《左手坐标系坐标变换》 里 的 回复

《左手坐标系坐标变换》       https://tieba.baidu.com/p/7668913258    。

 

 

25 楼

回复 22 楼    dons222     思维机器  ，

 

是的是的，    其实 我 习惯 用 Sql  而 对 GPU 一无所知，  所以  我还是 很看好 用 Sql 计算 的，   用  Sql 进行 大量数据 的 关系运算  。

 

但 进一步 想了想，    比如 矩阵乘法，   GPU 处理 一个 矩阵 的 元素 和 另一个 矩阵 的 元素  的 对应关系 就是 一个 寻址，   而 数据库 按 表 处理 的 话，  根据 一个 表 的 字段  查找 另一个表 的 一笔记录 的 字段，    即使 用 索引，   也是  一个 复杂 的 工序（程序），  相比 寻址 的 话  。

 

GPU  是不是 有 Cache  ？        将 内存 的 数据 批量 复制到 GPU Cache 进行计算，  完成 后 再 复制 回 内存，   这些 应该 有 驱动 执行 / 控制，   上层 程序 调用 驱动 ，  上层程序 比如 图形库 GL  。

 

用户程序  -> 3D 库 （比如  Unity3D）  ->  图形库 GL ->  驱动 ->  GPU （指令集）

 

应该是 这么一个 架构  。

 

这样，   将 数据 传送给 GPU 运算 再返回，   也是 一次 轻量 IO 了  。

 

由上，   产生一个想法，    可以 写 一个 程序 来 计算 图形函数 和 算法，   就像 GPU 一样，  只不过 现在 是 在  CPU 里 运行  。  也就是说，  我们 写一些 程序，  让 这些 程序 在 CPU 里 运行 来  代替 GPU  。

 

这个想法 当然 会 引出 问题 ：   GPU 不就是 为了 将 图形计算 交给 专门 的 硬件芯片（GPU）  而 产生的 吗 ？    怎么 现在 又要 回到 老路，  在  CPU  里 计算了 ？    CPU 执行 软代码 能有 GPU  固化 的 硬代码（复杂指令集） 快 吗  ？      而且 GPU 应该 对 浮点数 和 整数 运算 都 做过 增强，  比如 支持 更多位数 的 浮点数 和 整数 运算，   比如   128  位 ，   复杂指令集 和 更多位数 的 四则运算  这些 固化 的 运算 可以 预先设计 好 需要 的 大寄存器  。  大寄存器 指 位数 多，比如 128 位， 256 位，    对 寄存器 而言，  位数大 也就是 容量大，  当然，  数量也要够  。

 

GPU 也可能 支持 需要 更少 的 时钟周期 的 除法，     除法 需要 的 时钟周期 越少，  需要 的 电路规模 越大，   见  《研究一下 CPU 除法》  https://tieba.baidu.com/p/7508676984   。

 

上面 这些 关于 GPU 硬件 结构 和 设计 的 内容 是 我 猜 的  。

 

接着说 为什么 现在 要 回到 CPU  计算 的 思路，    上面说了，     将 数据 传送给 GPU 运算 再返回，   也是 一次 轻量 IO 了  。     如果 由 CPU 进行 （图形）计算，  则 数据 在 内存 里，  不用  复制到 GPU Cache，  也不用  计算好后 从  GPU Cache  复制回  内存，   也不用 驱动 介入  。

 

当然，    并不是说 由 CPU 计算，  数据 在 内存 里 就 不用 复制数据 了，  从  内存 到 CPU Cache  也要 复制数据 的  。

 

一件可喜的事是，   现在 多核 很 普遍，     一个 流传很久 的  课题 是 要 怎么 利用 这些 多核  。     用 一个 或 几个 核  来 做 图形计算    不 香 吗 ？

 

大规模 的 矩阵运算，    可以 用 并行计算，       事实上 一般 还不至于 把 一个 矩阵 分到 几个 CPU 核 上 运算，   但是，   如果有 成百上千 个 矩阵，   一个 CPU 核 分配  100 个 矩阵，   用   10 个  核  来 并行计算  1000 个 、几千个 矩阵 运算 还是可以的吧  ？

 

当然，     GPU  应该 也 设计了 一定 的 并行计算 能力  。

 

3D 、三维旋转 、高维旋转，     确实 是   “计算密集型”   应用 吧  。

 

我 挺有 兴趣 开发  这样 的 程序，     用   CPU 的 一个 或 几个 核 来 做 图形计算 、卷积计算 、矩阵计算  ……  各种 “计算密集” 的 计算  。

 

 

 

 

 

26 楼

民科吧 的  《巜草根科学探索》螺旋结构与液状的研究探索》    https://tieba.baidu.com/p/7672945207      让 我 看到了  未来 科技 的 景象  。

 

未来 的 科学 包括 ：

 

1    数学 的 突破 和 繁荣

2    科学思想 和 方法 、实践 的 多样化，  以及 由此 带来 的 技术 的 蓬勃发展

 

从  《巜草根科学探索》螺旋结构与液状的研究探索》  可以看到  第 2 点  。

 

数学 可以作为   可能性证明 、边界证明 、方向指导 、理论预言 、理性探究，     当然，  还有 计算方法  。

 

数学 会 广泛 的 用于 工程技术 的 推理论证  。

 

既是  科学 的 皇后，  也是 科学 的 仆人，    让 人们 站得更高，看得更远，    让 理性提升， 让 知识 就是 力量，    这是 数学 应该 担负 起 的 职责 吧  ！

 

另一方面，    各色能人  又  不囿于 数学，   可以充分 发挥 各自 才干  钻研 发明 创造，    以此 造就  （科学）知识 和 技术 的 繁荣  。

 

各色能人 虽然 不囿于 数学，    但 又 可以容易 的 随时 从 数学家 、计算机 、软件包  那里 获得 帮助 和 支持  。

 

以 数学 为 主导 的 科学流派 称为 数学流派 ，  代表人物 ：      XDDongfang

工程师流派 ：       dons222    思维机器  ，         他们 用  工程技术 的 思想 和 成果 发展 科学，  改变世界  。

物理流派 ：        渝中寿人

评论家流派 ：       水星之魅

 

左老师 的  《世界顶级数论猜想》   https://tieba.baidu.com/p/7667545281 

《颠覆性电光椭圆波动理论电子版》   https://tieba.baidu.com/p/7672885825

 

 

 

 

 

 

回复 25 楼    dons222     思维机器  ，

 

FPGA 和 DSP 我 听说过，  但 懒得去了解，    我喜欢用 通用 的 玩出 专用 的 效果  。

 

我以前 提出过 “轻量操作系统” 的 概念，   我认为 未来 硬件标准化 是 趋势，    硬件标准化 可以 让 操作系统轻量  。

 

另一方面，   操作系统 发展了 几十年，  需求 已经 很清楚，  可以 提炼 和 精简 出来，  这也可以让 操作系统 轻量  。

 

轻量操作系统 可以 广泛 的 用于 各种 服务器场合，   “服务器” 不一定 很大，  有大有小，    比如 智能设备 和 物联网节点  。

 

从  26 楼 的 回复 看来，     运行速度 上，     FPGA / DSP  >  实时操作系统  >  通用（分时）操作系统

 

如果 让  通用（分时）操作系统  轻量化，   并 只用于 完成 一项工作，    那么 ，  运行速度 表现 可以 接近 实时操作系统  。

 

一项工作 可以 是 多个 工作 组成，   不是说 只做 一件事  。   一项工作 可以 由 多个 工作进程 组成，    不是说 只有 一个 进程  。

 

一项工作 比如 体操机器人  。

 

分时操作系统 轻量化 后，   只 用于 一项 工作，  则 只剩下 操作系统进程 和 工作进程，   当然 工作进程 可以有 多个  。

 

从 最原始 的 中断处理 到 进程 / 线程 的 调度 / 切换，    内存 的 GC 甚至 外存 的 GC ，    管理工作 （管理成本） 还是 要的，  实时操作系统  也要 处理 各种 中断  。

 

现在 的 通用操作系统 的 进程/线程 切换 的 工作量 太 繁杂 了，   进程切换 要 更新 CPU 存储管理部件 的 页表，  这可以，  但 从 资料 上来看，  具体 做的 事情 太多，  线程切换 也是，  线程切换 就 计算一下 哪个 线程 之前 对 CPU  的 使用率 最高 就优先 给 哪个线程执行，  主要 是 计算这个 算法，   但 资料 上来看，   线程切换 的 工作 也 太多太杂，   本来， 如果 只是 计算 线程 对 CPU 的 使用率 并 据此 评估出 接下来由 哪个 线程执行，   如果 只是 做 这个 计算的话，   1000 纳秒 也就是 1 微秒 内 可以 做完这个计算 吧 ？    那 粗略的，  就 可以 按  1 微秒 切换 一次 线程 来算，   既然 1 微秒 可以 切换 一次线程，   那  1 秒钟 可以 切换  100 万次 线程 吧 ？

 

这就是 著名 的   “1 秒钟 切换 100 万 次 线程”  观念，   是 我 提出的，    我一直 在 推销 这个 观念  。

 

经过 在 QQ 群 里 的 实践 碰撞 修正 再认识 后，   发现 这个 观念 越发 牢靠 了  。

 

如此，    这样 短暂 的 线程切换，   对于 实时系统 来说，   也只 相当于 一次 快速 的 程序 启动（热身），   也就是，   分时系统 如果 可以 做到  1 秒钟 切换（创建）  100 万 个 线程 的 话，   那  一次 线程 切换（创建） 就 相当于 实时系统 的 一个 程序（任务）  启动 （加载 / 热身）  。

 

这 很 激动人心   。

 

当然，   即便 线程 切换（创建） 如此之快（廉价），    我们 也 不会 随意 的 切换（创建） 线程，   我们仍然 会 使用 现有 的 线程池 和 异步任务 技术，  来 让 程序 高效  。

 

异步任务 的 切换 时间 是  CPU 核 之间 mutex 的 级别，   就是 几十纳秒 的 级别，    这就 更 轻量 了  。

 

而 事实上，   如果 用 一个 多核 CPU  只 从事 一件工作  的 话，   比如  体操机器人，    则 应该是 若干个 进程 （线程）  运行于 若干个 核 上，   本来 也 很少 需要 切换 进程 / 线程  。

 

多核 的 好处 时，    操作系统 需要 进行 管理 时，    操作系统进程 只要 运行于 一个 核，   在 这个 核 上 计算好 线程 的 优先级，  然后 通知 其它 核 的 线程 切换即可  。    在 操作系统进程  计算  期间，   其它 核 上 的 线程  可以 照常工作  ，    而 事实上，  操作系统进程 计算完 调度计划 后，   计划 并不一定 让 其它 核 的 线程 切换，   因为  整个  CPU 本来就在做 一项工作 嘛 ，  也没有 其它 任务 来 抢占 CPU  。

 

当然，    线程 没事做 的 时候，   会 挂起，    有 请求 了，   比如 外设 有 输入了 （体操机器人 接到指令 或 响应外界发生的情况），   那么 线程 恢复 运行  。

 

因为 上面说了，      “1 秒钟 切换 100 万 次 线程”  ，     所以 线程 挂起 和 恢复 是 很快 的 ，    1 秒钟 可以 挂起 / 恢复  100 万次  。

 

我 做过 测试，     在 PC 上，    C# 里 的  FileStream. Read () 方法   1 秒钟 可以 执行 100 万次 以上，   Read() 只是 读取  "aa"   这样 很短 的 字符串，所以 读取 都是 从 缓冲区， 也就是 内存，  甚至是 CPU Cache 里 读取，  这个 时间 很短，    因此 Read() 的 时间 主要是 花在 Read()  的 时候  切换到 IO 线程，  又 从 IO 线程 切换回 用户线程 ，   简而言之 就是 时间 主要 花费 在切换线程 上  。

 

因为 每次 Read() 要 切换到 IO 线程，  又 从 IO 线程 切换回 用户线程，   是 2 次 切换，   所以，  1 秒钟 执行 100 万次 Read() ，   实际上 是  200 万次 线程切换 呢  ！

 

当然，   QQ 群 里 的 网友 指出，   这不是 线程切换，  而是 系统调用，    但 就算是 系统调用，   你 从 用户代码 切换 到 系统调用，  又 切换回来，   也要  保存 和 恢复 寄存器上下文  吧  ！

 

让 线程切换 和 系统调用 一样 轻量，   是 可以做到的  。

 

这是 轻量操作系统  。    综上，   分时操作系统 的 运行速度 表现 是 可望 “无限” 接近 实时操作系统 的，   分时操作系统 也可望 成为 更广泛 的 领域， 包括 各种 专业领域 通用 的 操作系统 和 解决方案   。

 

 

另一方面，  是  编程语言，   26 楼 你们 也说了，   FPGA / DSP  的  编程比较麻烦，   可以看出来，   修改 和 维护 也 麻烦 。   编程语言 和 编程模型 比较底层，  一方面 是 编程难度大，  另一方面 是 保证代码 安全 的 难度 也大  。 

 

我 和 QQ 群 里 的 网友 正在研制 一门 新的 通用 的 编程语言 D++   。

 

D++ 的 目标 是  通用 高效 安全 简洁  。      这 看起来 像 口号，   但 这是 实际所需  。

 

这里，  我们 尝试 展望 一种 通用架构，   这个 通用架构 包括了  硬件 、操作系统 、编程语言，     语言 的 通用 高效 安全 简洁  是 这个 架构 的 一部分 。

 

C / C++   是 通用语言，  从 底层 来说 也 高效，      但 不安全，   又 因 其 太灵活 ，  导致 编程范式 众多，  因此，  代码 也 不简洁  。

 

 

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在 QQ 群 里，   我对 馥岚过野 说 ，   这几天回复的内容里，有很多知识是从你那里学来的  。  “这几天回复的内容”  就是 本文 的 内容  。

我 又 对  馥岚过野     :|    左边  说 ，    当然，也是我们讨论了一年的成果  。