计算机系统原型设计
计算机系统原型设计
− Memory: 1k words, 17bits, mercury delay line
− Speed: 650 instructions/sec ,714 operations/sec, 2.25MHz
− 1,400 ft3
− 1951 – Remington-Rand sold Univac 1 to US government for $1,000,000
协作和管理能力20181217中国科学技术大学计算机科学与技术学院25理解现代计算机系统设计的理论基础存储程序计算机体系结构冯?诺依曼结构20181217中国科学技术大学计算机科学与技术学院26运算器alu存储器控制器输入设备输出设备数据流控制流cpu20181217casicthong27理解现代计算机系统设计的影响因素128理解现代计算机系统设计的抽象层次软件硬件应用问题语言指令集体系结构以及io接口微体系结构逻辑和电路设计器件晶体管集成电路工艺算法数据结构20181217ustccshong29了解现代计算机系统的设计和制造过程掌握先进前沿的计算机系统结构专业理论和技术超大规模集成电路数字逻辑计算机组成串行机器语言isa编译技术程序设计高级语言数据结构算法操作系统光电数模混合电路vlsi测试与可测性设计并行系统嵌入式系统组成并行机器语言isa并行程序设计并行语言并行算法并行操作系统并行编译技术20181217中国科学技术大学计算机科学与技术学院30加强计算机系统设计和实现能力20181217中国科学技术大学计算机科学与技术学院31计算机系统导论从晶体管到小计算机设计计算机组成与设计流水线处理器设数字逻辑运算器功能部件设计处理器体系结构结构建模与量化分操作系统原理与设操作系统设计编译原理与技术编译器设计计算机系统原型设计开放性实验真实的计算机系统原型设计程序设计语言程序设计组织管理保障高质量培养计划的制定和顺利实施李国杰国内外专家与国内外一流大学和学术机构的建立联系与合作对人才培养的基本架构提供指导和咨询意见培养方案实施督导和协调小组
基于FPGA的计算机系统原型仿真平台设计
ｌｎ ａ ｅｓ ｕａ ｒ ｔ ｅＲ Ｌ ｓ ｕａｏ ｄ Ｆ Ｇ ｅ ｆ ａ ｏ ｌｔ ｒ ｒ ｂ ｉ ．Ｔ ｉ ｐｏ ｃ ａ ｏ ｉｃ ｄ ｓｏｈ ｒ ａ ｇ ｇ ｉ ｌ ｏ ， ｈ Ｔ ｉ ｌ ｒａ Ｐ Ａ ｖ ｒｉ ｔ ｎ ｐａ ｏｍ ａｅ ｕｌ ｈｓ ｒ ｅ ｔｌ ｎ ｌ ｅ ｔｅ ｕ ｍ ｔ ｍ ｔ ｎ ｉｃｉ ｆ ｔ ｊ ｓ ｕ
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（ 中国科学 技术 大学计 算机科 学技术系 ， 安徽 合肥 ２ ０ ２ ） ３ ０ ７ 摘要 ： 如何帮助学生实现认知上从理论到实践 的飞越 ， 是传统计 算机体 系结 构教学 面临的最大挑 战。 目的是构 建可重 构的 计算机系统原型仿真实验平台 ， 给学生创造一个设计计算机 系统原型 的机会 。通过 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ仿 真验证 和 ｃ语 言模拟器仿 真的 方法 ， ２位乱序流水 线的 ＲＳ 以３ ＩＣ处理器原型为核心 ， 构建 了 ｃ语言模拟器 、 Ｌ仿真器 和 Ｆ ＧＡ仿 真验证平 台 ， ＲＴ Ｐ 移植 和改
系统开发的五个步骤
系统开发的五个步骤简介系统开发是指通过计算机技术和软件编程，在特定的需求和目标下，构建和实施一个完整的、能够实现相应功能的系统。
系统开发的过程通常被分为五个步骤，包括需求分析、系统设计、编码实现、系统测试和部署、维护与优化。
本文将对每个步骤进行详细的探讨和介绍。
一、需求分析需求分析是系统开发的起点，它的目的是明确用户的需求和期望，以便设计出能够满足这些需求的系统。
在需求分析阶段，开发团队与用户进行充分的沟通与交流，了解用户的业务流程、功能需求、系统规模和性能要求等。
然后，通过需求文档的编写和验证，确保对需求的理解一致。
需求分析阶段的关键任务包括：1.收集和整理用户需求：通过会议、访谈、问卷调查等方式，与用户进行需求讨论，记录和整理用户的需求和期望。
2.编写需求文档：将收集到的用户需求进行整理和描述，形成需求文档。
需求文档应包括用户需求的详细描述、功能需求的优先级和约束条件等信息。
3.需求验证：通过原型设计、模拟测试等方式，与用户进行需求验证，确保需求的准确和完整。
二、系统设计系统设计是在需求分析的基础上，根据用户需求和约束条件，设计系统的整体框架和各个模块的功能与接口。
系统设计阶段的目标是确定系统的整体结构，为编码实现提供指导。
系统设计阶段的关键任务包括：1.架构设计：确定系统的总体框架和模块划分，定义各个模块之间的关系和接口规范。
2.数据库设计：设计系统的数据库结构，包括数据表、字段、索引等，以支持系统的数据存储和查询需求。
3.界面设计：根据用户需求和界面交互原则，设计系统的用户界面，提供友好的用户操作体验。
4.算法设计：针对系统中涉及的复杂计算和逻辑问题，设计相应的算法和流程，保证系统的性能和功能要求。
三、编码实现编码实现是将系统设计转化为具体的计算机程序代码的过程。
在编码实现阶段，开发人员根据系统设计的要求，使用特定的编程语言和开发工具，完成系统模块的编写和调试。
编码实现阶段的关键任务包括：1.开发环境搭建：根据系统设计的要求，选择适当的开发工具和编程语言，搭建开发环境。
计算机辅助产品设计系统开发与实现
计算机辅助产品设计系统开发与实现近年来，随着计算机技术的发展，计算机辅助产品设计系统已经成为了现代产品设计的主要手段之一。
这些系统能够帮助设计师实现产品的快速建模、仿真分析、优化设计和制造等多个环节中的工作，从而大大提高了设计效率和产品质量。
本文将从计算机辅助产品设计系统的概念、分类、开发步骤、实现方法和相关技术等方面进行探讨。
一、概述计算机辅助产品设计系统，简称CAD，指的是利用计算机软件辅助设计和制造产品的一种技术。
它包括了从产品的初始设计到产品制造过程中所需的各种辅助手段和技术，并具有工业设计、机械制造、航空航天、建筑、电子等领域的广泛应用。
计算机辅助产品设计系统可以通过建立三维模型、快速成型、可视化仿真等方式，有效地降低产品设计和制造过程中的成本和时间，并提高了产品的质量和竞争力。
二、分类根据不同的应用领域和设计需求，计算机辅助产品设计系统可以分为以下几类：1、机械CAD：主要用于机械产品的设计和制造，如汽车、机床、船舶等。
2、建筑CAD：主要用于建筑行业中建筑设计和施工图的制作，如建筑图纸、楼房剖面图和地形图等。
3、电子CAD：主要用于电路板、集成电路、芯片等电子产品的设计和制造。
4、工业设计CAD：主要应用在家具、包装、商业广告、展览设计等领域。
5、非传统CAD：主要是应用于一些新颖或特别的设计领域，如激光切割、纤维加工、模拟仿真等。
三、开发步骤计算机辅助产品设计系统的开发通常包括以下步骤：1、需求定义：明确设计系统的目标和需求，并制定详细的技术规范和开发计划。
2、原型开发：利用计算机辅助工具设计出系统的原型，以快速验证系统的设计思路和技术可行性。
3、程序设计：根据系统的原型和技术规范，进行系统的程序设计和编码。
4、系统集成：将系统的不同部分进行集成，进行测试和调试，以确保系统的稳定性和可靠性。
5、产品发布：对系统进行全面测试和质量保证后，进行产品的发布和推广。
四、实现方法计算机辅助产品设计系统的实现方法根据其分类而有所不同。
《计算机体系结构：量化研究方法》随笔
《计算机体系结构：量化研究方法》读书记录目录一、内容描述 (2)1.1 书籍简介 (3)1.2 研究背景与意义 (3)二、计算机体系结构基本概念 (5)2.1 计算机体系结构的定义 (7)2.2 计算机体系结构的发展历程 (8)三、量化研究方法概述 (11)3.1 量化研究方法的重要性 (12)3.2 常用的量化研究方法 (13)四、计算机体系结构量化研究方法 (14)4.1 性能评估方法 (16)4.1.1 基准测试 (17)4.1.2 实际应用测试 (18)4.2 硬件设计优化方法 (20)4.2.1 并行计算 (21)4.2.2 能源效率优化 (23)4.3 软件架构优化方法 (25)4.3.1 模型驱动开发 (26)4.3.2 代码优化技术 (28)五、案例分析 (29)5.1 案例一 (30)5.2 案例二 (31)六、总结与展望 (32)6.1 本书主要观点总结 (33)6.2 对未来研究的展望 (34)一、内容描述《计算机体系结构：量化研究方法》是一本深入探讨计算机体系结构理论及其量化研究方法的学术著作。
本书从计算机硬件和软件的交互机制出发，详细阐述了处理器设计、存储器层次结构、指令级并行性、数据传输与通信、系统性能评估等核心问题。
在内容描述部分，我特别关注了书中对于现代计算机体系结构中一些关键概念的深入剖析。
作者详细讨论了超标量处理器、VLIW（Very Long Instruction Word）处理器、SIMD（Single Instruction, Multiple Data）处理器等先进处理器的设计原理和性能优势。
书中还对缓存一致性协议、内存访问策略、多核处理器调度等关键技术进行了详尽的阐述。
除了技术细节，本书还涉及了计算机体系结构在现实应用中的重要性和挑战。
随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展，计算机体系结构面临着前所未有的挑战和机遇。
我们需要不断探索新的设计理念和方法，以适应不断变化的应用需求。
结构化方法与原型方法比较
1.结构化方法与原型方法比较：结构化基本思想：基于系统的思想，系统工程的方法，以用户至上为原则，采用结构化，模块化等手段对信息系统进行分析，设计和实施。
原型基本思想：根据用户提出的需求，由用户与开发者共同确定系统的基本要求和主要功能，并在较短时间内简历一个实验性的，简单的小型系统。
结构化：优点。
从整体出发。
逻辑设计与物理设计分开，自上面下地分析和设计，遵循用户至上原则，严格区分系统开发的阶段性。
缺点。
开发周期长，开发过程复杂，繁琐，沟通困难。
范围。
适用于组织相对稳定，需求明确，不会发生大的变化的大型复杂系统的开发。
原型：优点。
符合人们认识事物的规律，开发周期短，费用相对少，应变能力强。
缺点。
不符合大型系统，开发难以控制，系统难以维护。
范围。
小型系统的开发。
2. 系统分析的任务，原则：任务。
从现行系统入手，对现行系统进行调查，详细了解每一个业务过程和活动及黄达用户对信息系统的需求，系统分析员根据现行系统的功能及存在问题，运用管理知识，计算机知识及系统分析技术进行分析，对现行系统进行数据流程抽取，并画出数据流程图，确定新系统应具有的逻辑功能，采用适当的方法表达出来，即系统的逻辑模型，最后写出系统分析报告。
原则。
逻辑设计与物理设计分开的原则，面向用户的原则，结构化分析的原则。
3. 系统设计的原理，任务：基本思想。
将系统设计成由多个相对独立，功能单一的模块组成的结构，即把一个系统自上而下分解为若干个彼此独立而又有一定联系的组成部分。
任务。
总体设计：系统模块的结构设计任务，计算机物理系统配置方案设计。
详细设计。
4. 系统实施的任务：设备的购置与安装，程序的编制与测试，数据的录入，人员的培训，系统的测试，调试与转换。
计算机硬件系统的设计流程和方法
计算机硬件系统的设计流程和方法计算机硬件系统设计是指在计算机系统构建中，对硬件部分进行规划、设计和实施的过程。
本文将介绍计算机硬件系统设计的流程和方法，旨在帮助读者更好地理解和应用计算机硬件系统设计。
一、需求分析在进行计算机硬件系统设计之前，首先需要进行需求分析。
需求分析阶段是明确计算机硬件系统设计目标和需求的过程。
在这一阶段，我们要考虑硬件系统的功能需求、性能需求、可靠性需求以及相应的约束条件。
通过需求分析，可以为后续的设计提供明确的指导。
二、框架设计在需求分析阶段确定了硬件系统的需求之后，就进入了框架设计阶段。
框架设计是指按照系统需求，确定硬件系统的总体结构和模块划分，包括硬件组成、模块功能和模块之间的关系等。
在框架设计中，需要考虑硬件系统的扩展性、兼容性和可维护性，以及尽可能降低成本和提高系统性能。
三、详细设计在框架设计完成后，接下来是详细设计阶段。
详细设计是将硬件系统的各个模块进行具体设计的过程。
详细设计需要考虑硬件系统的电路设计、信号传输、时序控制等方面的问题。
在详细设计中，通常会使用一些工具和方法来支持设计，比如绘制电路图、进行逻辑门级仿真等。
四、原型制作在详细设计完成后，为了验证设计的正确性和可行性，通常需要进行原型制作。
原型制作是指将设计图纸转化为实际的硬件原型的过程。
通过制作原型，可以测试和修改设计中存在的问题，并为产品的后续制造和生产提供参考。
五、验证和测试在原型制作完成后，需要进行验证和测试，以确保硬件系统的功能和性能符合需求。
验证和测试的过程中，可以通过仿真软件、性能测试工具等手段来进行验证。
如果在验证和测试过程中出现问题或不符合要求，需要进行调整和修正。
六、制造和生产经过验证和测试后，硬件系统设计的最后一步是制造和生产。
制造和生产阶段包括选择适当的材料和设备、组装和调试硬件系统，并最终投入使用。
在制造和生产过程中，需要注意质量控制和生产效率，并确保硬件系统符合相关标准。
可编程路由器原型系统的设计与实现
可编程路由器原型系统的设计与实现
钟国涛;可向民;龚正虎;刘波
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2002(38)14
【摘要】基于网络的应用服务现在正飞速地发展,但传统的网络体系结构已经越来越难以满足当前灵活快速的、种类多样的、高服务质量的应用特点.根据多服务虚拟交换路由器结构(Programmable Virtual Switch Multiservice Router,PVSMR)的技术思想,设计出一个可编程路由器原型系统,并就该系统平台的构建及其实现过程中有关要点进行了深入的讨论.
【总页数】4页(P141-144)
【作者】钟国涛;可向民;龚正虎;刘波
【作者单位】国防科技大学计算机学院网络与信息安全研究所,长沙,410073;国防科技大学计算机学院网络与信息安全研究所,长沙,410073;国防科技大学计算机学院网络与信息安全研究所,长沙,410073;国防科技大学计算机学院网络与信息安全研究所,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TN915.05
【相关文献】
1.基于可编程硬件的虚拟路由器数据平面设计与实现 [J], 刘中金;李勇;杨懋;苏厉;金德鹏;曾烈光
2.可编程虚拟路由器关键技术与原型系统 [J], 罗腊咏;贺鹏;关洪涛;李振宇;谢高岗
3.基于可编程逻辑器件的嵌入式系统硬件原型设计 [J], 刘森;慕春棣
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5.可编程数据平面系统异常检测系统的设计与实现 [J], 陈立军;张屹;陈孝如
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原因分析
− 办学条件和办学水平的差异：师资队伍、硬件条件和科研实践环境。
− 计算机系统的设计和实现需要用到计算机、集成电路、微电子甚至应用等多个 学科领域的综合知识。
− 在国外，计算机系统设计师要通过计算机科学和电子工程两个系来共同培养，
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关于华夏班的命名—科大人自主创新的精神遗产
先后参加第一台107计算机研制和改进的人员共有30余人，除 计算所科研人员和科大教师外，还有参加第三期计算机训练班 的外单位学员。其中科大教师是: 郑世荣、钟津立、周行仁、 赵鼎文、杨学良、王武良、邵仁荣、周基桑、吉凤岗、魏彩屏 、佟慧娟、陶志成、郭振刚、候慕媛、卿志远等。
计算机科学系提供系统设计的教育背景，电子工程系提供系统实现的教育背景
2019/12/7，只有少数一流大学中国才科有学条技件术大培学养计同算时机掌科学握与设技计术学和院实现技术的人才。
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关于华夏班的命名—科大人自主创新的精神遗产
华夏班
纪念中国计算机的先行之师华罗庚-夏培肃 培养华夏创新人才
我校计算机专业创建于1958年 应用数学和计算技术系首任系主任：华罗庚
2019/12/7
中国科学技术大学 计算机科学与技术学院
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关于华夏班的命名—科大人自主创新的精神遗产
首套计算机教材
− 夏培肃先生主持编写的我校 （也是我国）第一套《计算 机原理》教材。
2019/12/7
中国科学技术大学 计算机科学与技术学院
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关于华夏班的命名—科大人自主创新的精神遗产
首台计算机
报告提纲
建设思路
− 办学动机,关于华夏班的命名, 总体思路,培养目标
培养方案
− 学制, 授予学位及毕业基本要求 − 培养方案制定的指导性原则
实施保障
− 组织管理, 教学改革, 师资配备, 硬件配备, 学生待遇, 选拔和考核标准
进度安排
2019/12/7
中国科学技术大学 计算机科学与技术学院
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办学动机
是我院贯彻实施国家信息化发展战略，
提高信息技术人才自主创新能力的重大举措。
国内现状
− 全国几乎所有的高校都设有计算机专业、系或学院，真正能够培养计算机系统 设计人才的院校极少，大都只能培养计算机应用型人才。
− 在大批计算机专业毕业生找不到工作的同时，也有许多优秀的IT企业无法招聘 到足够数量的计算机专业合格人才，这种矛盾远非供需数量的差异可以解释。
− 全机共使用电子管1280余只，功耗6千瓦（不包括通风），机房占地面积约 60平方米。107机采用串行运算方式，机器主频62．5千赫，平均每秒运算 250次。
107机共有两台，一台在中国科技大学用于科研和教学, 一台 安装在火炮研究所用于弹道计算。
2019/12/7
中国科学技术大学 计算机科学与技术学院
− 为中国科大培养了第一批教师。 − 2名学生获全国百篇优秀博士学位
论文奖
− 3名学生获中国科学院院长奖学金 特别奖
2019/12/7
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关于华夏班的命名—科大人自主创新的精神遗产
首批教师：很多是参与107机研制的教师
夏培肃院士（左六）与我校计算机 学科早期建设者、107机研制者、原 计算机系统结构教研室主任郑世荣 教授、钟津立、周行仁、赵鼎文、 杨学良、王武良等在玉泉路校园合 影。
4ห้องสมุดไป่ตู้
关于华夏班的命名—科大人自主创新的精神遗产
计算机系统结构著名科学家
− 主持研制了我国第一台自行设 计的小型通用电子计算机—— 107机。
− 中国科学院计算技术研究所的 创始人之一。
− 创办了《计算机学报》和国际 性期刊《Journal Of Computer Science and Technology》，担任第一任 主编。
− 夏培肃先生主持研制的107机。 − 1953年成立研制小组, 1954年开始设计，1959年研制成功, 1960年在中国科
大投入使用（在科大命名为KD-1）, 1970年随科大下迁至合肥，1974年被拆 除。
107计算机规模与当时的EDVAC和EDSAC计算机相当.
− 六个机柜，其中中央处理机、磁芯存储器和电源各占用两个，另外还有作为 输入输出设备的五单位发报机一台、电传打印机一台和控制台一个。
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中科院数学研究所所长兼我校应用数学和计算技术系系主任华罗庚给 该系一年级同学讲授数学课，讲课的教室是北京玉泉路科大原校址教 学二楼一层教室。该教室1960年改装为107计算机机房。
中国科学技术大学 计算机科学与技术学院
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关于华夏班的命名—科大人自主创新的精神遗产
计算机专业首任教研室主任： 夏培肃
1943-1946, J. Presper Eckert and John Mauchly at the Moore School of the University of Pennsylvania built the world’s first operational electronic, general purpose computer—ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator).
中央大学（南京大学）本科毕 业，英国爱丁堡大学博士，中 国科学院院士
中国计算机的先行之师
− 1952年，华罗庚教授会见了三位年 轻科学家，讨论的是一个前沿话题 ：研制中国的计算机。由此中国第 一个计算机三人小组成立。他们是 夏培肃、闵乃大，王传英。
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中国科学技术大学 计算机科学与技术学院
科大和计算所合作研制成功107计算机，其后又将107计算机成 功地应用于教学和科研工作，这是全面落实“全院办校、所系 结合”办学方针和实行教学与科研结合所取得的重要成就。
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中国科学技术大学 计算机科学与技术学院
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The First Electronic Computers
Eckert and Mauchly
2007年9月21日，时年84岁的夏培肃院 士在接受我校校庆50周年口述校史项 目组采访时的照片。
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中国科学技术大学 计算机科学与技术学院
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关于华夏班的命名—科大人自主创新的精神遗产
计算机系统结构著名教育家
− 主持了计算所四期计算机训练班, 培养了我国第一批从事计算机教育 和研究人员，他们中的很多人后来 成为我国计算机界的领军人物。