阅读材料参考译文

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1、阅读材料参考译文第1章 什么是真正的通用串行总线通用串行总线（USB）是近来对个人计算机存储器扩展的、发展最快且广泛认可的一种总线。不可能买到一台没有通用串行端口总线的基于因特芯片的PC机（占个人计算机市场高达94%）。这并不是说USB仅限于PC界，这也并不夸张。每一计算机硬件制造厂家都在它们自己的平台上采用了通用串行总线。为什么突然间像串行端口这样平常的东西引起了人们的兴趣呢？原因是通用串行总线远不像串行端口那样简单，它是一种串行总线。这表明计算机背后的这个端口是一个连向大量设备的窗口（我这句话并不是双关语）。这些设备可用菊花链方式连接在一起。各组设备可用称为集线器的集中式硬件独立开。当你考

2、虑这种通用串行总线时，最好将其看作是一种设备连成的网络，就像是以太网那样。图1-22形象地勾画了典型的USB设备网络。乍看起来把一串设备连起来不太好。实际上，对大多数传统串行设备共享的那一点带宽来讲，这明显的是一个下策。毕竟，在RS-232端口上为正式连接的打印机提供的带宽都几乎不够，更不用说用于下载图像的数码相机了。问题还在于它是一个快速总线。我们这么说不太恰当，因为这种通用串行总线在计算机行业中被认为是中、低速总线，它的运行速率为10Mpbs是大多数企业计算机网络的速度。通用串行总线比起其他总线是不能算作快的，比如光纤通道串行总线，其时钟速率可为300Mpbs，还有即将推出的如可控制音频、

3、视频，达到广播级质量的IEEE 1394“火线”总线技术等。因此我们认为USB是一种中速总线，并在继续向前发展着。通用串行总线的设计目标是为现代计算机用户提供纯数字音频、视频和远距离通信。它的速度足以支持这些类型的设备。个人计算机的最大问题总是与你要使用的外围设备的连接有关。任何设备似乎都需要将它们自己的适配卡插入到该总线上。它们有高清晰度视频卡、驱动操作杆的游戏卡、驱动话筒的声卡以及把视频输入到计算机的视频输入卡，还有很多类似的设备。计算机正在缩小。每年都只有很少的几个插槽用于适配卡。个人计算机工业的真正目标是尽可能使计算机普及和不引人注目。同时，现在的计算机含有足够的技术和天然的“马力”去

4、运行各种应用程序和驱动要求精确的数字输入和带宽的各种类型的外围设备。用个人计算机举行视频会议今日已成现实。个人计算机的环绕声立体声是一个标准功能。计算机行业正在努力去包含正在向中、高速外围设备推广的甚至成为设备缩小象征的一种技术。这就是通用串行总线起作用之处。它真正的目标是将外围设备的输入和输出放在“机箱”之外，不使用任何插槽。将智能化放入这些外围设备中而不是放入计算机中。外围设备设计者们也正在从“一体化”中获得解脱他们不必去对外围设备中的设备和接口卡的功能进行分割。这是他们的胜利。在这种情况下，你计算机的内部总线不会因为这些接口卡之间的业务和信息流而处于饱和状态。这也是你的胜利；你会发现由于

5、这种配置，你会获得整个系统的更好的性能。扬声器的设计者们正在将声卡已有的功能直接放入扬声器中。视频输入设计者正在把视频数字化功能放入到通用串行总线中。连监视器制造厂也在把通用串行总线接口放入他们监视器的背板中，很少要使用视频卡。另外还有提供超高分辨率的数字操纵杆。第2章 为什么需要并行体系结构计算机体系结构中，技术和应用融合在一起，有着非常强的交互性。并行计算机体系结构也不例外。一种新维度加到设计空间中处理器的数量，这种设计更强烈地受可接受的性价比驱动。在特定的时期内无论单个处理器的性能如何，原则上使用多个这样的处理器可以获得更高的性能。需要更高的应用性能是计算技术中各方面都熟悉的特性。硬件能

6、力的发展促进了新的应用，这种发展在很大程度上对体系结构又提出了更高的要求。这种循环极大地推动了正在进行的设计、工程化和制造工作，使得微处理器的性能呈指数持续增长。这也推动了并行体系结构技术的发展，即使难度较大，并行体系结构也要集中解决这些应用需求。如果处理器性能每年提高50%，则可预期100个处理器组成的并行机，能在今后10年内向应用提供广泛的计算能力，而1000个处理器则可支持将近20年。应用需求也促使计算机商家提供一种模式，即在逐步增加成本的同时提高性能和增加功能。低端计算机拥有最大容量和用户数量，而最多的需求应用是由高端服务的。这种“平台金字塔”的影响之一是，在高端增加性能的压力最大，而

7、压力是由少数重要的应用施加的。在微处理时代以前，通过特殊的电路技术和机器组织来获得更高的性能。当今，要获得比先进的微处理器高得多的性能，主要方法是使用多处理器，大多数需求应用使用并行程序。因此，并行体系结构和并行应用程序是受高性能需求支配的。对于体系结构和应用开发者来说，关键之处在于如何使用并行机制去改善应用性能，我们可以定义P个处理器的增速为性能（P个处理器）增速（P个处理器）=性能（1个处理器）对于单一的、固定的问题，该机器性能可简单地视为完成该问题的时间的倒数，因此我们有了下面的结果： 时间（1个处理器）增速 固定问题（P个处理器）= 时间（P个处理器）历史上，几个不同的体系结构阵营开发

8、了并行机，而大多数这一主题的教科书是围绕着这些设计的分类学组织的。但是，通过对并行体系结构变革的观察，可以很清楚地看到，设计在很大程度上受某些技术发展和类似的应用要求影响的。因而在该领域产生了大量的交叉渗透也就不足为奇了。本节的目的是为理解各种并行计算机体系结构的方方面面构建一个框架，并为自然的交叉渗透建立直观的模型。按这种方法，可从传统阵营开始，移动到交叉渗透点，快速浏览并行机制变革的情况。假设一台并行计算机是“能进行通信和协同工作去快速解决大型问题的处理单元的集合”，我们有理由把并行体系结构视为能在处理单元之间解决通信和协同工作问题的传统的计算机体系结构的扩展。实际上，并行体系结构用通信体

9、系结构扩展了计算机体系结构的一般概念。计算机体系结构有两个不同的方面。一是临界抽象的定义，特别是指硬件/软件边界和用户/系统边界。该体系结构规定了一组对边界的操作和这些操作要运行的数据类型。另一方面是以好性价比方式提供高性能计算的、临界抽象的组织结构。通信体系结构也有包含两方面，它定义了基本通信和同步操作，并说明了实现这些操作的组织结构。并行机的最重要的一种类型是共享内存多处理器形式的。这种类型并行机的关键特性在于通信是用常规存储器存取指令（即取和存）实现的。这种类型有很长的历史，至少在1960年代初期，在大型主机的前身就有了，至今，它几乎在计算机工业每一阶段都起作用。共享内存多处理器可对多道

10、程序工作提供更高的吞吐量，并支持并行程序。因此，共享内存多处理器的规模，从几个到几百个处理器，范围很大。共享内存多处理器设计的广泛应用始于1980年代中期的32位微处理器革新中，因为处理器，高速缓存，浮点运算单元和存储管理单元安装在一块芯片上（贝尔1985），甚至于将两块芯片合为一块芯片。包括小型计算机，服务器，工作站和个人计算机在内的大多数中等规模的机器都是围绕着中央存储总线的，如图2-7所示，并且该总线也适合于支持多个处理器。这种标准总线访问机制也允许任一处理器访问系统内的任一物理地址。类似于基于交换机的设计，所有内存单元对所有处理器是等距离的，因此，所有处理器对内存的访问所经历的访问时间

11、（等待时间）是相同的。这种配置通常称为对称多处理器（SMP）。对称多处理器多用于执行并行程序和多道程序。更详细的基于总线的对称多处理器的典型结构如图2-8所示，它是市场上的第一个高度集成的对称多处理器。带有本地高速缓存（用$表示）和I/O控制器的多处理器，互联到多内存模块时，应该经过总线。很多用在多处理器服务器中的因特4处理器奔腾Pro主板上，都画出了大多数小规模共享内存多处理器的主要设计元件。它的逻辑框图展示了该主板配置了4个处理器模块，每个模块包含有一个奔腾Pro处理器，一级高速缓存，转换监视缓冲器，256KB二级高速缓存，中断控制器和一个直接连向64位内存总线的、在一个芯片上的总线接口。

12、该总线运行在66MHz频率上，访问内存是流水线式的，能达到528MB/S的峰值带宽。两片的内存控制器和四片内存交叉单元（MIU）将该总线连到多个动态随机存储体上。桥连接了内存总线和两个独立的用于显示器、网络、SCSI和较低速I/O连接的PCI总线。奔腾Pro包含支持多处理器通信体系结构的所有逻辑功能，包括所要求的内存和高速缓存的相容性。奔腾Pro的“4件装”结构类似于早期的大量对称多处理器设计，但具有更高的集成度，其目标是对准更高的容量。第3章 集合论导轮当代数学所有分支中集合的概念扮演着非常重要的角色。近几年，集合论已经成为研究的重要领域，因为其方法大大地渗透到当代数学思想中了。真正理解现代

13、数学的任一分支都需要集合论的知识，因为它是数学中各领域的公共基础。集合用于把不同的对象分成组。属于一个集合的各对象也需要良好定义，以便在决定一个具体对象是否属于某一集合时不产生多义性。因此对给定的一个对象，它或者属于或者不属于一个给定的集合，没有其他情况。例如，英文字母表中的前5个字母可以构成一个集合，可以表示为集合a,b,c,d,e。任一对象当、且仅当它是这5个字母之一时才属于这一集合。这5个不同的对象在这一表达中可以任何次序出现。换句话说，这一集合也可用d,b,a,e,c来表示。属于一个集合的各个对象不需要具有公共特性。因此，数字4，字母x和单词“book”可以构成集合S，可用S = x,

14、book,4表示。某一天对一个人来讲可能是冷天，但对另外一个人就不冷，所以“一个月内冷天的集合”就不是很清晰定义的集合。同样，“大的数字的集合”和“高个子人的集合”也不能是集合。术语对象在这里也未精确地做出规定。从数学的观点来看，集合是一种技术术语，它含有我们设想的一些特性。这种基于一个对象的直观说明是非正式的对集合的描述，是德国数学家乔戈坎特尔（18451918）直到19世纪末才首次提出的，而基于这一版本的集合理论又称为初级集合论。用坎特尔自己的话说，“集合正在进入我们的感觉限定的良好定义对象的整体之中，这些对象是集合的元素”。本书所涉及的集合都可以视为来自坎特尔理论框架的。yA因此，集合是

15、不同对象的集合。一个集合中的对象称为元素或成员。如果x是集合A的元素，我们说x属于A，用符号表示为xA。而说明y不是集合A的元素表示为第4章 典型的排序问题树型排序树型排序需要两步。首先，元素被插入到二叉查找树中。第二，按顺序排序，使用无序检索方法对元素进行查找。二叉查找树不是一个具有吸引力的排序方法，因为栈更容易做同样的事情。我们不需要把元素放入二叉查找树，而是创建一个栈。然而，如果元素是在二叉查找树中，那么在排序顺序中去无序检索这些元素需要O（n）次努力。归并排序两个子表，每一个都已经排了序，可以归并到一起形成一个也已经排序的聚合表。简单而有效地完成这项工作的过程称为归并排序，开始从每个子

16、表中各取出一个元素进行比较。将最小的元素加入到一个排序表中，并被它的子表中的下一个元素所取代。这一过程一直持续到每一子表中都没有元素时为止。然后将另一子表中的其余元素加到该排序表中，排序就完成了。在有两个排序子表时这种方法非常好。如果不是这样，则问题是决定如何开始排序。有几种可能性。一种方法是将单个的元素视为长度为1的排序子表，一对这样的子表归并成为长度为2的排序表，然后这样的子表再归并成为长度为4的排序表。这一过程一直持续到只剩下一个排序表为止。这一过程如图4-8所示。请注意，归并排序需要两个数组r保存要排序的原始数据，t为同类型数组。归并是成对的首先从r到t，然后从t到r。因此归并排序需要

17、2n个元素空间。第5章 操作系统内核功能的高速缓存模型当今微内核对传统的独立操作系统内核来说已不具有很大的优势，理由有几个。首先，微内核比所希望的要大，这是因为现代的虚拟存储系统（如按写拷贝功能）的复杂性，需要支持多种不同的硬设备，以及在通信功能上的复杂优化处理，所有这些大多都在微内核内部实现。还有，原先在微内核顶部实现的性能问题又被迫放回到了内核，因而增加了它的规模。例如，网络服务器，由于这一原因又被加回到某些版本的系统上去了。第二，微内核不支持比独立内核优越的、特定域资源分配策略，这是一个与复杂应用和应用系统相关的非常重要的问题。例如，类似UNIX操作系统的标准页替换策略在随机或顺序访问应

18、用上就做得很不好。传统操作系统内核服务安装在基于微内核的系统中一般不给应用程序以更多的控制，因为服务只是固定的系统保护模式下的服务。向微内核增加各种资源管理策略不能提高效率，这是由于专门的应用知识增加了内核的规模和复杂性。最后，由于要增加意外处理机构，以处理由硬件和其他服务器和应用模块引起的故障和意外，使得微内核膨胀起来。例如，潜在的页内的意外与外部页调度程序的交互将复杂性引入到系统内。我们在本文中提出另一种基于高速缓存模型的内核设计方法，是在V+ Cache Kernel中实现的。V+ Cache Kernel缓存了与基本操作系统功能相关的活动对象，主要是与虚拟存储器、调度和进程间通信（IP

19、C）相关的地址空间和线程。与通常的微内核设计不同的是，它并不完全实现所有与地址空间和线程相关的功能。相反，它依靠高层应用内核去提供完全实现包括从/向高速缓存内核加载/写入这些对象所要求的管理功能。例如，当一个页失效时，与该失效线程相关的应用内核，将把一个新的页映像描述信息作为高速缓存地址空间对象的一部分装入该Cache Kernel。这个新的描述信息可能会产生另一个页面映像描述信息，此信息要写回另一个应用内核，以便为这个新的描述信息创建空间。因为该应用内核选择了要使用的物理页面帧，故它完全控制了物理页面选择和页面替换策略以及页面调度I/O。下面一段说明这种高速缓存模型可以降低管理层的复杂性，提

20、供对资源管理的应用控制，提供对意外状况和恢复的应用控制，用当今的微内核设计去解释问题（包括我们以前开发的微内核）。再下一段叙述了高速缓存内核编程接口，并通过描述仿真器应用内核如何使用这个接口，去实现标准的、类似UNIX的服务来说明它的使用方法。第三段叙述高级应用程序如何通过执行他们自己的应用内核的一部分，去直接使用这一接口。第三段也描述了在竞争应用中资源如何分配。第四段叙述了我们的Cache Kernel的实现，第五段叙述了它的性能，它的出现对传统的整体内核来说具有竞争性。第六段描述了在我们看来与这个工作相关的以前的研究工作。我们最后给出一个小结，说明我们的结论，指明今后的方向。 第6章 一个

21、好语言的特性不管某些外部影响多么重要，还是程序员能最终，有时是间接地，确定哪些语言可以生存下来，哪些应该淘汰。可以提出很多理由去说明为何程序员喜欢一种语言而不喜欢另一种。让我们考虑其中的一些原因。（1）清晰、简单和单一。程序设计语言要提供构思算法的概念框架和表达这些算法的方法。它远在具体编写代码阶段以前就应对程序员起辅助作用。它应该提供在设计算法时用作原语的清晰、简单和单一的一组概念。在这一阶段末尾，希望能使不同的概念数量最少，并配有尽可能简单和规则的用于这些原语组合的规则。我们称这种特性为概念的完整性。语言的语法影响到它编写、测试和以后的理解以及修改程序的难易程度。这里的中心问题是程序的可读

22、性。特别精简或深奥的语法通常使得程序容易写（对有经验的程序员来说）但当以后必须修改时又很难读。APL程序通常是太深奥，以致于这种程序的设计者本人在完成程序设计几个月以后都不能轻易地对其解密。很多语言含有读不懂的语法结构，形成的原因是两句几乎相同的语句实际上是表达了根本不同的事情。例如，在SNOBOL 4语句中空格运算符，它的含义与空格的本来意义相差很远。语言应该具有意思不同其语法结构看起来也不同的特点，也就是语义不同应该映射到语言的语法上。（2）正交性，术语正交性是指能将一种语言的各种特性，组合到所有可能的组合中的特性，而每种组合都是有意义的。例如，假设一种语言有一个能产生一个值的表达式，并提

23、供能计算一个表达式运算结果是真还是假的条件语句。该语言的这两种特性，即表达式和条件语句，当任一表达式能在该条件语句中使用（并计算）时，则它们是正交的。当一种语言具有正交特性时，那么这种语言是容易学的，并且也容易编写程序，因为这里只有少数例外和特殊情况需要记忆。正交特性的负面影响是程序经常能够无差错通过编译，尽管它还有逻辑上不相关或执行效率特别低的组合特性，由于这些不利因素。作为语言设计的一种特性，正交性一直是有争议的，因为有些人喜欢它，有些不喜欢它。（3）应用的自然性。语言需要语法，如果使用得当则能将程序结构反映到该算法的基本逻辑结构上。理想情况下，有可能将这样的程序设计直接翻译成反映该算法结

24、构的相应的程序语句。顺序算法、并发算法和逻辑算法等等，都在这些语言中有由程序表达的不同的自然结构。语言应该为要解决的问题提供相应的数据结构、操作、控制结构和自然语法。语言繁衍的主要原因之一正是这种自然的需求。特别适合于某一应用类型的语言大大地简化了在该领域中单个程序的制作。Prolog语言偏重于专用特性，C+是面向对象的设计语言，是第部分中的两种语言，带有明显的特别应用类型倾向。（4）对抽象的支持。对一个应用来讲，即使是最自然的程序设计语言，在抽象数据结构与解决一个问题的操作之间，以及具体的原始数据结构与构筑在语言内的操作之间，仍然存在着本质上的差距。例如，C可能是大学中用于编制班级调度程序的

25、合适语言，但是有关“学生”、“班级”、“上课教室”抽象数据结构和“安排一个学生到一个教室”，“在一个上课教室安排一个班级”等等这些自然的应用，C就不直接支持。（5）易于程序检查。用一种语言写的程序的可靠性总是要关注的核心问题。有很多技术能检验程序正确地完成了所要求的功能。证明一个程序的正确性可用正式的检验方法，也可用手工读和查看程序文本，非正式地证明其正确性，也可以用输入测试数据，执行程序并对照规范说明去检查输出结果来测试等等。对于大型程序，经常综合使用这些方法去检验。一个使程序检验困难的语言，比那些有更多的特性使编程更容易的语言，在使用时有更多的麻烦。语义和语法结构的简单性是使程序检验简单化

26、的一个主要方面。（6）编程环境。一种程序设计语言的技术结构仅仅是有效地使用这一语言的一个方面。一个合适的程序设计环境，能使技术上稍差的语言，比起没有足够外部支持的更强的语言，更容易使用。一个长的因素表应该成为程序设计环境的一部分。语言在可靠性、有效性和提供良好文档方面的有效性必须列在该表的前面。订制到该语言中的专用编辑和测试包能大大加速程序的制作和测试过程。程序多种版本的维护和修改工具，能使得大型程序的编制工作更简单。（7）程序的可移植性。很多程序设计课题的一个重要指标，是从开发的计算机上将最终的程序移植到其他计算机系统上的可移植性。广泛可用的语言和该语言的定义与具体机器特性无关，形成了可移植

27、程序的有用基础。Ada、Fortran、C和Pascal都有允许移植要完成的应用程序的标准化定义。另外，像出自一处的ML语言，允许该语言的设计者对该语言的移植特性进行一定的控制。（8）使用的成本。将棘手的成本这一指标放在最后。成本肯定是评价任何程序设计语言的一个主要因素，但不同的成本是灵活的：a程序执行成本b程序翻译成本c程序创作、测试和使用成本d程序维护成本。第7章 数据挖掘数据挖掘按其最简单的定义来说，是自动检测数据库中的相关模式。例如，一个模式可能会指示有孩子的已婚男性驾驶特殊跑车的可能性是没有孩子的已婚男性的两倍。如果你是一个汽车制造厂的市场部经理，这种有些离奇的模式可能很有价值。但是

28、，数据挖掘不是魔术。多年来，统计人员用人工“挖掘”数据库，寻找统计上的重要模式。数据挖掘使用构造得很好的统计和机器学习技术，去构建预测客户行为的模型。当今，技术使挖掘过程自动化，将其集成到商业数据仓库中，并且用相关的方法将其呈现给企业用户。现在最好数据挖掘产品不仅仅是采用强大算法的建模引擎。相反，他们能解决更广阔的企业和技术问题，如与当今更复杂的信息技术环境集成。过去，围绕数据挖掘的夸张说法是建议削减建立预测模型的统计分析员。但是，分析员的作用不能抹煞。在评估模型的结果并检验该模型预测的合理性方面，分析员一直是需要的，因为数据挖掘软件缺乏人们在区分相关与不相关的关联方面的经验和直觉。设想你是一

29、个地区电话公司的市场部经理。你负责管理公司的蜂窝式电话客户。你当前关心的问题之一是客户的注意力（有时称为“搅动”），它已经吞掉了你的边际利益。你知道保持客户的成本，比客户离去又把他们请回的成本低得多，因而你需要为此找出一个低成本高效益的方法。解决这一问题的传统方法是挑出好的客户（就是在你们的公司中花钱最多的那些客户）并劝说他们签订下一年的服务合同。这种劝说也可以包括某种礼物（可能是一部新电话机），也可能是通话的减价。礼物的价值是按客户消费总额考虑的，高额消费者会收到高额回赠。这个解决方案可能是非常浪费的。毫无疑问，有许多“好”的客户不需要贵重礼物也能留下来。着重要解决的是那些要离开的客户。不必

30、担心那些要留下的客户。我们已经从察觉“搅动”问题回到解决这一问题上来了。不是向客户提供与他们付给你们公司的钱成比例的某些东西，而是向客户提供与你们向他们服务的价值成比例的东西。把客户需要的给他们。客户之间也是有区别的，你应该了解这些区别以便优化你们之间的关系。一个高消费客户应该珍惜这种关系，因为你们是非常可靠的，因此要保持与他们的关系并不需要礼物。另一方面，使用所有最新特性和专门服务的客户为了保持到下一年，可能要求新的电话或其他礼物，也许他们只是简单地要求夜间呼叫降低费率，虽然顾主提供电话，但还必须为业务时间以外的呼叫付费。关键是要确定你要关心的客户类型。在这一过程中时间的考虑也很重要。你不能

31、等到签合同到期前一周才为了防止客户离开而努力。到那时，他们很可能已经决定了他们的安排并且在如此晚的时候，你也不可能再去影响他们的决定了。另一方面，你在与客户签约后不必立即开始这一过程。对他们来说，需要几个月时间去了解你们公司对他们的价值，因此现在的任何努力都是浪费的。关键是寻找正确的、从对市场和对市场中客户的了解得到合适的解决办法。当然，我们在后面将要讨论的是，你应该使用数据挖掘技术去自动寻找这种最佳办法。第8章 良好工程化的软件像所有的工程一样，软件工程也不仅仅是生产产品，它也包括以高性价比的方法生产产品。假设资源是无限的，那么大多数软件问题是能够解决的，但是对软件工程师的挑战是用有限数量的

32、资源和在预期的计划内生产出高质量的软件。通常系统质量的评估，要求确认在所有良好工程化软件中都希望有的公共特性。假设该软件能提供所需的功能，应该有4个关键特性是一个良好工程化软件系统所必备的：（1）软件应该是可维护的。生存周期长的软件若能满足常规变化的要求，它应该写成文档，以便更改时不过多增加成本。（2）软件应该可靠。这表明软件应完成用户所期望的功能，并且比其规范所允许的故障要少。（3）软件应该是高效的。这并不表明最后一点性能要从系统硬件中拿出来；效率最高可能使得软件修改更困难。高效表明一个系统不应该浪费诸如内存和处理器周期那样的系统资源。（4）软件应该提供一个合适的用户接口。很多软件没有发挥其

33、全部潜能，因为它的接口使得软件用起来有困难。用户接口的设计必须与系统用户的能力和背景密切配合。在确定良好工程化的软件时，必须考虑成本。可维护性是一个关键特性，因为很多与软件产品相关的成本是在该软件交付使用以后才产生的。优化所有这些特性是困难的，因为其中某些特性是互相排斥的（例如，提供好的用户接口可能会降低系统效率），并且是受报酬递减律控制的。每一种特性的成本之间的关系并不是线性的，并且任何特性的一点改进都可能是很贵的。图8-3表明，当要求改善效率时，成本会呈指数增长。对某些类型的系统，如航空电子系统，效率是主要考虑的因素。软件运行的计算机的重量和体积限制了硬件所用的功率，并且软件应该在小的内存

34、中运行，带有小的或是不带后备存储器。在损害其他系统特性的情况下也需要优化效率。当效率成为关键时，应明确地要求权衡这些特性。个别的软件工程师不会对优化可维护性还是优化效率做出决择。效率的权衡必须在系统需求中阐明。软件中介应该很清楚最大优化效率的成本代价。第9章 找到合适的应用服务提供商ASP你需要知道什么随着公司数量的日益增多，由应用服务提供商（ASP）开展的工作为企业提供了很多好处。这些好处包括降低30%60%的信息技术（IT）成本，减少新产品和服务投向市场的时间，并且能有效地分配珍贵的信息技术和人力资源。什么是ASP？ASP在约定的基础上提供应用给客户所有IT基础和支持服务。典型的ASP在远

35、程数据中心安装应用程序，经因特网或专用网将其分送给客户。然而，这个基本定义掩盖了当今ASP市场的某些复杂性。例如，当某些ASP为客户提供对于分发应用所需的所有服务的内部资源时，其他一些ASP只提供其部分服务如应用或网络管理而由互补伙伴向客户提供完全的服务。事实上，某些独立软件商（ISVs）也作为ASP在运营，他们是与提供所需的应用分发、支持和网络管理服务的公司合作。另外，某些ASPs仅提供统管生产和销售全过程的市场服务，如电子商业或健康医疗。现在各种类型的公司都将他们自己描述成ASPs，这里列出你可能遇到的一些：l 全服务应用服务提供商ASPsl 应用基础提供商（ASPs）l 独立软件商ISV

36、sl 网络服务提供商（NSPs）l 系统集成商l 增值转销商通过ASP我能租用哪些类型的应用？简单的回答实际上是任意的。根据你的业务需求，你可以通过ASP获得像电子邮件那样相对基本的应用，也可以获得诸如企业资源计划系统、客户关系管理系统和人力资源管理系统那样的复杂应用。很多ASPs也提供其他应用，或为某一专门行业设计的那些应用。为什么我要通过ASP工作？有很多理由说明为什么很多各种类型的公司都选择通过与ASP合作。这里提供给你的是通过ASP工作的一些好处：l 可以一直接触运营你的企业所需要的最新技术没有与开发和维护所需的IT基础设施相关的风险、费用和管理责任。l 提高了集中解决核心业务问题，而

37、不是IT方面问题的能力。l 加快实现新应用和新技术降低了现有系统环境风险和风险底线。l 应用伸缩容易。l 全面安全的访问、备份、灾难恢复和支持服务。l 因为ASP服务器要对当今的复杂应用做强化处理，故老计算机中的现有投资受到保护。l 降低了IT的总拥有成本。l 增强了IT成本的可预见性。l 增强了IT的灵活性。什么规模的公司采用ASP？各种规模的组织单位都可以用ASP工作。在一些事例中，对于一种具体应用，ASP可能要求租用最少的席位。但通常也应有10个席位。这一规模使得ASP的分发方式是可行的，即使是非常小的公司。但是对于增加了席位的大公司，不论是对用户相对少的专门应用，还是对电子邮件那样的基

38、本企业应用，也发现了这种ASP分发方式的价值。 我如何选择ASP？选择ASP的过程包括3个基本步骤：1 确定哪些应用是希望ASP提供的。这些应用应该是你目前不再想保持的，或者是将取代或增大你现有系统的一些新应用。2 评估你的内部IT能力。了解你自己的IT能力和需求有助于选择合适的ASP。例如，你有可以解决应用问题并能提供综合服务的IT资源，你就应该较少要求ASP的支持、帮助或技术服务。3 评价ASP。在与一个ASP谈判前要考虑两个基本问题：如果你租用的应用对你的行业是特别的，你应该要求ASP为你的行业做专门处理。同样，如果你的应用为一专用企业功能，如记账或人力资源方面，你应该选择有这方面经验的

39、ASP。第10章 柔性制造当柔性制造被应用于当时开发的各种新颖的集成制造系统时，形容词“柔性”一词才被用于制造系统。在20世纪70年代中期，这些及其他类似的系统被认为是柔性制造系统，或FMS。它包含了一个制造理念和某些在当时非常先进的思维方法正如系统本身一样。在20世纪70年代初，柔性制造的理念及其通过FMS的实现被视为一个整体。然而，制造工程师没多久就将该理念应用于完全不同的机器配置上。为了避免使用另一个词汇，这些也被称之为FMS。因此在缩写词FMS基础上引入了其他变化, 其中FMC表示柔性制造单元，FFS表示柔性加工系统。为了说明定义柔性制造系统的难度，现在给出它的一个定义，但现在，它将不

40、被解释或拓展。如果系统中的机器，可以以任何顺序接收和完成对工件的加工，并同时自动处理许多不同工件，这个制造系统就是柔性的。为达到此目的，系统中的机器必须在完成当前处理的部件时，准备好下一个待加工的零件和所需的工具以及必要的指令，这样，通常无需人工干预就可以完成一个工件、工具和指令的简单切换。可以看出这是一个复杂的说明，它更像是一个描述而非定义。这反映了FMS的两个事实，亦即它们是复杂并且易于描述而难以定义的。如果一个见多识广的工业考古学家，150年之后再来看任何当今的系统（如果这些系统仍能看得到的话），他有可能确定其安装日期是在5年之内。确定这么短的时间周期是可能的，因为目前向前发展的速度相当

41、迅猛，特别是当考虑到控制系统的方法时。如果考古学家试图寻找系统的诸多因素，通过查阅相关的杂志或书籍，他或许能会发现1980年的系统所用的原理与1960年，1930年，甚至1880年的系统所用原理非常相似。广义上讲，原理涉及到使成本最小化，生产率最大化的需求，但每一阶段都涉及到当时的技术和制造实践。本书涉及到同样的原理，但注重在20世纪最后的年代里，用当今技术实施它们的方法，并适应现在的市场和经济环境。第11章 液晶显示LCD技术液态晶体显示或LCD技术在20世纪70年代初期，由于电子手表和计算器这些熟悉的面孔，而在消费市场上变得非常普及。它们有着与众不同的、用反射光来进行照明的七段显示。由于其

42、显示质量顶多只能算是一般，如果不是十分新颖且廉价的话，它们是否能达到如此大量的使用，确实值得怀疑。LCD提供了很薄的设计、很轻的重量、占用很小的空间且功耗很低。由于这些特性, LCD非常适合于便携式使用并具有越来越多的应用领域。工业领域主要集中于将硅薄膜晶体管LCD（Si TFT-LCD）作为技术的发展和极具前景的产品。新驱动系统的发展将人们的注意力转向扭转向列强显示STN彩色LCD。用于大屏幕和低成本的新技术很快就会出现。LCD领域中技术革新的步伐是非常迅速的。作为共同战略的一个重要部分，一大批领先的制造商正在对有源阵列LCD的研发工厂和设备进行大量投资。早在20世纪60年代初，对薄膜晶体管

43、（TFTs）的研究工作就已经在美国的数家实验室展开。第一个液晶显示器是在1968年由Heilmeier发明的，它是基于被称之为动态散射现象的。美国无线电公司实验室和西屋电气公司的工程师们开发了用TFTs作为显示寻址的方式。那时，西屋电气制造了一个66英寸的有源阵列电路，这之前，最大能实现的是1.5英寸的晶片。这项研究工作为今天的有源阵列液晶显示技术（AM-LCD）奠定了概念性基础并建立了沿用至今的通用像素元设计方法。 1971年，一种新型的液晶显示由Schadt和Helfrich提出，这就是扭转气动显示。从1972年到1979年，美国制造商，特别是西屋电气公司一直是该领域唯一的供应商。由于这样

44、那样的原因，美国供应商现已全部退出了该市场，这一点回顾起来的确让人有点迷惑不解，因为液晶显示确实是一个非常有用的产品。LCD本身工作的基本原理就象是一个光阀，它使用前面讲过的阵列寻址技术。反射的变化根据环境光线而变化，使用透射型的显示模块用它自身的光源，反射型既可使用环境光源，也可使用内置光源。液晶对于温度、振动和晃动十分敏感，这些都是LCD在恶劣环境下使用必须考虑的因素。LCD得名于构造它的液态晶体。它是一种包含棒状分子的油性物质（氰联苯），它通过本身沿电场方向排列（极化）对电场产生响应来通光或阻光以产生图像。最常用的平面液晶板是90度扭转向列场效应LCDs（TN-LCDs）。在没有对给定象

45、素施加电压（电场）时，液晶的棒状分子排列成0度，当施加电压时，它们逐渐地经过液晶膜旋转直至达到90度。第12章 数字图象处理：海湾战争中的经历摘要19901991年在伊拉克和美国武装部队控制的联合部队之间的西南亚冲突中，由数字成象和数字地面数据发展成的产品应用变得很明显。联合部队的成功部分原因是他们能看到他们作战的战场。数字产品的成功使用突出了系统的兼容性、信息的传输和系统标准等问题。数字产品的发展和使用的前景是光明的，并且必然要延伸到民用工程领域中。引言现代战争中，你必须知道你所处的位置，你的部队部署的信息，你的敌人的位置和敌方军队部署，以及你们双方占领的地面军事地形。这种军事地形包括有关该

46、区域地形的基本信息，由于人类活动引起的地球表面的变化以及天气对地形和人文景观的潜在影响。在现代战争中，你必须很快地收集这一信息，因为变化太快；一旦你获得了所需的信息，你必须快速地将其传播到所有要进行战斗的地方。在最近的、以美国为首的联合部队与伊拉克军队之间的西南亚战争中，对联合部队军官来说，大部分重要地区是去不了的由于敌人占领或敌方自然因素或地域太宽阔而不便进攻。有关该地区的详细信息十分有限；即使有，其准确性也很勉强。重要的通用数据已经收集了并做成电子文件和实际文件，但只有少量数据已经变换成很快可用的数据，甚至是有用的信息，这就是负责描绘19901991年海湾战争地形的那些人面临的挑战。本文的

47、目的是回顾一下海湾战争期间美军所使用的数字成象技术和相关产品，讨论美军在使用这一数字信息过程中所遇到的问题并从军事技术创新角度预测将来军事，也可能是民用副产品方面的应用。讨论集中在地形分析和智能应用这两方面，虽然这两者是难于分开的。我不会涉及专用武器系统。出于本文的考虑，我将考虑与那些行动相关的军用数字图象处理或从直接产生数字数据的传感器得到的信息或从非数字数据转换成数字格式的信息。海湾战争1990年8月2日，当萨达姆侯塞因的伊拉克军队从伊拉克边境入侵科威特时，美国中央总部的策划者经多年的积累掌握了有关科威特、伊拉克和沙特阿拉伯北部地形的重要信息。但是其中的很多信息是集中在靠近海湾的地区，也靠

48、近建筑物多的地区；当然，正如前边提及的，这种信息自然就是一般的，并且对策划军事行动的价值很小。到了1991年2月24日，当联合部队跨越沙特科威特和沙特伊拉克边境发起地面进攻时，一陆军军官说，他知道他们前沿阵地的任何事情，除了占领阵地的士兵们的名字之外。当伊拉克军队进入科威特时，在美国中央总部（CENTCOM）上将施瓦辛格的大本营中的分析家们，在他们的各种兵力部署图上和1级数字化地形高度数据（DTED）上（3弧秒点间隔），将该区域的某些部分覆盖上，并对有关运输能力和时刻要准备的水源作专门涂敷。大多数地图都标注日期，并配上少量数字数据。在美国中央总部的文件中有覆盖中东地区的，从LanaSat成象系

49、统和卫星定位跟踪系统获得的图象。部署到沙特阿拉伯的部队也可以访问从国防部气象卫星、商业气象卫星、商业和军事通信卫星来的数据，也可以通过军用全球定位卫星去访问定位数据。几个月以后，当行动明显地应该从占领科威特沙特边境南部几条公路延伸到考虑攻入科威特和伊拉克时，就特别需要详尽的信息。各种类型的内务源都用于修改现有的1:50000比例地形图，并在照片地图不可用的地方制作出照片地图。新的道路，村落以及当要发动进攻时最为重要的伊拉克防御工事都必须指出。为了支持命令和控制系统以及其他系统，数字化光栅图形纸制地图的数字化表示要通过对现有和新的地图扫描而得到。由于大范围使用定位导航设备，战争翻开了新的一页。在

50、战区中可以访问的全球定位系统卫星允许所有人使用接收器，在他们实际地面位置30米的误差内指出他们的位置。军方为个人、车辆和部队提供这些接收器（很多战士写信给家里，希望在本地购买商业产品）。这自然把重担放在要保证地图精确性的地图供应商身上了。用航空成像技术生产的产品要描绘相同的画面给部队看。这大概是军事史上的第一次，他们知道他们在哪里，并希望所看到的地图与真实景物一样。数字产品与以前的大多数战争不一样，对伊拉克作战的地面部队（也包括从空中来的）有了准备使用这些产品的特殊机会，这有助于指导他们的军事战斗行动。每个兵种，无论是空军、步兵、装甲兵、炮兵或工程兵都需要专用的数字和模拟智能产品，并立刻需要它

51、们。当伊拉克加强了他们的防御工事，以及后来空战摧毁这些防御工事时，对信息的需求也增加了。数字图象处理的核心是需要基本的地形数据。防御地图代理（DMA）最初提供了地形高度数据DTED；地形工程中心（TEC）和防御地图代理提供了临时地面数据（ITD）：表面结构上的无符号中心线、表面材料、植被、障碍、运输和地面排水系统以及其他地面各种覆盖物的数字化表示（1990，防御地图代理）。这就要求开发出基本地面智能数据并将其与数字成象和数字化模拟信息合并到一起，以产生对战场指挥官有用的输出结果（图12-2）。如果没有对实验室或基本设备的数字信息合并的主要技术障碍，这种挑战就只能向散布在北沙特阿拉伯的无数作战部

52、队提供一种功能了，而在成为战场的200300平方英里内，每个部队都有不同的任务。每个部队都希望自己做分析并集中在大多数直接影响他们战斗的那些战场方面。地形工程中心与其他几个军种和国防部合作，为战场上的部队开发出能产生所需信息的软件和系统（很多还是在研究和开发之中）。各级长官所在的大本营需要一种处理系统，该系统能处理所接收的数据，并能克服由于战场的自然条件形成的空间和环境限制。在更高层的大本营（战区，军种和军团级），为分析专家提供的是数字地形支持系统样机。这些基于小型计算机的独立系统包含他们自己的地图信息系统以及用户易于使用的、用于准备辅助战术决策（TDAs）的大量实用工具。提供给军团级大本营的

53、是成象开发系统和分析照相制图定位系统（APPS），它们能把图象连接到精确的目标坐标上。地形部门装备的是运行地球资源数据系统（ERDAS）软件（USAETL.1991）的Sun工作站。由于军团级以下的部队机动性很大，就将带有由美国军事学院和地形工程中心（TEC）开发的、两个基于DOS的系统，TERRA-BASE，以及由军事水路实验站开发的强化军队机动性模型系统（CAMMs）的微型计算机，分配给400多个美国军队、海军陆战队、英国和加拿大部队。专用膝上的、基于DOS的系统也投入使用。用上面的硬件系统和软件的组合，得出了很多种能使战斗指挥官看到战场的辅助战术决策系统。地形高度数据DTED和临时地面数

54、据ITD，在各级都用于生成地面及带有其特征的三维地形图形、视距轮廓、跨国机动性分析、地面掩盖以及各种可视工具，如可在地面三维高度显示中增强效果的Landsat成象技术。卫星定位和跟踪系统SPOT和Landsat成象数据也在微型计算机上储存和加工。每种产品都为专门用户做加工处理，它们不仅要反映高级大本营提供的数据，也要反映本地（例如，由部队自己侦察得到的结果）产生的增值数据（1991，莫尼）。为提供快速反应能力，Sun工作站使用了胶片写入器，来为作战区内的地图照片产生压缩胶片。为满足这一类需求和采用一种系统，陆军、空军和国防部开发了几种使用数字图象和数字信息的专用程序。投影飞行地毯为所选定的军官

55、，通过使用由国防高级研究计划局SIMNET课题开发的地面可视技术，提供对禁飞区进行模拟空中飞行的能力。“飞行地毯”可被用于计划潜入这些地区。地形工程中心TEC为特种部队开发了一种地面覆盖产品，此产品所显示的区域可以或不能从指定的位置上看到（1991，USAETL）海湾战争中的主要技术进步之一，是推出了用于确定移动敌方目标的联合监视目标采集雷达系统（JSTARS）。JSTARS空中平台收集去除背景噪音的雷达信息。与雷达成象一起开发和考虑的是数字特性的数据，用于在一幅地图上产生显示敌人行动的图象（1992 ，USAF）。第13章 虚拟现实及其应用虚拟现实可以描述成人类与计算机之间一个非常特殊的交互

56、过程。在许多虚拟现实中，人们戴上一个“头置显示装置（HMD）”眼镜、护目镜或在眼前放置一个小屏幕的头盔。装备上一个将计算机与HMD连接起来的跟踪系统以及某种导航工具，比如3D鼠标、操纵杆、或高科技手套，此时一切就绪，可以开始计算机探险了。一旦进入虚拟世界，人们就可以从前面、上面、下面和后面看到计算机图像。探险者就可以完全体验到进入计算机图像中的视觉感受。现在我们常见的系统始于1960年。最早实际使用的虚拟现实系统之一就是供飞行员使用的、军界开发的头置显示装置。当研究人员一致赞同在发掘虚拟现实潜力之前仍有漫长的道路要走时，虚拟现实已开始在军事、娱乐、教育和商业领域实际应用。在教育领域，人们期待着

57、虚拟现实能急速增长。象华盛顿大学和北卡大学这样的大学已在虚拟现实的研究、其物理影响和实际应用上投入资源。在教育上的下一步工作就是用它来改进学习过程和建立新的学习系统。虚拟现实所产生的兴奋和动力激发了那些具有远见的教育家们的想象力，他们认识到在基于计算机教育中虚拟现实将是下一个合理的步骤。在商业应用中，虚拟世界和商业在由通过华盛顿大学发起的VWC（虚拟世界联盟）中相互交错。如果现在的预测者认为虚拟现实作为功能强大的学习工具是正确的话，未来在商业和工业领域的培训，将充分利用这最好的可视学习方式的优势。人机接口的问题依然存在。物理设备还比较笨重且用起来不舒服，而且技术上会使身体不适，比如恶心、头痛及

58、晕眩。具有合适内容的技术集成仍需进一步完善。虚拟现实的高端产品仍十分昂贵。制造商们将很快为市场提供高质量、超轻头置显示装置。期待使用虚拟现实内在的高性能视觉效果的企业，将像现在购买电子制表或字处理应用软件一样，购买现成的虚拟现实程序。任何想要投入到虚拟现实的企业均可以用当今的设备来实现。第14章 关于千兆位以太网在基于快速以太网（100BASE-T）技术的网络设备得到发展和广泛使用之后，自然地产生了千兆位以太网。在100BASE-T发展期间，业界中的分析家、观察家和商家就有很多预测，说这种新技术有多快会被接受，它是真正需要还仅仅是感觉有这种需要。然而，一当100BASE-T标准完成，厂家立即掀

59、起一个生产该产品的狂潮。使用100BASE-T的价格很快降了下来，并且悄然使用100BASE-T设备的势头在飞速地发展着。这种状况对加入的供应商来讲无疑是很好的，但也有负面影响。少数具有100Mb/s能力的网络，其主干网是基于光纤分布式数据接口FDDI的。100Mb/s到桌面的广泛使用使得现有的这种基础设施显得很无奈。还有，其他的主干网互连技术主要是异步传输模式ATM。ATM已经有622Mb/s（OC-12）容量的链路面世并计划升级到OC-48（2.4Gb/s），且已进入早期服务阶段。但是ATM或FDDI在主干网中要求改变帧格式。对于高速交换和路由选择来讲，分段、重装、封装/解封装和帧格式转换

60、是非常昂贵的，对硅片制作来讲，在效率和速度上实现这些操作的软件和系统的能力都是在线速度上的。主干网技术带宽会聚现在很少（即使有的话）有应用或用户在桌面（不论是以太网还是其他形式）上需要Gb/s技术上的带宽容量。但是，当用户需要转移到正在很快发展到桌面的100Mb/s技术时，要求能会聚带宽的主干网技术将需要这些Gb/s容量。新出现的增强带宽应用新出现的增强带宽应用将继续驱动原带宽应用，特别会继续向用户分配与因特网浏览和“推”内容相关的这些增强服务。当因特网、企业网和万维网的内容业务继续增长、以及当10/100Mb/s容量设备的费用降低时，将主干网和会聚点就会被带宽这种需求所淹没。千兆位以太网能使

61、该网络核心简单和高效地升级。千兆位媒体独立接口（GMII）与媒体独立接口（MII）当以太网从10Mb/s向100Mb/s过渡时，需要一种新的媒体独立接口，主要原因是原来用作10Mb/s的附件接口AUI不容易实现100Mb/s操作。同样，当向1000Mb/s过渡时，为100Mb/s规定的媒体独立接口MII也不适用了。在保留了很多MII信令概念的同时，千兆位媒体独立接口GMII发送和接收数据的通道已经加宽到8位（MII提供的4位通道），以配合时钟频率和数据通道转换频率。基于这种修改，还要求将发送和接收数据通道和时钟也改为125MHz，才能得到1Gb/s数据速率。采用光纤信道编码由于不断地要求以太网

62、提高速度，也就需要为增加速率提供可靠的信令方案。IEEE千兆位以太网委员会，为了在这些高数据速率上加速该标准的开发周期和兼顾现在行业的经验，希望在现有的信令系统中确定Gb/s数据速率方案。最后，将光纤信道（美国国家标准学会ANSI X.3.230-1994）确定为物理信令方案，用类似的方法，把100BASE-TX归并为光纤分布式数据接口物理层（FDDI PHY）和以太网媒体访问控制子层（MAC）。光纤通信使用8B/10B行编码，将8位数据净负载编码为10位行编码，配有用于差错检查的、健壮性的附加位。这项编码技术最初是由IBM公司开发的（最初获得了光纤信道专利，后来获得千兆位以太网的专利），用作

63、光缆上的高速信令。一般把基于8B/10B编码的千兆位以太网物理层（PHY）规范称作1000BASE-X，它有短波长光纤（1000BASE-SX），长波长光纤（1000BASE-LX），以及铜介质（1000BASE-CX）三种类型。当初把光纤信道信令方案呈交给千兆位以太网委员会时，其最接近的数据速率为1.0625Gb/s，得出有效数据速率为850 Mb/s。为获得1Gb/s数据速率，应该将信令速率提高到1.25Gb/s，这需要重新加工大多数现有的硅片。第15章 什么是XML？很多方面表明XML就是另一种文件格式，也是存储信息的另一种方法。然而，作为一种文件格式，这只是XML一个开端XML最终能将

64、信息从专一的文件格式中解脱出来，并能使信息在不同类型的计算机中的多种程序间传送而免受程序转换之苦，也不丢失当前所需的信息。XML可以绝妙地提高我们在处理计算机化信息时的效率和灵活性。因此，XML将影响到我们使用计算机的方法改变对程序、文件系统、格式化和网络的认识，其他文件格式都做不到这点。XML具有渗入和修改各方面软件的潜力，至少一半计算软件。从根本上讲，XML使得以分层方式存储信息变得容易，它提供相容的、容易使用的语法分析语法和一套用于构建描述所含信息结构的工具。这一点也许算不了什么，但这一牢固的基础为建立标准和编制程序奠定了更坚实的基础。以前的互换文件格式要么特别简单（具有定长字段或分割符的ASCII文件），要么特别复杂（如多信息文本格式RTF）。以前大多数格式是固定的，只提供有限的描述它们内容的词汇。为克服HTML词汇量不足所采取的措施，更因为将不兼容的条款引入常规应用中而为Web开发者造成更严重的问题。XML提供一种可以表达简单和特别复杂信息的格式，也允许开发者为描述这些信息创造他们自己的词汇。XML文档可以描述它们自己，也可以包含内容。这些自描述文档可以提供比它们的面向格式的HTML文档多得多的有关