未来计算机系统的一种新设想

ｌＳＳＮ１００９－３０４４Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｆｙｊ＠ｃｃｅｃ．ｎｅｔ．ｃｎ

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｃｌｌＣｏｍｐｕｔｅｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅＡｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电■知识与技术

Ｖ０１．３，Ｎｏ．６，Ａｕｇｕｓｔ２００８，ＰＰ．１３２２－１３２３Ｔｅｌ：＋８６—－５５１－－５６９０９６３５６９０９６４未来计算机系统的一种新设想

王冬，武澎，王红涛

（河南大学计算中心。河南开封４７５００１）

摘要：计算机技术的发展日新月异，然而现有计算机系统框架始终未有大的突破。作者在该文中提出了一种新的计算机系统框架。并提出这种系统应具有的简单、安全、快速高效的特性。

关键词：计算机系统；即插即用；操作系统

中图分类号：ＴＰ３１６

ＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＦｕｔｕｒｅ文献标识码：ＡＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍｓ文章编号：ｌ００９－３０４４（加ｅｓ）２４一１３２２＿０２

ＷＡＮＧＤｏｎｇ，、ⅣＵＰｅｎｇ，ＷＡＮＧ

（１．ＣｏｍｐｕｔｅｒＨｏｎｇ—ｔａｏＣｅｎ吼ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ４７５００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｄｖａｎｃｉｎｇｒａｐｉｄｌｙ，ｂｕｔｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｏｍｐｕｔｅｒｓｙｓｔｅｍｈａｓｆａｉｌｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｍａｊｏｒｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｅｐｒｏｐｏｓｅａｎｅｗｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｓｕｃｈａｓｙｓｔｅｍｓｈｏｕｌｄｂｅｓｉｍｐｌｅ，ｓａｆｅ，ｑｕｉｃｋａｎｄｅｆ－ｆｉｃｉｅｎｔ证ａｔｌｌｒｅｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｙｓｔｅｍ；ｐｌｕｇａｎｄｐｌａｙ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ｌ引言

史自计算机的发明日，冯．诺依曼结构的计算机系统一直在以摩尔定律飞速发展，集成电路的密度越来越高，计算机的运行速度越来越快，操作系统越做越庞大。摩尔，ｌｉＺ律有其极限，人们正在进行除硅晶体以外的其他材料为基础的计算机系统的研究。有的甚至已有了．原型机…。

２当代计算机系统

当代计算机系统的结构如图ｌ所示，其中裸机和附属设备构成计算机系统的硬件部分，在此基础上操作系统和驱动程序等系统软件建立对上层应用及用户的支持。

用户

应用软件

操作系统

裸机驱动程序附属设备

图１

这样的计算机系统是个紧密耦合系统。系统的各个部分相互依赖，各附属设备不能脱离主机系统的控制而独立完成某种任务。应用软件依附于操作系统，很难作到跨平台实现，同样，硬件的驱动程序也附属于操作系统，因此，操作系统顺理成章地占据核心地位。

在此作者仍然将目光放存硅晶体框架内，大胆提出一种新的计算机系统框架。

３一种新的计算机系统框架

３．１系统设想

新的计算机系统框架如图２所示。其中主控机同附属子系统之间通过统一接口相互连接，主控机无需附属于系统的驱动程序的支持便可调用附属子系统的系统功能及交换数据。主控机联合附属子系统共同对用户及外部功能请求客体提供服务。‘≥ｋｎ，９、≮：：：：：登：＝＝少接口Ｕ竺！夕凫产

图２

收稿日期：２００８—０５—３０

作者简介：王冬（１９７７－），女，河南焦作人，硕士，主要研究方向为软件理论。本栏目责任编辑：贾薇薇

王冬等：未来计算机系统的一种新设想１３２３３．２系统特性分析

３．２．１系统简单性分析

简单性体现在软硬件方面。

硬件方面，接ｕ规范统一。该规范包含物理连接的规范、功能调用以及数据传输的规范。不同硬件连接使用相同接口可以简化计算机系统的设计，从而降低计算机的系统成本。复杂的附属子系统可以有自己的操作系统及运行ｆ其１－＿的应用软件支持，简单的附属子系统由驻留在子系统中的微控制程序控制。这样的计算机系统能够实现真正的即插即用（ＰｌｕｇａｎｄＰｌａｙ）。实现了接口规范的统一．甚至－口Ｔ以取消计算机硬件驱动程序，从而不必为每一个配件提供不同操作系统平台上的驱动程序．操作系统也因之得以精简。当然，这个实现有相当的难度，各计算机主导厂商都会希望其他厂商采用自己所开发的接口技术标准，这是其一；其二，随着计算机硬件技术的发展，某种接口在原有设计框架内其技术已达极限，如果突破原有设计框架，也许就要改变接口设计。这个也是很困难的事情。虽然困难，但应该成为计算机系统设计的一个理念。

软件方面，操作系统的结构简单，这一点人们已经做了很多工作，比如各流行操作系统基本上都采用的微内核技术【２】，如果同时摆脱驱动程序的困扰，与硬件的简单性相配合，便可实现硬件驱动的即插即用。

操作系统是纯操作系统．它的职责就是管理好计算机的各种软硬件资源，提供软硬件接口，而更多的附加功能则留给应用软件去实现，从而节约用户的软硬件资源，用户可以按需购买．没有必要在操作系统里塞入也许用户一辈子都可能用不到的功能，在这一点Ｉ－，应该提倡够用就好。对应用软件进行绿色安装，微软的注册表方案并不是一个很好的解决方案，使用微软Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统的用户都会有这样的体验，安装一个软件后，很可能会在系统内留下一些垃圾信息，普通用户根本无法对这些垃圾信息进行处理，而绿色安装应该实现完美的封装，如同硬件的即插即用，在表象上操作系统就如同书架，而应用软件就像书。真正做到应用软件的跨平台，当今，具有跨平台特性的只有ｉａｖａ的虚拟机系统。

再者，在操作系统的易用性上，提供给一般用户更加直观简单的使用界面。人们正在朝着这方面努力，比如说目前被广泛使用的ＧＵＩ．但是目前水平的ＧＵＩ使用还是过于复杂，作者认为应该走得更远一点，让人们能够最自然的使用计算机系统。比如Ｍｉ．ｃｒｏｓｏｆｔ公司新近推出的ｖｉｓｔａ操作系统有着华丽的ＧＵＩ外表，但是笔者认为在操作上还是不够“傻瓜”，如要使用操作系统的某些功能，还是要费尽周折。而Ｌｉｎｕｘ远未被普通用户接受的主要原因就在于它的易用性还是太差，所以大多存在于专业领域或成为学院派的玩具。

计算机语言系统的简单性，这主要是指高级语言系统。随着计算机系统的发展．计算机高级语言也在向自然语言不断地演变和发展，在现阶段，计算机语言编程还是专业人员手中的工具，而且即使是专业人员也需要经过大量的专业训练才能较好的使用高级语言．有过学习Ｃ语言及Ｃ＋＋语言学习经历的程序员都会有被它们灵活的语法所迷惑及被庞大的系统函数及类库所困惑的经历。未来的计算机语言应该有简单的逻辑控制，封装良好的类似于黑匣子的类库。甚至随着软件工程技术的发展，在软件的需求被精确定义之后，能够实现软件的自动生成。

３．２．２系统安全性分析

计算机系统的安全性很重要．原计算机系统的安全性很差，为防范病毒及黑客的攻击，大都采用防病毒、防火墙及入侵检测等来维护计算机系统的安全，这种做法比较被动，二十世纪八十年代初提出的可信计算基（ＴＣＢ）概念成为ＴＣＳＥＣ的主线１３１。其中ＴＰＭｌ４１技术正在得到逐步的推广和应用，可信计算技术正在方兴未艾地发展中，在安全的可信计算基的基础上，安全操作系统增强安全机制与功能。保障计算资源使用的保密性、完整性和可用性。基于可信计算基的计算机系统虽然安全但也有其局限性，比如可信计算基如果发生损坏的话，那么对基于该基的数据抢救与恢复就会非常困难，甚至是不可能的，因为可信计算基是整个可信计算的根，根的安全将会是整个系统安全的安全焦点。

３．２．３系统效率分析

计算机系统应该是快速高效的。计算机系统的核心部件为ＣＰＵ，以ｉｎｔｅｌ为代表的ＣＰＵ制造商在市场竞争地推动下正在不遗余力地提高ＣＰＵ的核心频率及计算速度。在这种竞争态势下，ＣＰＵ目前已经进入到了双核时代，而且计算机的计算位数也由３２位提高到６４位．有消息称ｉｎｔｅｌ要推出四核ＣＰＵ。那么可以肯定地是不久八核甚至更多核封装的ＣＰＵ也会顺次推出，以前只有在大型机上才有的并行技术会逐步应用到微机系统中来，也昭示着微机的并行计算时代已经到来。

目前大量的本地计算任务仍然集中在ＣＰＵ。ＣＰＵ应专注于核心计算，其他附加的任务应该进一步下放给附属子系统去执行，由子系统来完成自己的专业任务。比如：ＤＭＡ技术就很好的将数据的传输功能进行了功能转移。由此设想是不是可以将ＧＵＩ中窗口的勾画完全交给附属显示子系统去处理呢？答案应该是可以的。

在提高单机计算能力的基础上．应该赋予计算机系统分布式计算１５）能力，使得单机成为分布式计算中的一个节点，将单机富裕的计算能力提供给大型计算任务．同时也可将自己的分布式任务提交到分布式计算网络。这样，我们所面对的分布式计算网络将会是一个超级计算机。

４结束语

计算机系统应该向松散耦合方向发展，每一个功能部件都应该是一个功能主体，在主控计算机的有限控制下完成自己的专门任务。嵌入式系统将被普遍采用，每一个嵌入式系统就是一个计算机子系统，将这些系统组合起来就是一个大的计算机系统。计算机系统真正会象孩子手中的积木．如想完成某种功能只需要购买相应功能的子系统就可以了。计算机主控系统将会非常便宜而且迷你．并随着电子技术的进步，计算机系统中的机械依赖部分会越来越少。

参考文献：

『１１张洁．未来计算机与计算机技术发展展望阴．广东科技，２００６，ｌｏ（总第１６０）：１４０—１４１．

ｆ２１付长冬，孟庆余，潘清．基于微内核的操作系统综述ｆＪ】．计算机工程与科学，１９９７，１９（３）：７２—７５．

ｆ３１沈昌祥．可信计算平台与安全操作系统ｆＪ】．网络安全技术与应用，２００５，４：８—９．

【４１ＴＰＭＭａｉｎＰａｒｔｌＤｅｓｉｇｎＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｍｓｔｅｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇｇｒｏｕｐ．ｏｒｇ／ｓｐｅｃｓ／ＴＰＭ／Ｍａｉｎ＿ＰａｒｔＩ—Ｒｅｖ９４．ｚｉｐ．

『５１周晓峰，王志坚．分布式计算技术综述【Ｊ】．计算机时代，２００４，（１２）：３—５，１０．本栏目责任编辑：贾薇薇

未来计算机系统的一种新设想

作者：

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英文刊名：

年，卷(期)：王冬， 武澎， 王红涛， WANG Dong， WU Peng， WANG Hong-tao河南大学计算中心,河南,开封,475001电脑知识与技术COMPUTER KNOWLEDGE AND TECHNOLOGY2008,3(24)

参考文献(5条)

1. 周晓峰;王志坚 分布式计算技术综述[期刊论文]-计算机时代 2004(12)

2. TPM Main Part 1 Design Principles

3. 沈昌祥 可信计算平台与安全操作系统[期刊论文]-网络安全技术与应用 2005(04)

4. 付长冬;孟庆余;潘清 基于微内核的操作系统综述 1997(03)

5. 张洁 未来计算机与计算机技术发展展望[期刊论文]-广东科技 2006(160)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dnzsyjs-itrzyksb200824096.aspx