某研究所承担了一项宇航嵌入式系统的研制任务，本项任务技术难度大、可靠性要求高、进度要求紧，预计软件规模约在一万行以上。而该所原先承担的相关项目均是用汇编语言编写（软件规模较小，一般是几百行）。项目主管工程师将软件开发的论证工作分别布置给了王工和李工，要求他们根据本项目的技术要求，在一周内分别提出软件的实施方案。
①该宇航嵌入式系统由数据处理机、信号处理机及数据采集模块组成。信号处理机主要通过数据采集模块将大量不同时间周期的外部数据采集进来，进行预处理（如FFT变换）后提交给数据处理机；数据处理机根据功能要求完成各种计算处理工作，并将结果输出。为了达到数据处理机和信号处理机的标准化，这两类处理机均采用同种处理机的体系结构（如PowerPC7410）。整个系统工作的最大周期为1s，最小周期为5ms。数据处理机上任务分布如表12-16所示。

②一周后，王工和李工提交了各自的实施方案，其共同之处在于二者均提出采用操作系统及相应的软件开发环境。但是，王工和李工在选择什么样的操作系统及开发环境方面出现了较大分歧。王工的实施方案指出，为了满足本项目的技术要求，并有利于本所软件的长期发展，应选用具有硬实时处理能力的嵌入式实时操作系统及开发环境（如VxWorks）；而李工的实施方案指出，操作系统主要完成对计算机资源的管理与分配工作，考虑到人们对操作系统及软件开发工具的熟悉程度，本项目应选用具有大众化的、开发人员容易上手的嵌入式操作系统（例如，WindowsCE、Linux）。
③在两人争执不下的情况下，项目主管工程师组织了相关专家对王工和李工提交的实施方案进行了评审。最后，专家组一致认为王工的方案切实可行，操作系统的选型论证充分、客观，可以作为本所未来几年中相关项目的软件开发的基本环境。同时专家组还就具体实施选择嵌入式实时操作系统及开发环境产品时应着重考虑的相关问题提出了几点建议。

博学公司最近签订了一份控制系统软件的研制合同。合同技术要求如下：
①本控制系统的软件运行平台拟采用嵌入式实时操作系统，控制系统的工作周期为10ms，要求控制软件能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出。
②为了提高整个系统的可靠性，控制系统采用容错处理，即用两个相对独立的计算机承担相同的工作，通过交叉对比，实现控制的双余度管理；当任何一台计算机出现故障时，系统可以进行单余度控制。系统结构如图12-21所示。

③在10ms工作周期内的时间分配如表12-15所示。

公司总工程师将本项任务交付给项目主管李工程师实施，要求李工按双方合同要求完成本项目的策划、需求分析和方案设计工作，重点强调系统的可靠性要求，并特别提示：目前比较流行的嵌入式操作系统普遍采用可抢占式优先级调度策略，不能满足用户关于"能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出"的要求。

博学公司最近签订了一份控制系统软件的研制合同。合同技术要求如下：
①本控制系统的软件运行平台拟采用嵌入式实时操作系统，控制系统的工作周期为10ms，要求控制软件能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出。
②为了提高整个系统的可靠性，控制系统采用容错处理，即用两个相对独立的计算机承担相同的工作，通过交叉对比，实现控制的双余度管理；当任何一台计算机出现故障时，系统可以进行单余度控制。系统结构如图12-21所示。

③在10ms工作周期内的时间分配如表12-15所示。

公司总工程师将本项任务交付给项目主管李工程师实施，要求李工按双方合同要求完成本项目的策划、需求分析和方案设计工作，重点强调系统的可靠性要求，并特别提示：目前比较流行的嵌入式操作系统普遍采用可抢占式优先级调度策略，不能满足用户关于"能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出"的要求。

如图12-22所示为控制软件的数据流程关系，请根据本题给出的各个功能模块，填补其中的空缺处。

博学公司最近签订了一份控制系统软件的研制合同。合同技术要求如下：
①本控制系统的软件运行平台拟采用嵌入式实时操作系统，控制系统的工作周期为10ms，要求控制软件能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出。
②为了提高整个系统的可靠性，控制系统采用容错处理，即用两个相对独立的计算机承担相同的工作，通过交叉对比，实现控制的双余度管理；当任何一台计算机出现故障时，系统可以进行单余度控制。系统结构如图12-21所示。

③在10ms工作周期内的时间分配如表12-15所示。

公司总工程师将本项任务交付给项目主管李工程师实施，要求李工按双方合同要求完成本项目的策划、需求分析和方案设计工作，重点强调系统的可靠性要求，并特别提示：目前比较流行的嵌入式操作系统普遍采用可抢占式优先级调度策略，不能满足用户关于"能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出"的要求。

博学公司最近签订了一份控制系统软件的研制合同。合同技术要求如下：
①本控制系统的软件运行平台拟采用嵌入式实时操作系统，控制系统的工作周期为10ms，要求控制软件能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出。
②为了提高整个系统的可靠性，控制系统采用容错处理，即用两个相对独立的计算机承担相同的工作，通过交叉对比，实现控制的双余度管理；当任何一台计算机出现故障时，系统可以进行单余度控制。系统结构如图12-21所示。

③在10ms工作周期内的时间分配如表12-15所示。

公司总工程师将本项任务交付给项目主管李工程师实施，要求李工按双方合同要求完成本项目的策划、需求分析和方案设计工作，重点强调系统的可靠性要求，并特别提示：目前比较流行的嵌入式操作系统普遍采用可抢占式优先级调度策略，不能满足用户关于"能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出"的要求。

李工接到任务后，认为本项目比较简单，很快就安排3名技术人员分别负责数据采集/输出模块、数据处理模块和比较监控模块的编写。总工程师听到汇报后，认为李工的方案和安排不妥，理由是李工忽视了系统的可靠性要求，对系统需求的理解不够深入。为实现系统关于可靠性方面的需求：
①你认为在组织结构、人员分工、设计开发等方面应做出哪些安排和规定？
②请写出关于余度表决算法的考虑。

甲公司承担了一项为宇航系统配套生产高性能嵌入式计算机系统的任务，用户要求该系统要具有高速并发处理能力、低功耗、高可靠性，并可以有效地防止系统故障的蔓延。根据用户对本项目的要求，甲公司成立了软/硬件两个项目组，总体设计由硬件组承担，负责高性能嵌入式计算机系统体系结构设计，软件组负责确定软件的技术需求和应用软件开发平台的软件设计工作。
在处理器选型方面，硬件组王工与软件组张工在讨论采用哪种CPU体系结构方面发生争议。目前，流行的处理器结构包括单核结构、多处理器结构、超线程结构、多核结构、共享Cache的多核结构和超线程技术的多核结构共6种，如图12-20所示。

甲公司承担了一项为宇航系统配套生产高性能嵌入式计算机系统的任务，用户要求该系统要具有高速并发处理能力、低功耗、高可靠性，并可以有效地防止系统故障的蔓延。根据用户对本项目的要求，甲公司成立了软/硬件两个项目组，总体设计由硬件组承担，负责高性能嵌入式计算机系统体系结构设计，软件组负责确定软件的技术需求和应用软件开发平台的软件设计工作。
在处理器选型方面，硬件组王工与软件组张工在讨论采用哪种CPU体系结构方面发生争议。目前，流行的处理器结构包括单核结构、多处理器结构、超线程结构、多核结构、共享Cache的多核结构和超线程技术的多核结构共6种，如图12-20所示。

在本项目中，如果计算机采用了多线程技术实现应用程序的并发操作，程序设计人员将面临多种挑战，其主要原因在于：程序会同时发生多个动作，对这些同时发生的动作及它们之间的交互进行管理将面临4方面的挑战，即同步、通信、负载均衡和可伸缩性，用200字以内的文字对上述4种挑战进行简要描述，并给出如表12-14所示的常用并发程序设计模式的分解方式。

甲公司承担了一项为宇航系统配套生产高性能嵌入式计算机系统的任务，用户要求该系统要具有高速并发处理能力、低功耗、高可靠性，并可以有效地防止系统故障的蔓延。根据用户对本项目的要求，甲公司成立了软/硬件两个项目组，总体设计由硬件组承担，负责高性能嵌入式计算机系统体系结构设计，软件组负责确定软件的技术需求和应用软件开发平台的软件设计工作。
在处理器选型方面，硬件组王工与软件组张工在讨论采用哪种CPU体系结构方面发生争议。目前，流行的处理器结构包括单核结构、多处理器结构、超线程结构、多核结构、共享Cache的多核结构和超线程技术的多核结构共6种，如图12-20所示。

王工提出，根据用户要求，本嵌入式系统应具有高速并行处理能力，采用多处理器结构比较适合，主要理由是多处理器结构设计简单、可支持多个进程在不同处理器上并发处理：而张工提出，必须分清"多处理器结构"与"多核结构"的优点和缺点，多处理器结构虽然支持多进程的并发处理，但没有直接实现多线程并发执行；多核结构可以直接实现多线程并发执行。要提高应用的并行性就必须利用多个硬件资源的并行工作，建议采用超线程技术的多核结构的处理器。请填写图12-20（f）中的（1）～（8），并用300字以内的文字对上述6种处理器结构的工作原理进行简要描述。

某软件公司开发一项基于数据流的软件，其系统的主要功能是对输入的数据进行多次分析、处理和加工，生成需要的输出数据。需求方对该系统的软件可靠性要求很高，要求系统能够长时间无故障运行。该公司将该系统设计交给王工负责。王工给出该系统的模块示意图如图12-18所示。王工解释：只要各个模块的可靠度足够高，失效率足够低，则整个软件系统的可靠性是有保证的。

李工对王工的方案提出了异议。李工认为王工的说法有两个问题：第一，即使每个模块的可靠度足够高，假设各个模块的可靠度均为0.99，但是整个软件系统模块之间全部采用串联，则整个软件系统的可靠度为0.99=0.96，即整个软件系统的可靠度下降明显；第二，软件系统模块全部采用串联结构，一旦某个模块失效，则意味着整个软件系统失效。
李工认为，应该在软件系统中采用冗余技术中的动态冗余或者软件容错的N版本程序设计技术，对容易失效或者非常重要的模块进行冗余设计，将模块之间的串联结构部分变为并联结构，来提高整个软件系统的可靠性。同时，李工给出了采用动态冗余技术后的软件系统模块示意图，如图12-19所示。

刘工建议，李工方案中M1和M4模块没有采用容错设计，但M1和M4发生故障有可能导致严重后果。因此，可以在M1和M4模块设计上采用检错技术，在软件出现故障后能及时发现并报警，提醒维护人员进行处理。
注：假设各个模块的可靠度均为0.99

某软件公司开发一项基于数据流的软件，其系统的主要功能是对输入的数据进行多次分析、处理和加工，生成需要的输出数据。需求方对该系统的软件可靠性要求很高，要求系统能够长时间无故障运行。该公司将该系统设计交给王工负责。王工给出该系统的模块示意图如图12-18所示。王工解释：只要各个模块的可靠度足够高，失效率足够低，则整个软件系统的可靠性是有保证的。

李工对王工的方案提出了异议。李工认为王工的说法有两个问题：第一，即使每个模块的可靠度足够高，假设各个模块的可靠度均为0.99，但是整个软件系统模块之间全部采用串联，则整个软件系统的可靠度为0.99=0.96，即整个软件系统的可靠度下降明显；第二，软件系统模块全部采用串联结构，一旦某个模块失效，则意味着整个软件系统失效。
李工认为，应该在软件系统中采用冗余技术中的动态冗余或者软件容错的N版本程序设计技术，对容易失效或者非常重要的模块进行冗余设计，将模块之间的串联结构部分变为并联结构，来提高整个软件系统的可靠性。同时，李工给出了采用动态冗余技术后的软件系统模块示意图，如图12-19所示。

刘工建议，李工方案中M1和M4模块没有采用容错设计，但M1和M4发生故障有可能导致严重后果。因此，可以在M1和M4模块设计上采用检错技术，在软件出现故障后能及时发现并报警，提醒维护人员进行处理。
注：假设各个模块的可靠度均为0.99