專業(yè)英語劉昭瘐三版閱讀材料參考譯文.doc

閱讀材料參考譯文第1章 什么是真正的通用串行總線通用串行總線（USB）是近來對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的、發(fā)展最快且廣泛認(rèn)可的一種總線。不可能買到一臺(tái)沒有通用串行端口總線的基于因特芯片的PC機(jī)（占個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)高達(dá)94%）。這并不是說USB僅限于PC界，這也并不夸張。每一計(jì)算機(jī)硬件制造廠家都在它們自己的平臺(tái)上采用了通用串行總線。為什么突然間像串行端口這樣平常的東西引起了人們的興趣呢？原因是通用串行總線遠(yuǎn)不像串行端口那樣簡(jiǎn)單，它是一種串行總線。這表明計(jì)算機(jī)背后的這個(gè)端口是一個(gè)連向大量設(shè)備的窗口（我這句話并不是雙關(guān)語）。這些設(shè)備可用菊花鏈方式連接在一起。各組設(shè)備可用稱為集線器的集中式硬件獨(dú)立開。當(dāng)你考慮這種通用串行總線時(shí)，最好將其看作是一種設(shè)備連成的網(wǎng)絡(luò)，就像是以太網(wǎng)那樣。圖1-22形象地勾畫了典型的USB設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。乍看起來把一串設(shè)備連起來不太好。實(shí)際上，對(duì)大多數(shù)傳統(tǒng)串行設(shè)備共享的那一點(diǎn)帶寬來講，這明顯的是一個(gè)下策。畢竟，在RS-232端口上為正式連接的打印機(jī)提供的帶寬都幾乎不夠，更不用說用于下載圖像的數(shù)碼相機(jī)了。問題還在于它是一個(gè)快速總線。我們這么說不太恰當(dāng)，因?yàn)檫@種通用串行總線在計(jì)算機(jī)行業(yè)中被認(rèn)為是中、低速總線，它的運(yùn)行速率為10Mpbs是大多數(shù)企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的速度。通用串行總線比起其他總線是不能算作快的，比如光纖通道串行總線，其時(shí)鐘速率可為300Mpbs，還有即將推出的如可控制音頻、視頻，達(dá)到廣播級(jí)質(zhì)量的IEEE 1394“火線”總線技術(shù)等。因此我們認(rèn)為USB是一種中速總線，并在繼續(xù)向前發(fā)展著。通用串行總線的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)用戶提供純數(shù)字音頻、視頻和遠(yuǎn)距離通信。它的速度足以支持這些類型的設(shè)備。個(gè)人計(jì)算機(jī)的最大問題總是與你要使用的外圍設(shè)備的連接有關(guān)。任何設(shè)備似乎都需要將它們自己的適配卡插入到該總線上。它們有高清晰度視頻卡、驅(qū)動(dòng)操作桿的游戲卡、驅(qū)動(dòng)話筒的聲卡以及把視頻輸入到計(jì)算機(jī)的視頻輸入卡，還有很多類似的設(shè)備。計(jì)算機(jī)正在縮小。每年都只有很少的幾個(gè)插槽用于適配卡。個(gè)人計(jì)算機(jī)工業(yè)的真正目標(biāo)是盡可能使計(jì)算機(jī)普及和不引人注目。同時(shí)，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)含有足夠的技術(shù)和天然的“馬力”去運(yùn)行各種應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)要求精確的數(shù)字輸入和帶寬的各種類型的外圍設(shè)備。用個(gè)人計(jì)算機(jī)舉行視頻會(huì)議今日已成現(xiàn)實(shí)。個(gè)人計(jì)算機(jī)的環(huán)繞聲立體聲是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能。計(jì)算機(jī)行業(yè)正在努力去包含正在向中、高速外圍設(shè)備推廣的甚至成為設(shè)備縮小象征的一種技術(shù)。這就是通用串行總線起作用之處。它真正的目標(biāo)是將外圍設(shè)備的輸入和輸出放在“機(jī)箱”之外，不使用任何插槽。將智能化放入這些外圍設(shè)備中而不是放入計(jì)算機(jī)中。外圍設(shè)備設(shè)計(jì)者們也正在從“一體化”中獲得解脫他們不必去對(duì)外圍設(shè)備中的設(shè)備和接口卡的功能進(jìn)行分割。這是他們的勝利。在這種情況下，你計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線不會(huì)因?yàn)檫@些接口卡之間的業(yè)務(wù)和信息流而處于飽和狀態(tài)。這也是你的勝利；你會(huì)發(fā)現(xiàn)由于這種配置，你會(huì)獲得整個(gè)系統(tǒng)的更好的性能。揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)者們正在將聲卡已有的功能直接放入揚(yáng)聲器中。視頻輸入設(shè)計(jì)者正在把視頻數(shù)字化功能放入到通用串行總線中。連監(jiān)視器制造廠也在把通用串行總線接口放入他們監(jiān)視器的背板中，很少要使用視頻卡。另外還有提供超高分辨率的數(shù)字操縱桿。第2章 為什么需要并行體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，技術(shù)和應(yīng)用融合在一起，有著非常強(qiáng)的交互性。并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)也不例外。一種新維度加到設(shè)計(jì)空間中處理器的數(shù)量，這種設(shè)計(jì)更強(qiáng)烈地受可接受的性價(jià)比驅(qū)動(dòng)。在特定的時(shí)期內(nèi)無論單個(gè)處理器的性能如何，原則上使用多個(gè)這樣的處理器可以獲得更高的性能。需要更高的應(yīng)用性能是計(jì)算技術(shù)中各方面都熟悉的特性。硬件能力的發(fā)展促進(jìn)了新的應(yīng)用，這種發(fā)展在很大程度上對(duì)體系結(jié)構(gòu)又提出了更高的要求。這種循環(huán)極大地推動(dòng)了正在進(jìn)行的設(shè)計(jì)、工程化和制造工作，使得微處理器的性能呈指數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)。這也推動(dòng)了并行體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，即使難度較大，并行體系結(jié)構(gòu)也要集中解決這些應(yīng)用需求。如果處理器性能每年提高50%，則可預(yù)期100個(gè)處理器組成的并行機(jī)，能在今后10年內(nèi)向應(yīng)用提供廣泛的計(jì)算能力，而1000個(gè)處理器則可支持將近20年。應(yīng)用需求也促使計(jì)算機(jī)商家提供一種模式，即在逐步增加成本的同時(shí)提高性能和增加功能。低端計(jì)算機(jī)擁有最大容量和用戶數(shù)量，而最多的需求應(yīng)用是由高端服務(wù)的。這種“平臺(tái)金字塔”的影響之一是，在高端增加性能的壓力最大，而壓力是由少數(shù)重要的應(yīng)用施加的。在微處理時(shí)代以前，通過特殊的電路技術(shù)和機(jī)器組織來獲得更高的性能。當(dāng)今，要獲得比先進(jìn)的微處理器高得多的性能，主要方法是使用多處理器，大多數(shù)需求應(yīng)用使用并行程序。因此，并行體系結(jié)構(gòu)和并行應(yīng)用程序是受高性能需求支配的。對(duì)于體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用開發(fā)者來說，關(guān)鍵之處在于如何使用并行機(jī)制去改善應(yīng)用性能，我們可以定義P個(gè)處理器的增速為性能（P個(gè)處理器）增速（P個(gè)處理器）=性能（1個(gè)處理器）對(duì)于單一的、固定的問題，該機(jī)器性能可簡(jiǎn)單地視為完成該問題的時(shí)間的倒數(shù)，因此我們有了下面的結(jié)果： 時(shí)間（1個(gè)處理器）增速 固定問題（P個(gè)處理器）= 時(shí)間（P個(gè)處理器）歷史上，幾個(gè)不同的體系結(jié)構(gòu)陣營開發(fā)了并行機(jī)，而大多數(shù)這一主題的教科書是圍繞著這些設(shè)計(jì)的分類學(xué)組織的。但是，通過對(duì)并行體系結(jié)構(gòu)變革的觀察，可以很清楚地看到，設(shè)計(jì)在很大程度上受某些技術(shù)發(fā)展和類似的應(yīng)用要求影響的。因而在該領(lǐng)域產(chǎn)生了大量的交叉滲透也就不足為奇了。本節(jié)的目的是為理解各種并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的方方面面構(gòu)建一個(gè)框架，并為自然的交叉滲透建立直觀的模型。按這種方法，可從傳統(tǒng)陣營開始，移動(dòng)到交叉滲透點(diǎn)，快速瀏覽并行機(jī)制變革的情況。假設(shè)一臺(tái)并行計(jì)算機(jī)是“能進(jìn)行通信和協(xié)同工作去快速解決大型問題的處理單元的集合”，我們有理由把并行體系結(jié)構(gòu)視為能在處理單元之間解決通信和協(xié)同工作問題的傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。實(shí)際上，并行體系結(jié)構(gòu)用通信體系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的一般概念。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)有兩個(gè)不同的方面。一是臨界抽象的定義，特別是指硬件/軟件邊界和用戶/系統(tǒng)邊界。該體系結(jié)構(gòu)規(guī)定了一組對(duì)邊界的操作和這些操作要運(yùn)行的數(shù)據(jù)類型。另一方面是以好性價(jià)比方式提供高性能計(jì)算的、臨界抽象的組織結(jié)構(gòu)。通信體系結(jié)構(gòu)也有包含兩方面，它定義了基本通信和同步操作，并說明了實(shí)現(xiàn)這些操作的組織結(jié)構(gòu)。并行機(jī)的最重要的一種類型是共享內(nèi)存多處理器形式的。這種類型并行機(jī)的關(guān)鍵特性在于通信是用常規(guī)存儲(chǔ)器存取指令（即取和存）實(shí)現(xiàn)的。這種類型有很長(zhǎng)的歷史，至少在1960年代初期，在大型主機(jī)的前身就有了，至今，它幾乎在計(jì)算機(jī)工業(yè)每一階段都起作用。共享內(nèi)存多處理器可對(duì)多道程序工作提供更高的吞吐量，并支持并行程序。因此，共享內(nèi)存多處理器的規(guī)模，從幾個(gè)到幾百個(gè)處理器，范圍很大。共享內(nèi)存多處理器設(shè)計(jì)的廣泛應(yīng)用始于1980年代中期的32位微處理器革新中，因?yàn)樘幚砥?，高速緩存，浮點(diǎn)運(yùn)算單元和存儲(chǔ)管理單元安裝在一塊芯片上（貝爾1985），甚至于將兩塊芯片合為一塊芯片。包括小型計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，工作站和個(gè)人計(jì)算機(jī)在內(nèi)的大多數(shù)中等規(guī)模的機(jī)器都是圍繞著中央存儲(chǔ)總線的，如圖2-7所示，并且該總線也適合于支持多個(gè)處理器。這種標(biāo)準(zhǔn)總線訪問機(jī)制也允許任一處理器訪問系統(tǒng)內(nèi)的任一物理地址。類似于基于交換機(jī)的設(shè)計(jì)，所有內(nèi)存單元對(duì)所有處理器是等距離的，因此，所有處理器對(duì)內(nèi)存的訪問所經(jīng)歷的訪問時(shí)間（等待時(shí)間）是相同的。這種配置通常稱為對(duì)稱多處理器（SMP）。對(duì)稱多處理器多用于執(zhí)行并行程序和多道程序。更詳細(xì)的基于總線的對(duì)稱多處理器的典型結(jié)構(gòu)如圖2-8所示，它是市場(chǎng)上的第一個(gè)高度集成的對(duì)稱多處理器。帶有本地高速緩存（用$表示）和I/O控制器的多處理器，互聯(lián)到多內(nèi)存模塊時(shí)，應(yīng)該經(jīng)過總線。很多用在多處理器服務(wù)器中的因特4處理器奔騰Pro主板上，都畫出了大多數(shù)小規(guī)模共享內(nèi)存多處理器的主要設(shè)計(jì)元件。它的邏輯框圖展示了該主板配置了4個(gè)處理器模塊，每個(gè)模塊包含有一個(gè)奔騰Pro處理器，一級(jí)高速緩存，轉(zhuǎn)換監(jiān)視緩沖器，256KB二級(jí)高速緩存，中斷控制器和一個(gè)直接連向64位內(nèi)存總線的、在一個(gè)芯片上的總線接口。該總線運(yùn)行在66MHz頻率上，訪問內(nèi)存是流水線式的，能達(dá)到528MB/S的峰值帶寬。兩片的內(nèi)存控制器和四片內(nèi)存交叉單元（MIU）將該總線連到多個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)體上。橋連接了內(nèi)存總線和兩個(gè)獨(dú)立的用于顯示器、網(wǎng)絡(luò)、SCSI和較低速I/O連接的PCI總線。奔騰Pro包含支持多處理器通信體系結(jié)構(gòu)的所有邏輯功能，包括所要求的內(nèi)存和高速緩存的相容性。奔騰Pro的“4件裝”結(jié)構(gòu)類似于早期的大量對(duì)稱多處理器設(shè)計(jì)，但具有更高的集成度，其目標(biāo)是對(duì)準(zhǔn)更高的容量。第3章 集合論導(dǎo)輪當(dāng)代數(shù)學(xué)所有分支中集合的概念扮演著非常重要的角色。近幾年，集合論已經(jīng)成為研究的重要領(lǐng)域，因?yàn)槠浞椒ù蟠蟮貪B透到當(dāng)代數(shù)學(xué)思想中了。真正理解現(xiàn)代數(shù)學(xué)的任一分支都需要集合論的知識(shí)，因?yàn)樗菙?shù)學(xué)中各領(lǐng)域的公共基礎(chǔ)。集合用于把不同的對(duì)象分成組。屬于一個(gè)集合的各對(duì)象也需要良好定義，以便在決定一個(gè)具體對(duì)象是否屬于某一集合時(shí)不產(chǎn)生多義性。因此對(duì)給定的一個(gè)對(duì)象，它或者屬于或者不屬于一個(gè)給定的集合，沒有其他情況。例如，英文字母表中的前5個(gè)字母可以構(gòu)成一個(gè)集合，可以表示為集合a,b,c,d,e。任一對(duì)象當(dāng)、且僅當(dāng)它是這5個(gè)字母之一時(shí)才屬于這一集合。這5個(gè)不同的對(duì)象在這一表達(dá)中可以任何次序出現(xiàn)。換句話說，這一集合也可用d,b,a,e,c來表示。屬于一個(gè)集合的各個(gè)對(duì)象不需要具有公共特性。因此，數(shù)字4，字母x和單詞“book”可以構(gòu)成集合S，可用S = x,book,4表示。某一天對(duì)一個(gè)人來講可能是冷天，但對(duì)另外一個(gè)人就不冷，所以“一個(gè)月內(nèi)冷天的集合”就不是很清晰定義的集合。同樣，“大的數(shù)字的集合”和“高個(gè)子人的集合”也不能是集合。術(shù)語對(duì)象在這里也未精確地做出規(guī)定。從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)來看，集合是一種技術(shù)術(shù)語，它含有我們?cè)O(shè)想的一些特性。這種基于一個(gè)對(duì)象的直觀說明是非正式的對(duì)集合的描述，是德國數(shù)學(xué)家喬戈坎特爾（18451918）直到19世紀(jì)末才首次提出的，而基于這一版本的集合理論又稱為初級(jí)集合論。用坎特爾自己的話說，“集合正在進(jìn)入我們的感覺限定的良好定義對(duì)象的整體之中，這些對(duì)象是集合的元素”。本書所涉及的集合都可以視為來自坎特爾理論框架的。yA因此，集合是不同對(duì)象的集合。一個(gè)集合中的對(duì)象稱為元素或成員。如果x是集合A的元素，我們說x屬于A，用符號(hào)表示為xA。而說明y不是集合A的元素表示為第4章 典型的排序問題樹型排序樹型排序需要兩步。首先，元素被插入到二叉查找樹中。第二，按順序排序，使用無序檢索方法對(duì)元素進(jìn)行查找。二叉查找樹不是一個(gè)具有吸引力的排序方法，因?yàn)闂８菀鬃鐾瑯拥氖虑?。我們不需要把元素放入二叉查找樹，而是?chuàng)建一個(gè)棧。然而，如果元素是在二叉查找樹中，那么在排序順序中去無序檢索這些元素需要O（n）次努力。歸并排序兩個(gè)子表，每一個(gè)都已經(jīng)排了序，可以歸并到一起形成一個(gè)也已經(jīng)排序的聚合表。簡(jiǎn)單而有效地完成這項(xiàng)工作的過程稱為歸并排序，開始從每個(gè)子表中各取出一個(gè)元素進(jìn)行比較。將最小的元素加入到一個(gè)排序表中，并被它的子表中的下一個(gè)元素所取代。這一過程一直持續(xù)到每一子表中都沒有元素時(shí)為止。然后將另一子表中的其余元素加到該排序表中，排序就完成了。在有兩個(gè)排序子表時(shí)這種方法非常好。如果不是這樣，則問題是決定如何開始排序。有幾種可能性。一種方法是將單個(gè)的元素視為長(zhǎng)度為1的排序子表，一對(duì)這樣的子表歸并成為長(zhǎng)度為2的排序表，然后這樣的子表再歸并成為長(zhǎng)度為4的排序表。這一過程一直持續(xù)到只剩下一個(gè)排序表為止。這一過程如圖4-8所示。請(qǐng)注意，歸并排序需要兩個(gè)數(shù)組r保存要排序的原始數(shù)據(jù)，t為同類型數(shù)組。歸并是成對(duì)的首先從r到t，然后從t到r。因此歸并排序需要2n個(gè)元素空間。第5章 操作系統(tǒng)內(nèi)核功能的高速緩存模型當(dāng)今微內(nèi)核對(duì)傳統(tǒng)的獨(dú)立操作系統(tǒng)內(nèi)核來說已不具有很大的優(yōu)勢(shì)，理由有幾個(gè)。首先，微內(nèi)核比所希望的要大，這是因?yàn)楝F(xiàn)代的虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)（如按寫拷貝功能）的復(fù)雜性，需要支持多種不同的硬設(shè)備，以及在通信功能上的復(fù)雜優(yōu)化處理，所有這些大多都在微內(nèi)核內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。還有，原先在微內(nèi)核頂部實(shí)現(xiàn)的性能問題又被迫放回到了內(nèi)核，因而增加了它的規(guī)模。例如，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，由于這一原因又被加回到某些版本的系統(tǒng)上去了。第二，微內(nèi)核不支持比獨(dú)立內(nèi)核優(yōu)越的、特定域資源分配策略，這是一個(gè)與復(fù)雜應(yīng)用和應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)的非常重要的問題。例如，類似UNIX操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頁替換策略在隨機(jī)或順序訪問應(yīng)用上就做得很不好。傳統(tǒng)操作系統(tǒng)內(nèi)核服務(wù)安裝在基于微內(nèi)核的系統(tǒng)中一般不給應(yīng)用程序以更多的控制，因?yàn)榉?wù)只是固定的系統(tǒng)保護(hù)模式下的服務(wù)。向微內(nèi)核增加各種資源管理策略不能提高效率，這是由于專門的應(yīng)用知識(shí)增加了內(nèi)核的規(guī)模和復(fù)雜性。最后，由于要增加意外處理機(jī)構(gòu)，以處理由硬件和其他服務(wù)器和應(yīng)用模塊引起的故障和意外，使得微內(nèi)核膨脹起來。例如，潛在的頁內(nèi)的意外與外部頁調(diào)度程序的交互將復(fù)雜性引入到系統(tǒng)內(nèi)。我們?cè)诒疚闹刑岢隽硪环N基于高速緩存模型的內(nèi)核設(shè)計(jì)方法，是在V+ Cache Kernel中實(shí)現(xiàn)的。V+ Cache Kernel緩存了與基本操作系統(tǒng)功能相關(guān)的活動(dòng)對(duì)象，主要是與虛擬存儲(chǔ)器、調(diào)度和進(jìn)程間通信（IPC）相關(guān)的地址空間和線程。與通常的微內(nèi)核設(shè)計(jì)不同的是，它并不完全實(shí)現(xiàn)所有與地址空間和線程相關(guān)的功能。相反，它依靠高層應(yīng)用內(nèi)核去提供完全實(shí)現(xiàn)包括從/向高速緩存內(nèi)核加載/寫入這些對(duì)象所要求的管理功能。例如，當(dāng)一個(gè)頁失效時(shí)，與該失效線程相關(guān)的應(yīng)用內(nèi)核，將把一個(gè)新的頁映像描述信息作為高速緩存地址空間對(duì)象的一部分裝入該Cache Kernel。這個(gè)新的描述信息可能會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)頁面映像描述信息，此信息要寫回另一個(gè)應(yīng)用內(nèi)核，以便為這個(gè)新的描述信息創(chuàng)建空間。因?yàn)樵搼?yīng)用內(nèi)核選擇了要使用的物理頁面幀，故它完全控制了物理頁面選擇和頁面替換策略以及頁面調(diào)度I/O。下面一段說明這種高速緩存模型可以降低管理層的復(fù)雜性，提供對(duì)資源管理的應(yīng)用控制，提供對(duì)意外狀況和恢復(fù)的應(yīng)用控制，用當(dāng)今的微內(nèi)核設(shè)計(jì)去解釋問題（包括我們以前開發(fā)的微內(nèi)核）。再下一段敘述了高速緩存內(nèi)核編程接口，并通過描述仿真器應(yīng)用內(nèi)核如何使用這個(gè)接口，去實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的、類似UNIX的服務(wù)來說明它的使用方法。第三段敘述高級(jí)應(yīng)用程序如何通過執(zhí)行他們自己的應(yīng)用內(nèi)核的一部分，去直接使用這一接口。第三段也描述了在競(jìng)爭(zhēng)應(yīng)用中資源如何分配。第四段敘述了我們的Cache Kernel的實(shí)現(xiàn)，第五段敘述了它的性能，它的出現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)的整體內(nèi)核來說具有競(jìng)爭(zhēng)性。第六段描述了在我們看來與這個(gè)工作相關(guān)的以前的研究工作。我們最后給出一個(gè)小結(jié)，說明我們的結(jié)論，指明今后的方向。 第6章 一個(gè)好語言的特性不管某些外部影響多么重要，還是程序員能最終，有時(shí)是間接地，確定哪些語言可以生存下來，哪些應(yīng)該淘汰?？梢蕴岢龊芏嗬碛扇フf明為何程序員喜歡一種語言而不喜歡另一種。讓我們考慮其中的一些原因。（1）清晰、簡(jiǎn)單和單一。程序設(shè)計(jì)語言要提供構(gòu)思算法的概念框架和表達(dá)這些算法的方法。它遠(yuǎn)在具體編寫代碼階段以前就應(yīng)對(duì)程序員起輔助作用。它應(yīng)該提供在設(shè)計(jì)算法時(shí)用作原語的清晰、簡(jiǎn)單和單一的一組概念。在這一階段末尾，希望能使不同的概念數(shù)量最少，并配有盡可能簡(jiǎn)單和規(guī)則的用于這些原語組合的規(guī)則。我們稱這種特性為概念的完整性。語言的語法影響到它編寫、測(cè)試和以后的理解以及修改程序的難易程度。這里的中心問題是程序的可讀性。特別精簡(jiǎn)或深?yuàn)W的語法通常使得程序容易寫（對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的程序員來說）但當(dāng)以后必須修改時(shí)又很難讀。APL程序通常是太深?yuàn)W，以致于這種程序的設(shè)計(jì)者本人在完成程序設(shè)計(jì)幾個(gè)月以后都不能輕易地對(duì)其解密。很多語言含有讀不懂的語法結(jié)構(gòu)，形成的原因是兩句幾乎相同的語句實(shí)際上是表達(dá)了根本不同的事情。例如，在SNOBOL 4語句中空格運(yùn)算符，它的含義與空格的本來意義相差很遠(yuǎn)。語言應(yīng)該具有意思不同其語法結(jié)構(gòu)看起來也不同的特點(diǎn)，也就是語義不同應(yīng)該映射到語言的語法上。（2）正交性，術(shù)語正交性是指能將一種語言的各種特性，組合到所有可能的組合中的特性，而每種組合都是有意義的。例如，假設(shè)一種語言有一個(gè)能產(chǎn)生一個(gè)值的表達(dá)式，并提供能計(jì)算一個(gè)表達(dá)式運(yùn)算結(jié)果是真還是假的條件語句。該語言的這兩種特性，即表達(dá)式和條件語句，當(dāng)任一表達(dá)式能在該條件語句中使用（并計(jì)算）時(shí)，則它們是正交的。當(dāng)一種語言具有正交特性時(shí)，那么這種語言是容易學(xué)的，并且也容易編寫程序，因?yàn)檫@里只有少數(shù)例外和特殊情況需要記憶。正交特性的負(fù)面影響是程序經(jīng)常能夠無差錯(cuò)通過編譯，盡管它還有邏輯上不相關(guān)或執(zhí)行效率特別低的組合特性，由于這些不利因素。作為語言設(shè)計(jì)的一種特性，正交性一直是有爭(zhēng)議的，因?yàn)橛行┤讼矚g它，有些不喜歡它。（3）應(yīng)用的自然性。語言需要語法，如果使用得當(dāng)則能將程序結(jié)構(gòu)反映到該算法的基本邏輯結(jié)構(gòu)上。理想情況下，有可能將這樣的程序設(shè)計(jì)直接翻譯成反映該算法結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的程序語句。順序算法、并發(fā)算法和邏輯算法等等，都在這些語言中有由程序表達(dá)的不同的自然結(jié)構(gòu)。語言應(yīng)該為要解決的問題提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作、控制結(jié)構(gòu)和自然語法。語言繁衍的主要原因之一正是這種自然的需求。特別適合于某一應(yīng)用類型的語言大大地簡(jiǎn)化了在該領(lǐng)域中單個(gè)程序的制作。Prolog語言偏重于專用特性，C+是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)語言，是第部分中的兩種語言，帶有明顯的特別應(yīng)用類型傾向。（4）對(duì)抽象的支持。對(duì)一個(gè)應(yīng)用來講，即使是最自然的程序設(shè)計(jì)語言，在抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與解決一個(gè)問題的操作之間，以及具體的原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與構(gòu)筑在語言內(nèi)的操作之間，仍然存在著本質(zhì)上的差距。例如，C可能是大學(xué)中用于編制班級(jí)調(diào)度程序的合適語言，但是有關(guān)“學(xué)生”、“班級(jí)”、“上課教室”抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和“安排一個(gè)學(xué)生到一個(gè)教室”，“在一個(gè)上課教室安排一個(gè)班級(jí)”等等這些自然的應(yīng)用，C就不直接支持。（5）易于程序檢查。用一種語言寫的程序的可靠性總是要關(guān)注的核心問題。有很多技術(shù)能檢驗(yàn)程序正確地完成了所要求的功能。證明一個(gè)程序的正確性可用正式的檢驗(yàn)方法，也可用手工讀和查看程序文本，非正式地證明其正確性，也可以用輸入測(cè)試數(shù)據(jù)，執(zhí)行程序并對(duì)照規(guī)范說明去檢查輸出結(jié)果來測(cè)試等等。對(duì)于大型程序，經(jīng)常綜合使用這些方法去檢驗(yàn)。一個(gè)使程序檢驗(yàn)困難的語言，比那些有更多的特性使編程更容易的語言，在使用時(shí)有更多的麻煩。語義和語法結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性是使程序檢驗(yàn)簡(jiǎn)單化的一個(gè)主要方面。（6）編程環(huán)境。一種程序設(shè)計(jì)語言的技術(shù)結(jié)構(gòu)僅僅是有效地使用這一語言的一個(gè)方面。一個(gè)合適的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，能使技術(shù)上稍差的語言，比起沒有足夠外部支持的更強(qiáng)的語言，更容易使用。一個(gè)長(zhǎng)的因素表應(yīng)該成為程序設(shè)計(jì)環(huán)境的一部分。語言在可靠性、有效性和提供良好文檔方面的有效性必須列在該表的前面。訂制到該語言中的專用編輯和測(cè)試包能大大加速程序的制作和測(cè)試過程。程序多種版本的維護(hù)和修改工具，能使得大型程序的編制工作更簡(jiǎn)單。（7）程序的可移植性。很多程序設(shè)計(jì)課題的一個(gè)重要指標(biāo)，是從開發(fā)的計(jì)算機(jī)上將最終的程序移植到其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的可移植性。廣泛可用的語言和該語言的定義與具體機(jī)器特性無關(guān)，形成了可移植程序的有用基礎(chǔ)。Ada、Fortran、C和Pascal都有允許移植要完成的應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)化定義。另外，像出自一處的ML語言，允許該語言的設(shè)計(jì)者對(duì)該語言的移植特性進(jìn)行一定的控制。（8）使用的成本。將棘手的成本這一指標(biāo)放在最后。成本肯定是評(píng)價(jià)任何程序設(shè)計(jì)語言的一個(gè)主要因素，但不同的成本是靈活的：a程序執(zhí)行成本b程序翻譯成本c程序創(chuàng)作、測(cè)試和使用成本d程序維護(hù)成本。第7章 數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘按其最簡(jiǎn)單的定義來說，是自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)模式。例如，一個(gè)模式可能會(huì)指示有孩子的已婚男性駕駛特殊跑車的可能性是沒有孩子的已婚男性的兩倍。如果你是一個(gè)汽車制造廠的市場(chǎng)部經(jīng)理，這種有些離奇的模式可能很有價(jià)值。但是，數(shù)據(jù)挖掘不是魔術(shù)。多年來，統(tǒng)計(jì)人員用人工“挖掘”數(shù)據(jù)庫，尋找統(tǒng)計(jì)上的重要模式。數(shù)據(jù)挖掘使用構(gòu)造得很好的統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，去構(gòu)建預(yù)測(cè)客戶行為的模型。當(dāng)今，技術(shù)使挖掘過程自動(dòng)化，將其集成到商業(yè)數(shù)據(jù)倉庫中，并且用相關(guān)的方法將其呈現(xiàn)給企業(yè)用戶?，F(xiàn)在最好數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)品不僅僅是采用強(qiáng)大算法的建模引擎。相反，他們能解決更廣闊的企業(yè)和技術(shù)問題，如與當(dāng)今更復(fù)雜的信息技術(shù)環(huán)境集成。過去，圍繞數(shù)據(jù)挖掘的夸張說法是建議削減建立預(yù)測(cè)模型的統(tǒng)計(jì)分析員。但是，分析員的作用不能抹煞。在評(píng)估模型的結(jié)果并檢驗(yàn)該模型預(yù)測(cè)的合理性方面，分析員一直是需要的，因?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘軟件缺乏人們?cè)趨^(qū)分相關(guān)與不相關(guān)的關(guān)聯(lián)方面的經(jīng)驗(yàn)和直覺。設(shè)想你是一個(gè)地區(qū)電話公司的市場(chǎng)部經(jīng)理。你負(fù)責(zé)管理公司的蜂窩式電話客戶。你當(dāng)前關(guān)心的問題之一是客戶的注意力（有時(shí)稱為“攪動(dòng)”），它已經(jīng)吞掉了你的邊際利益。你知道保持客戶的成本，比客戶離去又把他們請(qǐng)回的成本低得多，因而你需要為此找出一個(gè)低成本高效益的方法。解決這一問題的傳統(tǒng)方法是挑出好的客戶（就是在你們的公司中花錢最多的那些客戶）并勸說他們簽訂下一年的服務(wù)合同。這種勸說也可以包括某種禮物（可能是一部新電話機(jī)），也可能是通話的減價(jià)。禮物的價(jià)值是按客戶消費(fèi)總額考慮的，高額消費(fèi)者會(huì)收到高額回贈(zèng)。這個(gè)解決方案可能是非常浪費(fèi)的。毫無疑問，有許多“好”的客戶不需要貴重禮物也能留下來。著重要解決的是那些要離開的客戶。不必?fù)?dān)心那些要留下的客戶。我們已經(jīng)從察覺“攪動(dòng)”問題回到解決這一問題上來了。不是向客戶提供與他們付給你們公司的錢成比例的某些東西，而是向客戶提供與你們向他們服務(wù)的價(jià)值成比例的東西。把客戶需要的給他們。客戶之間也是有區(qū)別的，你應(yīng)該了解這些區(qū)別以便優(yōu)化你們之間的關(guān)系。一個(gè)高消費(fèi)客戶應(yīng)該珍惜這種關(guān)系，因?yàn)槟銈兪欠浅？煽康?，因此要保持與他們的關(guān)系并不需要禮物。另一方面，使用所有最新特性和專門服務(wù)的客戶為了保持到下一年，可能要求新的電話或其他禮物，也許他們只是簡(jiǎn)單地要求夜間呼叫降低費(fèi)率，雖然顧主提供電話，但還必須為業(yè)務(wù)時(shí)間以外的呼叫付費(fèi)。關(guān)鍵是要確定你要關(guān)心的客戶類型。在這一過程中時(shí)間的考慮也很重要。你不能等到簽合同到期前一周才為了防止客戶離開而努力。到那時(shí)，他們很可能已經(jīng)決定了他們的安排并且在如此晚的時(shí)候，你也不可能再去影響他們的決定了。另一方面，你在與客戶簽約后不必立即開始這一過程。對(duì)他們來說，需要幾個(gè)月時(shí)間去了解你們公司對(duì)他們的價(jià)值，因此現(xiàn)在的任何努力都是浪費(fèi)的。關(guān)鍵是尋找正確的、從對(duì)市場(chǎng)和對(duì)市場(chǎng)中客戶的了解得到合適的解決辦法。當(dāng)然，我們?cè)诤竺鎸⒁懻摰氖?，你?yīng)該使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)去自動(dòng)尋找這種最佳辦法。第8章 良好工程化的軟件像所有的工程一樣，軟件工程也不僅僅是生產(chǎn)產(chǎn)品，它也包括以高性價(jià)比的方法生產(chǎn)產(chǎn)品。假設(shè)資源是無限的，那么大多數(shù)軟件問題是能夠解決的，但是對(duì)軟件工程師的挑戰(zhàn)是用有限數(shù)量的資源和在預(yù)期的計(jì)劃內(nèi)生產(chǎn)出高質(zhì)量的軟件。通常系統(tǒng)質(zhì)量的評(píng)估，要求確認(rèn)在所有良好工程化軟件中都希望有的公共特性。假設(shè)該軟件能提供所需的功能，應(yīng)該有4個(gè)關(guān)鍵特性是一個(gè)良好工程化軟件系統(tǒng)所必備的：（1）軟件應(yīng)該是可維護(hù)的。生存周期長(zhǎng)的軟件若能滿足常規(guī)變化的要求，它應(yīng)該寫成文檔，以便更改時(shí)不過多增加成本。（2）軟件應(yīng)該可靠。這表明軟件應(yīng)完成用戶所期望的功能，并且比其規(guī)范所允許的故障要少。（3）軟件應(yīng)該是高效的。這并不表明最后一點(diǎn)性能要從系統(tǒng)硬件中拿出來；效率最高可能使得軟件修改更困難。高效表明一個(gè)系統(tǒng)不應(yīng)該浪費(fèi)諸如內(nèi)存和處理器周期那樣的系統(tǒng)資源。（4）軟件應(yīng)該提供一個(gè)合適的用戶接口。很多軟件沒有發(fā)揮其全部潛能，因?yàn)樗慕涌谑沟密浖闷饋碛欣щy。用戶接口的設(shè)計(jì)必須與系統(tǒng)用戶的能力和背景密切配合。在確定良好工程化的軟件時(shí)，必須考慮成本?？删S護(hù)性是一個(gè)關(guān)鍵特性，因?yàn)楹芏嗯c軟件產(chǎn)品相關(guān)的成本是在該軟件交付使用以后才產(chǎn)生的。優(yōu)化所有這些特性是困難的，因?yàn)槠渲心承┨匦允腔ハ嗯懦獾模ɡ?，提供好的用戶接口可能?huì)降低系統(tǒng)效率），并且是受報(bào)酬遞減律控制的。每一種特性的成本之間的關(guān)系并不是線性的，并且任何特性的一點(diǎn)改進(jìn)都可能是很貴的。圖8-3表明，當(dāng)要求改善效率時(shí)，成本會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)。對(duì)某些類型的系統(tǒng)，如航空電子系統(tǒng)，效率是主要考慮的因素。軟件運(yùn)行的計(jì)算機(jī)的重量和體積限制了硬件所用的功率，并且軟件應(yīng)該在小的內(nèi)存中運(yùn)行，帶有小的或是不帶后備存儲(chǔ)器。在損害其他系統(tǒng)特性的情況下也需要優(yōu)化效率。當(dāng)效率成為關(guān)鍵時(shí)，應(yīng)明確地要求權(quán)衡這些特性。個(gè)別的軟件工程師不會(huì)對(duì)優(yōu)化可維護(hù)性還是優(yōu)化效率做出決擇。效率的權(quán)衡必須在系統(tǒng)需求中闡明。軟件中介應(yīng)該很清楚最大優(yōu)化效率的成本代價(jià)。第9章 找到合適的應(yīng)用服務(wù)提供商ASP你需要知道什么隨著公司數(shù)量的日益增多，由應(yīng)用服務(wù)提供商（ASP）開展的工作為企業(yè)提供了很多好處。這些好處包括降低30%60%的信息技術(shù)（IT）成本，減少新產(chǎn)品和服務(wù)投向市場(chǎng)的時(shí)間，并且能有效地分配珍貴的信息技術(shù)和人力資源。什么是ASP？ASP在約定的基礎(chǔ)上提供應(yīng)用給客戶所有IT基礎(chǔ)和支持服務(wù)。典型的ASP在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心安裝應(yīng)用程序，經(jīng)因特網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)將其分送給客戶。然而，這個(gè)基本定義掩蓋了當(dāng)今ASP市場(chǎng)的某些復(fù)雜性。例如，當(dāng)某些ASP為客戶提供對(duì)于分發(fā)應(yīng)用所需的所有服務(wù)的內(nèi)部資源時(shí)，其他一些ASP只提供其部分服務(wù)如應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)管理而由互補(bǔ)伙伴向客戶提供完全的服務(wù)。事實(shí)上，某些獨(dú)立軟件商（ISVs）也作為ASP在運(yùn)營，他們是與提供所需的應(yīng)用分發(fā)、支持和網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的公司合作。另外，某些ASPs僅提供統(tǒng)管生產(chǎn)和銷售全過程的市場(chǎng)服務(wù)，如電子商業(yè)或健康醫(yī)療?，F(xiàn)在各種類型的公司都將他們自己描述成ASPs，這里列出你可能遇到的一些：l 全服務(wù)應(yīng)用服務(wù)提供商ASPsl 應(yīng)用基礎(chǔ)提供商（ASPs）l 獨(dú)立軟件商ISVsl 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商（NSPs）l 系統(tǒng)集成商l 增值轉(zhuǎn)銷商通過ASP我能租用哪些類型的應(yīng)用？簡(jiǎn)單的回答實(shí)際上是任意的。根據(jù)你的業(yè)務(wù)需求，你可以通過ASP獲得像電子郵件那樣相對(duì)基本的應(yīng)用，也可以獲得諸如企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)和人力資源管理系統(tǒng)那樣的復(fù)雜應(yīng)用。很多ASPs也提供其他應(yīng)用，或?yàn)槟骋粚ｉT行業(yè)設(shè)計(jì)的那些應(yīng)用。為什么我要通過ASP工作？有很多理由說明為什么很多各種類型的公司都選擇通過與ASP合作。這里提供給你的是通過ASP工作的一些好處：l 可以一直接觸運(yùn)營你的企業(yè)所需要的最新技術(shù)沒有與開發(fā)和維護(hù)所需的IT基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用和管理責(zé)任。l 提高了集中解決核心業(yè)務(wù)問題，而不是IT方面問題的能力。l 加快實(shí)現(xiàn)新應(yīng)用和新技術(shù)降低了現(xiàn)有系統(tǒng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)底線。l 應(yīng)用伸縮容易。l 全面安全的訪問、備份、災(zāi)難恢復(fù)和支持服務(wù)。l 因?yàn)锳SP服務(wù)器要對(duì)當(dāng)今的復(fù)雜應(yīng)用做強(qiáng)化處理，故老計(jì)算機(jī)中的現(xiàn)有投資受到保護(hù)。l 降低了IT的總擁有成本。l 增強(qiáng)了IT成本的可預(yù)見性。l 增強(qiáng)了IT的靈活性。什么規(guī)模的公司采用ASP？各種規(guī)模的組織單位都可以用ASP工作。在一些事例中，對(duì)于一種具體應(yīng)用，ASP可能要求租用最少的席位。但通常也應(yīng)有10個(gè)席位。這一規(guī)模使得ASP的分發(fā)方式是可行的，即使是非常小的公司。但是對(duì)于增加了席位的大公司，不論是對(duì)用戶相對(duì)少的專門應(yīng)用，還是對(duì)電子郵件那樣的基本企業(yè)應(yīng)用，也發(fā)現(xiàn)了這種ASP分發(fā)方式的價(jià)值。 我如何選擇ASP？選擇ASP的過程包括3個(gè)基本步驟：1 確定哪些應(yīng)用是希望ASP提供的。這些應(yīng)用應(yīng)該是你目前不再想保持的，或者是將取代或增大你現(xiàn)有系統(tǒng)的一些新應(yīng)用。2 評(píng)估你的內(nèi)部IT能力。了解你自己的IT能力和需求有助于選擇合適的ASP。例如，你有可以解決應(yīng)用問題并能提供綜合服務(wù)的IT資源，你就應(yīng)該較少要求ASP的支持、幫助或技術(shù)服務(wù)。3 評(píng)價(jià)ASP。在與一個(gè)ASP談判前要考慮兩個(gè)基本問題：如果你租用的應(yīng)用對(duì)你的行業(yè)是特別的，你應(yīng)該要求ASP為你的行業(yè)做專門處理。同樣，如果你的應(yīng)用為一專用企業(yè)功能，如記賬或人力資源方面，你應(yīng)該選擇有這方面經(jīng)驗(yàn)的ASP。第10章 柔性制造當(dāng)柔性制造被應(yīng)用于當(dāng)時(shí)開發(fā)的各種新穎的集成制造系統(tǒng)時(shí)，形容詞“柔性”一詞才被用于制造系統(tǒng)。在20世紀(jì)70年代中期，這些及其他類似的系統(tǒng)被認(rèn)為是柔性制造系統(tǒng)，或FMS。它包含了一個(gè)制造理念和某些在當(dāng)時(shí)非常先進(jìn)的思維方法正如系統(tǒng)本身一樣。在20世紀(jì)70年代初，柔性制造的理念及其通過FMS的實(shí)現(xiàn)被視為一個(gè)整體。然而，制造工程師沒多久就將該理念應(yīng)用于完全不同的機(jī)器配置上。為了避免使用另一個(gè)詞匯，這些也被稱之為FMS。因此在縮寫詞FMS基礎(chǔ)上引入了其他變化, 其中FMC表示柔性制造單元，F(xiàn)FS表示柔性加工系統(tǒng)。為了說明定義柔性制造系統(tǒng)的難度，現(xiàn)在給出它的一個(gè)定義，但現(xiàn)在，它將不被解釋或拓展。如果系統(tǒng)中的機(jī)器，可以以任何順序接收和完成對(duì)工件的加工，并同時(shí)自動(dòng)處理許多不同工件，這個(gè)制造系統(tǒng)就是柔性的。為達(dá)到此目的，系統(tǒng)中的機(jī)器必須在完成當(dāng)前處理的部件時(shí)，準(zhǔn)備好下一個(gè)待加工的零件和所需的工具以及必要的指令，這樣，通常無需人工干預(yù)就可以完成一個(gè)工件、工具和指令的簡(jiǎn)單切換。可以看出這是一個(gè)復(fù)雜的說明，它更像是一個(gè)描述而非定義。這反映了FMS的兩個(gè)事實(shí)，亦即它們是復(fù)雜并且易于描述而難以定義的。如果一個(gè)見多識(shí)廣的工業(yè)考古學(xué)家，150年之后再來看任何當(dāng)今的系統(tǒng)（如果這些系統(tǒng)仍能看得到的話），他有可能確定其安裝日期是在5年之內(nèi)。確定這么短的時(shí)間周期是可能的，因?yàn)槟壳跋蚯鞍l(fā)展的速度相當(dāng)迅猛，特別是當(dāng)考慮到控制系統(tǒng)的方法時(shí)。如果考古學(xué)家試圖尋找系統(tǒng)的諸多因素，通過查閱相關(guān)的雜志或書籍，他或許能會(huì)發(fā)現(xiàn)1980年的系統(tǒng)所用的原理與1960年，1930年，甚至1880年的系統(tǒng)所用原理非常相似。廣義上講，原理涉及到使成本最小化，生產(chǎn)率最大化的需求，但每一階段都涉及到當(dāng)時(shí)的技術(shù)和制造實(shí)踐。本書涉及到同樣的原理，但注重在20世紀(jì)最后的年代里，用當(dāng)今技術(shù)實(shí)施它們的方法，并適應(yīng)現(xiàn)在的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境。第11章 液晶顯示LCD技術(shù)液態(tài)晶體顯示或LCD技術(shù)在20世紀(jì)70年代初期，由于電子手表和計(jì)算器這些熟悉的面孔，而在消費(fèi)市場(chǎng)上變得非常普及。它們有著與眾不同的、用反射光來進(jìn)行照明的七段顯示。由于其顯示質(zhì)量頂多只能算是一般，如果不是十分新穎且廉價(jià)的話，它們是否能達(dá)到如此大量的使用，確實(shí)值得懷疑。LCD提供了很薄的設(shè)計(jì)、很輕的重量、占用很小的空間且功耗很低。由于這些特性, LCD非常適合于便攜式使用并具有越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。工業(yè)領(lǐng)域主要集中于將硅薄膜晶體管LCD（Si TFT-LCD）作為技術(shù)的發(fā)展和極具前景的產(chǎn)品。新驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展將人們的注意力轉(zhuǎn)向扭轉(zhuǎn)向列強(qiáng)顯示STN彩色LCD。用于大屏幕和低成本的新技術(shù)很快就會(huì)出現(xiàn)。LCD領(lǐng)域中技術(shù)革新的步伐是非常迅速的。作為共同戰(zhàn)略的一個(gè)重要部分，一大批領(lǐng)先的制造商正在對(duì)有源陣列LCD的研發(fā)工廠和設(shè)備進(jìn)行大量投資。早在20世紀(jì)60年代初，對(duì)薄膜晶體管（TFTs）的研究工作就已經(jīng)在美國的數(shù)家實(shí)驗(yàn)室展開。第一個(gè)液晶顯示器是在1968年由Heilmeier發(fā)明的，它是基于被稱之為動(dòng)態(tài)散射現(xiàn)象的。美國無線電公司實(shí)驗(yàn)室和西屋電氣公司的工程師們開發(fā)了用TFTs作為顯示尋址的方式。那時(shí)，西屋電氣制造了一個(gè)66英寸的有源陣列電路，這之前，最大能實(shí)現(xiàn)的是1.5英寸的晶片。這項(xiàng)研究工作為今天的有源陣列液晶顯示技術(shù)（AM-LCD）奠定了概念性基礎(chǔ)并建立了沿用至今的通用像素元設(shè)計(jì)方法。 1971年，一種新型的液晶顯示由Schadt和Helfrich提出，這就是扭轉(zhuǎn)氣動(dòng)顯示。從1972年到1979年，美國制造商，特別是西屋電氣公司一直是該領(lǐng)域唯一的供應(yīng)商。由于這樣那樣的原因，美國供應(yīng)商現(xiàn)已全部退出了該市場(chǎng)，這一點(diǎn)回顧起來的確讓人有點(diǎn)迷惑不解，因?yàn)橐壕э@示確實(shí)是一個(gè)非常有用的產(chǎn)品。LCD本身工作的基本原理就象是一個(gè)光閥，它使用前面講過的陣列尋址技術(shù)。反射的變化根據(jù)環(huán)境光線而變化，使用透射型的顯示模塊用它自身的光源，反射型既可使用環(huán)境光源，也可使用內(nèi)置光源。液晶對(duì)于溫度、振動(dòng)和晃動(dòng)十分敏感，這些都是LCD在惡劣環(huán)境下使用必須考慮的因素。LCD得名于構(gòu)造它的液態(tài)晶體。它是一種包含棒狀分子的油性物質(zhì)（氰聯(lián)苯），它通過本身沿電場(chǎng)方向排列（極化）對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生響應(yīng)來通光或阻光以產(chǎn)生圖像。最常用的平面液晶板是90度扭轉(zhuǎn)向列場(chǎng)效應(yīng)LCDs（TN-LCDs）。在沒有對(duì)給定象素施加電壓（電場(chǎng)）時(shí)，液晶的棒狀分子排列成0度，當(dāng)施加電壓時(shí)，它們逐漸地經(jīng)過液晶膜旋轉(zhuǎn)直至達(dá)到90度。第12章 數(shù)字圖象處理：海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中的經(jīng)歷摘要19901991年在伊拉克和美國武裝部隊(duì)控制的聯(lián)合部隊(duì)之間的西南亞沖突中，由數(shù)字成象和數(shù)字地面數(shù)據(jù)發(fā)展成的產(chǎn)品應(yīng)用變得很明顯。聯(lián)合部隊(duì)的成功部分原因是他們能看到他們作戰(zhàn)的戰(zhàn)場(chǎng)。數(shù)字產(chǎn)品的成功使用突出了系統(tǒng)的兼容性、信息的傳輸和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)等問題。數(shù)字產(chǎn)品的發(fā)展和使用的前景是光明的，并且必然要延伸到民用工程領(lǐng)域中。引言現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，你必須知道你所處的位置，你的部隊(duì)部署的信息，你的敵人的位置和敵方軍隊(duì)部署，以及你們雙方占領(lǐng)的地面軍事地形。這種軍事地形包括有關(guān)該區(qū)域地形的基本信息，由于人類活動(dòng)引起的地球表面的變化以及天氣對(duì)地形和人文景觀的潛在影響。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，你必須很快地收集這一信息，因?yàn)樽兓欤灰坏┠惬@得了所需的信息，你必須快速地將其傳播到所有要進(jìn)行戰(zhàn)斗的地方。在最近的、以美國為首的聯(lián)合部隊(duì)與伊拉克軍隊(duì)之間的西南亞戰(zhàn)爭(zhēng)中，對(duì)聯(lián)合部隊(duì)軍官來說，大部分重要地區(qū)是去不了的由于敵人占領(lǐng)或敵方自然因素或地域太寬闊而不便進(jìn)攻。有關(guān)該地區(qū)的詳細(xì)信息十分有限；即使有，其準(zhǔn)確性也很勉強(qiáng)。重要的通用數(shù)據(jù)已經(jīng)收集了并做成電子文件和實(shí)際文件，但只有少量數(shù)據(jù)已經(jīng)變換成很快可用的數(shù)據(jù)，甚至是有用的信息，這就是負(fù)責(zé)描繪19901991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)地形的那些人面臨的挑戰(zhàn)。本文的目的是回顧一下海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間美軍所使用的數(shù)字成象技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品，討論美軍在使用這一數(shù)字信息過程中所遇到的問題并從軍事技術(shù)創(chuàng)新角度預(yù)測(cè)將來軍事，也可能是民用副產(chǎn)品方面的應(yīng)用。討論集中在地形分析和智能應(yīng)用這兩方面，雖然這兩者是難于分開的。我不會(huì)涉及專用武器系統(tǒng)。出于本文的考慮，我將考慮與那些行動(dòng)相關(guān)的軍用數(shù)字圖象處理或從直接產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳感器得到的信息或從非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的信息。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)1990年8月2日，當(dāng)薩達(dá)姆侯塞因的伊拉克軍隊(duì)從伊拉克邊境入侵科威特時(shí)，美國中央總部的策劃者經(jīng)多年的積累掌握了有關(guān)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灣的地區(qū)，也靠近建筑物多的地區(qū)；當(dāng)然，正如前邊提及的，這種信息自然就是一般的，并且對(duì)策劃軍事行動(dòng)的價(jià)值很小。到了1991年2月24日，當(dāng)聯(lián)合部隊(duì)跨越沙特科威特和沙特伊拉克邊境發(fā)起地面進(jìn)攻時(shí)，一陸軍軍官說，他知道他們前沿陣地的任何事情，除了占領(lǐng)陣地的士兵們的名字之外。當(dāng)伊拉克軍隊(duì)進(jìn)入科威特時(shí)，在美國中央總部（CENTCOM）上將施瓦辛格的大本營中的分析家們，在他們的各種兵力部署圖上和1級(jí)數(shù)字化地形高度數(shù)據(jù)（DTED）上（3弧秒點(diǎn)間隔），將該區(qū)域的某些部分覆蓋上，并對(duì)有關(guān)運(yùn)輸能力和時(shí)刻要準(zhǔn)備的水源作專門涂敷。大多數(shù)地圖都標(biāo)注日期，并配上少量數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在美國中央總部的文件中有覆蓋中東地區(qū)的，從LanaSat成象系統(tǒng)和衛(wèi)星定位跟蹤系統(tǒng)獲得的圖象。部署到沙特阿拉伯的部隊(duì)也可以訪問從國防部氣象衛(wèi)星、商業(yè)氣象衛(wèi)星、商業(yè)和軍事通信衛(wèi)星來的數(shù)據(jù)，也可以通過軍用全球定位衛(wèi)星去訪問定位數(shù)據(jù)。幾個(gè)月以后，當(dāng)行動(dòng)明顯地應(yīng)該從占領(lǐng)科威特沙特邊境南部幾條公路延伸到考慮攻入科威特和伊拉克時(shí)，就特別需要詳盡的信息。各種類型的內(nèi)務(wù)源都用于修改現(xiàn)有的1:50000比例地形圖，并在照片地圖不可用的地方制作出照片地圖。新的道路，村落以及當(dāng)要發(fā)動(dòng)進(jìn)攻時(shí)最為重要的伊拉克防御工事都必須指出。為了支持命令和控制系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)，數(shù)字化光柵圖形紙制地圖的數(shù)字化表示要通過對(duì)現(xiàn)有和新的地圖掃描而得到。由于大范圍使用定位導(dǎo)航設(shè)備，戰(zhàn)爭(zhēng)翻開了新的一頁。在戰(zhàn)區(qū)中可以訪問的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星允許所有人使用接收器，在他們實(shí)際地面位置30米的誤差內(nèi)指出他們的位置。軍方為個(gè)人、車輛和部隊(duì)提供這些接收器（很多戰(zhàn)士寫信給家里，希望在本地購買商業(yè)產(chǎn)品）。這自然把重?fù)?dān)放在要保證地圖精確性的地圖供應(yīng)商身上了。用航空成像技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品要描繪相同的畫面給部隊(duì)看。這大概是軍事史上的第一次，他們知道他們?cè)谀睦?，并希望所看到的地圖與真實(shí)景物一樣。數(shù)字產(chǎn)品與以前的大多數(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)不一樣，對(duì)伊拉克作戰(zhàn)的地面部隊(duì)（也包括從空中來的）有了準(zhǔn)備使用這些產(chǎn)品的特殊機(jī)會(huì)，這有助于指導(dǎo)他們的軍事戰(zhàn)斗行動(dòng)。每個(gè)兵種，無論是空軍、步兵、裝甲兵、炮兵或工程兵都需要專用的數(shù)字和模擬智能產(chǎn)品，并立刻需要它們。當(dāng)伊拉克加強(qiáng)了他們的防御工事，以及后來空戰(zhàn)摧毀這些防御工事時(shí)，對(duì)信息的需求也增加了。數(shù)字圖象處理的核心是需要基本的地形數(shù)據(jù)。防御地圖代理（DMA）最初提供了地形高度數(shù)據(jù)DTED；地形工程中心（TEC）和防御地圖代理提供了臨時(shí)地面數(shù)據(jù)（ITD）：表面結(jié)構(gòu)上的無符號(hào)中心線、表面材料、植被、障礙、運(yùn)輸和地面排水系統(tǒng)以及其他地面各種覆蓋物的數(shù)字化表示（1990，防御地圖代理）。這就要求開發(fā)出基本地面智能數(shù)據(jù)并將其與數(shù)字成象和數(shù)字化模擬信息合并到一起，以產(chǎn)生對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)指揮官有用的輸出結(jié)果（圖12-2）。如果沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)室或基本設(shè)備的數(shù)字信息合并的主要技術(shù)障礙，這種挑戰(zhàn)就只能向散布在北沙特阿拉伯的無數(shù)作戰(zhàn)部隊(duì)提供一種功能了，而在成為戰(zhàn)場(chǎng)的200300平方英里內(nèi)，每個(gè)部隊(duì)都有不同的任務(wù)。每個(gè)部隊(duì)都希望自己做分析并集中在大多數(shù)直接影響他們戰(zhàn)斗的那些戰(zhàn)場(chǎng)方面。地形工程中心與其他幾個(gè)軍種和國防部合作，為戰(zhàn)場(chǎng)上的部隊(duì)開發(fā)出能產(chǎn)生所需信息的軟件和系統(tǒng)（很多還是在研究和開發(fā)之中）。各級(jí)長(zhǎng)官所在的大本營需要一種處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能處理所接收的數(shù)據(jù)，并能克服由于戰(zhàn)場(chǎng)的自然條件形成的空間和環(huán)境限制。在更高層的大本營（戰(zhàn)區(qū)，軍種和軍團(tuán)級(jí)），為分析專家提供的是數(shù)字地形支持系統(tǒng)樣機(jī)。這些基于小型計(jì)算機(jī)的獨(dú)立系統(tǒng)包含他們自己的地圖信息系統(tǒng)以及用戶易于使用的、用于準(zhǔn)備輔助戰(zhàn)術(shù)決策（TDAs）的大量實(shí)用工具。提供給軍團(tuán)級(jí)大本營的是成象開發(fā)系統(tǒng)和分析照相制圖定位系統(tǒng)（APPS），它們能把圖象連接到精確的目標(biāo)坐標(biāo)上。地形部門裝備的是運(yùn)行地球資源數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ERDAS）軟件（USAETL.1991）的Sun工作站。由于軍團(tuán)級(jí)以下的部隊(duì)機(jī)動(dòng)性很大，就將帶有由美國軍事學(xué)院和地形工程中心（TEC）開發(fā)的、兩個(gè)基于DOS的系統(tǒng)，TERRA-BASE，以及由軍事水路實(shí)驗(yàn)站開發(fā)的強(qiáng)化軍隊(duì)機(jī)動(dòng)性模型系統(tǒng)（CAMMs）的微型計(jì)算機(jī)，分配給400多個(gè)美國軍隊(duì)、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、英國和加拿大部隊(duì)。專用膝上的、基于DOS的系統(tǒng)也投入使用。用上面的硬件系統(tǒng)和軟件的組合，得出了很多種能使戰(zhàn)斗指揮官看到戰(zhàn)場(chǎng)的輔助戰(zhàn)術(shù)決策系統(tǒng)。地形高度數(shù)據(jù)DTED和臨時(shí)地面數(shù)據(jù)ITD，在各級(jí)都用于生成地面及帶有其特征的三維地形圖形、視距輪廓、跨國機(jī)動(dòng)性分析、地面掩蓋以及各種可視工具，如可在地面三維高度顯示中增強(qiáng)效果的Landsat成象技術(shù)。衛(wèi)星定位和跟蹤系統(tǒng)SPOT和Landsat成象數(shù)據(jù)也在微型計(jì)算機(jī)上儲(chǔ)存和加工。每種產(chǎn)品都為專門用戶做加工處理，它們不僅要反映高級(jí)大本營提供的數(shù)據(jù)，也要反映本地（例如，由部隊(duì)自己偵察得到的結(jié)果）產(chǎn)生的增值數(shù)據(jù)（1991，莫尼）。為提供快速反應(yīng)能力，Sun工作站使用了膠片寫入器，來為作戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的地圖照片產(chǎn)生壓縮膠片。為滿足這一類需求和采用一種系統(tǒng)，陸軍、空軍和國防部開發(fā)了幾種使用數(shù)字圖象和數(shù)字信息的專用程序。投影飛行地毯為所選定的軍官，通過使用由國防高級(jí)研究計(jì)劃局SIMNET課題開發(fā)的地面可視技術(shù)，提供對(duì)禁飛區(qū)進(jìn)行模擬空中飛行的能力?！帮w行地毯”可被用于計(jì)劃潛入這些地區(qū)。地形工程中心TEC為特種部隊(duì)開發(fā)了一種地面覆蓋產(chǎn)品，此產(chǎn)品所顯示的區(qū)域可以或不能從指定的位置上看到（1991，USAETL）海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中的主要技術(shù)進(jìn)步之一，是推出了用于確定移動(dòng)敵方目標(biāo)的聯(lián)合監(jiān)視目標(biāo)采集雷達(dá)系統(tǒng)（JSTARS）。JSTARS空中平臺(tái)收集去除背景噪音的雷達(dá)信息。與雷達(dá)成象一起開發(fā)和考慮的是數(shù)字特性的數(shù)據(jù)，用于在一幅地圖上產(chǎn)生顯示敵人行動(dòng)的圖象（1992 ，USAF）。第13章 虛擬現(xiàn)實(shí)及其應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)可以描述成人類與計(jì)算機(jī)之間一個(gè)非常特殊的交互過程。在許多虛擬現(xiàn)實(shí)中，人們戴上一個(gè)“頭置顯示裝置（HMD）”眼鏡、護(hù)目鏡或在眼前放置一個(gè)小屏幕的頭盔。裝備上一個(gè)將計(jì)算機(jī)與HMD連接起來的跟蹤系統(tǒng)以及某種導(dǎo)航工具，比如3D鼠標(biāo)、操縱桿、或高科技手套，此時(shí)一切就緒，可以開始計(jì)算機(jī)探險(xiǎn)了。一旦進(jìn)入虛擬世界，人們就可以從前面、上面、下面和后面看到計(jì)算機(jī)圖像。探險(xiǎn)者就可以完全體驗(yàn)到進(jìn)入計(jì)算機(jī)圖像中的視覺感受?，F(xiàn)在我們常見的系統(tǒng)始于1960年。最早實(shí)際使用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)之一就是供飛行員使用的、軍界開發(fā)的頭置顯示裝置。當(dāng)研究人員一致贊同在發(fā)掘虛擬現(xiàn)實(shí)潛力之前仍有漫長(zhǎng)的道路要走時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)已開始在軍事、娛樂、教育和商業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用。在教育領(lǐng)域，人們期待著虛擬現(xiàn)實(shí)能急速增長(zhǎng)。象華盛頓大學(xué)和北卡大學(xué)這樣的大學(xué)已在虛擬現(xiàn)實(shí)的研究、其物理影響和實(shí)際應(yīng)用上投入資源。在教育上的下一步工作就是用它來改進(jìn)學(xué)習(xí)過程和建立新的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)所產(chǎn)生的興奮和動(dòng)力激發(fā)了那些具有遠(yuǎn)見的教育家們的想象力，他們認(rèn)識(shí)到在基于計(jì)算機(jī)教育中虛擬現(xiàn)實(shí)將是下一個(gè)合理的步驟。在商業(yè)應(yīng)用中，虛擬世界和商業(yè)在由通過華盛頓大學(xué)發(fā)起的VWC（虛擬世界聯(lián)盟）中相互交錯(cuò)。如果現(xiàn)在的預(yù)測(cè)者認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)作為功能強(qiáng)大的學(xué)習(xí)工具是正確的話，未來在商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域的培訓(xùn)，將充分利用這最好的可視學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)。人機(jī)接口的問題依然存在。物理設(shè)備還比較笨重且用起來不舒服，而且技術(shù)上會(huì)使身體不適，比如惡心、頭痛及暈眩。具有合適內(nèi)容的技術(shù)集成仍需進(jìn)一步完善。虛擬現(xiàn)實(shí)的高端產(chǎn)品仍十分昂貴。制造商們將很快為市場(chǎng)提供高質(zhì)量、超輕頭置顯示裝置。期待使用虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)在的高性能視覺效果的企業(yè)，將像現(xiàn)在購買電子制表或字處理應(yīng)用軟件一樣，購買現(xiàn)成的虛擬現(xiàn)實(shí)程序。任何想要投入到虛擬現(xiàn)實(shí)的企業(yè)均可以用當(dāng)今的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。第14章 關(guān)于千兆位以太網(wǎng)在基于快速以太網(wǎng)（100BASE-T）技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備得到發(fā)展和廣泛使用之后，自然地產(chǎn)生了千兆位以太網(wǎng)。在100BASE-T發(fā)展期間，業(yè)界中的分析家、觀察家和商家就有很多預(yù)測(cè)，說這種新技術(shù)有多快會(huì)被接受，它是真正需要還僅僅是感覺有這種需要。然而，一當(dāng)100BASE-T標(biāo)準(zhǔn)完成，廠家立即掀起一個(gè)生產(chǎn)該產(chǎn)品的狂潮。使用100BASE-T的價(jià)格很快降了下來，并且悄然使用100BASE-T設(shè)備的勢(shì)頭在飛速地發(fā)展著。這種狀況對(duì)加入的供應(yīng)