加州理工学院-计算系统导论 (38)

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高性能计算导论课件-高性能计算导论-PPT文档资料

• 作业2：
– 任意选择一个演讲题目，谈谈你对该研究领域的理解 – 长度不限、鼓励原创观点
• 作业提交
– 9月10日，最后一节课上提交打印版
In+Lab@SYSU

3
智能规划
中山大学计算机软件所教授，博士生导师吉林大学珠海学院计算机科学与技术系主任中国计算机学会理事中国计算机教育专业委员会秘书长姜云飞教授中国计算机学会人工智能专业委员会自动推理学组组长
高性能计算导论
超级计算系数据科学与计算机学院中山大学 2019年夏季学期
In+Lab@SYSU

1
课程时间表
In+Lab@SYSU

2
课程作业
• 作业1：
– – – – 写一个高性能计算的综述定义、起源、分支、应用、最新研究方向等请做好引用及提供参考文献 A4纸张、单栏、小4号宋体、4页以上
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4
机器学习辅助的进化计算方法
• • • • • • 詹志辉
副教授
2019年广东省自然科学杰出青年基金获得者 2019年中国高被引学者（计算机科学）入选者 2019年珠江科技新星人才计划项目入选者 2019年中国计算机学会（CCF）优秀博士论文奖 2019年广东省优秀博士学位论文奖已发表学术论文40多篇，其中IEEE Transactions 等 SCI期刊论文13篇，ESI前1%高被引论文3篇，其中一篇入选ESI 前0.1% Hot Paper.
李全忠
讲师
In+Lab@SYSU

7
数据密集型视觉计算
• 视觉计算、智能学习、大规模数据处理 • 教育部新世纪优秀人才支持计划入选者，广东省自然科学杰出青年基金获得者，主持中山大学智能媒体计算实验室 • 迄今共发表或录用论文70余篇(Proceeding of the IEEE论文1篇，IEEE TPAMI论文4 篇，IEEE TIP论文4 篇，IEEE TCSVT论文4篇，国际会议论文ICCV、CVPR 、NIPS、ACM Multimedia 20余篇) • 香港理工大学，访问教授 • 美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)，博士后研究员

计算机导论(黄国兴)

计算机导论

6
计算机的发展

第一代计算机（1946年～1957年）第二代计算机（1958年～1964年）第三代计算机（1965年～1971年）第四代计算机（1972年～今）第五代计算机
计算机导论

计算机导论

4
计算机的特点

运算速度快运算精度高具有记忆能力具有逻辑判断能力存储程序
计算机导论

5
计算机的用途

科学计算数据处理实时控制人工智能娱乐与游戏计算机辅助工程和辅助教育
问题的符号表示及其处理过程的机械化严格化的固有特性决定了数学是计算机科学与技术学科的重要基础之一数学及其形式化描述严密的表达和计算是计算机科学与技术学科所用的重要工具建立物理符号系统并对其实施变换是计算机科学与技术学科进行问题描述和求解的重要手段
第1章
内容提要
绪论
本章在介绍计算机的定义、分类、特点、用途和发展等基本概念的基础上，介绍了计算机科学与技术学科的教育和对计算机科学与技术学科毕业生的基本要求。本章还分析了信息化社会的基本特征、Internet对信息化社会的影响以及信息化社会对计算机人才及其知识结构的基本要求，概要地介绍了计算机科学与技术学科的内涵、知识体系和研究范畴。通过本章的学习，应理解计算机的基本概念、信息化社会的特征以及信息化社会对计算机人才的需求，并初步了解计算机科学技术的研究范畴和作为一名计算机科学技术专业毕业的学生应具有的知识和能力，明确今后学习的目标和内容，树立作为一个未来计算机科学技术工作者的自豪感和责任感。
15
计算机科学与技术学科的教育
计算机科学与技术学科的发展速度是非常快的 , 计

《计算科学导论》课件

06
网站测试与部署
对网站进行测试，确保各项功能正常，然后将网站部署到服务器上。
人工智能应用实战项目
总结词
通过开发一个基于人工智能的应用程序，学生可以掌握人工智能的基本原理和技术，提高实际应用能力。
选择合适的人工智能技术
根据项目的需求，选择合适的人工智能技术，如机器学习、深度学习等。
数据收集与标注
20世纪90年代
大数据和云计算技术的出现，为计算科学带来了新的挑战和机遇
。
20世纪80年代
互联网的兴起，推动了计算机网络的快速发展。
20世纪70年代
个人计算机的出现，使得计算机技术更加普及。
计算科学的应用领域
数据科学
涉及数据挖掘、数据分析、数据可视化等领域。
软件工程
包括软件开发、软件测试、软件维护等领域。
生物信息学与计算生物学
随着基因组学和蛋白质组学等研究的深入，计算科学将在生命科学领域发挥越来越重要的作用。
个人如何学习与发展计算科学
基础学科知识
掌握数学、物理、计算机等基础学科知识，为深入学习计算科学打下坚实基础
。
参加竞赛与项目实践
参加算法竞赛、数据科学竞赛等活动，参与开源项目和实际应用开发，提
云计算与虚拟化技术包括云平台架构、虚拟机技术、容器化技术等，这些技术能够实现资源的动态管理和调度，提高资源利用率，降低运维成
本，同时也为应用程序的开发和部署提供了便利。
云计算与虚拟化技术的发展对于推动企业数字化转型、促进软件产业升级等方面具有重要意义，同时也为人工智能、大数据等领域的快速发展提供了基础支撑。
物联网与智能家居
物联网与智能家居是计算科学领域中的另一前沿技术，它通过互联网连接家居用品，实现智能化控制和管理，提高生

美国加州大学圣塔芭芭拉分校之计算科学与工程

一所成立于1909年位于美国西部小城圣塔芭芭拉的大型公立综合性全国大学，亦是加州大学系统10个成员之一。

主校区位于加州戈丽塔市，占地面积约1022公顷，离洛杉矶约100英里，其前身是一所师范院校，后于1944年加入加州大学系统，成为第三历史最古老大学成员。

加州大学圣塔芭芭拉分校属美国公立常春藤之一，是一所综合性大学，提供本、硕、博三种学位类型。

计算科学与工程
加州大学圣塔芭芭拉分校计算科学与工程（Computational Science & Engineering，缩写CSE）是一个由7个系共同参与开设的交叉学科项目，设有MS与PhD两种学位类型。

欲攻读该专业，需先获得这7个参与系之一的录取。

这7个参与系分别是：
化学工程系（Department of Chemical Engineering）
计算机科学系（Department of Computer Science）
地球科学系（Department of Earth Science）
生态、进化与海洋生物学系（Department of Ecology, Evolution and Marine Biology）
电气与计算机工程系（Department of Electrical and Computer Engineering）
数学系（Department of Mathematics）
机械工程系（Department of Mechanical Engineering）。

计算科学导论三PPT文档42页

2021/7/16
20
计算科学各主领域及其基本问题
• 人机交互
̵ 重点在于理解作为交互式对象的人的行为，知道怎样使用以人为中心的方法来开发和评价交互式软件系统
̵ 基本问题： ̵ ①表示物体和自动产生供阅览的照片的有效方法是什
么？
̵ ②接收输入和给出输出的有效方法是什么？ ̵ ③怎样才能减少产生误解和由此产生的人为错误的风
̵ 要精通这个领域，必须有理论和实践两方面的知识
̵ 实践教学包括：数据收集和综合、建模、源代码级的协议分析、网络数据包的监控、软件构造以及对备选设计模型的评估等
2021/7/16
17
计算科学各主领域及其基本问题
• 算法与复杂度
̵ 基本问题： ̵ ①网络中的数据如何进行交换？ ̵ ②网络协议如何验证？ ̵ ③如何保证网络的安全？ ̵ ④分布式计算的性能如何评价？ ̵ ⑤分布式计算如何组织才能够使通过通信网连
̵ 为了理解程序设计语言实用的一面，还要求具有程序设计语言翻译和诸如存储分配等方面的基础知识
2021/7/16
19
7.4计算科学各主领域及其基本问题
• 程序设计语言
̵ 基本问题： ̵ ①语言（数据类型、操作、控制结构、引进类
型和操作的机制）表示的虚拟机的可能组织结构是什么？ ̵ ②语言如何定义机器？机器如何定义语言？ ̵ ③什么样的表示法（语义）可以有效地用于描述计算机应该做什么？
2021/7/16
14
计算科学各主领域及其基本问题
• 操作系统
̵ 基本问题： ̵ ①在计算机系统操作的每一个级别上，可见的Байду номын сангаас
对象和允许进行的操作各是什么？ ̵ ②对每一类资源，能够对其进行有效利用的最

美国加州理工学院计算机科学硕士专业

留学监理服务网 www.li
加州理工学院 California Institute of Technology
综合排名：10 学校类型：私立 - 综合性大学所在地：美国加利福尼亚州帕萨迪纳录取率：10.55% SAT 统计：2160-2380 每年学费：24 万(人民币) 是否有奖学金：是在校生人数：2231 开学时间：秋季,春季学校网址：
每年秋季,
用科学学 $38084
院
约合 24 万
MS
春季
生物工程 (人民币)
学系
应用计算数学 1
Applied / Computational Mathematics
理科硕士 MS
每年秋季, 春季
工程与应用科学学
院计算与数学科学学
系
$38084 约合 24 万 (人民币)
计算机科学 Computer Science
留学监理服务网 www.li
加州理工学院
计算机科学 - Computer Science
基本信息
所属学加州理工学院 - California Institute 所在工程与应用科学学院 - 计算与数学科学
校 of Technology
院系系
专业名称
计算机科学
- Computer
机械工程
Mechanical
4
Engineering
化学工程
BS in Chemical
4
Engineering
商业经济学与管理 4
Business Economics
授予学位开学时间
所在院系
学费 /年
理科学士 BS
工程与应用科学

加州理工学院-计算系统导论 (30)

b bits block offset
¢ Example: direct-mapped cache with 4 sets
2 bits in set index
Direct-Mapped Cache with 4 Sets
¢ Very fast to map an address to a cache set
CS24: INTRODUCTION TO COMPUTING SYSTEMS
Spring 2013 Lecture 15
LAST TIME
¢ Discussed concepts of locality and stride
Spatial locality: programs tend to access values near values they have already accessed
¢ Each cache set has E cache lines in it…
Need to look up cache line using only the block’s tag The cache set is an associative memory
¢ More complicated to find if a block is in the cache
Need to examine all cache-line tags
Also, tag is larger than in a direct-mapped cache
Valid Tag
Avoid conflict misses by having multiple lines per cache-set
Avoid complicated logic to check tags of many lines

《计算机科学导论课件》

编程与算法
学习编程语言和算法设计，提升解决复杂问题的能力。
人机交互与用户体验
研究如何设计用户友好的界面和交互体验，提升人机互动效果。
计算机科学的历史
年代 1936 1971 1990 2004
里程碑图灵机提出，标志着计算机科学的开始。发明第一台微处理器，开启了个人计算机时代。万维网诞生，互联网得以普及。诞生了Facebook，社交媒体的兴起。
计算机科学的基础知识
1 二进制
计算机使用的数字系统，了解其原理对理解计算机工作方式至关重要。
2 逻辑电路
了解计算机内部的电路以及逻辑门的工作原理。
3 操作系统
学习操作系统的功能和作用，了解计算机的基本操作。
4 编程语言
掌握编程语言的基本概念和语法，能够编写简单的程序。
计算机硬件和软件架构
计算机硬件
掌握常见的排序和搜索算法，提高程序的效率。
计算机网络和通信技术
计算机网络
学习网络基础知识，如TCP/IP协议、局域网、广域网等。
网络安全
了解网络安全的重要性和常见的网络攻击方式，学习保护网络的方法。
通信技术
掌握无线通信和移动通信的原理和技术，了解通信协议和网络传输。
人工智能和机器学习
包括中央处理器、内存、硬盘等各种硬件组件。
软件架构
设计软件的结构和组织方式，实现程序的功能和目标。
电路板
控制计算机硬件的电路，使其能够正常工作。
数据结构和算法
1
数据结构
学习数据的存储方式和组织结构，如数组、
算法复杂性
2
链表和树等。
分析算法的时间和空间复杂性，选择合适的
算法解决问题。

加州理工学院-计算系统导论 (18)

UPDATE OUR ISA AND PROCESSOR
¢ Add a new instruction: BRZ A, Addr (Branch if Zero)
If value in slot A is 0, change Prog Ctr to address Addr
¢ New logic to support this instruction:
¢ Branch Logic:
If opcode is BRZ, and memory A outputs 0, then tell multiplexer to load Addr into the Program Counter.
UPDATED PROCESSOR
¢ With updated processor, can reuse instructions by creating loops in our programs
p = p + b;
1001
a = a >> 1;
1010
b = b << 1;
1011
}
1100
return p;
}
1110
¢ Coding is more complex now!
Need to plan out our loops…
Need to know the addresses to jump to!
Operation
ADD
AB
SUB
AB
NEG
A
BRZ
A Addr
AND
AB
OR
AB
XOR
AB
INV
A
SHL

360教育集团：加州理工学院申请之计算机科学

官网：加州理工学院（Caltech）创建于1891年，是一所位于美国加利福尼亚州帕萨蒂纳的小型私立综合性全国大学，主校区占地面积约124英亩，该校离洛杉矶市仅18公里。

该校由美国企业家、政治家阿默斯·G·史路普（Amos G. Throop）一手建立，当初只是一个职业学校直到1910年，1934年加州理工当选为美国大学联盟成员；在1936年到1943年，该校一直管理运营着美国宇航局喷气推进实验室。

计算机科学360教育集团 (/)介绍加州理工学院计算机科学（Computer Science）与计算与数学科学（Computing & Mathematical Sciences）为同一个专业，开设有以下研究领域：算法经济学（Algorithmic Economics）应用概率论（Applied Probability）形式化方法（Formal Methods）图形与几何（Graphics & Geometry）机器学习与视觉（Machine Learning & Vision）数学信号处理（Mathematical Signal Processing）分子编程（Molecular Programming）网络系统（Networked Systems）优化（Optimization）量子信息与计算（Quantum Information & Computation）机器人与智能机器（Robotics & Intelligent Machines）科学计算（Scientific Computing）理论计算机科学（Theory of Computation）参考资料：(1) Research Areas-CMS Caltech。

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IMPLEMENTATION ISSUES (2)
¢ CPUs frequently use a Translation Lookaside Buffer (TLB) to cache page table entries Designed to be extremely fast Don’t even want to incur L1 or L2 penalty, if possible!
page table that the MMU uses ¢ Share memory regions between processes, such
as shared libraries, kernel code, working areas ¢ Memory-map disk files into virtual memory, to
Also permission flags, e.g. “read/write,” “supervisor”
¢ Requires both hardware and software support:
CPU performs address translation in hardware to make it as fast as possible
Showed the processor using a single page table Real-world system doesn’t work that way!
¢ Given a 32-bit address space, and pages of 4KB:
Page offsets take 12 bits, page numbers are 20 bits
would still be 4-25ns away
CPU
mov 307, %ebx
Virtual Address = 307
MMU
Physical Address = 7 Page Table
Main Memory 0123 4567 8 9 10 11
¢ Can’t afford memory performance being this bad!
CS24: INTRODUCTION TO COMPUTING SYSTEMS
Spring 2013 Lecture 24
LAST TIME
¢ Extended virtual memory concept to be a cache of memory stored on disk
DRAM becomes L4 cache of data stored on disk
load programs, and to perform fast and easy IO ¢ Set permissions on memory pages to make some
pages read-only, or inaccessible by user code
LAST TIME: IMPLEMENTATION ISSUES
LAST TIME (2)
¢ Can now implement many useful features!
¢ Isolate address spaces of different processes ¢ Perform fast context-switches by changing the
Operating system must handle situations where pages must be moved into and out of memory
CPU raises page fault and general protection fault exceptions when it requires the kernel’s intervention
CPU
mov 307, %ebx
TLB
Virtual Address = 307
MMU
PTE
Physical Address = 7 Page Table
Main Memory 0123 4567 8 9 10 11
TRANSLATION LOOKASIDE BUFFER
¢ Translation lookaside buffer stores one page table entry per cache line
¢ Also added more details to page table entries
Entries have a valid (IA32: “present”) flag specifying if the page is in memory, and if not, where it resides
Input is virtual page number, output is page table entry
¢ TLB typically has a high degree of associativity
Maximize chance that TLB contains needed page table entry!
CPU
TLB
mov 307, %ebx VPN
PTE
Virtual Address = 307
MMU
PTE
Physical Address = 7 Page Table
Main Memory 0123 4567 8 9 10 11
IMPLEMENTATION ISSUES (3)
¢ Issue 2: How laBiblioteka ge are page tables?
¢ Started to look at two implementation issues ¢ Issue 1: Page tables live in main memory
As much as 100ns away from the MMU! Caches would help with this, but page table entries