跟李凡老师学FPGA图像加速器之D03：加速器基础（20170427课堂笔记）

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        当然我们要问清楚，这个选件，协处理器8087是做什么用的？
        我不买它可不可以？
        当时苹果发布会上的销售人员是这么解释的，这个协处理器是一个长整运算、浮点运算的一个加速器。
        就是这么提出来的，加速器，accelerator。
        他们的现场工程师这么解释，如果你是用于科学计算，建议你最好买一个。
        但是如果你选择不买，不要协处理器，苹果二拿回去，8086的那颗CPU照样能做，只不过做得慢一点。
        为什么会做得慢一点呢？

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        解释就是这样。
        它是用指令做的，而协处理器是用硬件做的。
        当时我们的概念还不像现在这么清楚。
        指令做跟硬件做有什么区别？
        很简单，他就拿了一段游戏出来，没有协处理器的一台电脑，没有加8087的协处理器的电脑，是用指令做的。
        这个时候，完成同样一个游戏，如果游戏其中的一个角色，从一个坐标点运动到另外一个坐标点，电脑里面是怎么处理呢？
        是在显存上做一段搬运，是不是？

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        一个角色，是人物也好，是一个球也好，是道具也好。
        从一个坐标运动到另外一个坐标。
        电脑会是怎么实现的呢？
        电脑当然要把这个坐标搬运到这个位置。
        怎么搬运呢？
        如果没有加速器的时候，CPU会把显存对应的区域一个字节一个字节地读到CPU里面来。
        因为8086是8位的。

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        然后，读进来，再写回去。
        而这个期间呢，CPU还要运行程序。
        它是根据程序来，一条读指令，一条写指令。
        而且还有取指周期。
        所以，CPU还要访问MEM。
        我们说指令存储器，它要读指令，本身要占用周期。

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        然后读到CPU里面来，要有周期。
        一个指令周期要占用若干个机器周期，机器周期对应的是硬件电路的一拍。
        它用那么多拍来组成这些动作，当然慢了。
        所以说这个时候，用CPU来做这个事情，CPU一条指令一条指令地来做。
        但是如果是硬件，是怎么做的？
        这个里面就说到了一件事，加速器里面说到了一个DMA。
        至芯教材里面也有。
        Direct memory Access，直接存储器访问。
        什么个意思呢？
        如果用经过DMA的控制，加速器控制DMA以后，不再经过CPU了。
        而是直接读到DMA。

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        DMA再写回到目标里面去。
        DMA是什么？
        不是指令，它是一个硬件逻辑，当然快了。
        所以说，当时苹果的销售工程师跟我们说，如果你不买8087，用硬件算，算什么呢？
        算浮点，算长整，它是算出来的。
        但是呢，如果你买了这个加速器，8087的加速器，它就不是用指令算的。
        它是用硬件逻辑算的。
        硬件逻辑，每一拍都会执行一个动作，全流水的情况之下，当然要快了。
        这个道理很简单。
        这个道理我们放到今天，可以更好地理解。

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        因为今天在座的各位都关注游戏，现在的游戏程序做得很好，但是呢，它有一件要求，它要求有很好的显卡支持，是不是？
        如果没有一个很好的显卡支持呢，有些游戏程序是完不成的，要么玩起来很卡，要么根本不能玩。
        为什么会这样呢？
        加速器。
        这个时候，游戏程序它所对应的显卡，要求这个显卡起的就是加速作用。
        Accelerator。
        现在我们就来说一说，加速器该怎么动作？
        比方说，用DMA做数据搬运，CPU做数据搬运我们已经很清楚了。
        就是读写即可。
        读一个写一个，还有做一个指针。
        DMA是怎么做的？

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        DMA它要获得数据的起始地址和结束地址。
        知道数据在哪，写到什么地方。
        然后呢，直接做，一拍做一个。
        这个期间就要涉及到加速器该怎么做。
        如果是一个图像加速器，就是我们做sobel，或者是一个协处理器8087，做长整，做浮点。
        那么，会怎么做呢？
        当然其中有各种各样的运算了，长整，浮点，sobel，中值滤波，钝化，但是有一件事是它的基本的规律。
        就是加速器，每个加速器都要这么做的。
        什么规律呢？
        我们来看看。
        首先主处理器是CPU，CPU要获得资源，CPU要正常运行，CPU需要长整运算，需要图像加速的处理的时候呢，是由CPU来管理的。

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        这个时候CPU是老大，CPU说了算。
        我什么时候做长整，我说了算。
        我什么时候做图像的边缘检测，也是由CPU说了算。
        CPU里面有一段程序嘛。
        当CPU要执行类似这样的数据搬运、钝化的时候，CPU在有加速器存在的情况之下，它用不着自己去做，用不着自己一条指令一条指令地去做。
        它可以怎么做呢？
        它可以通知图像加速器，这个时候，图像加速器做一个数据搬运。
        数据搬运的图像加速器。它会通知这个图像加速器，你来做这件事。
        这时候，主处理器不会自己做，不会自己用指令做。
        那么，它怎样通知它呢？
        当然通知它，给它一个命令。
        会向图像加速器发出一个命令。

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        大家可以看得到，在主处理器、加速器之间会有一个总线通道，纵向的，主处理器呢，会通过这个总线通道，来通知加速器，而这个总线通道对于CPU而言，是唯一的。
        对于CPU的架构，无论是冯诺依曼的体系，还是哈佛体系，我们看得到，都是挂在标准总线上，地址、数据、控制总线上。
        哈佛体系上，是把数据分成两类，指令和数据。冯诺依曼是一类。
        总之是地址总线、数据总线和命令总线。
        CPU对于这些设备，无论是加速器也好，还是挂在上面的端口也好，还是定时器也好，还是异步串行收发器也好，都是通过唯一的地址，来进行访问。
        它们的地位都是相等的。