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乘積累加運算

指数 乘積累加運算

乘積累加運算(Multiply Accumulate, MAC)是在-zh-hans:数字信号; zh-hant:數位信號;-處理器或一些微處理器中的特殊運算。實作此運算操作的硬體電路單元,被稱為「乘数累加器」。這種運算的操作,是將乘法的乘積結果和累加器 A 的值相加,再存入累加器: 若沒有使用 MAC 指令,上述的程序可能需要二個指令,但 MAC 指令可以使用一個指令完成。而許多運算(例如卷积运算、点积运算、矩阵运算、数字滤波器运算、乃至多项式的求值运算)都可以分解為數個 MAC 指令,因此可以提高上述运算的效率。 MAC指令的輸入及輸出的數據類型可以是整數、定點數或是浮點數。若處理浮點數時,會有兩次的數值修約(Rounding),這在很多典型的DSP上很常見。若一條MAC指令在處理浮點數時只有一次的數值修約,則這種指令稱為「融合乘加運算」/「積和熔加运算」(fused multiply-add, FMA)或「熔合乘法累积运算」(fused multiply–accumulate, FMAC)。.

目录

  1. 21 关系: 卷积多項式平方差平方根微处理器函数BLAS矩阵矩陣乘法秦九韶算法累加器点积熔合乘法累积指令集資料類型零点MAC (消歧義)指令浮点数数字滤波器整数數值修約規則

  2. 計算機算術

卷积

在泛函分析中,捲積、疊積、--積或旋積,是通过两个函数f和g生成第三个函数的一种数学算子,表徵函数f与经过翻转和平移的g的乘積函數所圍成的曲邊梯形的面積。如果将参加卷积的一个函数看作区间的指示函数,卷积还可以被看作是“滑動平均”的推广。.

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多項式

多项式(Polynomial)是代数学中的基础概念,是由称为未知数的变量和称为系数的常数通过有限次加减法、乘法以及自然数幂次的乘方运算得到的代数表达式。多项式是整式的一种。未知数只有一个的多项式称为一元多项式;例如x^2-3x+4就是一个一元多项式。未知数不止一个的多项式称为多元多项式,例如就是一個三元多项式。 可以写成只由一项构成的多项式也称为单项式。如果一项中不含未知数,则称之为常数项。 多项式在数学的很多分支中乃至许多自然科学以及工程学中都有重要作用。.

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平方差

平方差公式是數學公式的一種,它屬於乘法公式、因式分解及恆等式,目前被普遍使用。平方差指一個平方數或正方形,減去另一個平方數或正方形得來的乘法公式: (a+b)及(a-b)的排列不是非常的重要,可隨意排放。.

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平方根

在數學中,一個數x的平方根y指的是滿足y^2.

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微处理器

微处理器(Microprocessor,缩写:µP或uP)是可程式化特殊集成电路。一种处理器,其所有元件小型化至一块或数块集成电路内。一种集成电路,可在其一端或多端接受编码指令,执行此指令并输出描述其状态的信号。这些指令能在内部输入、集中或存放起来。又称半导体中央处理器(CPU),是微型计算机的一个主要部件。微处理器的元件常安装在一个单片上或在同一组件内,但有时分布在一些不同芯片上。在具有固定指令集的微型计算机中,微处理器由算术逻辑单元和控制逻辑单元组成。在具有微程序控制的指令集的微型计算机中,它包含另外的控制存储单元。用作处理通用资料时,叫作中央处理器。這也是最为人所知的应用(如:Intel Pentium CPU);专用于图像资料处理的,叫作Graphics Processing Unit图形处理器(如Nvidia GeForce 9X0 GPU);用于音讯资料处理的,叫作Audio Processing Unit音讯处理单元(如Creative emu10k1 APU)等等。从物理角度来说,它就是一块集成了数量庞大的微型晶体管与其他电子元件的半导体集成电路芯片。 之所以会被称为微處理器,並不只是因为它比迷你电脑所用的处理器还要小而已。最主要的区别別,还是因为当初各大晶片厂之制程,已经进入了1 微米的阶段,用1 微米的制造,所產製出來的处理器晶片,厂商就会在产品名称上用「微」字,强调他们很高科技。与现在的许多商业广告中,「纳米」字眼时常出现一样。 早在微处理器问世之前,電子計算機的中央处理单元就经历了从真空管到晶体管以及再后来的离散式TTL集成电路等几个重要阶段。甚至在電子計算機以前,还出现过以齿轮、轮轴和杠杆为基础的机械结构计算机。,但那个时代落后的制造技术根本没有能力将这个设计付诸实现。微處理器的發明使得複雜的電路群得以製成單一的電子元件。 从1970年代早期开始,微处理器性能的提升就基本上遵循着IT界著名的摩尔定律。这意味着在过去的30多年里每18个月,CPU的计算能力就会翻倍。大到巨型机,小到筆記型电脑,持续高速发展的微处理器取代了诸多其他计算形式而成为各个类别各个领域所有计算机系统的计算动力之源。.

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函数

函數在數學中為兩集合間的一種對應關係:輸入值集合中的每項元素皆能對應唯一一項輸出值集合中的元素。例如實數x對應到其平方x2的關係就是一個函數,若以3作為此函數的輸入值,所得的輸出值便是9。 為方便起見,一般做法是以符號f,g,h等等來指代一個函數。若函數f以x作為輸入值,則其輸出值一般寫作f(x),讀作f of x。上述的平方函數關係寫成數學式記為f(x).

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BLAS

BLAS(Basic Linear Algebra Subprograms,基础线性代数程序集)是一个应用程序接口(API)标准,用以规范发布基础线性代数操作的数值库(如矢量或矩阵乘法)。该程序集最初发布于1979年,并用于建立更大的数值程序包(如LAPACK)。在高性能计算领域,BLAS被广泛使用。例如,LINPACK的运算成绩则很大程度上取决于BLAS中子程序DGEMM的表现。 为提高性能,各軟硬件厂商则针对其產品对BLAS接口实现进行高度最佳化。.

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矩阵

數學上,一個的矩陣是一个由--(row)--(column)元素排列成的矩形阵列。矩陣--的元素可以是数字、符号或数学式。以下是一个由6个数字元素构成的2--3--的矩阵: 大小相同(行数列数都相同)的矩阵之间可以相互加减,具体是对每个位置上的元素做加减法。矩阵的乘法则较为复杂。两个矩阵可以相乘,当且仅当第一个矩阵的--数等于第二个矩阵的--数。矩阵的乘法满足结合律和分配律,但不满足交换律。 矩阵的一个重要用途是解线性方程组。线性方程组中未知量的系数可以排成一个矩阵,加上常数项,则称为增广矩阵。另一个重要用途是表示线性变换,即是诸如.

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矩陣乘法

這篇文章給出多種矩陣相乘方法的綜述。.

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秦九韶算法

九韶算法是中国南宋时期的数学家秦九韶表述求解一元高次多项式的值的算法——正负开方术。它也可以配合牛顿法用来求解一元高次多项式的根。.

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累加器

在中央處理器中,累加器 (accumulator) 是一種寄存器,用來儲存計算產生的中間結果。如果沒有像累加器這樣的寄存器,那麼在每次計算 (加法,乘法,移位等等) 後就必須要把結果寫回到 記憶體,也許马上就得讀回來。然而存取主存的速度是比從算术逻辑单元到有直接路徑的累加器存取更慢。 標準的例子就是把一列的數字加起來。一開始累加器設定為零,每個數字依序地被加到累加器中,當所有的數字都被加入後,結果才寫回到主存中。 現今的 CPU 通常有很多寄存器,所有或多數都可以被用來當作累加器。因為這個原因,"累加器" 這名詞就顯得有些老舊。這個名詞已經幾乎不在 微處理器 寄存器中使用,例如,運算寄存器的名稱中的符號以 "A" 開頭的表示是從 "accumulator" 這個歷史因素得來的 (有時候認為並非 "arithmetic")。也可能混淆的是寄存器的名字前置 "A" 也表示 "address",比如說像是 Motorola 68000 家族。 早期的 4 位、8 位微处理器,典型具有单个累加器。8051 微控制器有两个累加器:主累加器与从累加器,其中的从累加器只用于乘法(MUL AB)与除法(DIV AB)。乘法的 16 位结果放入两个 8 位累加器中。除法时,商放入主累加器,余数放入从累加器。8008 的直接后继产品——8080 与 8086,开创了 x86 指令集体系结构,仍然使用两个累加器:主累加器 EAX 与从累加器 EDX 用于乘法与除法的大数运算。例如,MUL ECX 将把两个 32 位寄存器 ECX 与 EAX 相乘,64 位结果放入 EAX 与 EDX。但是 MUL 与 DIV 之外的其他算术——逻辑指令(ADD、SUB、CMP、AND、OR、XOR、TEST)可以使用 8 个寄存器:EAX、ECX、EDX、EBX、ESP、EBP、ESI、EDI 作为目的操作数(即存储结果的位置)。.

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点积

在数学中,点积(Skalarprodukt、Dot Product)又称--或标量积(Skalarprodukt、Scalar Product),是一种接受两个等长的数字序列(通常是坐标向量)、返回单个数字的代数运算。在欧几里得几何中,两个笛卡尔坐标向量的点积常称为內積(inneres Produkt、Inner Product),见内积空间。 从代数角度看,先对两个数字序列中的每组对应元素求积,再对所有积求和,结果即为点积。从几何角度看,点积则是两个向量的长度与它们夹角余弦的积。这两种定义在笛卡尔坐标系中等价。 点积的名称源自表示点乘运算的点号(a·b),标量积的叫法则是在强调其运算结果为标量而非向量。向量的另一种乘法是叉乘(a×b),其结果为向量,称为叉积或向量积。 點积是--的一种特殊形式。.

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熔合乘法累积指令集

#重定向 FMA指令集.

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資料類型

在程式設計的型別系統中,数据类型(Data type)是用來約束数据的解釋。在程式語言中,常見的数据类型包括--(如:整數、浮點數或字元)、多元組、記錄單元、代數資料型別、抽象数据类型、參考型別、类以及函式型別。資料型別描述了數值的表示法、解釋和結構,並以演算法操作,或是物件在記憶體中的儲存區,或者其它儲存裝置。.

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零点

对全纯函数f,称满足f(a).

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MAC (消歧義)

#重定向 MAC.

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指令

在计算机技术中,“指令”是由指令集架构定义的单个的CPU操作。在更广泛的意义上,“指令”可以是任何可执行程序的元素的表述,例如字节码。 在传统的构架上,指令包括一个操作码(opcode)——它指定了要进行什么样的操作,例如“将存储器中的内容与寄存器中的内容相加”——和零个或者更多的操作数(operand)——它可能指定了参与操作的寄存器、内存地址或者立即数(literal data)。操作数可能还包括寻址方式,它确定了操作数的含义。原文:The operand specifiers may have addressing modes determining their meaning or may be in fixed fields.——译者 在超長指令字(VLIW)构架中(包括很多微指令(microcode)构架)多个并发的操作和操作数在一条单独的指令中被指定。 指令的长度相差悬殊,从一些微控制器(microcontroller)中的4位(bit)到一些超长指令字系统中的几百位。大部分现代的个人计算机、大型计算机、超大型计算机中的处理器的指令尺寸在16到64位之间。在一些构架中,特别是RISC构架中,指令长度是固定的,通常与其构架的字长一致。在其他的构架中,指令有不同的长度,但通常是字节或者半个字的整数倍。 构成程序的指令很少以它在机器内部的数值形式而直接的被使用;它们可以被程序员通过汇编语言加以表示,或者,更常见的,被编译器生成。.

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浮点数

在計算機科學中,浮點(floating point,縮寫為FP)是一種對於實數的近似值數值表現法,由一个有效數字(即尾数)加上冪數來表示,通常是乘以某个基数的整数次指數得到。以這種表示法表示的數值,稱為浮点數(floating-point number)。利用浮點進行運算,稱為浮点计算,這種运算通常伴随着因为无法精确表示而进行的近似或舍入。 計算機使用浮點數運算的主因,在於電腦使用二進位制的運算。例如:4÷2.

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数字滤波器

数字滤波器是对数字信号进行滤波处理以得到期望的响应特性的离散时间系统。作为一种电子滤波器,数字滤波器与完全工作在模拟信号域的模拟滤波器不同。数字滤波器工作在数字信号域,它处理的对象是经由采样器件将模拟信号转换而得到的數位信号。 数字滤波器的工作方式与模拟滤波器也完全不同:后者完全依靠电阻器、电容器、晶体管等电子元件组成的物理网络实现滤波功能;而前者是通过数字运算器件对输入的数字信号进行运算和处理,从而实现设计要求的特性。 数字滤波器理论上可以实现任何可以用数学算法表示的滤波效果。数字滤波器的两个主要限制条件是它们的速度和成本。数字滤波器不可能比滤波器内部的数字电路的运算速度更快。但是随着集成电路成本的不断降低,数字滤波器变得越来越常见并且已经成为了如收音机、蜂窝电话、立体声接收机这样的日常用品的重要组成部分。 数字滤波器一般由寄存器、延时器、加法器和乘法器等基本数字电路实现。随着集成电路技术的发展,其性能不断提高而成本却不断降低,数字滤波器的应用领域也因此越来越广。按照数字滤波器的特性,它可以被分为线性与非线性、因果与非因果、无限脉冲响应(IIR)与有限脉冲响应(FIR)等等。其中,线性时不变的数字滤波器是最基本的类型;而由于数字系统可以对延时器加以利用,因此可以引入一定程度的非因果性,获得比传统的因果滤波器更灵活强大的特性;相对于IIR滤波器,FIR滤波器有着易于实现和系统绝对稳定的优势,因此得到广泛的应用;对于时变系统滤波器的研究则导致了以卡尔曼滤波为代表的自适应滤波理论.

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整数

整数,是序列中所有的数的统称,包括负整数、零(0)与正整数。和自然數一樣,整數也是一個可數的無限集合。這個集合在数学上通常表示粗體Z或\mathbb,源于德语单词Zahlen(意为“数”)的首字母。 在代數數論中,這些屬於有理數的一般整數會被稱為有理整數,用以和高斯整數等的概念加以區分。.

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數值修約規則

#重定向 数值修约.

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另见

計算機算術