Архитектура компьютера

Лекция 3

Архитектура. Ещё не компьютеры. Решение задач компьютеров без компьютеров

Пенской А.В., 2022

План лекции

Понятие архитектуры
Почему архитектура – это так важно?
Ещё не компьютеры. Решение задач компьютеров без компьютеров
- Арифмометр и логарифмическая линейка.
- Расчёт артиллерийских таблиц.
- Жаккардовый ткацкий станок.
- Странное.
架构概念
为什么架构如此重要？
还没有电脑。无需计算机即可解决计算机问题
- 算术计和计算尺。
- 火炮表的计算。
- 提花织机。
- 奇怪的。

Архитектура 架构

Классическое определение: Гради Буч 经典定义：Grady Butch 经典定义

Архитектура – логическая и физическая структура компонентов системы и их взаимосвязи, сформированные всеми стратегическими и тактическими проектными решениями, применяемыми во время разработки.
架构是系统组件及其关系的逻辑和物理结构，由开发过程中做出的所有战略和战术设计决策决定。

Логический взгляд на систему учитывает концепции, созданные в концептуальной модели, и устанавливает существование и роль ключевых абстракций и механизмов, которые будут определять архитектуру и общий дизайн системы.
系统的“逻辑视图”考虑了概念模型中创建的概念，并建立了关键抽象和机制的存在和作用，这些抽象和机制将定义系统的体系结构和总体设计。

Физическая модель системы описывает конкретный программный и аппаратный состав реализации системы. Очевидно, что физическая модель зависит от конкретной технологии.
系统的“物理模型”描述了系统实现的特定软件和硬件组成。显然，物理模型取决于具体的技术。

Системно-инженерное определение: ISO 42010 系统工程定义：ISO 42010

Архитектура (системы) – фундаментальные концепции или свойства системы в ее среде, воплощенные в ее элементах, взаимосвязях и принципах ее проектирования и развития
（系统的）架构——系统在其环境中的基本概念或属性，体现在其设计和开发的元素、关系和原则中

Описание архитектуры – рабочий продукт, используемый для воплощения архитектуры
架构描述——用于实现架构的工作产品

Сущностные определения 基本定义

Архитектура – все важное
建筑才是最重要的

— Интернет

Software architecture (en) is the set of design decisions which, if made incorrectly, may cause your project to be cancelled.
软件架构（en）是一组设计决策，如果做出错误，可能会导致您的项目被取消。

— Eoin Woods (SEI 2010)

Архитектура программного обеспечения (ru) – это набор проектных решений, которые, если они будут приняты неправильно, могут привести к отмене вашего проекта.
软件架构 (en) 是一组设计决策，如果制定不正确，可能会导致项目取消。

— Eoin Woods (SEI 2010)

Почему архитектура – это так важно? 为什么架构如此重要？

V-диаграмма V形图

Риск откладывания управления рисков 延迟风险管理的风险

Эффект архитектурного проектирования 架构设计效果

Примеры ошибок 错误示例

Выше были теоретические рассуждения.
以上是理论上的考虑。

Теперь несколько примеров из практики.
现在一些实践中的例子。

Пример проблем с операционным окружением 运行环境问题示例

Подсказка: 线索：

Notes: На столе разработчика – силовые линии лучше увести со стола вверх. В шкафу – вниз, т.к. техника безопасности.
注意：在开发人员的桌子上，最好将电源线从桌子上移开。在壁橱里 - 下来，因为安全须知。

Пример с коммуникацией между стадиями жизненного цикла 生命周期阶段之间通信的示例

Подсказка: 线索：

Notes: План: вырезать на лазере. Синие точки – отверстия в качестве маркировки уголка. Делали руками, замучились отмерять.
注：计划：激光切割。蓝点是作为角标记的孔。我们用手做，我们厌倦了测量。

Пример о следовании стандартам

Из описания формата JSON: 从JSON格式描述来看：

number 
    integer fraction exponent 

integer 
    digit
    onenine digits 
    '-' digit 
    '-' onenine digits 

digits 
    digit 
    digit digits 

digit 
    '0' 
    onenine 

onenine 
    '1' . '9' 

fraction 
    "" 
    '.' digits
    
exponent 
    "" 
    'E' sign digits 
    'e' sign digits

Что такое number?

Что такое number в JSON? JSON 中的数字是什么？

number может быть: short, int, long, big-int, float, double
number 可以是：short、int、long、big-int、float、double

Контекст 语境

JavaScript – старая экосистема, разработанная для автоматизации веба на коленке.
- Следствие: работа с number как с long в большинстве решений.
Haskell – язык, сделанный любителями и профессионалами от математики.
- Следствие 1: есть Integer без ограничения диапазона значений.
- Следствие 2: библиотека Aeson (стандарт для работы с JSON) интерпретирует number как Integer.
Crypto & Blockchain mess – активное использование ключей.
- Следствие: числа в 256 бит не предел.
JavaScript 是一个古老的生态系统，旨在使网络自动化。
- 推论：在大多数解决方案中，将“number”视为“long”。
Haskell 是一种由业余爱好者和数学专业人士创建的语言。
- 推论1：存在一个不限制值范围的“Integer”。
- 推论 2：Aeson 库（使用 JSON 的标准）将“number”解释为“Integer”。
加密和区块链混乱 - 积极使用密钥。
- 推论：256 位的数量不是限制。

Проблема 问题

Передача JSON из Haskell в веб.
Сериализация Integer в number формирует очень длинное число, которое парсится в long.
Hash перестаёт совпадать.
将 JSON 从 Haskell 传输到网络。
将“Integer”序列化为“number”会产生一个非常长的数字，该数字被解析为“long”。
哈希停止匹配。

Решение 解决方案

предобработка текста JSON с заменой всех больших number на специальную строку;
постобработка структуры с JSON с возвращением всех number к истинным значениям.
JSON 文本的预处理，用特殊字符串替换所有大的“数字”；
使用 JSON 对结构进行后处理，将所有“数字”返回到真实值。

Ещё не компьютеры
Решение задач компьютеров без компьютеров

Почему это полезно: 为什么这有用：

Во-первых, это красиво.
Проблема абстрактных облаков и чистых IT-шников.
Перенос технических приёмов и механизмов в современные компьютерные системы.
Потребность в разработке компьютеров не в электронном базисе (пример: NASA завершило конкурс на создание датчиков для венерианского ровера).
首先，它很漂亮。
抽象云和纯IT人的问题。
将技术和机制转移到现代计算机系统。
计算机开发的需求并非建立在电子基础上（例如：NASA 完成了为金星漫游者创建传感器的竞赛）

Арифмометр 加法器
Логарифмическая линейка и Ко 计算尺与 Ko

Арифмометр 加法器

Сложное устройство, позволяющее складывать, вычитать, умножать и делить с фиксированным количеством разрядов.
一种复杂的设备，允许进行固定位数的加法、减法、乘法和除法。

Принципы расчёта воплощены в механизмах устройства.
计算原理体现在设备的机制中。

Расчёт производится по шагам (алгоритмически), с учётом переноса между разрядами.
计算是分步骤（算法）进行的，考虑到数字之间的传输。

Логарифмическая линейка и Ко 计算尺和 Ko

Устройство, позволяющее выполнять несколько математических операций: умножение, деление, возведение в степень (квадрат и куб), вычисление корней (квадрат и куб), логарифмов, вычисление тригонометрических и гиперболических функций, и т.п.
一种允许您执行多种数学运算的设备：乘法、除法、求幂（平方和立方）、根计算（平方和立方）、对数、三角函数和双曲函数计算等。

Принцип расчёта – воплощение таблицы значений в виде, позволяющем быстро находить нужные зависимости.
计算的原理是以数值表的形式体现，可以让你快速找到必要的依赖关系。

Расчёт производится путём выставления линейки в требуемое положение (возможно, в несколько приёмов) и считывания результата.
通过将标尺放置在所需位置（可能分几步）并读取结果来进行计算。

Линейка и операция деления 标尺和除法运算

Номограмма и операции умножения 列线图和乘法运算

Ключевое отличие арифмометра и логарифмической линейки 加法机和计算尺之间的主要区别

- Линейка, как воплощение таблицы, содержит в себе все возможные значения. - Рост области определения функций: - для арифмометра: медленный рост сложности устройства, средний рост длительности расчёта (зависит от функции); - для линейки: быстрый рост размера линейки, минимальный рост длительности расчёта. - Линейка -- аналоговое устройство. - Арифмометр -- цифровое устройство. - 标尺作为表格的体现，包含了所有可能的值。 - 函数定义范围的增长： - 对于加法机：设备复杂性缓慢增加，计算持续时间平均增加（取决于功能）； - 对于标尺：标尺尺寸快速增加，计算持续时间增加最小。 - 标尺是模拟设备。 - 加法机是一种数字设备。

На практике: 实践上：

Арифмометр – современный вычислитель на устаревшей элементной базе.
Линейки – алгоритмы расчётов с применением таблиц (полностью табличный расчёт, частичный расчёт по таблицам), квантовые компьютеры (НЕ РАЗБИРАЮСЬ, МОГУ ОБМАНУТЬ!).
加法机是一种基于过时元素基础的现代计算器。
标尺 - 使用表格的计算算法（完全表格计算，部分使用表格计算），量子计算机（我不明白，我可以欺骗你！）。

ITMO-PE