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《系统架构》是2017年机械工业出版社出版发行的图书,作者是爱德华·克劳利等。 展开全文
《系统架构》是2017年机械工业出版社出版发行的图书,作者是爱德华·克劳利等。
信息
译    者
爱飞翔
定    价
119
装    帧
平装
丛书名
架构师书库
书    名
系统架构
出版时间
2017-1
出版社
机械工业出版社
ISBN
9787111551430
原版名称
System Architecture: Strategy and Product Development for Complex Systems
作    者
爱德华·克劳利等
系统架构内容简介
本书由系统架构领域3位领军人物亲笔撰写,全书共分四部分。第一部分(第1~3章)的重点是引出系统架构。第1章通过一些范例来展示架构理念,指出良好的架构,并给出本书的概要;第2章列出进行系统分析必备的思路;第3章给出分析系统架构所用的思维模式。 [1]  第二部分(第4~8章)着重对架构进行分析。第4章讨论系统的形式;第5章讨论系统的功能;第6章讲解形式与功能之间的映射,并以此给出系统架构的定义;第7章研究如何从独立于解决方案的功能陈述中衍生出系统;第8章演示怎样把这些概念汇聚成一套架构。 [1]  第三部分(第9~13章)讲解如何为复杂的系统定义架构。第9章从任务和可交付成果这两方面来概述架构师的职责;第10章探讨如何把组织机构方面的接口当成在架构中减少歧义的契机;第11章讲述如何用系统化的方式来捕获利益相关者的需求,并把它们转换成系统目标;第12章提出一些能够帮助架构师更有创意地构思并选择概念的手段;第13章讲述在开发系统时管理复杂度的一些办法。 [1]  第四部分(第14~16章)探寻帮助架构师做决策的各种计算方法及工具所具备的潜力。第14章把系统架构的过程当成一种决策制定的过程来进行讲解;第15章讲解如何对架构权衡空间中的信息进行综合;第16章演示怎样把架构决策编码成一套模型,使计算机可以根据该模型自动生成权衡空间并对其进行探索。 [1] 
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  • 系统架构
    千次阅读
    2021-10-24 23:37:48


    软件体系结构的演化是在构件开发过程中或软件开发完毕投入运行后,由于用户需求发生变化,必须相应地修改原有软件体系结构,以满足新的变化了的软件需求的过程。

    • 在构件开发过程中最终用户的需求可能还有变动。
    • 在软件开发完毕正常运行后,由一个单位移植到另一个单位,需求也会发生变化。
      在上述两种情况下,就必须相应地修改软件架构,以适应新的软件需求。

    架构演化过程如下图所示,使用系统演化步骤修改应用,以满足新的需求,主要包括以下7个步骤:

    在这里插入图片描述

    一、需求变动归类

    • 必须对用户需求的变动进
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    一、计算机硬件的组成

    在这里插入图片描述
    控制器。控制器是分析和执行指令的部件,也是统一指挥并控制计算机各部件协调工作的中心部件,所依据的是机器指令。控制器的组成包含如下:

    1. 程序计数器PC:存储下一条要执行指令的地址
    2. 指令寄存器IR:存储即将执行的指令;
    3. 指令译码器ID:对指令中的操作码字段进行分析解释;
    4. 时序部件:提供时序控制信号。

    运算器。运算器也称为算术逻辑单元(ArithmeticandLogicUnit,ALU),其主要功能是在控制器的控制下完成各种算术运算和逻辑运算

    二、计算机系统分类

    1. 存储程序的概念

    “存储程序”的概念是冯•诺依曼等人于1946年6月首先提出来的,它可以简要地概括为以下几点:

    1. 计算机(指硬件)应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。
    2. 计算机内部采用二进制来表示指令和数据。
    3. 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作

    2. Flynn 分类

    1966年,Michael.J.Flynn 提出根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类(通常称为 Flynn 分类法),有关定义如下。

    1. 指令流:指机器执行的指令序列;
    2. 数据流:指由指令流调用的数据序列,包括输入数据和中间结果,但不包括输出数据。

    在这里插入图片描述

    3. 复杂指令集系统CISC和精简指令集系统 RISC

    在这里插入图片描述
    CISC 指令系统的特点

    1. 指令数量众多。指令系统拥有大量的指令,通常有 100~250 条。
    2. 指令使用频率相差悬殊。最常使用的是一些比较简单的指令,仅占指令总数的20%,但在程序中出现的频率却占80%。而大部分复杂指令却很少使用。
    3. 支持很多种寻址方式。支持的寻址方式通常为 5~20 种。
    4. 变长的指令。指令长度不是固定的,变长的指令增加指令译码电路的复杂性。
    5. 指令可以对主存单元中的数据直接进行处理。典型的 CISC 通常都有指令能够直接对主存单元中的数据进行处理,其执行速度较慢。
    6. 以微程序控制为主。CISC 的指令系统很复杂,难以用硬布线逻辑(组合逻辑)电路实现控制器,通常采用微程序控制。

    RISC 指令系统的特点

    1. 指令数量少。优先选取使用频率最高的一些简单指令和一些常用指令,避免使用复杂指令。只提供了 LOAD(从存储器中读数)和 STORE(把数据写入存储器)两条指令对存储器操作,其余所有的操作都在 CPU 的寄存器之间进行。
    2. 指令的寻址方式少。通常只支持寄存器寻址方式、立即数寻址方式和相对寻址方式。
    3. 指令长度固定,指令格式种类少。因为 RISC 指令数量少、格式少、相对简单,其指令长度固定,指令之间各字段的划分比较一致,译码相对容易。
    4. 以硬布线逻辑控制为主为了提高操作的执行速度,通常采用硬布线逻辑(组合逻辑)来构建控制器。
    5. 单周期指令执行,采用流水线技术。因为简化了指令系统,很容易利用流水线技术,使得大部分指令都能在一个机器周期内完成。少数指令可能会需要多周期,例如, LOAD/STORE 指令因为需要访问存储器,其执行时间就会长一些。
    6. 优化的编译器:RISC 的精简指令集使编译工作简单化。因为指令长度固定、格式少、寻址方式少,编译时不必在具有相似功能的许多指令中进行选择,也不必为寻址方式的选择而费心,同时易于实现优化,从而可以生成高效率执行的机器代码。
    7. CPU 中的通用寄存器数量多,一般在 32 个以上,有的可达上千个。
      大多数 RISC 采用了 Cache 方案,使用 Cache 来提高取指令的速度。而且,有的 RISC 使用两个独立的 Cache 来改善性能。一个称为指令 Cache,另一个称为数据 Cache。这样,取指令和取数据可以同时进行,互不干扰。

    三、层次化的存储结构

    存储器中数据常用的存取方式有顺序存取、直接存取、随机存取和相联存取四种。

    1. 磁带存储器采用顺序存取的方式
    2. 磁盘存储器采用直接存取的方式
    3. 主存储器采用随机存取的方式
    4. Cache 采取相联存取的方式

    在这里插入图片描述
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    如上题,计算有多少个地址单元和存储位,首先根据题目为AC000H到C7FFFH,那么首先计算中间相差多少内存,即 C7FFFH + 1 - AC000H = 1C000H,由于1k 转为 2 进制的话为 10000000000,而1C000H 转为二进制为 0001 1100 0000 0000 0000 ,后者除以前者即 1110000 ,再将 1110000 化为十进制即 0111 0000 => 64 + 32 + 16 = 112 即第一个选B,又因为内存地址按字(16bit)编制,由28片存储器芯片构成,即一个存储单元存储: 112 * 16 / 28 * 16 = 4,即选A。

    磁盘存储

    一台硬盘驱动器中有多个磁盘片,每个盘片有两个记录面,每个记录面对应一个磁头,所以记录面号就是磁头号。

    磁盘访问时间(存取时间) = 寻道时间+旋转延迟时间

    在这里插入图片描述
    上题,由题意可知磁道被划分为11个物理块,磁盘旋转周期为33ms,即一个物理块需要3毫秒,又因为使用单缓冲区,每个记录需要3ms,即直接读取一个物理块 需要 3 + 3 = 6ms 的时间,但由于是使用磁盘结构,需要考虑寻到时间,可以分析当磁头在R0的开始处时,读取数据需要花费3ms 读取数据,然后还需3ms 放入缓冲区中,在放入缓冲区时磁盘的旋转是不会停止的即R0读取和放入缓冲区结束,磁头应该在R2的开始处,此时读取R1的数据需要磁盘旋转一周到R1的开始处,就需要耗费 (11 - 1)3 = 30ms的时间,即读取后面的都该如此,即总时长应该为 (30 + 3 + 3) * 10 + (3 + 3 )= 366 ms,此时即为最长时间,由上面的分析可以看出耗时主要在 寻转一周 到上一个物理块的地方,加入没有这个处理速度肯定会大大提高,那怎么优化呢,分析下,上面的情况,就是每个物理块都是顺序排列的,读完R0 ,R1就被转过去了,读完R1 而 R2又被转过去了,那如果改为 间隔着放的,R0读完放入缓冲区被来到R2的开始处,将R2换为R1,同理下面都换位,就没有旋转一周的时间,那此时耗时就为 (3 + 3) 11 = 99ms。

    四、流水线

    流水线技术把一个任务分解为若干顺序执行的子任务,不同的子任务由不同的执行机构负责执行,而这些机构可以同时并行工作。在任一时刻,任一任务只占用其中一个执行机构,这样就可以实现多个任务的重叠执行,以提高工作效率。

    计算流水线执行时间

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    流水线执行时间=第1条指令的执行时间+(n-1)*流水线周期

    流水线的吞吐率

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    流水线的最大吞吐率

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    流水线的加速比

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    流水线的效率

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    五、性能评测

    性能指标,是软、硬件的性能指标的集成。在硬件中,包括计算机、各种通信交换设备、各类网络设备等;在软件中,包括:操作系统、协议以及应用程序等。

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  • 智能制造系统架构和标准体系结构

    千次阅读 2021-12-05 01:21:44
    一、智能制造系统架构 智能制造是基于先进制造技术与新一代信息技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等产品全生命周期,具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征,旨在提高制造业质量、效率效益和...

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    导读:

    智能制造是基于先进制造技术与新一代信息技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等产品全生命周期,具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征,旨在提高制造业质量、效率效益和柔性的先进生产方式。

    一、智能制造系统架构

    智能制造是基于先进制造技术与新一代信息技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等产品全生命周期,具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征,旨在提高制造业质量、效率效益和柔性的先进生产方式。

    智能制造系统架构从生命周期、系统层级和智能特征等3个维度对智能制造所涉及的要素、装备、活动等内容进行描述,主要用于明确智能制造的标准化对象和范围。智能制造系统架构如图1所示。

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    1.生命周期

    生命周期涵盖从产品原型研发到产品回收再制造的各个阶段,包括设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动。生命周期的各项活动可进行迭代优化,具有可持续性发展等特点,不同行业的生命周期构成和时间顺序不尽相同。

    (1)设计是指根据企业的所有约束条件以及所选择的技术来对需求进行实现和优化的过程;

    (2)生产是指将物料进行加工、运送、装配、检验等活动创造产品的过程;

    (3)物流是指物品从供应地向接收地的实体流动过程;

    (4)销售是指产品或商品等从企业转移到客户手中的经营活动;

    (5)服务是指产品提供者与客户接触过程中所产生的一系列活动的过程及其结果。

    2.系统层级

    系统层级是指与企业生产活动相关的组织结构的层级划分,包括设备层、单元层、车间层、企业层和协同层。

    (1)设备层是指企业利用传感器、仪器仪表、机器、装置等,实现实际物理流程并感知和操控物理流程的层级;

    (2)单元层是指用于企业内处理信息、实现监测和控制物理流程的层级;

    (3)车间层是实现面向工厂或车间的生产管理的层级; 

    (4)企业层是实现面向企业经营管理的层级; 

    (5)协同层是企业实现其内部和外部信息互联和共享, 实现跨企业间业务协同的层级。 

    3. 智能特征 

    智能特征是指制造活动具有的自感知、自决策、自执行、 自学习、自适应之类功能的表征,包括资源要素、互联互通、 融合共享、系统集成和新兴业态等 5 层智能化要求。 

    (1)资源要素是指企业从事生产时所需要使用的资源 或工具及其数字化模型所在的层级; 

    (2)互联互通是指通过有线或无线网络、通信协议与 接口,实现资源要素之间的数据传递与参数语义交换的层 级; 

    (3)融合共享是指在互联互通的基础上,利用云计算、 大数据等新一代信息通信技术,实现信息协同共享的层级; 

    (4)系统集成是指企业实现智能制造过程中的装备、 生产单元、生产线、数字化车间、智能工厂之间,以及智能 制造系统之间的数据交换和功能互连的层级; 

    (5)新兴业态是指基于物理空间不同层级资源要素和 数字空间集成与融合的数据、模型及系统,建立的涵盖了认知、诊断、预测及决策等功能,且支持虚实迭代优化的层级。

    二、智能制造标准体系结构

    智能制造标准体系结构包括“A基础共性”、“B关键技术”、“C行业应用”等3个部分,主要反映标准体系各部分的组成关系。智能制造标准体系结构图如图2所示

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    具体而言,A基础共性标准包括通用、安全、可靠性、检测、评价、人员能力等6大类,位于智能制造标准体系结构图的最底层,是B关键技术标准和C行业应用标准的支撑。B关键技术标准是智能制造系统架构智能特征维度在生命周期维度和系统层级维度所组成的制造平面的投影,其中BA智能装备标准主要聚焦于智能特征维度的资源要素,BB智能工厂标准主要聚焦于智能特征维度的资源要素和系统集成,BC智慧供应链对应智能特征维度互联互通、融合共享和系统集成,BD智能服务对应智能特征维度的新兴业态,BE智能赋能技术对应智能特征维度的资源要素、互联互通、融合共享、系统集成和新兴业态,BF工业网络对应智能特征维度的互联互通和系统集成。C行业应用标准位于智能制造标准体系结构图的最顶层,面向行业具体需求,对A基础共性标准和B关键技术标准进行细化和落地,指导各行业推进智能制造。

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