浮泛之舟

电路模块设计 在计算机科学中领域中有一句名言，“在计算机科学中的任何问题都可以通过增加一个间接层来解决”（Any problem in computer science can be solved with another layer of indirection. ）。 在搭建功能较为复杂，重复性部件较多的电路（如通用寄存器堆）时，如果全部使用手工搭建会消耗较多时间，过程中也容易产生接线错误等问题。我们可以尝试采用代码生成 XML 文本等自动化方法来辅助进行模块搭建。 ogisim 使用的文件是 .circ 文件，它是使用扩展性标记语言编写的文件，Logisim 通过这种文件来存储电路。这是一种描述性文件，和网页用的语言 HTML 类似，可以通过直接修改文件来更改电路图。作为一种 XML 文件，它主要是被用于传输数据，而非显示数据，这是与 HTML 的不同之处，因此它的标签均是可以自定义的。只需满足如 <foo>bar</foo> 式的格式即可，在 Logisim 中同样也有 Logisim 自行规定的一些标签，通过标签的类型其中比较常见的有： <c ...

存储器概述 1个字节8位，一个字一般2两个或4个字节 性能描述 存取时间TAT_ATA​：指读或写操作的时间： 随机访问存储器：从给定地址到完成读写操作的时间 其他类型：将读写机构定位到目标位置所用的时间 存取周期TCT_CTC​：对于RAM，指两次访问存储单元之间的最小时间间隔 第一次访问（读/写）-> 第二次访问（读/写） TC>TAT_C>T_ATC​>TA​ 带宽：单位时间内存取的数据量 一般的随机访问存储器：1/Cycle time1/\text{Cycle time}1/Cycle time 其他类型：TN=TA+N/RT_N=T_A+N/RTN​=TA​+N/R，TNT_NTN​指读写N bits所需的平均时间 层次描述 分类 半导体存储器从访问方式上区分： RAM：随机存取存储器 SRAM static：静态：用作Cache DRAM dynamic：动态：用作主存 静态相对而言集成度低 ROM：只读存储器 不可在线改写内容的ROM 快擦除存储器 存储单元电路 存储单元电路用来存储一位二进制信息。拥有两种稳定状态 ...

CUDA概述 和CPU在设计理念上的不同：GPU有大量ALU，CPU大量面积留作Cache 软件上的名词 CUDA中线程也可以分成三个层次：线程、线程块和线程网络。 线程是CUDA中基本执行单元，由硬件支持、开销很小，每个线程执行相同代码； 线程块（Block）是若干线程的分组，Block内一个块根据不同的GPU规格至多512个线程、或1024个线程，线程块可以是一维、二维或者三维的； 线程网络（Grid）是若干线程块的网格，Grid是一维和二维的。 线程组成线程块，线程块组成线程网络 线程用ID索引，线程块内用局部ID标记threadID，配合blockDim和blockID可以计算出全局ID，用于SIMT（Single Instruction Multiple Thread单指令多线程）分配任务。 硬件上 GPU上有很多计算核心也就是Streaming Multiprocessor (SM)，在具体的硬件执行中，一个SM会同时执行一组线程，在CUDA里叫warp（一般32个线程或64线程）。 GPU在管理线程的时候是以线程块为单元调度到SM上执行。每个block中以warp ...

在消息传递程序中，将运行在一个核-内存对上的程序称为一个进程 消息传递的实现称为MPI，调用函数进行通信：一个进程调用发送函数，一个进程调用接受函数 MPI的本质是函数库，用于进行进程之间的通信，故并行运行的实现需要MPI+X，利用MPI辅助并行计算方法（pthread、openmp）来实现 1234567891011121314151617181920212223242526#include<mpi.h>#include<stdio.h>int main(int argc, char** argv){ //Initialize the MPI environment MPI_Init(NULL, NULL); //Get the number of processes int world_size; MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &world_size); //Get the rank of the process int world_rank; MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WO ...

OpenMP：共享内存系统编程模型 共享内存：所有人对内存的修改能被其他用户、线程看到 OpenMP可以由编译器管理线程，较pthread实现了自动对线程的管理

Pthread：共享内存系统并行编程模型 所有处理器能看到同样的内存地址空间 因为访问冲突会加重，一般最多32个核 线程：轻量级的进程，多个线程可以共享进程中的空间 基于c和c++，基于类unix系统（linux，windows） 每个线程都有一个在进程中唯一的线程标识符，用一个数据类型 pthread_t 表示，该数据类型在 Linux 中就是一个无符号长整型数据。 常用函数 线程的创建：pthread_create pthread_create：创建一个线程，在其中执行对应的函数start_routine。线程需要提前利用pthread_t threads[NUM_THREADS];定义 1int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg); 功能说明：创建一个线程。 参数说明： thread 是线程标识符，但这个参数不是由用户指定的，而是由 pthread_create 函数在创建时将新的线程的标识符放到这个变 ...

并行硬件和软件 背景知识 冯诺依曼结构 CPU：控制单元+ALU 控制单元负责决定该执行寄存器中的哪些指令 寄存器：存储CPU中的数据和程序执行时的状态信息 程序计数器：特殊的寄存器，存放下一条指令的地址 冯诺依曼瓶颈：主存和CPU分开，限制了指令和数据访问的速率 进程与线程 进程 OS负责管理计算机的软件和硬件资源，决定程序什么时候能运行。当运行程序时，OS创造一个进程。 进程是运行着的程序的一个实例 可执行的机器语言程序 一块内存空间，包括可执行代码，一个用于跟踪执行函数的调用栈、一个堆，以及其他内存区域 OS分配给进程的资源描述符，如文件描述符 安全信息 进程状态信息 多任务：OS提供对同时运行几个程序的支持。单核上体现为每个进程只运行一个时间片，快速切换。进程切换花费较长的时间 线程 阻塞：进程等待默写资源而停止云不行 线程：将程序划分为多个大致独立的任务，当某个任务阻塞时能执行其他任务 线程相对进程是轻量级的，线程包含在进程中 对于两个线程： 共享绝大多数的资源 各自需要一个私有的程序计数器和函数调用栈 进程和线程的关系 线程开始时，从进程中**派生（fork） ...

在数字电子学中，"级"通常指的是触发器的级数，也就是级联连接的触发器的数量。触发器是用于存储和处理数字信号的元件，通常用于构建计数器、寄存器和其他数字逻辑电路。 例如，8级触发器意味着有8个触发器按顺序连接在一起，形成一个级联的结构。每个触发器都可以存储一个位（0或1），并且它们可以一起用来表示更大范围的二进制数字。 正脉冲宽度为 2 个 CP 周期，这是因为进位信号 C 在从低电平变为高电平时需要两个 CP 脉冲的时间。 这句话能再解释一下码 正脉冲度为 2 个 CP（时钟脉冲）周期的意思是，当进位信号 C 从低电平变为高电平时，需要经过两个连续的时钟脉冲才会完成这个过渡。让我更详细地解释一下： 初始状态：进位信号 C 在低电平（0）。 时钟脉冲 1：在第一个时钟脉冲到来时，C 仍然保持在低电平。 时钟脉冲 2：在第二个时钟脉冲到来时，C 从低电平变为高电平（1）。 所以，在从低电平到高电平的这个过渡期间，需要两个连续的时钟脉冲。这是因为进位信号 C 可能是从低电平变为高电平，以表示在当前的十进制位上已经达到了9，并且需要进位到下一个十进制位。这个 ...

组合逻辑设计 门电路 门电路：能够实现某种逻辑关系的电路，是数字电路中的基本逻辑单元电路。 基本逻辑门：与门、或门、非门（实际上与非门更基本，可直接用MOS管实现）。 分立逻辑门：由电阻、二极管、三极管等分立元件构成 集成门 ：把构成门电路的基本元件制作在一小片半导体芯片上 集成反相器、缓冲器，集成与门、与非门，集成或门、或非门，集成异或门，集成三态门 触发器是由多个逻辑门（大多是非门）交叉耦合成的。时序逻辑电路由组合逻辑电路和触发器构成。 二极管/PN结 PN结的导通方向为：正向偏置：正极接P区，负极接N区 二极管的本质就是一个PN结，记作D。 正向开启电压默认为VD=0.7VV_D=0.7VVD​=0.7V。一旦导通，则UD=VD=0.7VU_D=V_D=0.7VUD​=VD​=0.7V不变，称为钳位电压。 当反向电压超过阈值VZV_ZVZ​时，二极管被击穿，此时二极管上的电压降为VZV_ZVZ​ 截止 实际上PN结截止时，总是会有很小的漏电流存在，也就是说PN结总是存在着反向关不断的现象，PN结的单向导电性并不是百分之百。 这主要是因为P区除了因“掺杂”而产 ...

基本组成 基本概念 计算机的功能： 数据传送功能 数据存储功能 数据处理功能 操作控制功能 操作判断功能 指令集体系结构ISA：定义了一台机器可以执行的所有指令的集合 字 字长是CPU进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数，字长一般等于内部寄存器的数据位宽大小。由于冯诺依曼结构特点，指令和数据地位相同，故指令位数=数据位数，字长相同 字长一般选取为字节（1byte=8bit，8位）的倍数 字长越大，数的表示范围越大，计算精度越高 存储字长：一个存储单元中二进制代码的位数=MDR位数 数据字长：数据总线一次能并行传送信息的位数 性能指标 运行速度：每秒能执行多少条指令 吞吐量：单位时间内处理请求的数量，取决于信息能多块输入内存 响应时间：用户向计算机发出请求到得到结果所花费的时间，包括CPU运行时间和等待时间（磁盘访问、存储器访问、IO操作等） CPI：每执行一条指令所花费的时钟周期数 CPU执行时间：运行一个程序所花费的时间。CPU执行时间=指令条数*CPI/主频 MIPS：每秒执行多少10610^6106条指令 FLOPS：每秒执行多少次浮点运算 K ...