明。 视图是基于某一视点对整个系统的一种表达。一个视图可由一个或多个架构模型组成 架构模型 架构意义上的图及其文字描述（如软件架构结构图） 视图模型 一个视图是关于整个系统某一方面的表达，一个视图模型则是指一组用来构建 4、软件体系结构核心原模型 1、构件是具有某种功能的可复用的软件结构单元，表示了系统中主要的计算元素和数据存储。 2.连接件(Connector)：表示构件之间的交互并实现构件 之间的连接
特性：1)方向性2)角色3)激发性4)响应特征 第二章 1、软件功能需求、质量属性需求、约束分别对软件架构产生的影响 功能性需求：系统必须实现的功能，以及系统在运行时接收外部激励时所做出的行为或响应。 质量属性需求：这些需求对功能或整个产品的质量描述。 约束：一种零度自由的设计决策，如使用特定的编程语言。 质量原意是指好的程度，与目标吻合的程度，在软件工程领域，目标自然就是需求。 对任何系统而言，能按照功能需求正确执行应是对其最基本的要求。 正确性是指软件按照需求正确执行任务的能力，这无疑是第一重要的软件质量属性。质量属性的优劣程度反映了设计是否成功以及软件系统的整体质量。 系统或软件架构的相关视图的集合，这样一组从不同视角表达系统的视图组合在一起构成对系统比较完整的表达
框架结构体系结构设计 第一章建筑设计 1.1 设计资料 建筑设计使用年限50年。年均气温27.6度，最高气温39度，最低气温4.3度。东北风为主导风向，基本风压0.35kN/m2，基本雪压0kN/m2。年降雨量1002.3mm，最大雨量135.6mm/d。 拟建建筑场地已经人工填土平整，地形平坦，地面高程为2.4m。土质构成自地表向下依次为： ①杂填土：厚度约为0.6m，承载力特征值fak=85kPa，天然重度16.2kN/m2。 ②灰色粘土：厚度约为1.8m，承载力特征值fak=120kPa，天然重度18.4kN/m2。 ③褐色粉质粘土：厚度约为1.6m，少量粉砂，含粘粒，饱和，松散稍密状。承载力特征值fak=220kPa，天然重度19.4kN/m2。 ④中砂：厚度约为6.7m，以中粗砂为主，饱和，属密实状态，承载力特征值为240kPa，工程地质性质良好，可作为持力层。 场地地下水水位高程约为2.3m。经取水样进行水质分析，判定该地下水对混凝土无侵蚀性。经地质勘察部门确定，场地地震基本烈度为7度，设计基本地震的加速度为0.1g，框架抗震等级为三级。建筑场地为Ⅱ类，设计地震分组为第三组，场地特征周期为0.45s。梁、板、柱的混凝土均选用C30，梁、柱主筋选用HRB400，箍筋选用HPB300，板受力钢筋选用HRB335。 1.2 建筑设计方案 一个设计应满足到适用、耐久、美观三大要求。首先，应考虑场地的环境、使用功能、结构施工、材料设备、建筑经济及建筑艺术等问题，同时，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料、劳动力、投资和时间来实现各种要求。该工程为多层住宅楼，根据设计任务书的要求，该住宅楼层 m左右。 数为6层，建筑面积47002 1.3 结构设计说明 本工程采用 ，框架抗震等级为三级。本工程耐火等级为二级，其建筑构件的耐火极限及燃烧性能均按民用建筑设计规范执行.全部图纸尺寸除标高以米为单位外均以毫米为单位。本工程结构图中所注标高均为结构标高。
第30卷 第10期航 空 学 报 Vol 130No 110 2009年 10月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Oct. 2009 收稿日期:2008208228;修订日期:2008211218 基金项目:总装备部预研基金(9140A17020307JB3201);空军工程 大学工程学院优秀博士论文创新基金(BC07003) 通讯作者:褚文奎E 2mail :chuwenkui @1261com 文章编号:100026893(2009)1021912206 综合模块化航空电子系统软件体系结构综述 褚文奎,张凤鸣,樊晓光 (空军工程大学工程学院,陕西西安 710038) Overvie w on Soft w are Architecture of Integrated Modular Avionic Systems Chu Wenkui ,Zhang Fengming ,Fan Xiaoguang (Institute of Engineering ,Air Force Engineering University ,Xi ’an 710038,China ) 摘 要:作为降低系统生命周期费用(L CC )、控制软件复杂性、提高软件复用程度的重要手段之一,软件体系结构已成为航空计算领域的一个主要研究方向。阐述了综合模块化航空电子(IMA )的理念,分析了推动 IMA 产生和发展的主要因素。总结了ARINC 653,ASAAC ,GOA 以及F 222通用综合处理机(CIP )上的软件 体系结构研究成果,并讨论了IMA 软件体系结构需要解决的若干问题及其发展趋势。在此基础上,对中国综合航电软件体系结构研究提出了一些见解。 关键词:综合模块化航空电子;软件体系结构;开放式系统;软件工程;军事工程中图分类号:V247;TP31115 文献标识码:A Abstract :As an important means to decrease system life cycle cost (L CC ),control software complexity ,and improve the extent of software reuse ,software architecture has been a mainstream research direction in the aeronautical computer field.This article expatiates the concept of integrated modular avionics (IMA ).Three major factors are analyzed which promote the development of IMA architecture.IMA software architectures presented by ARINC specifications 653,ASAAC ,GOA ,and F 222common integrated processor (CIP )are summarized.Discussion about some problems to be solved and the development trend is made for IMA soft 2ware architecture.Finally ,some views are presented about IMA software architecture research in China.K ey w ords :integrated modular avionics (IMA );software architecture ;open systems ;software engineering ;military engineering 军用航空电子系统(以下简称:航电)是现代 战机的“中枢神经”,承载了战机的绝大部分任务,比如电子战、通信导航识别(CN I )系统等,是决定战机作战效能的重要因素。 F 222的航电综合了硬件资源,重新划分了任务功能,标志着战机的航电结构正式演变为综合式。在此基础上,F 235将航电硬件综合推进到传感器一级,并用统一航电网络取代F 222中的多种数据总线,航电综合化程度进一步提高[1]。 与此同时,航电软件化的概念逐渐凸现。F 222上由软件实现的航电功能高达80%,软件代码达到170万行,但在F 235中,这一数字刷新为800多万行。这表明,软件已经成为航电开发和实现现代化的重要手段[2] 。 航电综合化和软件化引申的一个重要问题是如何合理组织航电上的软件,使之既能够减少生 命周期费用(Life Cycle Co st ,L CC )和系统复杂度,同时又能在既定的约束条件下增强航电软件的复用性和经济可负担性。此即是航电软件体系结构研究的主要内容。 1 综合模块化航空电子 111 综合模块化航空电子理念 综合模块化航空电子(Integrated Modular Avi 2onics ,IMA )(注:该结构在国内一般称为综合航 电)是目前航电结构发展的最高层次,旨在降低飞机LCC 、提高航电功能和性能以及解决软件升级、硬件老化等问题。与联合式航电“各子系统软硬件专用、功能独立”的理念不同,IMA 本质上是一个高度开放的分布式实时计算系统,致力于支持不同关键级别的航电任务程序[3]。其理念概括如下: (1)系统综合化。IMA 最大限度地推进系 统综合,形成硬件核心处理平台、射频传感器共享;高度融合各种传感器信息,结果为多个应用程
很详细的系统架构图 --专业推荐 2013.11.7 1.1. 共享平台逻辑架构设计 如上图所示为本次共享资源平台逻辑架构图，上图整体展现说明包括以下几个方面： 1 应用系统建设 本次项目的一项重点就是实现原有应用系统的全面升级以及新的应用系统的开发，从而建立行业的全面的应用系统架构群。整体应用系统通过SOA 面向服务管理架构模式实现应用组件的有效整合，完成应用系统的统一化管理与维护。 2 应用资源采集 整体应用系统资源统一分为两类，具体包括结构化资源和非机构化资源。本次项目就要实现对这两类资源的有效采集和管理。对于非结构化资源，我们将通过相应的资源采集工具完成数据的统一管理与维护。对于结构化资源，我们将通过全面的接口管理体系进行相应资源采集模板的搭建，采集后的数据经过有效的资源审核和分析处理后进入到数据交换平台进行有效管理。 3 数据分析与展现 采集完成的数据将通过有效的资源分析管理机制实现资源的有效管理与展现，具体包括了对资源的查询、分析、统计、汇总、报表、预测、决策等功能模块的搭建。 4 数据的应用
最终数据将通过内外网门户对外进行发布，相关人员包括局内各个部门人员、区各委办局、用人单位以及广大公众将可以通过不同的权限登录不同门户进行相关资源的查询，从而有效提升了我局整体应用服务质量。 综上，我们对本次项目整体逻辑架构进行了有效的构建，下面我们将从技术角度对相 关架构进行描述。 1.2. 技术架构设计 如上图对本次项目整体技术架构进行了设计，从上图我们可以看出，本次项目整体建设内容应当包含了相关体系架构的搭建、应用功能完善可开发、应用资源全面共享与管理。下面我们将分别进行说明。 1.3. 整体架构设计
冯·诺依曼体系结构发展综述 摘要：本文介绍了冯·诺依曼体系结构的诞生和发展，探讨了制约现代计算机进一步发展的主要因素。指出基础硬件IC生产技术的极限和冯·诺依曼体系结构的缺陷将成为计算机发展的两大瓶颈。调查了现在为了突破冯·诺依曼体系瓶颈各国科学家做出的努力，总结了现在正在研究发展中的几种非冯·诺依曼体系结构计算机。 关键词：冯·诺依曼体系结构；计算机；局限；发展 1冯·诺依曼体系的诞生和发展 1.1冯·诺依曼体系结构概述 众所周知，第一台计算机是诞生于1946年的ENIAC。作为第一台计算机的研制者，数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。该体系结构在创立70年后的今天仍然指导着计算机的制造，冯·诺依曼由此被称为“计算机之父”。对冯体系结构的传承与突破也记载着计算机的发展进程。[1] 1.2冯·诺依曼提下的发展动向 作为经久不哀的经典理论，冯·诺依曼系结构的优点是逻辑清晰、结构简单、实现成本低，缺点是存储的指令和数据共享一条总线，信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，串行执行指令的方式影响了指令的执行速度。基于该理论的特点，对冯·诺依曼体系结构的三原则的演变角度分析计算机的发展动向。[2] 1.2.1二进制逻辑的演变 计算机诞生前，人类对计算机的逻辑并无清晰的概念，计算机采用什么进制一度成为科学家争论的焦点。基于人类的习惯，计算机采用十进制似乎更符合人类规范，能更好地为人类服务。但是，冯·诺依曼以电子设备存在二种稳态为依据提出了以二进制逻辑作为计算机逻辑基础，沿用至今。取决进制使用的关键在于基本稳态数量，人类普遍有十根手指，十种基本稳态造成了人类使用十进制这一现象。计算机的制造元器件如二极管等，普遍具有通断、高电平低电平、充放电等二种稳态，故而计算机内采用二进制。目前，科学家研究的新型计算机如生物计算机、量子计算机等，其制造元件使用生物分子和量子等，具备的基本稳态数量很多，其内部采用的进制也必然不同。在生物、量子等前沿科技的推动下，未来将很有可能制造出采用十进制的计算机。
下一代互联网体系结构研究现状和发展趋势 互联网已成为支撑现代社会发展及技术进步的重要的基础设施之一。深刻地改变着人们的生产、生活和学习方式，成为支撑现代社会经济发展、社会进步和科技创新的最重要的基础设施。互联网及其应用水平已经成为衡量一个国家基本国力和经济竞争力的重要标志之一。随着超高速光通信、无线移动通信、高性能低成本计算和软件等技术的迅速发展，以及互联网创新应用的不断涌现，人们对互联网的规模、功能和性能等方面的需求越来越高。三十多年前发明的以I Pv4协议为核心技术的互联网面临着越来越严重的技术挑战，主要包括：网络地址不足，难以更大规模扩展；网络安全漏洞多，可信度不高；网络服务质量控制能力弱，不能保障高质量的网络服务；网络带宽和性能不能满足用户的需求；传统无线移动通信与互联网属于不同技术体制，难以实现高效的移动互联网等等。 为了应对这些技术挑战，美国等发达国家从20世纪90年代中期就先后开始下一代互联网研究。中国科技人员于20世纪90年代后期开始下一代互联网研究。目前，虽然基于IPv6协议的新一代互联网络的轮廓已经逐渐清晰，许多厂商已开始提供成熟的IPv6互联设备，大规模IPv6网络也正在建设并在迅速发展。但是互联网络面临的基础理论问题并不会随着IPv6网络的应用而自然得到解决，相反，随着信息社会和正在逐渐形成的全球化知识经济形态对互联网络不断提出新的要求，更需要人们对现有的互联网络体系结构的基础理论进行新的思考和研究。近年来国际上已经形成了两种发展下一代互联网的技术路线：一种是“演进性”路线，即在现有IPv4协议的互联网上不断“改良”和“完善” 网络，最终平滑过渡到IPv6的互联网；另一种是“革命性”路线，以美国FIND/GENI项目为代表，即重新设计全新的互联网体系结构，满足未来互联网的发展需要。 本文首先介绍国际下一代互联网体系结构的研究现状，涉及美国和欧洲的GENI ［1］、FIND［2］、FIRE［3］以及FIA等计划。然后介绍中国下一代互联网体系结构的研究进展，涉及国家重点基础研究发展（“973”）计划、国家高技术研究发展（“863”）计划和中国下一代互联网（CNGI）等项目的研究。在此基础上，本文分析展望未来下一代互联网体系结构研究的发展趋势。 1 国际下一代互联网体系结构研究现状 国际上各个国家的下一代互联网研究计划不断启动、实施和重组，其研究和实验正在不断深入。从国家地域方面看，美国、欧洲、日、韩都有其各自的计划和举措；从研究内容方面看，有的关注网络基础设施和试验平台的建立，有的关注体系结构理论的创新；从技术路线上看，有的遵从“演进性”的路线，有的遵从“革命性”的路线。 1996年10月，美国政府宣布启动“下一代互联网”研究计划。陆续地，一些全球下一代互联网项目分别启动。全球下一代互联网试验网的主干网逐渐形成，规模不断扩大，
体系结构高性能的追求 计算机体系结构是选择并相互连接硬件组件的一门科学和艺术，在人们不断探索研究的过程中，一直在追求计算机的功能、性能、功率以及花费的高度协调，以期达到各方面的最佳状态，在花费、能量、可用性的抑制下，实现计算机的多功能、高性能、低功率、少花费的一个新时代。 根据当前体系结构的发展现状，要实现以上全部要求的一台计算机，还存在着诸多的限制条件，包括逻辑上的以及硬件上的。本篇综述针对2008年的ISCA会议上的几篇论文，经过仔细研读，深刻剖析，这些文章将现在计算机体系结构发展遇到的各种瓶颈列出，并给出了相关的意见及可行的解决方案。 计算机的体系结构范围很广，定义也很宽泛，它包含了指令集的设计、组织、硬件与软件的边界问题等等，同时涉及了应用程序、技术、并行性、编程语言、接口、编译、操作系统等很多方面。作为各项技术发展的中心，体系结构一直在不断地朝前发展。 纵观计算机体系结构一路发展的历史，从60年代中期以前，最早的体系结构发展的早期时代，计算机系统的硬件发展很快，通用硬件已经很普遍，但是软件的发展却很滞后，刚刚起步，还没有通用软件的概念。从60年代中期到70年代中期，体系结构有了很大进步。多道程序、多用户系统引入了人机交互的新概念，开创了计算机应用的新境界，使硬件和软件的配合上了一个新的层次，但是此时的软件由于个体化特性很难维护，出现了“软件危机”。从20世纪70年代中期开始，分布式系统开始出现并流行，极大地增加了系统的复杂性，出现了微处理器并获得了广泛应用。如今计算机的体系结构发展已经进入了第四代，硬件和软件得到了极大的综合利用，迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户机／服务器(或浏览器／服务器)环境，新的技术不断涌现出来。尽管如此，计算机在总体上、功能上需要解决的问题仍然存在。随着RISC技术、Cache等创新技术的发展，不仅仅在专业领域，越来越多的PC机也在向此靠拢。在每一次进步与创新的同时使组件的成本降到最低成为最需要考虑的问题。 此次会议上发表的几篇论文，分别从以下几个方面对计算机体系结构的发展与改进进行了探究。 一、新一代服务器的发展 在《Understanding and Designing New Server Architectures for Emerging Warehouse-Computing Environments》一文中，提出了一个改善服务器性能的方案。这篇论文旨在试图理解和为新兴的“仓库计算”环境设计下一代服务器。文中有两个主要的
1、软件重用是指重复使用已有的软件产品用于开发新的软件系统，以达到提高软件系统的开发质量与效率，降低开发成本的目的。答案：√ 依据页码：P4 2、可重用技术对构件库组织方法要求不仅要支持精确匹配，还要支持相似构件的查找。答案：√依据页码：P7 3、超文本组织方法与基于数据库系统的构件库组织方法不同，它基于全文检索技术。 4、答案：√依据页码：p8 5、软件体系结构充当一个理解系统构件和它们之间关系的框架，特别是那些始终跨越时间和实现的属性。 答案：√ 依据页码：P28 5、构件可以由其他复合构建和原子构件通过连接而成。（） 答案：√ 依据页码：P37 6、体系的核心模型由5种元素组成：构建、连接体、配置、端口和角色（） 答案：√ 依据页码：P37 7、软件体系结构的核心由5种元素组成：构件、连接件、配置端口和角色。其中，构件、连接件和配置是最基本的元素（） 答案：√ 依据页码：P37 8、开发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（） 答案：X 依据页码：P32、33 9、构件、连接件以及配置是体系结构的核心模型最基本的元素（） 答案：√
10、HMB风格不支持系统系统自顶向下的层次化分解，因为它的构件比较简单。 答案：× 依据页码：P81 11、正交软件体系结构由组织层和线索的构件构成。 答案：√ 依据页码：P70 12、基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事件。 答案：√ 依据页码：P53 13、线索是子系统的特例，它由完成不同层次功能的构建组成，每一条线索完成整个系统中相对独立的一部分功能。（） 答案：√ 依据页码：P70 14、层次系统中支持抽象程度递增的系统设计是设计师可以把一个复杂系统按照递增的步骤进行分解，同时支持功能增强，但是不支持重用。 答案：× 参考页码:P55 15、相交关系R是一个等价关系。 答案：√ 16、在软件设计中占据着主导地位的软件体系结构描述方法是图形表达工具。答案：√ 依据页码：104 17、Rapide是一种可执行的ADL，其目的在于通过定义并模拟基于事件的行为对分布式同步系统建模。 答案：×
安全生产责任制度 (4) 安全生产培训教育制度 (6) 安全生产会议制度 (8) 安全隐患排查制度 (10) 安全技术措施管理制度 (11) 防护用具使用管理制度 (13) 特种作业人员管理制度 (15) 安全生产委员会安全生产责任制 (16) 企业法人安全生产责任制 (17) 总经理安全生产责任制 (18) 安全生产副总经理安全生产责任制 (19) 总工程师安全生产责任制 (20) 安全部负责人安全生产责任制 (22) 专职安全员安全生产责任制 (24)
安全管理体系
安全生产责任制度 1．企业法定代表人是本企业安全生产工作的第一责任人，依法对本企业的安全生产工作负全面责任；项目经理是项目工程的安全生产工作的第一责任人，对本项目工程的安全施工负责。 2．企业成立“安全生产委员会（领导小组）”，领导和协调企业安全生产工作，明确一名副总经理主管安全生产工作，并设置安全部，配备和派驻专职安全生产管理人员。各项目部建立安全生产管理小组，受企业“安全生产委员会（领导小组）的统一领导（见框图）。 3．安全生产责任制贯彻“一级抓一级、一级对一级负责”的原则，责任到人，形成安全管理体系网络，安全管理目标层层分解落实，公司安全管理目标分解到部门及项目部，项目部分解到管理人员、作业班组，公司对部门及项目部安全生产考核为年度考核，项目部考核为月考核，考核采用打分表形式，由公司和项目部安全生产领导小组分别实施。 4．各工程项目应在建设单位领取施工许可证前，依据《建设工程施工安全生产备案工作程序》办理工程施工安全生产备案手续，在办理建设工程安全生产备案手续时，施工现场的安全设施、临时设施、围挡等安全生产、文明施工设施要符合有关规定的要求，应通过安监机构的勘验。 5．实行施工总承包的建设工程项目，由总承包单位对施工现场的安全生产负总责，分包单位向总承包单位负责，分包合同中应当明确各自的安全生产方面的权利和义务，总承包单位对分包工程的安全生产负连带责任，分包单位应服从总承包单位的安全生产管理，分包单位因不服从管理导致安全生产事故的，由分包单位承担主要责任。 6．根据工程情况公司向项目部派驻专职安全生产管理人员，设置安全生产管理科，工程项目派驻人员比例为：1万平方米以下的工程不少于1名；1万-5万平方米的工程不少于2名；5万平方米以上的大型工地，按专业派驻3名以上专职安全员，组成安全管理科（组），进行安全监督检查，各施工班组应设置兼职安全员。 7．各级领导必须认真贯彻安全生产责任制度，在布置、检查、总结、评比生产时，同时布置、检查、总结、评比安全工作，严格管