计算机体系结构C+
计算机体系结构与云计算基础知识
计算机体系结构与云计算基础知识计算机体系结构是指计算机硬件系统中各个组成部分的安排和交互方式，包括了计算机的处理器、内存、输入输出设备以及各种总线结构。
而云计算是一种基于互联网的计算模式，通过将计算资源、存储资源和应用程序服务提供给用户，实现按需求获取计算资源的能力。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口，它将计算机硬件分为若干个模块，并规定各模块之间的功能和接口关系。
常见的计算机体系结构包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。
1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是由冯·诺依曼于1945年提出的，也被称为存储程序式计算机体系结构。
它的主要特点是将程序指令和数据存储在同一存储器中，并通过存储器总线进行数据传输。
冯·诺依曼体系结构是目前大多数计算机系统所采用的结构。
2. 哈佛体系结构哈佛体系结构是由哈佛大学所提出的一种计算机体系结构，它的主要特点是将程序指令和数据存储在不同的存储器中，并通过指令总线和数据总线进行数据传输。
哈佛体系结构可以提高指令和数据的并行性，适用于一些对实时性要求较高的应用场景。
二、云计算的基本特点云计算作为一种新兴的计算模式，具有以下几个基本特点：1. 资源共享云计算通过虚拟化技术将计算资源进行抽象，使多个用户可以共享同一套基础设施。
这种资源共享的方式可以提高资源利用率，降低硬件成本。
2. 弹性扩展云计算提供了弹性扩展的能力，可以根据用户的需求自动调整计算资源的规模。
用户可以根据需要快速扩展或缩减计算资源，提高系统的灵活性和性能。
3. 高可靠性云计算采用了分布式架构，将计算任务分散到多台服务器上进行处理。
即使其中一台服务器发生故障，系统仍然可以正常运行。
这种高可靠性的特点可以确保用户的数据和应用程序不会因为硬件故障而丢失。
三、云计算的服务模型云计算提供了多种服务模型，常见的有基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。
计算机体系结构与并行处理
计算机体系结构与并行处理计算机体系结构与并行处理是计算机科学领域中的重要概念。
本文将介绍计算机体系结构的基本原理、并行处理的概念及其应用，并附带题库类型的相关问题及解析。
一、计算机体系结构基本原理计算机体系结构是指计算机系统中各个硬件组件之间的结构关系和工作原理。
它包括计算机的各个层次结构，以及指令系统设计、存储器层次结构和总线结构等内容。
1. 数据通路与控制单元计算机体系结构中，数据通路用于处理和传输数据，控制单元则负责指导和协调各个硬件组件的工作。
数据通路包括算术逻辑单元(ALU)、寄存器、数据缓冲器等，而控制单元则由指令寄存器(IR)、程序计数器(PC)和控制逻辑组成。
2. 存储器层次结构存储器层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等。
其中，寄存器是CPU内部用于保存数据和指令的最快速的存储器。
高速缓存则位于CPU与主存之间，用于加速数据的读写。
主存是计算机中用于存储程序和数据的主要存储设备。
而辅助存储器则用于长期存储数据和程序。
3. 指令系统设计指令系统是计算机体系结构的核心部分，它规定了计算机所能执行的指令集和执行方式。
指令集包括数据传输指令、算术逻辑指令、控制转移指令等。
指令系统设计的关键是平衡指令的功能和数量，以满足计算机的多样化需求。
4. 总线结构总线是计算机中用于数据传输的公共通道。
总线结构包括数据总线、地址总线和控制总线等。
数据总线用于传输数据，地址总线用于定位数据在存储器中的位置，而控制总线则用于传输控制信号。
二、并行处理的概念及应用并行处理是指多个处理器同时执行多个任务或同一任务的不同部分，以提高计算机系统的性能和效率。
它可以分为粗粒度并行和细粒度并行。
1. 粗粒度并行粗粒度并行是指将一个任务分成多个子任务，由多个处理器分别执行。
每个处理器独立地处理自己的子任务，最后将结果合并。
粗粒度并行适用于需要处理的数据量大、计算复杂度高的任务，如科学计算和大规模数据处理。
2. 细粒度并行细粒度并行是指将一个任务分成多个子任务，并行执行它们的不同部分。
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理是指计算机的硬件和软件组成原理，可以分为以下几个部分：
1.中央处理器(Central Processing Unit, CPU)：负责执行计算机指令和进行数据处理。
CPU包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元(ALU)和寄存器等。
2.存储器：存储器包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储正在运行的程序和数据，可分为RAM和ROM。
辅助存储器用于长期存储程序和数据，如硬盘、光盘等。
3.输入输出设备：用于与外部设备进行数据交互，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
4.总线(Bus)：计算机内各个部件之间传送数据和控制信息的通道。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
5.指令系统：计算机的指令系统决定了计算机的操作特性和功能。
按照十六位体系结构，指令由16位表示，可以包括逻辑运算、算术运算、存储和转移等操作。
6.中断系统：用于处理紧急情况和异步事件，如异常中断、硬件中断和软件中断等。
7.时钟系统：用于同步计算机内各个部件的工作节奏和时序，提供时钟脉冲。
8.控制单元(Control Unit)：负责控制计算机的操作，根据指令操作码的不同，控制单元产生特定的控制信号和时序信号，控制各个部件的工作。
9.运算器(アrithmetic and Logic Unit, ALU)：负责进行算术运算和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法和与、或、非、异或等逻辑运算。
以上是十六位体系结构计算机组成原理的基本内容，具体实施中可能会有一些差异。
计算机组成-冯·诺依曼体系结构
计算机组成-冯·诺依曼体系结构计算机组成 - 冯·诺依曼体系结构⽬录计算机组成原理⽬录：计算机组成原理在整个计算机课程中的地位如下图所⽰：图1：计算机体系结构计算机组成原理这门课会围绕冯·诺依曼体系的五⼤组成部分展开，分别介绍运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构(Von Neumann architecture)，也叫存储程序计算机。
什么是存储程序计算机呢？这⾥⾯其实暗含了两个概念：可编程计算机：计算机是由各种门电路组合⽽成的，然后通过组装出⼀个固定的电路板，来完成⼀个特定的计算程序。
⼀旦需要修改功能，就要重新组装电路。
这样的话，计算机就是“不可编程”的。
如计算器就是不可编程的。
存储计算机。
⽐如内存和硬盘都是存储设备。
图2：冯·诺依曼体系结构⽰意图处理器单元(Processing Unit)：⾸先是⼀个包含算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）和处理器寄存器（ProcessorRegister）的处理器单元（Processing Unit），⽤来完成各种算术和逻辑运算。
因为它能够完成各种数据的处理或者计算⼯作，因此也有⼈把这个叫作数据通路（Datapath）或者运算器。
控制器单元(Control Unit/CU)：是⼀个包含指令寄存器（Instruction Register）和程序计数器（Program Counter）的控制器单元（Control Unit/CU），⽤来控制程序的流程，通常就是不同条件下的分⽀和跳转。
在现在的计算机⾥，上⾯的算术逻辑单元和这⾥的控制器单元，共同组成了我们说的 CPU。
存储器存储器：⽤来存储数据（Data）和指令（Instruction）的内存。
以及更⼤容量的外部存储，在过去，可能是磁带、磁⿎这样的设备，现在通常就是硬盘。
计算机体系结构
计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件、软件和数据组成的结构体系。
它涵盖了计算机内部各个部件的组织方式，以及它们之间的连接和交互方式。
计算机体系结构的设计与实现直接影响计算机的性能、可靠性和可扩展性。
I. 介绍计算机体系结构是计算机科学中的重要研究领域，它关注的是在硬件和软件层面上如何组织计算机系统，以实现高性能、可靠性、可扩展性等要求。
计算机体系结构的研究内容广泛，包括指令集架构、处理器设计、内存层次结构、输入输出系统等等。
II. 指令集架构指令集架构是计算机体系结构的核心部分，它定义了计算机的指令集以及执行这些指令的方式。
指令集架构一般分为精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）两种。
RISC架构追求指令集的简洁和规整，通过减少指令的种类和提高指令的执行效率来提高计算机的性能。
而CISC架构则倾向于提供更多且复杂的指令，以方便编程和提高代码的密度。
III. 处理器设计处理器是计算机的核心部件，它执行指令、进行数据处理和控制计算机的各个部分。
处理器设计的目标是提高计算速度和性能，并支持更多的并行计算。
现代处理器常采用流水线、超标量、乱序执行等技术，以提高指令的执行效率。
除了性能，处理器设计还需要考虑功耗、散热等问题。
IV. 内存层次结构计算机的内存层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储等层次。
这些层次的设计目的是提供多级别的存储，以满足不同速度和容量要求的数据访问。
其中，高速缓存是处理器与主存之间的缓冲存储器，它通过存储最常用的数据和指令，减少了处理器对主存的访问次数，提高了数据访问速度。
V. 输入输出系统输入输出系统是计算机与外部设备进行通信的接口，它负责将数据传输到或从外部设备传输到计算机。
现代计算机的输入输出系统包括各种接口标准和协议，如USB、HDMI、以太网等。
输入输出系统的设计需要考虑数据传输速度、可靠性和兼容性等因素，以满足不同的应用需求。
VI. 发展趋势计算机体系结构领域一直在不断发展和创新。
组成原理与计算机体系结构
组成原理与计算机体系结构计算机是一个非常复杂的系统，它在现代社会中扮演着至关重要的角色。
那么，计算机是如何诞生的呢？它的组成原理又是什么呢？本文将为大家介绍计算机的组成原理和体系结构，希望能够帮助大家更好地理解计算机。
一、计算机的组成原理计算机是由许多不同的部件组成的，这些部件需要相互配合才能正常工作。
计算机的主要组成部分包括：中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、硬盘、输入设备和输出设备等。
下面将分别介绍这些部件。
1、中央处理器中央处理器是计算机的“大脑”，它负责处理所有的指令和数据。
中央处理器包括两个重要的部分：控制单元和算术逻辑单元。
控制单元的主要功能是从内存中取出指令并执行它们，而算术逻辑单元则是负责执行各种算数和逻辑运算。
2、随机存储器随机存储器是计算机的内存，它用于暂时存储数据和指令。
随机存储器的容量和速度非常重要，它们直接影响计算机的性能。
3、硬盘硬盘是计算机的主要存储设备，它用于长期存储数据和程序。
硬盘的容量随着技术的发展而不断增加，目前最大的硬盘容量已经达到数十TB。
4、输入设备和输出设备输入设备和输出设备也是计算机的主要组成部分。
输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，而输出设备则包括显示器、打印机、喇叭等。
二、计算机体系结构计算机体系结构是计算机硬件和软件之间的接口，它描述了计算机的组成和运行方式。
计算机体系结构包含两个层次：指令集体系结构和微体系结构。
下面将分别介绍这两个层次。
1、指令集体系结构指令集体系结构是计算机处理器和编译器之间的接口。
它定义了计算机所支持的指令集以及这些指令的语法和语义。
指令集体系结构包含许多方面，比如地址模式、数据类型、寄存器、中断和异常等。
2、微体系结构微体系结构是计算机处理器内部的设计，它描述了如何实现指令集体系结构。
微体系结构包括处理器中的电路、指令流水线、分支预测、缓存和总线等。
三、计算机体系结构的发展计算机体系结构的发展经历了几个重要的阶段。
计算机专业的计算机体系结构
计算机专业的计算机体系结构计算机体系结构是计算机科学与技术中一个重要的领域，它研究计算机的组成、架构和设计原理。
计算机体系结构与计算机组成原理有密切关系，是计算机硬件设计的核心内容之一。
本文将从计算机体系结构的定义、基本原理以及实际应用等方面进行论述。
一、计算机体系结构的定义和目标计算机体系结构是指计算机的硬件和软件组成的总体结构，它包括计算机的处理器、存储器、I/O设备等各个组件以及它们之间的连接方式和控制方式。
计算机体系结构的目标是提供一种满足用户需求的高性能、可靠、可扩展和可移植的计算机系统。
二、计算机体系结构的基本原理1.冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机体系结构的基本原理之一。
它采用存储程序的概念，将数据和指令存储在同一存储器中，通过控制器和运算器对数据进行处理。
这种体系结构具有指令流和数据流的特点，简化了计算机的设计和程序的编写。
2.并行处理并行处理是指利用多个处理器同时处理多个任务或多个部分任务的技术。
并行处理可以提高计算机的性能和吞吐量，实现更快的数据处理和更高的效率。
常见的并行处理方式包括向量处理、流水线处理和多核处理等。
3.存储器层次结构存储器层次结构是计算机体系结构中的一个重要概念。
它通过不同速度和容量的存储器层次来提供高速缓存和大容量存储器的组合，以满足计算机系统对数据存取的要求。
存储器层次结构的设计需要权衡存储器性能、成本和功耗等因素。
三、计算机体系结构的实际应用1.超级计算机超级计算机是计算机体系结构中性能最高的一类计算机。
它通常由多个处理器、大容量存储器和高性能的I/O设备构成，用于处理科学计算、工程分析和大规模数据处理等高性能计算任务。
2.嵌入式系统嵌入式系统是计算机体系结构中应用广泛的一类系统。
它将计算机技术与各种工程技术相结合，嵌入到各种设备和系统中，具有实时性、稳定性和低功耗的特点。
嵌入式系统广泛应用于智能手机、汽车、医疗设备等领域。
计算机硬件体系结构_图文
3.2 微型计算机主机结构
3.2.4 内存储器 内存储器在主机内部(简称内存)，一般由半
导体材料构成。内存储器可分为只读存储器和 随机读写存储器。
内存储器分类
3.2 微型计算机主机结构
1. 只读存储器 •特点：存储的信息只能读出，不能随机改写或 存入，断电后信息不会丢失，可靠性高。 •ROM分类
3.1 计算机系统的构成 典型的计算机硬件体系结构如下 ：
CPU
（含运算 器和控制
器）
地址总线（AB ）
数据总线（DB）
控制总线（CB）
RAM
ROM
I/O接口
I/O设备
3.1计算机系统的构成
冯·诺依曼计算机体系结构的主要特点是： (1) 采用二进制形式表示程序和数据。 (2) 计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输 入设备和输出设备五大部分组成 。 (3) 程序和数据以二进制形式存放在存储器中。 (4) 控制器根据存放在存储器中的指令 (程序) 工作 。
② 数据总线。传输的是数据，一般是双向传输 。CPU进行“读”时，数据由外设流向CPU，当CPU进 行“写”时，数据由CPU流向外设。
③ 控制总线。传输的是对外设进行控制和状态 检测的信号，有的是CPU向内存或外部设备发出的信 号；有的是内存或外部设备向CPU发出的信号。对每 条控制线而言信号是单向传送，但作为整体是双向的 。
3.2 微型计算机主机结构
3.2.5 总线 总线：是一组连接各个部件的公共通信线路，是计 算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通 道，是计算机硬件的一个重要组成部分。 总线按所传输信号不同可分为： 数据总线 地址总线 控制总线。
3.2 微型计算机主机结构
① 地址总线。传输的是地址信号，一般是单向 传输。当CPU需要访问某个外设时，它向地址总线发 出相应外设的地址信号，以选择某个外设。
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计算机体系结构:C++实现的一种插件体系结构
疯狂代码 / ĵ:http://VC/Article13598.html
本文讨论种简单却有效插件体系结构它使用C,动态链接库基于面向对象编程思想
首先来看下使用插件机制能给我们带来哪些方面好处从而在适当时候合理选择使用
1增强代码透明度和致性:插件通常会封装第 3方类库或是其他人编写代码需要清晰地定义出接口用清晰致接口来面对所有事情你代码也不会被转换或是库特殊定制需求弄得乱 7糟
2改善工程模块化:你代码被清析地分成多个独立模块可以把它们安置在子工程中文件组中这种解耦处理使得创建出组件更加容易重用
3更短编译时间:如果仅仅是为了解释某些类声明而这些类内部使用了外部库编译器不再需要解析外部库头文件了具体实现是以私有形式完成
4更换和增加组件:假如你需要向用户发布补丁那么更新单独插件而不是替代每个安装了文件更为有效当使用新渲染器或是新单元类型来扩展你游戏时能过向引擎提供组插件可以很容易实现
5在关闭源代码工程中使用GPL代码:般假如你使用了GPL发布代码那么你也需要开放你源代码然而如果把GPL组件封装在插件中你就不必发布插件源码
介绍
先简单解释下什么是插件系统以及它如何工作:在普通中假如你需要代码执行项特殊任务你有两种选择:要么你自己编写要么你寻找个已经存在满足你需要库现在你要求变了那你只好重写代码或是寻找另个区别库无论是哪种方式都会导致你框架代码中那些依赖外部库代码重写
现在我们可以有另外种选择:在插件系统中工程中任何组件不再束缚于种特定实现(像渲染器既可以基于OpenGL,也可以选择Direct3D),它们会从框架代码中剥离出来通过特定思路方法被放入动态链接库的中
所谓特定思路方法包括在框架代码中创建接口这些接口使得框架和动态库解耦插件提供接口实现我们把插件和普通动态链接库区分开来是它们加载方式区别:不会直接链接插件而可能是在某些目录下查找如果发现便进行加载所有插件都可以使用种共同思路方法和应用进行联结
常见
些员当进行插件系统设计时可能会给每个作为插件使用动态库添加个如下类似
:PluginClass*createInstance(constchar*);
然后它们让插件去提供些类实现引擎用期望对象名对加载插件逐个进行查询直到某个插件返回这是典型设计模式中“职责链”模式做法些更聪明员会做出新设计使插件在引擎中注册自己或是用定制实现替代引擎内部缺省实现:
VoiddllStartPlugin(PluginManager&pm);
VoiddllStopPlugin(PluginManager&pm);
第种设计主要问题是:插件工厂创建对象需要使用reerpret_cast<>来进行转换通常插件从共同基类(这里指PluginClass)派生会引用些不安全感觉实际上这样做也是没意义插件应该“默默”地响应输入设备请求然后提交结果给输出设备 [Page]
在这种结构下为了提供相同接口多个区别实现需要工作变得异常复杂如果插件可以用区别名字注册自己(如Direct3DRendererandOpenGLRenderer),但是引擎不知道哪个具体实现对用户选择是有效假如把所有可能实现列表硬编码到中那么使用插件结构目也没有意义了
假如插件系统通过个框架或是库(如游戏引擎)实现架构师也肯定会把功能暴露给应用使用这样会带来些问题像如何在应用中使用插件插件作者如何引擎头文件等这包含了潜在 3者的间版本冲突可能性
单独工厂
接口是被引擎清楚定义而不是插件引擎通过定义接口来指导插件做什么工作插件具体实现功能我们让插件注册自己引擎接口特殊实现当然直接创建插件实现类例子并注册是比较笨做法这样使得同时刻所有可能实现同时存在占用内存和CPU资源解决办法是工厂类它唯目是在请求时创建另外类例子如果引擎定义了接口和插件通信那么也应该为工厂类定义接口:
template<typenameInterface>
Factory{
virtualInterface*create=0;
};
Renderer{
virtualvoidbeginScene=0;
virtualvoidendScene=0;
};
typedefFactory<Renderer>RendererFactory;
选择1:插件管理器
接下来应该考虑插件如何在引擎中注册它们工厂引擎又如何实际地使用这些注册插件种选择是和存在代码很好接合这通过写插件管理器来完成这使得我们可以控制哪些组件允许被扩展
PluginManager{
voidregisterRenderer(std::auto_ptr<RendererFactory>RF);
voidregisterSceneManager(std::auto_ptr<SceneManagerFactory>SMF);
};
当引擎需要个渲染器时它会访问插件管理器看哪些渲染器已经通过插件注册了然后要求插件管理器创建期望渲染器插件管理器于是使用工厂类来生成渲染器插件管理器甚至不需要知道实现细节
插件由动态库组成后者导出个可以被插件管理器用以注册自己:
voidregisterPlugin(PluginManager&PM);
插件管理器简单地在特定目录下加载所有dll文件检查它们是否有个名为registerPlugin导出当然也可用xml文档来指定哪些插件要被加载
选择2:完整地集成FullyIntegrated
除了使用插件管理器也可以从头设计代码框架以支持插件最好思路方法是把引擎分成几个子系统构建个系统核心来管理这些子系统可能像下面这样: [Page]
Kernel{
StorageServer&getStorageServerconst;
GraphicsServer&getGraphicsServerconst;
};
StorageServer{
//提供给插件使用注册新读档器
voidaddArchiveReader(std::auto_ptr<ArchiveReader>AL);
//查询所有注册读档器直到找到可以打开指定格式读档器
std::auto_ptr<Archive>openArchive(conststd::&sFilename);
};
GraphicsServer{
//供插件使用用来添加驱动
voidaddGraphicsDriver(std::auto_ptr<GraphicsDriver>AF);
//获取有效图形驱动数目
size_tgetDriverCountconst;
//返回驱动
GraphicsDriver&getDriver(size_tIndex);
};
这里有两个子系统它们使用”Server”作为后缀第个Server内部维护个有效图像加载器列表每次当用户希望加载幅图片时图像加载器被查询直到发现个特定实现可以处理特定格式图片另个子系统有个GraphicsDrivers列表它们作为Renderers工厂来使用可以是Direct3DgraphicsDriver或是OpenGLGraphicsDrivers,它们分别负责Direct3Drenderer和OpenGLRenderer创建引擎提供有效驱动列表供用户选择使用通过安装个新插件新驱动也可以被加入
版本
在上面两个可选择思路方法中不强制要求你把特定实现放到插件中假如你引擎提供个读档器默认实现以支持自
定义文件包格式你可以把它放到引擎本身当StorageServer启动时自动进行注册
现在还有个问题没有讨论:假如你不小心话和引擎不匹配(例如已经过时)插件会被加载子系统类些变化或是插件管理器改变足以导致内存布局改变当不匹配插件试图注册时可能发生冲突甚至崩溃比较讨厌是这些在调试时难和发现幸运是辨认过时或不正确插件非常容易最可靠是思路方法是在你核心系统中放置个预处理常量任何插件都有个它可以返回这个常量给引擎:
//Somewhereinyourcoresystem
#MyEngineVersion1;
//Theplugin
externgetExpectedEngineVersion{
MyEngineVersion;
}
在这个常量被编译到插件后当引擎中常量改变时任何没有进行重新编译插件它 getExpectedEngineVersion思路方法会返回以前那个值引擎可以根据这个值拒绝加载不匹配插件为了使插件可以重新工作必须重新编译它当然最大危险是你忘记了更新常量值无论如何你应该有个自动版本管理工具帮助你 2009-2-12 5:03:24
疯狂代码 /。