摘要：基于流水线技术，利用fpga进行并行可重复配置高精度的fir滤波器设计。使用vhdl 可以很方便地改变滤波器的系数和阶数。在dsp中采用这种fir滤波器的设计方法可以充分发挥fpga的优势。关键词：fir滤波器 fpga 流水线技术数字滤波器可以滤除多余的噪声，扩展信号频带，完成信号预调，改变信号的特定频谱分量，从而得到预期的结果。数字滤波器在dvb、无线通信等数字信号处理中有着广泛的应用。在数字信号处理中，传统滤波器通过高速乘法累加器实现，这种方法在下一个采样周期到来期间，只能进行有限操作，从而限制了带宽。现实中的信号都是以一定的序列进入处理器的，因此处理器在一个时钟周期内只能处理有限的位数，不能完全并行处理。基于并行流水线结构的fir滤波器可以使笔者设计的64阶或者128阶滤波器与16阶滤波器的速度一样快，其显著特别是在算法的每一个阶段存取数据。fpga结构使得以采样速率处理数字信号成为常数乘法器的理想载体，提高了整个系统的性能。由于设计要求的差异，如字长、各级输出的保留精度等不同，在整个设计过程中，各个环节也有所不同，这就需要根据不同的要求对数据进行不同的处理，如截断、扩展等，从而设计出既满足设计需要，又节省fpga资源的电路。 图1 并行滤波器结构 1 fir并行滤波器结构数字滤波器主要通过乘法器、加法器和移位寄存器实现。串行处理方式在阶数较大时，处理速度较慢。而现代数字信号处理要求能够快速、实时处理数据，并行处理数据能够提高信号处理能力，其结构如图1所示。 图2 查找表相乘和累加 从上面的算法可以看出，处理数据的采样时钟对每一个抽头来说都是并行的，并且加法器和移位寄存器采用级联方式，完成了累加器的功能，综合了加法器和移位寄存器的优点，而且这种算法的各级结构相同，方便扩展，实现了任意阶数的滤波器。算法中，真正点用系统资源的是乘法器。如果将系数量化成二进制，就能采用移位寄存器和加法器实现乘法功能。对于一个特定的滤波器，由于它有固定的系数，乘法功能就是一个长数乘法器。下面将讨论乘法器的设计问题。 2 fir并行滤波器的乘法器设计在并行滤波器的设计中，每一个乘法器的一端输入数据，另一端为固定常数。对于常数乘法器，可以预先将常数的部分乘积结构存储起来，然后通过查表的方式实现两个数据的乘积。以16位输入、常数为14位的乘法器为例，给出其实现结构如图2所示。对于无符号数来说，这是一种理想结构。但是在实际使用中，通常使用有符号数且常用补码的形式，因此需要对这种结构进行改进。一种改进方法是将输入的数据分开，即最高的几位作为有符号数处理，其它作为无符号数处理。第二种改进方法是将符号数经过补码/原码变换器变换成原码，然后，将原码作为无符号数处理，通过有符号数的符号位来控制加法器的加减。第三种改进方法是一种优化方法，即要用三个二进制补码变换器，处理输入的有符号数和滤波器的系数，这样可以避免使用有符号数的乘法和加法运算。具体的乘法累加器运算过程及结果如图3所示。其中，对应乘数高位和低位部分积p1(n)和p2(2)可以分别先垂直相加后水平相加，或者先水平相加后垂直相加，最后的结果是一样的。若采用后种方法，由于fir滤波器的h(n)均为常数，得到部分积的矢量乘法运算就演变成了查表法，其中，s1(n)表示s(n)的最低有效,p1表示最低有效位部分积之和。 图4 有符号数查找表优化结构 同理，得p2，将p2左移一位与p1相加，便得到最后结果。这种查表法就是采用流水线技术进行fir滤波器算法分解的基础，当字长增加时，相应得到p3、p4等。并相应移位相加即可。采用流水线技术和加法器的资源共享技术可以更好地提高常数乘法器的优越性。16比特输入、14比特常数的这种方法的常数乘法器的结构如图4所示。 图5 优化fir滤波器结构 在这种结构中，时钟是f1，内部操作的时钟是4×f1，其中的4个多路复用器每次可
CRC16并行计算的Matlab推导 本文使用的CRC16的生成多项式为： 其对应的串行编码图如下图所示。 假设输入数据的位宽为8比特，即{I7,I6,I5,I4,I3,I2,I1,I0}，I为Input的首字母。I0表示最低比特位，I7表示最高比特位。 在串行模式下，I0先输入CRC16计算模块，于是I0输入后各个寄存器的状态变化如下： = = = = = = = = = = =
= = = = = 可以将以上表达式组成矩阵乘法的形式，则有： '0D T D S I =?+? （1） 其中，D 为0D ~15D 构成的列向量，用转置矩阵的形式表示为： () 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15T D D D D D D D D D D D D D D D D D =同理，'D 是'0D ~'15D 构成的列向量，用转置矩阵的形式表示为： () '' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '0123456789101112131415T D D D D D D D D D D D D D D D D D = 表达式（1）中的矩阵T ，表示为： 00000000000000110000000000000000100000000000001001000000000000000010000000000000000100000000000000001000000000000000010000000000000000100000000000000001000000000000000010000000000000000100000000000T =0000010000000000000000100000000000000001000000000000000011?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?
流水线与并行处理 1. 概述 流水线技术导致了关键路径的缩短，从而可以提高时钟速度或采样速度，或者可以在同样速度下降低功耗。在并行处理中，多个输出在一个时钟周期内并行地计算。这样，有效采样速度提高到与并行级数相当的倍数。与流水线类似，并行处理也能够用来降低功耗。 考虑3阶有限冲激响应（FIR ）数字滤波器： y(n) = ax(n) + bx(n-1) + cx(n-2) （1-1） 其框图实现示意图如图1所示： 图1 一个3阶FIR 滤波器 关键路径（或者处理一个新样点所需要的最小时间）由1个乘法与2个加法器时间来限定。如果T M 是乘法所用的时间，T A 是加法操作需要的时间，T sample 是采样周期，则必须满足： T sample ≥ T M + 2T A （1-2） 因而，采样频率（f sample ）（也称为吞吐率或迭代速率），由下式给出： f sample ≤ A M T T 21 （1-3） 流水线采用沿着数据通路引入流水线锁存器（本人理解是寄存器）的方法来减小有效关键路径（effective critical path ）。并行处理提高采样频率是采用复制硬件的方法，以使几个输入能够并行的处理，而几个输出能够在同一时间产生出来。 2. FIR 数字滤波器的流水线 其流水线实现是通过引入两个附加锁存器而得到的，如图2所示：
图2 流水线FIR滤波器，其中垂直虚线代表一个前馈割集关键路径现在由T M + 2T A减小为T M + T A。在这种安排下，当左边的加法器启动当前迭代计算的同时，右边的加法器正在完成前次迭代结果的计算。 必须注意到，在一个M级流水线系统中，从输入到输出的任一路径上的延时原件数目是（M-1）,它要大于在原始时序电路中同一路径上的延时元件数。虽然流水线技术减小了关键路径，但是它付出了增加迟滞（latency）的代价。迟滞实质上是流水线系统第一个输出数据的时间与原来时序系统第一个输出数据时间相比的滞后。流水线技术缺点：增加了锁存器数目和增加了系统的迟滞。 下面要点需要注意： （1）一个架构的速度（或时钟周期）由任意两个锁存器间、或一个输入与一个锁存器间、或者一个锁存器与一个输出间、或输入与输出间路径中最长的路径限定。 （2）这个最长的路径或“关键路径”可以通过在架构中适当插入流水线锁存器来减小。 （3）流水线锁存器只能按照穿过任一图的“前馈割集（feed-forward cutset）”的方式插入。 割集：割集是一个图的边的集合，如果从图中移去这些边，图就成为不相连的了。 前馈割集：如果数据在割集的所有边上都沿前进的方向移动，这个割集就称为前馈割集。
Maya粒子特效-流水 本节主要学习粒子系统中基础特效水与火的制作过程。 Step01选择多边形模块面板（F3），创建- 标准nurbs-平面（注意，把“交互式构建”前面的勾去掉）如图1。 Step02这时坐标中心就出现了一个平面，选择平面在其层级面板中将缩放x、y、z值改为24，如图2，使平面与画布一样大。然后将平面沿z轴旋转-30，如图3，让平面与栅格呈30度的夹角，如图4，这个平面作为水滴落的挡板。 图1 图2 图3 图4 Step03 回到动力学模板（F5），选择粒子菜单-从对象发射，打开发射器选项，设置发射器类型为“点”，速率/每秒为100，速率为1，点击创建按钮，如图5。 Step04将发射器1沿着y轴移动15个单位，在大纲视图中选择粒子1，在菜单栏场-重力场，为粒子1添加一个重力场，如图6。 图5 图6
Step05这时粒子已经有了重力，设置播放动画为100帧。 Step06选中粒子1按住Ctrl加选平面，在菜单栏粒子-使碰撞，为平面加一个碰撞，如图7，从而使落下来的粒子碰到平面后能够产生反弹的效果，如图8。 图7 图8 Step07选择地面，在其属性编辑器中展开geoConnector2，更改弹力值为0.2，如图9。Step08选择粒子1，在属性编辑器中，将粒子的渲染类型改为斑点曲面（滴状粒子），点击当前渲染类型，将阈yu值改为1.3，如图10，点击渲染如图11（渲染器为maya软件）。Step09选择粒子1，在粒子上右键单击可以看到浮动命令条，选择指定新材质在弹出面板中选择blinn材质，如图12。 图9 图10 图11 图12
Step10在粒子1属性编辑器下的公共材质属性卷展栏下，将颜色和透明度改为如图13、14。在镜面反射着色卷展栏下，将镜面反射颜色和反射的颜色改为如图15、16所示，将反射率改为0.915。 图13 图14 图15 图16
并行计算 一、并行计算概述 1.并行计算定义： 并行计算（Parallel Computing）是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程。为执行并行计算，计算资源应包括一台配有多处理机（并行处理）的计算机、一个与网络相连的计算机专有编号，或者两者结合使用。并行计算的主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题。此外还包括：利用非本地资源，节约成本―使用多个“廉价”计算资源取代大型计算机，同时克服单个计算机上存在的存储器限制。 为利用并行计算，通常计算问题表现为以下特征： （1）将工作分离成离散部分，有助于同时解决； （2）随时并及时地执行多个程序指令； （3）多计算资源下解决问题的耗时要少于单个计算资源下的耗时。 并行计算是相对于串行计算来说的，所谓并行计算分为时间上的并行和空间上的并行。时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。2.并行化方法 1)域分解 首先，确定数据如何划分到各个处理器 然后，确定每个处理器所需要做的事情 示例：求数组中的最大值 2)任务（功能）分解 首先，将任务划分到各个处理器 然后，确定各个处理器需要处理的数据 Example: Event-handler for GUI 二、并行计算硬件环境 1.并行计算机系统结构 1)Flynn分类 a. MIMD 多指令流多数据流(Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream，简称MIMD)，它使用多个控制器来异步的控制多个处理器，从而实现空间上的并行性。 对于大多数并行计算机而言，多个处理单元都是根据不同的控制流程执行不同的操作，处理不同的数据，因此，它们被称作是多指令流多数据流计算机 b. SIMD 单指令流多数据流(Single Instruction Multiple Data)能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集，以同步方式，在同一时间内执行同一条指令。 以加法指令为例，单指令单数据（SISD）的CPU对加法指令译码后，执行部件先访问内存，取得第一个操作数；之后再一次访问内存，取得第二个操作数；随后才能进行求和运算。而在SIMD型的CPU中，指令译码后几个执行部件同时访问内存，一次性获得所有操作数进行运算。这个特点使SIMD特别适合于多媒体应用等数据密集型运算。 2)并行计算及结构模型 a. SMP SMP (Symmetric Multiprocessor) 采用商品化的处理器，这些处理器通过总线或交叉开关连接到共享存储器。每个处理器可等同地访问共享存储器、I/O设备和操作系统服务。 扩展性有限。
计算机体系结构Report2 指令级流水和指令级并行——永无休止的“完美”追求 戚洪源
目录 一、性能瓶颈来源 (4) 1、单周期、多周期MIPS结构性能瓶颈 (4) 2、简单的五级流水MIPS性能瓶颈来源 (4) 相关 (4) 冲突 (5) 二、突破瓶颈的可能性 (5) 三、性能提升的具体方法 (6) 1、简单的硬件实现方法 (6) 定向技术 (6) 投机 (6) 2、基于软件（编译器）的静态调度方法 (7) 预测分支 (7) 3、软硬件结合的动态调度方法 (8) Tomasulo算法 (8) 动态分支预测 (8) 4、多指令流出 (9) 基于静态调度的多流出技术 (9) 基于动态调度的多流出技术 (9) 超长指令字技术 (10) 超流水线技术 (10) 5、循环展开和指令调度 (10) 四、总结 (10)
摘要：有人说，如果计算机科学与技术是一座金字塔，位于塔尖的一定是高性能计算。从计算机诞生至今，每一次进步都是对于计算机性能极限的一次刷新。人类对于计算性能日益膨胀的需求，前沿科技对于高性能计算的考验，都促使这一领域不断发展。单纯硬件技术上的改革是非常重要的：主频的提高、稳定的晶体管……但我们同样惊艳于并行技术在其中发挥的神奇的作用。各种并行技术犹如催化剂一般，使提高计算机性能的进程大大加快。这些技术的应用，不断挖掘着计算机潜在的性能，也让人类在一条追求“完美”的道路上不断前行。 何谓“完美”？这是一个看起来复杂实际上非常简单的问题。“完美”，就是让计算机每一个部件每时每刻全负荷运作，发挥最高的性能。看似简单，但却很难实现，也不可能实现。并行技术的发展，也是追求“完美”的尝试。然而程序“性本恶”，程序本身的许多特性为并行化带来了不小的麻烦。我们其实是在和自己斗争。“榨干计算机每一滴性能”，这是ASC15上浪潮集团首席科学家王恩东演讲时说的一句话。在我看来，不论是指令级流水还是指令级并行，目的都是为了“榨干计算机每一滴性能”。在这个过程中，出于需要又出现了一些非常特殊的结构上的支持。 本文将基于MIPS结构，通过对于性能瓶颈的来源、性能突破的可能性、性能提升的具体方法这三方面全面系统地阐述指令级流水和指令级并行的相关知识。最后再提出一些感想。 在第一部分中，我们会讲述单周期到多周期再到流水线的发展过程，并对流水线的性能瓶颈进行具体分析。在限制流水线性能的三个方面中，前两点只与硬件工艺有关，最后一点相关和冲突却可以通过许多技术来实现突破。 第二部分中，我们会继续讨论第一部分中提出的限制流水线性能的重要因素：相关和冲突。这一部分，我们将从原理层面阐述突破这一瓶颈是可行的。 最后一部分，我们按照分类，具体阐述了多种提升性能的方法。
Windows下MATLAB分布式并行计算服务器配置和使用方 法 1MATLAB分布式并行计算服务器介绍 MATLAB Distributed Computing Server可以使并行计算工具箱应用程序得到扩展，从而可以使用运行在任意数量计算机上的任意数量的worker。MATLAB Distributed Computing Server还支持交互式和批处理工作流。此外，使用Parallel Computing Toolbox 函数的MATLAB 应用程序还可利用MATLAB Compiler （MATLAB 编译器）编入独立的可执行程序和共享软件组件，以进行免费特许分发。这些可执行应用程序和共享库可以连接至MATLAB Distributed Computing Server的worker，并在计算机集群上执行MATLAB同时计算，加快大型作业执行速度，节省运行时间。 MATLAB Distributed Computing Server 支持多个调度程序：MathWorks 作业管理器（随产品提供）或任何其他第三方调度程序，例如Platform LSF、Microsoft Windows Compute Cluster Server（CCS）、Altair PBS Pro，以及TORQUE。 使用工具箱中的Configurations Manager（配置管理器），可以维护指定的设置，例如调度程序类型、路径设置，以及集群使用政策。通常，仅需更改配置名称即可在集群间或调度程序间切换。 MATLAB Distributed Computing Server 会在应用程序运行时在基于用户配置文件的集群上动态启用所需的许可证。这样，管理员便只需在集群上管理一个服务器许可证，而无需针对每位集群用户在集群上管理单独的工具箱和模块集许可证。 作业（Job）是在MATLAB中大量的操作运算。一个作业可以分解不同的部分称为任务（Task），客户可以决定如何更好的划分任务，各任务可以相同也可以不同。MALAB中定义并建立作业及其任务的会话（Session）被称为客户端会话，通常这是在你用来编写程序那台机器上进行的。客户端用并行计算工具箱来定义和建立作业及其任务，MDCE通过计算各个任务来执行作业并负责把结果返
第十二章 并行程序设计基础 习题例题： 1、假定有n 个进程P(0)，P(1)，…，P(n -1)，数组元素][i a 开始时被分配给进程P(i )。试写出求归约和]1[]1[]0[-+++n a a a 的代码段，并以8=n 示例之。 2、假定某公司在银行中有三个账户X 、Y 和Z ，它们可以由公司的任何雇员随意访问。雇员们对银行的存、取和转帐等事务处理的代码段可描述如下： /*从账户X 支取￥100元*/ atomic { if (balance[X] > 100) balance[X] = balance[X]-100； } /*从账户Y 存入￥100元*/ atomic {balance[Y] = balance[Y]-100；} /*从账户X 中转￥100元到帐号Z*/ atomic { if (balance[X] > 100){ balance[X] = balance[X]-100； balance[Z] = balance[Z]+100； } } 其中，atomic {}为子原子操作。试解释为什么雇员们在任何时候（同时）支、取、转帐时，这些事务操作总是安全有效的。 3、考虑如下使用lock 和unlock 的并行代码： parfor (i = 0；i < n ；i++){ noncritical section lock(S)； critical section unlock(S)； }
假定非临界区操作取T ncs时间，临界区操作取T cs时间，加锁取t lock时间，而去锁时间可忽略。则相应的串行程序需n( T ncs + T cs )时间。试问： ①总的并行执行时间是多少？ ②使用n个处理器时加速多大？ ③你能忽略开销吗？ 4、计算两整数数组之内积的串行代码如下： Sum = 0； for(i = 0；i < N；i++) Sum = Sum + A[i]*B[i]； 试用①相并行；②分治并行；③流水线并行；④主-从行并行；⑤工作池并行等五种并行编程风范，写出如上计算内积的并行代码段。 5、图12.15示出了点到点和各种集合通信操作。试根据该图解式点倒点、播送、散步、收集、全交换、移位、归约与前缀和等通信操作的含义。 图12.15点到点和集合通信操作
指令流水与并行实验 一、实验目的 掌握指令集流水性,并行性及对开发的理解。. 二、实验原理 龙芯2号F版本（简称“龙芯2F”）是一款实现64位MIPSⅢ指令集的通用RISC处理器, 采用先进的四发射超标量超流水结构，采用简单指令集，类似于MIPS指令集。为提高处理器执行指令的效率，把一条指令的操作分成多个细小的步骤，每个步骤由专门的电路完成。龙芯2F的基本流水线包括取指、预译码、译码、寄存器重命名、调度、发射、读寄存器、执行、提交等9级。每个阶段都要花费一个时钟周期，如果没有采用流水线技术，那么这条指令执行需要9个时钟周期；如果采用了指令流水线技术，那么当这条指令完成“取指”后进入“预译码”的同时，下一条指令就可以进行“取指”了，这样就提高的指令的执行效率。 CPI流水线= CPI理想+ 各类停顿周期数的总和 流水线的理想CPI是流水线的最大流量。各类停顿包括： （1）结构相关停顿：是由于两条指令使用同一个功能部件而导致的停顿。 （2）控制相关停顿：是由于指令流的改变（如分支指令）而导致的停顿。 （3）RAW、WAR和WAW停顿：由数据相关造成的。 当指令之间不存在相关时，它们在流水线中是可以重叠起来并行执行的。这种指令序列中存在的潜在并行性称为指令级并行(Instruction-Level parallelism, ILP)。流水线处理器的实际CPI： 减少其中的任何一种停顿，都可以有效地减少CPI，从而提高流水线的性能。 循环级并行：使一个循环中的不同循环体并行执行。开发循环体中存在的并行性最常见、最基本是指令级并行研究的重点之一例如，考虑下述语句：for （i=1；i<=500；i=i＋1） a[i]=a[i]＋s； 每一次循环都可以与其他的循环重叠并行执行；在每一次循环的内部，却没有任何的并行性。 二、实验平台
流水作用漫谈 地球表面所有在重力作用下流动的水统称流水。流水是地表外力作用中最有效的侵蚀营力，太阳是流水侵蚀的能源。流水侵蚀的机制是流水所挟带的岩石碎屑对岩石所起的机械磨蚀作用。与此同时，流水所挟带的岩石碎屑本身也被磨圆。达到一定的流速，则不带岩屑的流水在冲击基岩裂隙的时候也会产生上举效应，致使岩石破裂。对于可溶性基岩，流水还起化学侵蚀的作用。流水的搬运作用即使在坡度较小的情况下也存在，一靠溶解带走，二靠湍流所支持的悬移，三靠椎移。湍流是由于流水与河床磨擦而产生的，流速越大，河床越粗糙，则湍流越大，洪水的推移力越大。在流水中，砾石是滑动着的，而砂粒是跳动着的。以美国为例，河流的搬运量一半靠悬移，四分之一靠溶解，四分之一靠推移。洪水期河流的挟沙力可增加几百倍。例如，密西西比河平时至多挟带粉砂，而洪水期可冲毁桥梁。 流水侵蚀坡面，形成冲沟。每次下雨，冲沟的长度、宽度和深度都在增加。当冲沟下切到地下水位以下，就变成永久性的河流。在干旱气候条件下，河流下切缓慢，科罗拉多河在干旱硬岩地区数百万年才下切1英里。在湿润软岩地区，河流下切速度要快得多。 在崎岖的河床上，流水及其挟带物的碾磨作用形成大致圆形的旋涡坑，做瓯穴。在跌水和瀑布之下，瓯穴很大，叫做跌水潭，跌水潭的发育掏蚀悬崖底部，使悬崖顶部悬空、坍塌，形成瀑布后退。水平岩层瀑布后退最快。尼亚加拉大瀑布的后退速度世界著名，悬崖顶部硬岩厚20米，下面是细层页岩，在加拿大境内，瀑布后退速度为1.5米/年。尼亚加拉峡谷由爆布后退所造成，从冰期结束开始，只用了一万年。 河流的沉积作用形成三角洲和冲积扇。三角洲是河流注入湖泊、海湾时流速骤减，所挟带的物质沉淀下来而形成的，形状象希腊字母Δ，故名三角洲。河流注入开阔的海域，波浪、潮流强，带走了沉积物，则无法形成三角洲，亚马孙河就没有三角洲。冲积扇是山地性河流流入平地骤然减速形成的。与三角洲不同之处是在陆地上而不是水上，坡度大而不平，由粗砂和砾石而不是粉砂和粘土所组成。干旱、半干旱地区常形成冲积扇。河流泛滥所成的泛滥平原是最肥沃的土地，也是人类古文明的源地。河流洪水除了汛期外，还因熔岩、滑坡的堰塞而造成。1889年，美国宾夕法尼亚州著名的约翰斯顿城，由于上游二英里处土坝溃决而造成的洪水，有2200多人溺死于睡梦之中。1963年，意大利阿尔卑斯山发生大滑坡、山体滑入一座水库，大坝没有崩溃，水库中的水越坝而出，形成巨大洪峰，冲毁了下游的伦加龙镇，死亡3000多人。 （《地理教育》1998年第2期）
Getting Started with Parallel Computing using MATLAB: Interactive and Scheduled Applications Created by S. Zaranek, E. Johnson and A. Chakravarti 1.Objectives This user guide provides an end user with instructions on how to get started running parallel MATLAB applications using a desktop computer or a cluster. 2.Assumptions User has access to MATLAB and Parallel Computing Toolbox on the desktop computer or head node of the cluster. If running on a cluster: MATLAB Distributed Computing Server has been installed by an administrator on the cluster. The desktop MATLAB client has been configured to connect to the cluster. If this has not been done, you should contact the cluster administrator. 3. Getting the Example Files Unzip the demoFiles.zip file that was provided along with this guide. You can add the files to the MATLAB path by running the addpath command in MATLAB. >> addpath
农村供水工程重力输水技术研究 发表时间：2019-08-07T13:53:01.110Z 来源：《房地产世界》2019年4期作者：何俊颖[导读] 文章主要对农村供水工程中运用重力流输水技术存在的问题与处理方法进行分析。茂名市北山水利工程管理所广东茂名 525000 摘要：我国农村面积广大，农村供水工程建设越来越多。推动农村供水工程可持续发展需要从管径安排、设置填墩、进（排）气阀、减压装置和管道附件、减少水锤对管道的破坏性等方面入手，以此控制工程造价，提高供水效率。本文围绕于此一一作了分析。关键词：农村；供水工程；重力输水技术引言近些年来，在农村供水工程中运用的重力流输水技术存在投资成本大、输水管铺设等问题，对农村供水工程实施的有效性有着极大的影响，更不利于农村供水工程的长期发展，因此，必须采取有效的解决方式，对此，文章主要对农村供水工程中运用重力流输水技术存在 的问题与处理方法进行分析。 1农村供水工程特征概述 =①农村供水工程的地位十分显著。农村供水不仅需要农民自身提高重视，还需要水利、农业部门相关机构投入建设，农民的生活离不开农业的进步，发展农业的重要途径之一是改善农村用水环境和供水条件，各级领导和政府机构必须认识到农村供水工程在我国农村经济的重要地位，进一步重视农村的供水状况；②农村供水工程需要农民群众积极参与。农村水利的分散性较大，供水设施遍及各村组，农民的日常生产和生活都离不开农村供水工程，群众性的项目需要群众自身积极参与；③政府的投入和扶持对农村供水工程的发展十分重要。农村供水工程属于高投入低收益的公益性事业，公益设施的服务对象是广大农村居民，其往往投资高收益低，各级政府机构必须在政策上予以倾斜，并在财政上予以扶持和帮助，才能大力促进农村供水的发展和进步；④农村供水工程具有垄断性。政府的宏观调控对于农村供水项目的稳定发展具有重要意义，农村供水工程往往受到农村地形、水资源等多方面因素的制约，技术的限制使得供水工程的垄断性极高，服务农民生活、生产的水源和供水设施，不应当转让私人垄断，为此，建设和管理农村供水工程需要各级政府按照规划方针有序进行。 2 在农村供水工程中运用重力流输水技术存在的问题分析 2.1投资成本过大通过建设输水工程之后，对农村居民用水量给予了一定的保障。但是，在农村供水工程中运用重力流输水技术的过程中，由于农村居民居住地过于分散，要确保满足农村居民用水问题的话，就必须增加工程输水管道的长度，同时，输水工程量也在有所增加，使得农村供水工程的投资成本过大，而且，在投资较大的同时，用水量却较小，不利于农村供水工程的长期发展。 2.2铺设输水管道的障碍若在农村地区采用重力流输水，要想保证农民居住点的供水水压，就必须结合农村居民的居住情况铺设管道。但是，实际铺设管道过程中，农村地质情况的影响很大，地形起伏影响管道铺设的质量。管道输水过程中，气阻现象会大幅降低管道的输水效率。 3解决农村供水工程重力输水问题的措施 3.1科学设置填墩提高管网安全性，应当在管网拐点处、斜坡道布置填墩。同时压力与水头损失会随着管网弯道的增多而提高，对此，应当尽量保持管网线路的直线型，摆放管道时应按照管道尺寸、形状确定，尽可能地减少伸缩段与管网造价成本，确保施工质量。 3.2科学设置进气和排气阀，提高供水的安全性农村居住区的供水受到农民生活作息时间和起居习惯的影响，需要用水的时间集中在某一时间段内，使得供水管道内部流水的速度和流量不断变化，管道排气充气频繁，一旦存在排气进气受阻，就会在管道中形成一定的负压，破坏管道的稳定性，由此可见，管道中的进气与排气控制问题是管道输水安全的重要关注点之一。管道上坡、下坡及水平段都应当安装进气和排气的阀门，同时管线的高位点、低位点和转折点也需要合理设置进气排气阀，从而有效降低管道内空气囊对管道壁的破坏，减少堵水现象的存在，可以极大提高管道运用重力进行输水的效率，提高管网的稳定性和安全性。 3.3积极做好输水管的铺设工作通过以上对农村供水工程中运用重力流输水技术存在的问题分析得知，由于农村地形过于复杂，在输水管铺设的过程中会出现高低不平的现象，严重影响到输水管的运行效率，甚至会出现输水管故障的现象，对此，应积极做好输水管的铺设工作。首先，要对农村铺设输水管的各个地形进行分析和调查，尤其是地形高低差较大的区域，必须在供水工程设计时做好详细的标准，以便于后期采取处理措施。其次，要对进气阀和排气阀进行合理的设计和安装，进气阀和排气阀的设计安装主要根据地形的特点进行设计，一般情况下，在上坡处的输配水管道分段上，主要以排气阀为主，在下坡处的输配水管道分段上，主要以进气阀为主，当然，还有很多管理是处在水平位置的，对于水平位置管道分段上进气阀和排气阀的设计主要根据流速的计算进行合理的设计安装。 3.4合理设置减压装置管网配水时的动力压力控制，可通过提高沿程水头损失、缩小管径方法实现；静水压力控制，可通过设置减压阀或减水井等方式实现，通常使用减压阀（200XP型）方法控制动静水压力，在自控度、压力调节灵活度、保证率等方面的优势，都是减压井方式不能比拟的，同时不会出现减压井溢水等问题。最大程度发挥减压阀作用，还需控制以下施工要点；一是根据减压阀进出水方向进行水平或垂直安装。二是为延长减压阀寿命，应合理安装过滤器。彻底清洗管路系统后安装减压阀，避免脏物进入阀门。三是在过滤前安装截止阀。为确保洪水连续性与稳定性，多采用并联安装减压阀的手段，截止阀应在减压阀前后安装。四是压力表安装在减压阀前后，与阀门进出口端的间距＞5DN。五是为了提高安装维修便利性，需在阀门出水端安装软接口。六是在运输减压阀时，应当加强稳固保护，安装中不能与硬物撞击。存放减压阀的环境达标，防止橡胶材料出现质量问题，应与电气焊等炽热环境保持一定距离。结束语
并行计算期末试题 适用专业：理工类 考试说明： 1、将试卷答案以学号命名为word文件，如115042101.doc，上传到 ftp://172.17.124.203/upload。 2、第一、二大题，直接将答案写在题后；第三、四题要求将程序补充、编写完 整并将运行结果截图插在题目后面。 一、简述题（每小题4分，共20分）。 1、简述openmp编译制导指令master,single,critical,atomic的功能。 1.master制导语句指定代码段只能被主线程执行 2.single编译制导语句指定内部代码只能由线程组中的一个线程执行。线程组中没有执行single语句的线程会一直等待代码块的结束，使用nowait子句除外。 3.critical制导语句表明域中的代码一次只能由一个线程执行，其他线程被阻塞在临界区 4.atomic制导语句指定特定的存储单元将被原子更新 2、简述openmp编译制导子句shared,private的功能？简述openmp编译制导指令threadprivate的功能。 1.private子句表示它列出的变量对于每个线程是局部的。 2.shared子句表示它所列出的变量被线程组中所有的线程共享，所有线程都能对它进行读写访问。 3.threadprivate语句使一个全局文件作用域的变量在并行域内变成每个线程私有，每个线程对该变量复制一份私有拷贝并在多个并行域中保持。 3、简述openmp函数omp_set_num_threads，omp_get_num_threads， omp_get_thread_num的功能；环境变量OMP_NUM_THREADS的功能。 omp_set_num_threads
第6章PPT课件作业 1.顺序语句和并行语句分别有哪些？顺序语句和并行语句主要有什么区别？ 答：顺序执行语句是顺序执行的，只能出现在进程和子程序中，用于定义进程的算法。顺序描述语句主要有：信号赋值语句、变量赋值语句、if语句、case语句、wait语句和null语句。结构体中的并行语句主要有6种：并行信号赋值语句、进程语句、块语句、元件例化语句、生成语句、并行过程调用语句； 区别主要在于：在执行顺序上，顺序语句是顺序执行的，if语句一定要在顺序结构中，有优先级；并行语句在结构体内是并行执行的。在赋值上，顺序语句可对变量和信号赋值，并行语句的赋值目标必须为信号或端口，在结构体的进程之外使用。 2.阅读下面的程序，分析其实现的逻辑功能，并说明是时序逻辑还是组合逻辑 library ieee; Use ieee.std_logic_1164.all; Entity decoder is Port (a : in std_logic_vector(9 downto 0)； c : out integer range 0 to 9)； end Entity decoder ; architecture one of decoder is begin with a select c<=0 when “0000000001” , 1 when “0000000010” , 2 when “0000000100” , 3 when “0000001000” , 4 when “0000010000” , 5 when “0000100000” , 6 when “0001000000” , 7 when “0010000000” , 8 when “010*******” , 9 when “1000000000” , 0 when others ; end architecture one; 答：功能：是10位2进制的部分译码器。由1出现的位置来决定译码器输出的是数字几。当右边的第一位是一时，输出0，第二位是1时输出1，以此类推直到输出9.其余的编码都是输出0。由于没有用到ckl所以使用的是组合逻辑。 3.结构体的描述方式有几种方式？各有什么特点？ 答：结构体有三种描述方式，即行为级描述：是对整个设计单元的数学模型描 述，属于一种高层次描述方式；数据流级描述：采用进程语句控制数据流在控
前言：之前在本博客上发过一些关于matlab并行计算的文章，也有不少网友加我讨论关于这方面的一些问题，比如matlab并行计算环境的建立，并行计算效果，数据传递等等，由于本人在研究生期间做论文的需要在这方面做过一些研究，但总体感觉也就是一些肤浅的应用，现已工作，已很少再用了，很多细节方面可能也记不清了，在这里将以前做的论文内容做一些整理，将分几个小节，对matlab并行计算做个一个简要的介绍，以期对一些初学者有所帮助，当然最主要的还是多看帮助文档及相关技术文章！有不当之处敬请各位网友指正， 3.1 Matlab并行计算发展简介 MATLAB技术语言和开发环境应用于各个不同的领域，如图像和信号处理、控制系统、财务建模和计算生物学。MA TLAB通过专业领域特定的插件（add-ons）提供专业例程即工具箱(Toolbox)，并为高性能库(Libraries)如BLAS(Basic Linear Algebra Subprograms，用于执行基本向量和矩阵操作的标准构造块的标准程序)、FFTW(Fast Fourier Transform in the West，快速傅里叶变换)和LAPACK(Linear Algebra PACKage，线性代数程序包)提供简洁的用户界面，这些特点吸引了各领域专家，与使用低层语言如C语言相比可以使他们很快从各个不同方案反复设计到达功能设计。 计算机处理能力的进步使得利用多个处理器变得容易，无论是多核处理器，商业机群或两者的结合，这就为像MATLAB一样的桌面应用软件寻找理论机制开发这样的构架创造了需求。已经有一些试图生产基于MATLAB的并行编程的产品，其中最有名是麻省理工大学林肯实验室(MIT Lincoln Laboratory)的pMATLAB和MatlabMPI，康耐尔大学(Cornell University)的MutiMATLAB和俄亥俄超级计算中心(Ohio Supercomputing Center)的bcMPI。 MALAB初期版本就试图开发并行计算，80年代晚期MA TLAB的原作者，MathWorks 公司的共同创立者Cleve Moler曾亲自为英特尔HyperCube和Ardent电脑公司的Titan超级计算机开发过MATLAB。Moler 1995年的一篇文章“Why there isn't a parallel MATLAB?[**]”中描述了在开了并行MA TLAB语言中有三个主要的障碍即：内存模式、计算粒度和市场形势。MATLAB全局内存模式的多数并行系统的分布式模式意味着大数据矩阵在主机和并行机之间来回传输。与语法解析和图形例程相比，那时MA TLAB只花了小部分的时间行例程上，这使得并行上的努力并不是很有吸引力。最后一个障碍对于一个资源有限的组织来讲确实是一个现实，即没有足够多的MA TLAB用户将其用于并行机上，因此公司还是把注意力放在单个CPU的MA TLAB开发上。然而这并不妨碍一些用户团体开发MA TLAB并行计算功能，如上面提到的一些实验室和超级计算中心等。 有几个因素使并行MATLAB工程在MathWorks公司内部变得很重要，首先MATALB 已经成长为支持大规模工程的领先工程技术计算环境；其次现今的微处理器可以有两个或四个内核，将来可能会更多甚至个人并行机，采用更复杂的分层存储结构，MA TLAB可以利用多处理器计算机或网络机群；最后是用户团体中要求全面成熟解决方案的呼声也越来越高[] Cleve Moler. Parallel MATLAB: Multiple Processors and Multi Cores, Th eMathWorks News&Notes 。 有三种途径可以用MATLAB来创建一个并行计算系统。第一种途径是主要是把MATLAB或相似程序翻译为低层语言如C或FORTRAN，并用注解和其它机制从编译器中生成并行代码，如CONLAB和FALCON工程就是这样。把MATLAB程序翻译为低层C或FORTRAN语言是个比较困难的问题，实际上MathWorks公司的MA TLAB编译软件就能转换生成C代码到生成包含MATLAB代码和库并支持各种语言特性的包装器。
EDA电子科大版简答填空考试要点 1.VHDL程序一般包括几个组成部分？每部分的作用是什么？ 三个基本组成部分：库、程序包使用说明，实体描述和实体对应的结构体描述（必要时还包括结构体的配置） 库、程序包使用说明-用于打开调用本设计实体将用到的库、程序包。 实体描述----------用于描述该设计实体与外界的接口信号说明。 结构体描述--------用于描述该设计实体内部的组成及内部工作的逻辑关系。 结构体配置语句主要用于层次化的方式对特定的设计实体进行元件的例化，或是为实体选定某个特定的结构体 2.库由哪些部分组成？在VHDL语言中常见的有哪几种？编程人员怎样使用已有的库？ 库由多个包含已定义的函数，数据类型，元件调用说明及子程序的程序包组成，常见的库有如下四种 IEEE库、WORK库、STD库、VITAL库使用方式如下 LIBRARY 库名 3.在VHDL中常用到的预定义程序包有哪几个？怎样使用这些程序包？ 常见的预定义程序包有四种：STD_LOGIC_1164,STD_LOGIC_ARITH,STD_LOGIC_UNSIGNED和STD_LOGIC_SIGNED，STANDARD和TEXTIO 使用这些程序报的方法：USE 库名.程序包.项目名/ALL; 4.VHDL语言中的数据对象有几种？各种数据对象的作用范围如何？各种数据对象的实际物理意义是什么？ 数据对象有三种：常量、变量、信号 常量使用的范围取决于被定义的位置。在程序包中定义的敞亮具有全局最大化的特征，可以在调用此程序包的所有实体中应用；定义在设计实体的常量，其有效范围为在这个实体定义的所有结构体；定义在设计实体的某一结构体的常量，只能用于此结构体；定义在结构体的某一单元的常量如在一个进程中，只能用在这个进程中。 变量只能使用在进程和子程序中，其使用范围仅限于被定义的变量的进程和子程序中。 信号具有全局特性。 常量相当于电路中的恒定电平，而变量和信号相当于组合电路系统中门与门间的连接及其连线的信号值。 5.什么是标识符？在VHDL的基本标识符是怎么规定的？ 标识符用来定义常量、变量、信号、端口、子程序或者参数的名字。 VHDL基本标识符就是以英文字母开头，不连续使用下划线_,不以下划线结尾的，由26个英文大小写字母，数字0-9以及下划线_组成的字符串。 6.信号和变量在描述和使用时有哪些主要的区别？ 信号和变量的主要区别表现在接受和保持信息的方式，信息保持和传递的区域大小上。