计算机设计毕业论文15篇大数据应用背景下的超级计算机设计Word文件下载.docx
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相比于传统计算机来说,超级计算机在性能方面具有显著优势,可以为大数据提供高效的计算以及处理服务。
超级计算机早在二十世纪七十年代初就已被很多国家作为了一种战略性资源而进行使用,在国家经济建设、国防安全、社会发展、科学研究等方面得到了广泛的应用,并作出了极大的贡献,因此现阶段,超级计算机技术基本已经成为了衡量国家科技水平以及国防力量的重要指标之一。
天河二号超级计算机是由我国国防科学技术大学研制而成的,它实现了每秒钟三点山九亿亿次的浮点运算速度,并以此成绩蝉联五次夺得全球运行速度最快超级计算机奖项。
但是,超级计算机虽然具有如此高效的运行速率,它仍然只能在自己所擅长的以科学与工程运算为主的领域中发挥作用,例如一些计算密集型的任务中。
此外,超级计算机具有计算模式单一的特点,它的处理过程通常由批量处理计算、流式运算、迭代运算、图运算等数据密集型运算方式组成,因此传统上的超级计算机很难直接被应用在大数据的计摘要在大数据应用时代背景当中,超级计算机迎来了前所未有的挑战,这些挑战主要体现在数据的计算、存储、通信以及编程方面,因此基于大数据的实际特征以及需求来设计一个超级计算机系统是十分有必要的。
关键词大数据应用背景超级计算机数据处理算以及处理中。
1如何基于大数据特征以及需求进行超级计算机设计
显而易见,大数据的出现给人类技术带来了极大的挑战,而超级计算机具有十分强大的计算能力以及极其高效的数据处理能力,它将海量的信息高度集中在自己的系统当中,并通过工具媒介、数据存储等多元化角度对这些庞大的数据进行处理、分析以及应用,由此可见,不同的超级计算机在对信息处理以及计算时所呈现出的性能水平也是有所差异的。
我们之所以要通过超级计算机来实现高性能数据计算,主要目的就在于提升数据计算效率,并通过对大数据的应用来增强通信效率。
在本文中,笔者将围绕硬件和软件两个层面来设计大数据应用背景下的超级计算机。
1.1硬件体系结构
信息量大以及操作简单是大数据应用的显著特征,大数据应用能够确保计算指令维持在一个相对来说较低的状态,实际上间接增加了数据访问所需的成本,由此可见,在使用超级计算机管理大数据的过程中主要存在的问题在于数据吞吐率与数据计算效率之间的失衡性。
针对这一问题,我们可以重点以两个切入点进行解决,一是针对片上缓存实施彻底优化处理。
大数据应用指令等级相对较低,跳转频率较高,且不具备充分的局部性,再加上大数据通常只能使用一次,我们可以基于上述特点来降低指令缓存,并构建一个连接处理器与二级缓存的通道,以确保数据吞吐率与计算效率之间的失衡状态得到相对改善;
二是提高大数据计算能力。
在大数据的影响下,信息逐渐呈现出高密集化状态,这使得传统的处理器已无法满足信息处理需求。
因此必须通过超级计算机来部署一个具备良好实时性的处理器,其中异构并行处理器是一项很好的选择,具体来说,也就是把R档募铀倨鞯既胫镣ㄓ么理器核心当中,在加速器的推动作用下,使数据处理过程中能够实现数据并行的效果。
大数据应用过程中,对于数据的处理频率相对较高,因此必须想方设法改善节点计算效率并强化通信效率。
顾名思义,大数据就是代表庞大的数据信息量,因此相应的储存模式也较为复杂,种类繁多,其中最为常见的数据储存模式为集中式存储模式以及分布共享式存储模式。
为了较好地应对大数据通信频率较高这一问题,必须通过合理的手段来提高节点与节点或与设备之间的连接效率以及。
对上文内容进行总结后得知,要想有效解决大数据应用中存在的问题,其中最关键的环节在于加大互联通信技术层面的研究开发力度,提高在节点连接效率优化方面的研究力度,一般可以通过两种方式来实现,一种为研发一款软硬件结合的多借口网络芯片,另一种为通过光互连技术来改善数据传送过程中的问题。
1.2硬件体系架构
在大数据中包含着海量的结构化数据、非结构化数据以及半结构化数据。
这三种数据类型对应的存储方式也各不相同,结构化数据通常使用数据库结构实现存储,而非结构化以及半结构化数据的存储则更多地以依靠于不同文件与系统之间的协调与配合来实现。
数据处理与数据计算是两个完全不同的过程,在数据计算的过程中,当数据加载已经结束时,则需要对各系统之间的交互频率进行合理地调整和控制,所以说应该选择单一的分布式文件系统来实现。
而针对大数据的处理方式则相对来说更为丰富,同时也更加复杂,其中使用频率最高的数据处理方式有图处理以及批处理两种,这样据必须得到不同文件与系统之间的良好配合已结支持。
由此可见,在设计超级计算机时,单一的文化系统完全不能满足计算机运行需求,应将多种文件组合在一起进行超级计算机系统的设计。
通过对非结构化数据的存储模式进行深入研究后可以发现,它所使用的存储结构通常为分布式文件系统。
为了能够进一步提升大数据的处理效率,Google对大数据储存的文件系统进行了一定的创新,在原有基础上设计了一款具有扩展功能的GFS文件系统,创新后的文件系统在对应用层的运用下实现了对控制流以及数据量进行分离的目的,可以说是一个真正意义上的分布式文件系统,即使面对规模庞大的数据信息,该文件系统也能够实现高校的储存以及处理。
GFS文件系统由以下三个基本部分构成,分别为若干块服务器、单一的主控服务器以及客户端。
本论文以GFS文件系统为出发点,对目前已研发上市且具有代表意义的阿里巴巴分支ADFS系统进行了分析。
在阿里巴巴的ADFS系统中,主要针对HDFSNameNode在使用过程中暴露出来的单点故障以及内存不足等一系列问题实施优化,工作原理主要为将内存中不属于热点范围内的数据转移至外部数据库当中,通过这种方式来缓解NalneNode所承受的内存压力,从而提升数据的处理质量以及效率。
而在对半结构化数据以及结构化数据进行研究后发现,半结构化数据以及结构化数据在存储方式上有着十分显著的共性特征,他们通常都优先选择数据库以及分布式表结构作为存储方式,只有一些结构相对较为简单的半结构化数据更倾向于选择Key/Value分布式系统,其中较为典型的为亚马逊公司的Dynamo系统以及Facebook的Cassandra系统,亚马逊的Dynamo主要是运用Key/Value作为数据存储模式,这一存储模式相比于其它模式的优点在于具有强大的可扩展性以及可用性。
Facebook的Cassandra系统同样也是采用Key/Value作为数据存储模式,通过对这一存储模式的运用进一步实现了数据存储可扩展性以及一致性的增强。
2大数据时代应用背景下编程模型的设计
在大数据时代@一背景下,编程模型所面临的挑战也是日益凸显出来,传统的编程模型也开始表现出一定的动力不足趋势,并无法满足大数据的编程要求,为了有效解决这一矛盾,必须基于大数据的特征以及需求来设计一种有别于传统编程模型的全新的编程模型。
大数据时代下的编程模型必须满足简单易操作的基本原则,并在此基础上尽可能提高性能水平,构建一个清晰明确的编程抽象,确保程序员的编程工作能够更加顺畅,在这一过程中,程序员并不需要关注程序在集群中运行的具体状态以及情况,只需要针对每一项问题进行一一解决即可。
在新的编程模型中,程序员的主要工作与任务在于关注一切有待解决的问题,以此来确保编程过程中各项任务的清晰化、明了化,同时还可以使代码后期的维护管理工作得到极大程度的简化,使程序员的工作更加方便、简洁、高效。
此外,在构建编程模型时还应考虑到系统数据计算能力以及处理能力提升的目的,我们不仅要确保程序能够在集群上实现高效稳定的运行,同时也要保证不同类型的作业与任务能够在集群上并发运行,这样可以大大提高集群内部资源的共享有效率。
但是在这一模型下,我们也会面临许多新的问题,需要后期通过探索与研究进行慢慢攻破,例如如何有效处理异构性问题、如何提升本地数据的有效利用率等。
因此在基于大数据应用背景下进行新编程模型构建的同时,我们的考虑内容不能过于单一,必须综合衡量各方面的影响与利弊,在此基础上作出适当的取舍以及判断,从而构建一个简单、便捷、可靠、高效的大数据编程模型。
为了使效率得到进一步提升,超级计算机一般来说都会选择应用并行编程模型,例如OpenMP以及MPI,其中,OpenMP通常会与共享存储模式的融合而被广泛地应用在对称多处理器等架构的相关设备当中,而MPI所涉及的编程模型则相对来说更为复杂,一般来说需要在切换至信息通信计算模型下,要求编程工程人员针对所有的程序问题根据一定的规则进行一一分类,随后再将这些分类号的问题映射至分布式进程集合当中。
OpenMP以及MPI等并行编程模型并不适用于大数据的计算以及处理过程中,因此一些规模较大的互联网企业会根据自身公司的实际情况以及需求来研制具有针对性的大数据处理模型,这样一来不仅可以使工作人员的工作效率得到提升,同时也在很大程度上促进了大数据应用的有效实现。
3结语
综上所述,在大数据应用背景之下,对于超级计算机的设计可以适当导入一些高效模块结构,例如多核结构以及众核结构等。
此外,宽带网络速度的提升也有利于超级计算机运行速度的改善,为其提供基本的保障条件。
总而言之,在大数据时代背景之下,要想使数据处理以及计算速率得到有效提升,超级计算机的应用是必然的趋势所在,并取消以往计算机系统中的计算密集模式,取而代之的是数据密集模式。
笔者相信在大家的共同努力之下,大数据应用背景下的数据处理以及计算问题自会得以有效解决。
以计算机设计技术为“基因”的微课设计
摘要:
中国大学生计算机设计大赛是国内非计算机专业设计领域的最高水平赛事,分设软件应用与开发类,微课类等十大类。
本文以2016年微课类的获奖作品《基于微分方程的犯罪动机分析》为例,详细阐述以计算机设计技术为“基因”的微课设计思路及制作方法,微课中微视频制作需注意的问题。
关键词:
计算机设计技术;
微课设计;
微视频;
基因
一、引言
微课是指按照新课程标准及教学实践要求,以视频为主要载体,记录教师在课堂内外教育教学过程中围绕某个知识点或教学环节而开展的精彩教学活动全过程[1]。
微课作为基于网络的全新快餐教学模式得到广泛的认可和推广,微课的理论、设计、开发与实践应用研究成为众多教育工作者研究的热点。
近年来,广大中小学教师及高校教师在微课的探究实践上开展了大量的研究工作,并取得了一定的教学成果。
范建丽[2]等深入分析“互联网+”时代高校微课发展的对策及应用;
余胜泉[3]等基于微课设计、教学信息描述、微课聚合和开发模式,提出了基于学习元的微课设计思路;
祁博[4]从微课的优势及计算机基础教学的特点出发,详细分析微课在计算机基础教学中的应用。
这些微课研究主要是在“纯粹”性的微课设计基础上,以传统教学加之DV录像,旨在讲述知识,但微课设计方法不够新颖,无法充分调动学生的积极性。
目前未有关于中国大学生计算机设计大赛微课类作品设计指导报道。
本文以2016年中国大学生计算机设计大赛微课类获奖作品《基于微分方程的犯罪动机分析》为例,全面介绍以计算机设计技术为“基因”的微课设计方法和流程,详细阐述设计方法的创新点,为高校学生参与中国大学生计算机设计大赛微课类比赛提供指导。
二、计算机技术
1.MicrosoftOfficePowerPoint2010
(1)软件介绍
PowerPoint2010是Office办公软件中的演示文稿软件,用于制作演示文稿和放映幻灯片,能够有效清晰地展示信息[5]。
(2)在微课制作过程中作用
在微课件的制作过程中,首先利用PowerPoint2010制作简单演示文稿,再次利用工具栏中的字体功能,smartart功能,动画功能等将演示文稿的字体大小,图表布局及播放效果设计成自己所需的样式,美化演示文稿。
(3)软件操作
微课件完善大致经历五步:
字体修改,段落修改,文本框格式设置,背景设置,动画设置。
以《基于微分方程的犯罪动机》为例将较难掌握的段落修改,文本框格式设置,动画设置具体操作过程作以阐述。
①段落修改包括对行距及首行格式的修改,首先在开始工具栏中选择段落组栏,然后点击段落组栏右下角的箭头,最后根据界面提示依次选择所需的行距及首行格式,段落修改界面如图1所示。
②文本框格式设置是对微课件中的案例进行逻辑分块,使问题更加清晰,演示文稿界面更加美观。
图2为《基于微分方程的犯罪动机分析》中使用文本框格式设置的界面效果。
其具体操作步骤:
首先在插入工具栏中选择文本栏,在文本栏中选择文本框输入所需文字,再选择格式工具栏,对文本框进行修改。
③动画设置是对演示文稿中的文字图片等播放效果及顺序进行处理,使幻灯片按照期望播放。
首先选择动画工作栏,然后打开动画窗格,根据提示选择符合要求的动画效果。
2.视睿录屏剪辑软件
视睿录屏剪辑软件是基于触摸屏操作的微课软件,适用于课堂教学素材录制,能够完成录屏、编辑、一键导出保存等强大的互动教学视频制作与编辑演示。
在微课制作过程中,该软件以麦克风为辅助,将已经做好的微课件在电脑上进行视频录制及配音。
首先将要进行录制视频的微课件打开调整为播放模式,然后将睿录屏剪辑软件打开,选择屏幕录制功能,接下来根据界面提示完成视频录制工作。
3.Aegisub字幕制作
Aegisub是一款高级字幕制作编辑工具,完整支持Unicode,也支持超过30个地区的语言编码(ex:
Big-5、GB2312、Shift-Jis)。
微课制作过程中,利用该软件制作剪辑视睿录屏剪辑软件所录制的视频中的配音字幕。
首先确定微视频中每一段配音的时间间隔及画面,然后在Aegisub字幕制作软件中的设置字幕输出格式,然后设置时间点及字幕。
比如将“各位同学们,大家好”这句话设置在00:
01:
56.29至00:
02:
00.00时间段,首先,在文本输入栏输入“各位同学们,大家好”,然后在时间栏的开始位置设置00:
56.29,结尾位置设置00:
00.00,如果需要对字体进行修改,可在字体栏根据需要进行修改,最后将最终字幕以*ass格式保存,字幕处理界面如图3所示,在整个微视频中的字幕设置方法同上所述。
4.魔影工S
魔影工厂是一款使用简单的全能格式转换工具,它是海外流行的视频格式转换软件WinAVI面向中国用户推出的官方中文版。
具有广泛的格式与移动设备支持、最完善的视频格式支持、真正高速的转换过程。
将配音字幕利用该软件导入视频中,利用该软件将视频进行剪辑及合辑。
首先选择魔影工厂的字幕功能,再将Aegisub字幕制作软件所完成的字幕导入,这就完成了给微视频匹配字幕的所有任务。
接下来根据微课所需,利用魔影工厂的视频剪辑功能对微视频做最后的修剪(比如微视频时长,格式等),以达到赛事要求。
三、设计流程
好的微课,都要经过确定课题,制作教学设计,制作微课件,制作微视频,布置微习题五个步骤。
其中,确定课题与制作教学设计是前提和基础,制作微课件是关键,制作微视频是核心,布置微习题是保障。
现以计算机技术“基因”为基础,以《基于微分方程的犯罪动机分析》为例详细阐述其制作过程。
1.教学设计的制作
(1)设计动机
根据中国大学生计算机设计大赛微课类比赛相关要求及微课内容特点,教学设计将教学诸要素有序安排,确定合适的教学方案设想和计划。
教学设计是微课《基于微分方程的犯罪动机分析》的基础,是后续工作的前提。
因此,做好教学设计将对微课的走向作以简单的规划,从而达到掌控全局的作用。
(2)成果展示
以计算机设计技术为“基因”的微课教学设计既要体现出微课的特点,又要体现创新性。
下面是该类型微课教学设计的基本流程。
①选题
微课的教学内容以“精短”为特色,因此选择微课内容一定要以基础性,典型性,可推广性为基准,突出特色,形成一条线式的教学思路,使得微课这种快餐式教学模式能够达到预期目标。
②教学对象分析
微课最终要为广大学习者服务,它能够借助于PC手段得以广泛的传播,因此在制作微课时,要充分考虑学习者的心理认知,知识储备等实际情况,从而确定合适的教学对象。
利用计算机技术,我们可以尽可能的设计出各类学习者所需要的知识传输模式,从而更符合各类学习者学习需求。
③教学内容分析
由于微课所具有的“快餐”式教学特征,知识点针对性强,因此设计者应当在对教学对象进行充分分析后,合理安排重难点,将微课所涉及的知识点进行罗列,由简单到复杂,由具体到一般,循序渐进,达到“快餐”抵饱效果。
以计算机设计技术为“基因”的微课能够利用技术手段将微课内容设计的更加形象化,对教学内容的有效传播起到事半功倍效果。
④教学目标分析
教学内容分析中指出,微课知识点针对性比较强,因此教学目标的设置应当在三维目标的指引下,更加具体细化,这样才能体现出微课的教学特色,从而达到微课所具有的即学即懂教学目标。
⑤教学策略设计
以计算机设计技术为“基因”的微课设计,因其微视频界面美观,在知识点处理上可以利用计算机技术进行美化等因素,因此可以利用这些积极因素来吸引学习者,激发学习者的学习积极性。
⑥教学设计实践
在以上5点具体分析的指导下,以《基于微分方程的犯罪动机分析》为例制作教学设计,现把该教学设计传入XX云盘。
⑦教学反馈分析
实践是检验真理的唯一标准,作为微课也不例外,由于微课广泛传播性,我们应建立线上线下回馈机制,积极收集学习者的学习反馈建议,进行充分分析并加以改进,才能够使得微课具有鲜活强大的生命力。
通过信息反馈,我们可以对基于计算机设计技术基因的微课与一般微课作以比较如表1。
2.微课件的制作
(1)制作动机
微课件就自身作用来说,可以帮助学生更好的融入教学环节,激发学生学习积极性,从而更好的实现学习目的。
微课件在本文的《基于微分方程的犯罪动机分析》中处于关键环节,具有承前启后的作用,它是将教学设计的内容再一次的精化,从而有利于后期的视频录制。
在教学设计的基础上,利用MicrosoftOfficePowerPoint2010制作微课件,微课件界面如图4所示。
3.微视频的录制及后期处理
微视频是微课最终的产物,微视频决定着微课整体内容的质量。
微视频在本文的《基于微分方程的犯罪动机分析》中居于核心地位,具有牵一发而动全身的作用。
首先利用视睿录屏剪辑软件和麦克风将微课件录制为有声视频,接着利用Aegisub字幕制作软件将录制的视频中的配音加入字幕,最后利用魔影工厂软件将字幕导入,进行视频合辑。
具体操作方法在上述计算机技术中已作介绍。
由于微视频不能在文章中展示,现把视频传入XX云盘。
4.微习题的布置
微习题继教学设计,微课件,微视频之后,在本文的《基于微分方程的犯罪动机分析》中处于保障作用,保障教学环节的完整性,保障学习者的学习效果。
四、微课未来的发展方向分析
微课从初始的定义“针对某教学环节和知识点的新型教学资源”到“以视频为主要载体记录教师围绕某个教学环节或知识点开展的简短、完整的教学活动”再到目前兴起的“一种针对某个教学环节或知识点的情景化、支持多种学习方式的新型在线网络视频课程”,微课大体沿着“微课构成要素―微课实施过程―新型PC微课”轨迹发展,不难看出,由于计算机设计大赛的不断推广,一种新型的以计算机设计技术为基因的微课即将发展起来[6]。
但是目前我国高校教师及中小学教师在微课研究方面多以传统制作方式为主,以计算机为基因的微课设计方法还未成为主流,这就使得在微课这种“快餐式”教学活动不能完全发挥作用。
因此,作为微课设计者,根据本人心得体会,有两点建议:
①建立健全微课反馈机制:
在核心内容“微视频”及其他辅助性材料齐全的情况下,要提高创新意识,正确处理好微课建设实施及效果反馈之间的关系,即利用计算机设计技术正确处理好微课中的授与受之间的关系。
②突出计算机使用能力,提高创新分:
从参与以计算机设计为基因的微课类比赛来讲,顾名思义,凸显出作品所体现出来的计算机技术含量尤为重要,这就需要在作品的制作过程中尽可能多的运用计算机完成,且要在技术上进行创新,慎用传统手段。
五、结语
以计算机设计技术为基因的微课设计将会成为主流,它符合当下以改革创新为核心的时代精神要求,在计算机设计大赛微课类赛事的推动下,高校教师及学生特别是师范类的教师学生将以此为契机,为我国的微课教育事业奉献出不可磨灭的力量。
以实训为核心的计算机设计软件课程教学革新
随着我国对文化创意类和设计艺术类专业发展的高度重视,计算机设计软件成为了实现技术与艺术平衡的关键。
应用技术型高校计算机设计软件课程应以现代设计市场需求为导向进行教学。
本文结合作者多年教学实践经验,主要从教学思维转换、课程内容更新及教学模式与方法改革三个层面来对设计艺术类专业计算机课程的教学改革与创新进行研讨,希望能做好应用技术型设计人才储备。
应用技术型;
设计艺术类;
实训教学;
设计软件;
实战案例分析法
1应用技术型高校设计艺术类专业计算机设计软件课程教学模式
《计算机设计软件》在应用技术型高校艺术设计专业课程设置中属于专业课。
应用技术型高校应以就业为导向,培养创新机制,拔尖创新人才,突出课程的职业定向性。
重技术、轻实训,重视“基本功”而忽视认知过程和实训过程的设计教育模式存在于多数
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