12指令集体系结构
微机原理 (计算机原理与应用系统)
第12讲 指令集体系结构
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第12讲 指令集体系结构
概述 ISA的类型 基本指令集 寻址方式 指令格式设计 CISC与RISC
马洪兵,2006年秋
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概述
指令(instruction)——规定计算机执行特定操 作的命令 指令集/指令系统(instruction set)——全部指 令的集合 指令集体系结构 (Instruction Set Architecture,ISA) ——是计算机硬件与底层 软件之间的接口,它是程序员为使一个二进制 机器语言程序正确运行所需要了解的属性
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概述
指令集体系结构
寄存器组织 存储器的组织和寻址方式 I/O系统结构 数据类型及表示 指令集 中断机制 机器工作状态的定义及切换 保护机制
计算机软件 ISA 计算机硬件
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概述
本质上讲,ISA是机器语言程序员看到的计算机的属 性.但是,由于人们广泛地使用高级语言编写程序, ISA也可以看成是编译器或解释器的设计人员看到的 计算机的属性 C程序 C编译器
机器语言程序
ISA 计算机硬件
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概述
按照以上定义,所有机器语言程序员或编译器 设计人员不可见的属性都不属于指令集体系结 构 然而,随着计算机技术的发展,出现了一系列 对计算机系统性能有重要影响的实现技术,如 Cache技术,流水线技术,超标量技术等.这 些技术对程序员是不可见的,但是为了充分发 挥系统效能,编译器设计人员必须对这些技术 深入了解
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概述
由于ISA是硬件和软件之间的接口,所以在设 计ISA时必须兼顾硬件,软件以及用户等多方 面的要求
对于硬件设计人员而言,ISA是设计计算机的 起始点和基本依据,所以ISA应该设计成易于 高效率地实现 对于编译器设计人员而言, ISA本质上是编译 器的输出目标,所以ISA应该设计成易于为它 生成代码 对于用户而言,兼容性是一个现实的要求
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概述
兼容性:
向下兼容——在某个高档次的机种上能够不加 修改地运行为某个低档次机种编制的软件 向前兼容——在某个时期生产的机种上能够不 加修改地运行为它之前的某个机种编制的软件
兼容性针对的是指令集体系结构,非硬件实现
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概述
指令集设计需要注意的问题
完备性——常用指令齐全 高效性——占用存储空间少,运行速度快 规整性——指令和数据编码规则统一 可扩充性——保留一定的指令字编码空间.一 般而言,以后生产的机器,总会增加一些指令 兼容性
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概述
指令格式设计是ISA设计的重要问题 指令的一般格式
操作码 操作数地址码
操作码——用于指明本指令的操作功能,计算机 需要为每条指令分配一个确定的操作码 操作数地址码——用于给出被操作的数据的地 址,包括参与运算的操作数的地址,运算结果的 保存地址,程序的转移地址,被调用的子程序的 入口地址等
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ISA的类型
根据在CPU中以何种方式存放操作数,可以将 指令集体系结构分成4种类型:
堆栈型 累加器型 寄存器-存储器型 寄存器-寄存器型
例:C=A+B在4种指令集体系结构类型上的实 现
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ISA的类型
堆栈型
ALU指令所有的操作数都是 隐含的
PUSH A PUSH B ADD POP C
内存
...
...
mem[B] mem[A]
SP
...
CPU
优点:求值模型简单(符合逆 波兰模型),指令字较短,代 码密度高 缺点:代码效率低,堆栈成 为性能瓶颈
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ALU
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ISA的类型
累加器型
累加器既是ALU指令隐含的输 入操作数,也是隐含的运算结 果的目标操作数
LOAD A ADD B STORE C
CPU
累加器 mem[A]
ALU
内存
B
...
优点:指令字较短,代码密度较高 缺点:累加器是唯一的操作数寄存 器,导致对存储器的频繁访问,影 响性能
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...
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ISA的类型
寄存器-存储器型
ALU指令的一个操作数在寄存 器中,另一个在存储器中,结 果存放在寄存器或存储器中
LOAD R0, A ADD R0, B STORE C, R0
CPU ...
mem[A] Rn-1 R0
ALU
内存
B
...
优点:存储器中的数据不需要专门 的载入/存储指令即可直接访问, 代码密度较高 缺点:操作数的不同位置使得ALU 指令执行所需的时钟周期不同
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...
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ISA的类型
寄存器-寄存器型
ALU指令的所有操作数都在 寄存器中
LOAD R0, A LOAD R1, B ADD R2, R0, R1 STORE R2, C
CPU
...
mem[B] mem[A]
Rn-1 R2 R1 R0
ALU
内存
...
优点:简单,定长的指令编码, ALU指令执行的时钟周期相近 缺点:指令密度低
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...
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ISA的类型
早期计算机多采用堆栈类型和累加器类型,现基本不 再采用 CISC计算机通常既包含寄存器-寄存器型指令,也包 含寄存器-存储器型指令 RISC计算机只采用寄存器-寄存器型指令 寄存器-寄存器型也称为载入-存储型(load-store)
当所需的操作数不在寄存器中而在存储器中时,必须通 过LOAD指令先将操作数装入寄存器 要将寄存器的内容存入存储器时,必须通过STORE指 令 ALU指令不允许访问存储器
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基本指令集
从指令集完备性方面考虑,处理器通常需要具 有5类指令:
数据传送类指令 ALU指令 程序控制指令 输入输出指令 特权指令
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基本指令集
数据传送类指令
数据传送类指令是要在相同或不同的存储设备 间传送数据.主要的数据存储设备包括主存储 器,寄存器和堆栈 数据传送的单位有字节,字和数据块 可选的寻址方式比较多
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基本指令集
算术逻辑运算类指令
运算种类
加,减,乘,除 与,或,非,异或 移位运算:算术移位,逻辑移位,循环移位
操作数类型——整型数,浮点数,十进制数
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基本指令集
程序控制类指令
转移指令(条件转移,无条件转移) 程序调用和返回指令 循环控制指令 中断控制指令
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软件体系结构
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。
软件体系结构KWIC实验
《软件体系结构》 实验：软件体系结构风格之应用
一、实验目的 通过 KWIC 实例分析，理解和掌握软件体系结构风格设计与实现。 二、实验容 多种软件风格设计与实现之 KWIC 实例： 1．采用主/子程序体系结构风格实现 KWIC 关键词索引系统 2．采用面向对象体系架构风格实现 KWIC 关键词索引系统 3．采用管道过滤 体系架构风格实现 KWIC 关键词索引系统 4．采用事件过程调用体系架构风格实现 KWIC 关键词索引系统 三、实验要求与实验环境 熟练掌握基于主/子程序体系结构风格的 KWIC 关键词索引系统，在此基础上， 完成基于面向对象体系架构风格的 KWIC 关键词索引系统设计与实现。选做基于 管道过滤体系架构风格的 KWIC 关键词索引系统；选做基于事件过程调用体系架 构风格的 KWIC 关键词索引系统。 实验课前完成实验报告的实验目的、实验环境、实验容、实验操作过程等 容；实验课中独立/团队操作完成实验报告的实验操作、实验结果及结论等容；每 人一台 PC 机，所需软件 Win2003/XP 、 UML 工具（ EclipseUML/ Rose/Visio/StartUML/）、Eclipse/MyEclipse、JDK6.0 等。 四、实验操作 1、采用主/子程序体系结构风格实现 KWIC 关键词索引系统 主程序/子程序风格（Main Program/Subroutine Style）将系统组织成层次结 构，包括一个主程序和一系列子程序。主程序是系统的控制器，负责调度各子程
序的执行。各子程序又是一个局部的控制器，调度其子程序的执行。设计词汇表： 主程序 main(), 子程序 shift(), sort() 方法，方法的调用，返回构件和连接件类 型： 构件：各类子程序，如 shift(),sort() 连接件：方法的调用基本的计算模型： 子程序有 shift(), sort()方法，shift() 对单词进行移位，sort()方法对单词进行 排序 风格的基本不变性： 主程序有顺序地调用子程序，单线程控制。 KWIC 的主/子程序体系结构风格示意图如下所示： 主程序/子程序风格的重要设计决策与约束有：
软件体系结构作业 完整版
第一章： 1.根据自己的经验，谈谈对软件危机的看法。 软件危机是指软件生产方式无法满足迅速增长的计算机需求，开发和维护过程出现的一系列问题。 以下几个原因导致：（1）软件自身特点 （2）开发人员的弱点 （3）用户需求不明 （4）缺乏正确理论指导 （5）开发规模越来越大 （6）开发复杂度越来越高 可以通过软件生命周期的模型和软件工具的使用来缓解危机，通过程序自动化和软件工业化生产的方法实现软件标准化的目标，进一步缓解软件危机带来的影响。 软件危机有利有弊，除了带来许多麻烦，也给我们带来许多挑战，克服危机的过程，我们在技术上和创新上都有了一个提升，也算是间接为软件产业的发展做了贡献。 2.什么是软件重用，软件重用的层次可以分为哪几个级别？ 软件重用:是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相似软件元素的过程。可以分为三个层次： （1）代码重用（2）设计结果重用（3）分析结果重用 3.什么是可重用构件？相对于普通的软件产品，对可重用构件有何特殊要求？ 可充用构件表示软件重用过程中，可重用的软件构件元素。 可重用构件的特殊要求： （1）可重用构件应该具有功能上的独立性与完整性； （2）可重用构件应该具有较高的通用性； （3）可重用构件应该具有较高的灵活； （4）可重用构件应该具有严格的质量保证； （5）可重用构件应该具有较高的标准化程。 4.基于构件的软件开发的优势是什么？基于构件的软件开发面临哪些挑战和困难？ 优势：基于构件的软件将软件开发的重点从程序编写转移到了基于已有构件的组装，更快地构造系统，减轻用来支持和升级大型系统所需要的维护负担，从而降低了软件开发的费 用 困难和挑战：没有可依据的参考，可用资源和环境缺乏，开发难度高，而各方面需求增长速度与日剧增，更新和升级的跟进是一个不小的挑战.此外，在同一系统采用多个开 发商提供的构件，它们之间的兼容性可能是开发过程中所要面对的一个严峻的问题挑战和困难：
【精品实验报告】软件体系结构设计模式实验报告
【精品实验报告】软件体系结构设计模式实验报告软件体系结构 设计模式实验报告 学生姓名: 所在学院: 学生学号: 学生班级: 指导老师: 完成日期: 一、实验目的 熟练使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的设计模式，包括组合模式、外观模式、代理模式、观察者模式和策略模式，理解每一种设计模式的模式动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式，并学会分析这些模式的使用效果。 二、实验内容 使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现组合模式、外观模式、代理模式、观察者模式和策略模式，包括根据实例绘制模式结构图、编写模式实例实现代码，运行并测试模式实例代码。 (1) 组合模式 使用组合模式设计一个杀毒软件(AntiVirus)的框架，该软件既可以对某个文件夹(Folder)杀毒，也可以对某个指定的文件(File)进行杀毒，文件种类包括文本文件TextFile、图片文件ImageFile、视频文件VideoFile。绘制类图并编程模拟实现。 (2) 组合模式 某教育机构组织结构如下图所示: 北京总部 教务办公室湖南分校行政办公室 教务办公室长沙教学点湘潭教学点行政办公室
教务办公室行政办公室教务办公室行政办公室 在该教育机构的OA系统中可以给各级办公室下发公文，现采用 组合模式设计该机构的组织结构，绘制相应的类图并编程模拟实现，在客户端代码中模拟下发公文。(注:可以定义一个办公室类为抽象叶子构件类，再将教务办公室和行政办公室作为其子类;可以定义一个教学机构类为抽象容器构件类，将总部、分校和教学点作为其子类。) (3) 外观模式 某系统需要提供一个文件加密模块，加密流程包括三个操作，分别是读取源文件、加密、保存加密之后的文件。读取文件和保存文件使用流来实现，这三个操作相对独立，其业务代码封装在三个不同的类中。现在需要提供一个统一的加密外观类，用户可以直接使用该加密外观类完成文件的读取、加密和保存三个操作，而不需要与每一个类进行交互，使用外观模式设计该加密模块，要求编程模拟实现。参考类图如下: reader = new FileReader();EncryptFacadecipher = new CipherMachine();writer = new FileWriter();-reader: FileReader-cipher: CipherMachine-writer: FileWriter +EncryptFacade () +fileEncrypt (String fileNameSrc,: voidString plainStr=reader.read(fileNameSrc); String fileNameDes)String
软件体系结构总结
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
手机处理器和结构指令集
手机处理器/结构指令集目前，市场上有Xscale、arm、OMAP等手机微处理器，其中Xscale微处理器的系列有PXA210(代号Sabinal)/PXA25x(代号Cotulla), PXA26x 与PXA27x(代号Bulverde)等，arm的系列有ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10等系列，OMAP有OMAP730、OMAP3630等。
OMAP系列 结构指令集: 1、定义： 指令集也称为复杂指令集，英文名是CISC，（Complex Instruction Set Computer的缩写）。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。其实它是英特尔生产的x86系列（也就是IA-32架构）CPU及其兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是现在新起的X86-64（也被成AMD64）都是属于CISC的范畴。 要知道什么是指令集还要从当今的X86架构的CPU说起。X86指令集是Intel 为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的，IBM1981年推出的世界第一台PC 机中的CPU—i8088(i8086简化版)使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加了X87芯片，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。 虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到过去的PII至强、PIII至强、Pentium 3，最后到今天的Pentium 4系列、至强（不包括至强Nocona），但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它的CPU仍属于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容
计算机系统结构第一章自考练习题答案
第一章计算机系统结构的基本概念 历年真题精选 1. 下列对系统程序员不透明的是（）。 A. 乘法器 B. 先行进位链 C. 指令缓冲器 D. 条件码寄存器2．“从中间开始”设计的“中间”目前多数是在（ D ）。 A. 微程序机器级与汇编语言机器级之间 B. 操作系统机器级与汇编语言机器级之间 C. 传统机器语言机器级与微程序机器级之间 D. 传统机器语言机器级与操作系统机器级之间 3. 开发计算机系统结构并行性的主要技术途径有时间重叠、（资源重复）和（资源 共享）。 4. 计算机系统弗林分类法，把计算机系统分成单指令流单数据流（SISD）、单指令流多数 据流（SIMD）、（多指令流单数据流（MISD））和（多指令流多数据流（MIMD））四大类。 5. 设计指令系统时，以乘法运算为例，简述系统结构设计、计算机组成设计、计算机实现 各应考虑的问题。（ P4） 6. 实现软件移植的途径有哪些各受什么限制（ P14） 同步强化练习 一．单项选择题。 1. 实现汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是由（ C ）。 A. 编译程序翻译 B. 编译程序解释 C. 汇编程序翻译 D. 汇编程序解释 2. 系列机软件应做到（ B ） A. 向前兼容，并向下兼容 B. 向后兼容，力争向上兼容 C. 向前兼容，并向上兼容 D. 向后兼容，力争向下兼容 3. 在计算机系统多级层次结构中，机器级由低到高，相对顺序正确的应当是（ B ）。 A. 传统机器语言、汇编语言、操作系统 B. 微程序、传统机器语言、高级语言 C. 高级语言、汇编语言、传统机器语言 D. 传统机器语言、应用语言、高级语言 4. 可以直接执行微指令的是（ C ）。 A. 编译程序 B. 微程序 C. 硬件 D. 汇编程序 5. 计算机系统结构不包括（ A ）。 A. 主存速度 B. 数据表示 C. 机器工作状态 D. 信息保护 6. 对计算机系统结构透明的是（）。 A. 是否使用通道型I/0处理机 B. 虚拟存储器 C. 字符行运算指令 D. VLSI技术 7. 在主存设计上，属计算机系统结构考虑的应是（ C ）。 A. 频宽的确定 B. 多体交叉还是单体 C. 容量和编址单位 D. 用MOS还是TTL 8. 计算机组成设计不考虑（ B ）。 A. 缓冲技术 B. 功能部件的集成度 C. 专用部件设置 D. 控制机构的组成
软件工程部分课后练习题答案
第一章 1.计算机系统是由计算机硬件系统和软件系统这两个密不可分的部分组成的。 2.计算机软件系统通过运行程序来实现各种不同应用，包括用户为自己的特定目的编写的程序、检查和诊断机器系统的程序、支持用户应用程序运行的系统程序、管理和控制机器系统资源的程序等。 3.在软件工程学中，软件开发技术包括软件开发方法学、软件工具和软件工程环境。 4.在软件工程层次结构中，包括工具层、方法层、过程、技术层和质量保证层。 5.在面向对象概念中，消息传递是其与外部世界相互关联的唯一途径。 第三章 1.软件需求分析，可以把软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件需求规格说明，进而建立软件开发的基础。 2.软件需求工作基本上包括收集用户、市场等方面对项目的需要，经过分析建立解题模型，细化模型，抽取需求。 3.结构化分析方法的基本步骤是采用由顶向下对系统进行功能分解，画出分层数据流图；由后向前定义系统的数据和加工，绘制数据词典和加工说明；最终写出软件需求和规格说明书。 4.面向对象分析方法总是从理解系统的“使用实例”开始，基本步骤是：定义系统的用例，在领域分析的基础上建立问题域的类（对象模型），然后开始建立对象——关系和对象——行为模型。 5.需求分析评审过程由以下5个步骤组成：规划、准备、召开审查大会、修改缺陷、重审。第四章 1.与软件需求分析一样，软件设计也有两种主要设计方法：以结构化设计为基础的结构化软件设计和面向对象方法指导的面向对象软件设计。 2.传统的软件设计任务通常分两个阶段完成。第一个阶段是概要设计，包括体系结构设计
和接口设计，并编写概要设计文档；第二阶段是详细设计，其任务是确定各个软件的数据结构和操作，产生描述各软件组件的详细设计文档。 3.结构化的软件设计方法是一种面向数据流的设计方法，在面向数据流的方法中，数据流是考虑一切问题的出发点。 4.在数据流图中所代表的结构化设计模型中，所有系统均可纳入两种典型的形式，因此系统结构图也有两种类型：变换型系统结构图，事务型系统结构图。 5.Jackson表示法包括图形描述（Jackson图）和文本描述（Jackson伪代码）两种形式。 第五章 1.与结构化设计一样，面向对象设计也是将分析阶段所建立的分析模型转变为软件设计模型，应用数据设计（对象属性设计）、接口设计（消息模型开发）以及过程设计（子系统级设计）。 2.当两个子系统相互通信时，可以建立客户机/服务器连接或端对端连接。 3.系统设计不仅包括主要的业务需求子系统设计，还包括用户界面子系统设计、任务管理子系统设计、数据管理子系统设计。 4.对象设计强调从问题域的概念转换成计算机领域的概念，通过对象的描述、算法和数据结构设计、程序构件和接口，实现相关的类、关联、属性和操作。 5.在面向对象设计中系统设计的主要目标是表示软件体系结构。对象设计着重于对象及其交互的描述 第八章 1.软件程序测试的目的是发现程序中的错误，其主要任务是通过在计算机上执行程序，暴露程序中潜在的错误。
中南大学软件体系结构设计模式实验二
中南大学软件体系结构设计模式实验二 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
实验3 设计模式实验二 实验学时： 4 每组人数： 1 实验类型： 3 （1：基础性 2：综合性 3：设计性 4：研究性） 实验要求： 1 （1：必修 2：选修 3：其它） 实验类别： 3 （1：基础 2：专业基础 3：专业 4：其它） 一、实验目的 熟练使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的行为型设计模式，包括职责链模式、命令模式、观察者模式和策略模式，理解每一种设计模式的模式动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式。 二、实验内容 1. 某企业的SCM(Supply Chain Management，供应链管理)系统中包含一个采购审批子系统。该企业的采购审批是分级进行的，即根据采购金额的不同由不同层次的主管人员来审批，主任可以审批5万元以下（不包括5万元）的采购单，副董事长可以审批5万元至10万元（不包括10万元）的采购单，董事长可以审批10万元至50万元（不包括50万元）的采购单，50万元及以上的采购单就需要开董事会讨论决定。如下图所示： 试使用职责链模式设计并模拟实现该系统。 2. 房间中的开关是命令模式的一个实例，现用命令模式来模拟开关的功能，可控制对象包括电灯和电风扇，绘制相应的类图并编程模拟实现。 3. 某软件公司欲开发一个基于Windows平台的公告板系统。系统提供一个主菜单(Menu)，在主菜单中包含了一些菜单项(MenuItem)，可以通过Menu类的addMenuItem()方法增加菜单项。菜单项的主要方法是click()，每一个菜单项包含一个抽象命令类，具体命令类包括OpenCommand(打开命令)，CreateCommand(新建命令)，EditCommand(编辑命令)等，命令类具有一个execute()方法，用于调用公告板系统界面类(BoardScreen)的open()、create()、edit()等方法。现使用命令模式设计该系统，使得MenuItem类与BoardScreen类的耦合度降低，绘制类图并编程实现。 4. 某实时在线股票软件需要提供如下功能：当股票购买者所购买的某支股票价格变化幅度达到5%时，系统将自动发送通知（包括新价格）给购买该股票的所有股民。试使用观察者模式设计并实现该系统，要求绘制相应的类图并编程模拟实现。 5. 某公司欲开发一套机房监控系统，如果机房达到某一指定温度，温度传感器(Thermosensor)将自动传递信号给各种响应设备，例如警示灯(CautionLight)将闪烁(flicker())、报警器(Annunciator)将发出警报(alarm())、安全逃生门(SecurityDoor)将自动开启(open())、隔热门(InsulatedDoor)将自动关闭(close())
软件体系结构实验二
南京邮电大学 《软件体系结构》实验报告 实验题目软件体系结构风格之应用 姓名xxx 学号xxx 院系计算机、软件学院 指导老师周国强 2013年12月18日
一、实验目的和要求 实验目的： 通过KWIC实例分析，理解和掌握软件体系结构风格设计与实现。 实验要求： 熟练掌握基于主/子程序体系结构风格的KWIC关键词索引系统，在此基础上，完成基于面向对象体系架构风格的KWIC关键词索引系统设计与实现。选做基于管道过滤体系架构风格的KWIC关键词索引系统；选做基于事件过程调用体系架构风格的KWIC关键词索引系统。 实验课前完成实验报告的实验目的、实验环境、实验内容、实验操作过程等内容；实验课中独立/团队操作完成实验报告的实验操作、实验结果及结论等内容；每人一台PC机，所需软件Win2003/XP、UML工具（EclipseUML/ Rose/Visio/StartUML/）、Eclipse/MyEclipse、JDK6.0等。实验课后完成实验报告的心得体会内容，并及时提交实验报告。 二、实验课时：2 三、实验内容及操作步骤 多种软件风格设计与实现之KWIC实例： 1．采用主/子程序体系结构风格实现KWIC关键词索引系统 public static void input(String inputFile){ fr=null; try { fr=new (inputFile);
} catch ( e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } BufferedReader br=new BufferedReader(fr); textLines=new ArrayList 题1.层次系统结构和基于消息的层次系统结构有什么区别? 答: 层次系统组织成一个层次结构, 每一层为上层服务, 并作为下层客户。在一些层次系统中, 除了一些精心挑选的输出函数外, 内部的层只对相邻的层可见。这样的系统中构件在一些层实现了虚拟机( 在另一些层次系统中层是部分不透明的) 。连接件经过决定层间如何交互的协议来定义, 拓扑约束包括对相邻层间交互的约束。这种风格支持基于可增加抽象层的设计。允许将一个复杂问题分解成一个增量步骤序列的实现。 由于每一层最多只影响两层, 同时只要给相邻层提供相同的接口, 允许每层用不同的方法实现, 同样为软件重用提供了强大的支持。 而在基于消息的层次系统结构中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。系统中的其它构件中的过程在一个或多个事件中注册, 当一个事件被触发, 系统自动调用在这个事件中注册的所有过程, 这样, 一个事件的触发就导致了另一模块中的过程的调用。这种风格的构件是一些模块, 模块既能够是一些过程, 又能够是一些事件的集合。过程能够用通用的方式调用, 也能够在系统事件中注册一些过程, 当发生这些事件时, 过程被调用。这种风格的主要特点是事件的触发者并不知道哪些构件会被这些事件影响。这样不能假定构件的处理顺序, 甚至不知道哪些过程会被调用, 因此, 许多隐式调用的系统也包含显式调用作为构件交互的补充形式。 题2.分析比较B/S、二层C/S和三层C/S, 指出各自的优点和缺点。 二层C/S结构的优点: ◆C/S 体系结构具有强大的数据操作和事务处理能力, 模型思想简单, 易于人们理解和接受。 ◆系统的客户应用程序和服务器构件分别运行在不同的计算机上, 系统中每台服务器都能够适合各构件的要求, 这对于硬件和软件的变化显示出极大的适应性和灵活性, 而且易于对系统进行扩充和缩小。 ◆在C/S体系结构中, 系统中的功能构件充分隔离, 客户应用程序的开发集中于数据的显示和分析, 而数据库服务器的开发则集中于数据的管理, 不必在每一个新的应用程序中都要对一个DBMS 进行编码。将大的应用处理任务分布到许多经过网络连接的低成本计算机上, 以节约大量费用 二层C/S结构的缺点: ◆开发成本较高 ◆客户端程序设计复杂 ◆信息内容和形式单一 ◆用户界面风格不一, 使用繁杂, 不利于推广使用 ◆软件移植困难 ◆软件维护和升级困难 ◆新技术不能轻易应用 第一章: 1?根据自己的经验，谈谈对软件危机的看法 软件危机是指软件生产方式无法满足迅速增长的计算机需求，开发和维护过程出 现的一系列问题。 以下几个原因导致：（1）软件自身特点 （2）开发人员的弱点 （3）用户需求不明 （4）缺乏正确理论指导 （5）开发规模越来越大 （6）开发复杂度越来越高 可以通过软件生命周期的模型和软件工具的使用来缓解危机，通过程序自动化和软件工 业化生产的方法实现软件标准化的目标，进一步缓解软件危机带来的影响。 软件危机有利有弊，除了带来许多麻烦，也给我们带来许多挑战，克服危机的过程，我 们在技术上和创新上都有了一个提升，也算是间接为软件产业的发展做了贡献。 2?什么是软件重用，软件重用的层次可以分为哪几个级别？ 软件重用：是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相似软件元素的过程。可以分为三个层次： （1 ）代码重用（2）设计结果重用（3）分析结果重用 3?什么是可重用构件？相对于普通的软件产品，对可重用构件有何特 殊要求？ 可充用构件表示软件重用过程中，可重用的软件构件元素可重用构件的特殊要求：（1）可重用构件应该具有功能上的独立性与完整性； （2）可重用构件应该具有较高的通用性； （3）可重用构件应该具有较高的灵活； （4）可重用构件应该具有严格的质量保证； （5）可重用构件应该具有较高的标准化程。 4?基于构件的软件开发的优势是什么？基于构件的软件开发面临哪 些挑战和困难? 优势：基于构件的软件将软件开发的重点从程序编写转移到了基于已有构件的组装，更快地构造系统，减轻用来支持和升级大型系统所需要的维护负担，从而降 低了软件开发的费用 困难和挑战：没有可依据的参考，可用资源和环境缺乏，开发难度高，而各方面 需求增长速度与日剧增，更新和升级的跟进是一个不小的挑战?此外，在同 一系统采用多个开发商提供的构件，它们之间的兼容性可能是开发过程中所要面对的一个 严峻的问题 挑战和困难： 《软件体系结构》实验：用UML描述体系结构 一、实验目的 理解“4+1视图”建模思想，熟悉体系结构生命周期模型，掌握基于UML 的软件体系结构建模方法。 二、实验内容 基于UML和“4+1”视图进行KWIC（关键词索引系统）系统建模，完成KWIC 系统的逻辑视图、过程视图、物理视图、开发视图和场景视图。 三、实验要求与实验环境 实验课前完成实验报告的实验目的、实验环境、实验内容、实验操作过程等内容。 实验课中独立/团队操作完成实验报告的实验操作、实验结果及结论等内容；每人一台PC机，所需软件Win2003/XP/7/8/8.1、UML工具（EclipseUML/ Rose/Visio/StartUML/）、Eclipse/MyEclipse、JDK6.0等。实验课后完成实验报告的心得体会内容，并及时提交实验报告。 四、实验操作 1、基于“4+1”视图，利用UML工具对KWIC（关键词索引系统）系统进行视图建模。 逻辑视图（Logical View），设计的对象模型（使用面向对象的设计方法时）。 过程视图（Process View），捕捉设计的并发和同步特征。 物理视图（Physical View），描述了软件到硬件的映射，反映了分布式特性。 开发视图（Development View），描述了在开发环境中软件的静态组织结构。 架构的描述，即所做的各种决定，可以围绕着这四个视图来组织，然后由一些用例(use cases) 或场景(scenarios) 来说明，从而形成了第五个视图。 “4+1”视图模型 2、建立KWIC的逻辑视图 逻辑视图（Logical View）是为了便于理解系统设计的结构与组织，在“分析设计”工作流程中使用了名为逻辑视图的构架视图。可以用对象模型来代表逻辑视图，用类图来描述逻辑视图。系统只有一个逻辑视图，该视图以图形方式说明关键的用例实现、子系统、包和类，它们包含了在构架方面具有重要意义的行为。逻辑视图在每次迭代过程中都会加以改进。 KWIC的逻辑视图如下： KWIC逻辑视图 目 录 第1章 ARMV8简介 (3) 1.1基础认识 (3) 1.2相关专业名词解释 (3) 第2章 EXECUTION STATE (4) 2.1提供两种E XECUTION S TATE (4) 2.2决定E XECUTION S TATE的条件 (4) 第3章 EXCEPTION LEVEL (5) 3.1E XCEPTION L EVEL 与S ECURITY (5) 3.1.1 EL3使用AArch64、AArch32的对比 (5) 3.2EL X 和E XECUTION S TATE 组合 (7) 3.3路由控制 (7) 3.3.1 路由规则 (7) 3.3.2 IRQ/FIQ/SError路由流程图 (9) 第4章 ARMV8寄存器 (10) 4.1AA RCH32重要寄存器 (10) 4.1.1 A32状态下寄存器组织 (11) 4.1.1 T32状态下寄存器组织 (11) 4.2AA RCH64重要寄存器 (11) 4.364、32位寄存器的映射关系 (12) 第5章 异常模型 (13) 5.1异常类型描述 (13) 5.1.1 AArch32异常类型 (13) 5.1.2 AArch64异常类型 (13) 5.2异常处理逻辑 (14) 5.2.1 寄存器操作 (14) 5.2.2 路由控制 (15) 5.3流程图对比 (15) 5.3.1 IRQ 流程图 (16) 5.3.2 Data Abort 流程图 (19) 5.4源代码异常入口 (21) 5.4.1 C函数入口 (21) 5.4.2 上报流程图 (21) 5.4.3 异常进入压栈准备 (22) 5.4.4 栈布局 (22) 第6章 ARMV8指令集 (23) 6.1概况 (23) 6.1.1 指令基本格式 (23) 6.1.2 指令分类 (23) 6.2指令详解 (23) 福建农林大学计算机与信息学院 实验报告 课程名称：软件设计与体系结构 姓名：陈宇翔 系：软件工程系 专业：软件工程 年级：2007 学号：070481024 指导教师：王李进 职称：讲师 2009年12月16日 实验项目列表 福建农林大学计算机与信息学院实验报告 学院：计算机与信息学院专业：软件工程系年级：2007 姓名：陈宇翔 学号：070481024 课程名称：软件设计与体系结构实验时间：2009-10-28 实验室田实验室312、313计算机号024 指导教师签字：成绩： 实验1：ACME软件体系结构描述语言应用 一、实验目的 1）掌握软件体系结构描述的概念 2）掌握应用ACMESTUDIO工具描述软件体系结构的基本操作 二、实验学时 2学时。 三、实验方法 由老师提供软件体系结构图形样板供学生参考，学生在样板的指导下修改图形，在老师的指导下进行软件体系结构描述。 四、实验环境 计算机及ACMESTUDIO。 五、实验内容 利用ACME语言定义软件体系结构风格，修改ACME代码，并进行风格测试。 六、实验操作步骤 一、导入Zip文档 建立的一个Acme Project，并且命名为AcmeLab2。如下图： 接着导入ZIP文档，导入完ZIP文档后显示的如下图： 二、修改风格 在AcmeLab2项目中,打开families下的TieredFam.acme.如下图： 修改组件外观 1. 在组件类型中，双击DataNodeT; 在其右边的编辑器中，将产生预览；选择Modify 按钮，将打开外观编辑器对话框。 2. 首先改变图形：找到Basic shape section，在Stock image dropdown menu中选 择Repository类型. 3. 在Color/Line Properties section修改填充颜色为深蓝色。 4. 在颜色对话框中选择深蓝色，并单击 [OK]. 5. 修改图形的边框颜色为绿色 7. 单击Label tab，在Font Settings section, 设置字体颜色为白色,单击[OK] 产生的图形如下图： 2018年芯片产业RISC-V 指令集架构分析报告 2018年8月 目录 一、RISC-V概述 (5) 1、RISC-V发展背景 (5) （1）外部环境 (5) ①贸易战背景下，自主可控势在必行 (5) ②政策驱动，集成电路产业迎来发展机遇 (5) ③新一代信息技术加速渗透，新兴领域对芯片提出了更高的需求 (6) （2）内部因素 (6) 2、RISC-V内涵 (7) （1）驱动因素 (7) （2）目标 (7) 二、RISC-V技术特性 (9) 1、纵向比较（RISC-Vvs RISC） (9) 2、横向比较（RISC-Vvs X86） (11) 三、RISC-V产业生态逐步完善 (13) 1、国际产业发展迅速 (13) （1）多个RISC-V开源版本及商用IP 诞生 (13) （2）科技巨头和初创公司纷纷布局 (14) （3）行业应用纷纷落地 (16) 2、国内产业后来居上 (17) 四、RISC-V满足个性化、定制化芯片新需求 (18) 五、我国RISC-V产业发展建议 (21) 1、我国芯片产业发展薄弱 (21) 2、我国RISC-V产业发展建议 (21) （1）协同构建RISC-V技术应用推广的产业发展环境 (21) （2）协同建立RISC-V测试评估体系。 (22) （3）建立健全各项保障体系，上升至国家战略高度 (22) 六、相关企业 (22) 1、中国长城：国内自主可控硬件龙头 (23) 2、中国软件：具备自主可控全产业链体系 (24) 3、太极股份：战略转型积极推进，打造自主可控IT产业生态体系 (24) 指令集架构发展背景。外部环境：（1）贸易战背景下，自主可控势在必行；（2）政策驱动，集成电路产业迎来发展机遇；（3）新一代信息技术加速渗透，新兴领域对芯片提出了更高的需求。内部因素：（4）从产业内部角度来看，主流指令集架构复杂，硬件实现难度大，授权费用高企，芯片企业成本居高不下。 RISC-V指令集架构技术特性。在于简洁、模块化、可扩展及开源，通过有限指令集的组合和扩展，构建适合任何领域的微处理器。 RISC-V产业生态逐步完善。国际产业——多个RISC-V开源版本及商用IP 诞生；科技巨头和初创公司纷纷布局；行业应用纷纷落地。国内产业——华为、中兴等大企业，及部分中小型企业（如C-SKY）与创客群体加入RISC-V基金会；国内首个开源的RISC-V处理器诞生——蜂鸟E200（面向极低功耗与极小面积的场景而设计）。 RISC-V满足个性化、定制化芯片新需求。基于RISC-V的极简、模块化和可扩展特性，使得低功耗、小面积，同时具有个性化和差异化的定制芯片成为可能，碎片化场景（IOT、AI）应用大有可为。 我国RISC-V产业发展建议：协同构建RISC-V技术应用推广的产业发展环境；协同建立RISC-V测试评估体系；建立健全各项保障体系，上升至国家战略高度。 贸易战背景下，自主可控成为必然趋势，发展我国自主知识产权的指令集架构标准，构建完善的芯片、软件生态势在必行。我们长期看好从指令集架构设计、IP核开发、SOC系统设计、芯片制造、晶圆代工到整体封装等芯片全产业链。我国作为芯片消费超级大国（90% 各种软件开发系统架构图案例介绍 第一章【荐】共享平台架构图与详细说明 1.1.【荐】共享平台逻辑架构设计 (逻辑指的是业务逻辑) 注:逻辑架构图--主要突出子系统/模块间的业务关系, 这里的逻辑指的是业务逻辑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.【荐】技术架构设计 注:技术架构图 --主要突出子系统/模块自身使用的技术和模块接口关联方式 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.【荐】系统整体架构设计(也称为系统总体架构) 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： 第一章管理信息系统的基本结构 1.基于管理层次的系统结构 (1).事务数据处理系统 (2).操作控制系统 (3).管理控制系统 (4).战略计划系统 2.基于组织职能的系统结构(横纵) 4.管理信息系统的软件结构：事务处理部分管理控制部分战略决策部分数据库部分借口部分 5.管理信息系统的应用 1.决策支持系统 2 电子商务3.电子政务4农业信息化——电子农务5电子法务 6.管理的概念（职能和特征） 特征：管理是一种社会现象或者文化现象，本质上是一个过程 管理的载体是组织 管理的目的是有效地实现组织的目标 管理的主体是管理者 管理的客体是管理对象，即组织所拥有的资源和管理环境 管理的核心是协调 职能：计划组织指挥协调控制 7.信息的概念和特征星系是经过采集，记录处理并以可检索的形式储存的数据，这种数据对接收者会产生某种影响 特征：1事实性2可识别性3可处理性4可存储性5可共享性6可传递性 8.数据，信息与知识 数据：数据是计算机处理的基本对象，从管理信息系统的角度来看，数据是对客观事物的性质，状态以及相互关系等进行记载的物理符号或者是这些符号的组合。 信息：是数据加工的结果，对接收者产生一定的影响。 只是：是以某种方式把一个或者多个信息关联在一起的信息结构，是客观世界规律性的总结。 8.信息化的主要特征和范围 范围：经济军事社会生活和科技文化5个层次产品企业国名经济产业社会生活信息化 智能化数字化一体化人性化 9系统的含义和具备条件 含义：系统是一组相互关联作用和配合的部件为完成特定的目标，按一定结构组成的整体条件：1要有2个以上的要素 2要素之间要相互联系，相互作用， 3.要素之间的联系和作用必须产生整体的功能 10.系统的一般模型一个图输入输出处理环境边界什么的 《软件体系结构》 实验报告 项目名称设计模式实验2 专业班级 学号_________________ 姓名___________________ 实验成绩： 批阅教师： 实验3设计模式实验二 实验学时： 4 每组人数： 1 实验类型： 3 (1 : 基础性 2： 综合性 3: 设计性 4 :研究性） 实验要求： 1 (1 : 必修 2： 选修 3: 其它） 实验类别： 3 (1 : 基础 2： 专业基础 3: 专业 4:其它） 、实验目的 熟练使用 PowerDesigner 和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的行为型设计模 式，包括职责链模式、命令模式、观察者模式和策略模式， 理解每一种设计模式的模式动机, 掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式。 、实验内容 1. 某企业的SCM （Supply Chain Management ,供应链管 理）系统中包含一个采购审批子 系统。该企业的采购审批是分级进行的， 即根据采购金额的不同由不同层次的主管人员来审 批，主任可以审批 5万元以下（不包括 5万元）的采购单，副董事长可以审批 5万元至10 万元（不包括10万元）的采购单，董事长可以审批 10万元至50万元（不包括50万元）的 采购单，50万元及以上的采购单就需要开董事会讨论决定。如下图所示： 试使用职责链模式设计并模拟实现该系统。 2. 房间中的开关是命令模式的一个实例，现用命令模式来模拟开关的功能，可控制对 象包括电灯和电 风扇，绘制相应的类图并编程模拟实现。 3. 某软件公司欲开发一个基于 Windows 平台的公告板系统。系统提供一个主菜单 （Menu ），在主菜单中包含了一些菜单项 （Menultem ），可以通过 Menu 类的addMenultem （）方 法增加菜单项。菜单项的主要方法是 click （），每一个菜单项包含一个抽象命令类，具体命令 类包括 OpenCommand （打开命令）,CreateCommand （新建命令）,EditCommand （编辑命令）等, 命令类具有一个 execute （）方法，用于调用公告板系统界面类 （BoardScreen ）的open （）、 create 。、 采购人员 采购单 金额V 5万元 5万元w 金额V 10万元10万元w 金额V 50万元 金额》50万元 主任 副董事长 董事长 董事会软件体系结构课后习题第三章作业样本
软件体系结构作业(完整版)
软件体系结构实验一
armv8架构与指令集.整理.初稿
软件设计与体系结构实验报告
2018年芯片产业RISC-V指令集架构分析报告
软件系统架构图-参考案例
第一章管理信息系统的基本结构
中南大学软件体系结构设计模式实验二全解