1.一種基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，包括訓(xùn)練加速器結(jié)構(gòu)和預(yù)測加速器結(jié)構(gòu)，所述訓(xùn)練加速器結(jié)構(gòu)，用于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法訓(xùn)練階段的加速，所述預(yù)測加速器結(jié)構(gòu)，用于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法預(yù)測階段的加速；所述訓(xùn)練加速器結(jié)構(gòu)內(nèi)部由一個控制單元、多個DMA、多個第一執(zhí)行單元構(gòu)成，DMA與第一執(zhí)行單元數(shù)量相同、一一對應(yīng)，控制單元與DMA和第一執(zhí)行單元通過控制總線相連，第一執(zhí)行單元與DMA通過數(shù)據(jù)總線相連；所述預(yù)測加速器結(jié)構(gòu)內(nèi)部由一個控制總線互聯(lián)結(jié)構(gòu)、多個DMA、多個第二執(zhí)行單元構(gòu)成，DMA與第二執(zhí)行單元數(shù)量相同、一一對應(yīng)，控制總線互聯(lián)結(jié)構(gòu)與DMA和第二執(zhí)行單元通過控制總線相連，第二執(zhí)行單元與DMA通過數(shù)據(jù)總線相連；宿主CPU與控制單元和控制總線互連結(jié)構(gòu)通過控制總線相連，主存與每個DMA通過數(shù)據(jù)總線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述基于鄰域模型的協(xié)同過濾的協(xié)同過濾推薦算法訓(xùn)練階段包括：User-based CF算法訓(xùn)練階段計算所有用戶向量之間相似度、Item-based CF算法訓(xùn)練階段計算所有物品向量之間相似度、SlopeOne算法訓(xùn)練階段計算所有物品之間平均差異度；
所述基于鄰域模型的協(xié)同過濾的協(xié)同過濾推薦算法預(yù)測階段包括：User-based CF算法預(yù)測階段計算物品預(yù)測值、Item-based CF算法預(yù)測階段計算物品預(yù)測值、SlopeOne算法預(yù)測階段計算物品預(yù)測值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述控制單元，用于在宿主CPU的控制下，讀入訓(xùn)練加速器指令程序，依次執(zhí)行程序中的每條指令，控制執(zhí)行單元執(zhí)行指令對應(yīng)的功能操作；內(nèi)置有用于存儲用戶編寫的訓(xùn)練加速器指令程序的指令緩存、程序計數(shù)器、用于記錄向量長度的寄存器、用于記錄每重循環(huán)指令對應(yīng)剩余循環(huán)次數(shù)的寄存器組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述第一執(zhí)行單元，包括控制總線互連結(jié)構(gòu)、緩存模塊、輸入模塊、輸出模塊、累加模塊和運算模塊，控制單元通過控制總線互聯(lián)結(jié)構(gòu)與其他模塊通過控制總線相連；所述輸入模塊將DMA中的向量數(shù)據(jù)讀入至緩存模塊；所述累加模塊對緩存模塊中的兩個向量進行計算，得到計算相似度或平均差異度時所需的若干標(biāo)量信息，并將這些標(biāo)量信息寫回至緩存模塊；所述運算模塊利用緩存模塊中的標(biāo)量信息計算相似度或平均差異度，并將計算結(jié)果寫入至緩存模塊；所述輸出模塊將緩存模塊任意標(biāo)量或向量數(shù)據(jù)寫回至DMA內(nèi)部緩存。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述訓(xùn)練加速器指令程序由專用指令集組成，所述指令集包括：
輸入指令，用于控制輸入模塊讀取DMA內(nèi)部緩存中的數(shù)據(jù)，并將其寫入至指令操作數(shù)對應(yīng)的控制單元寄存器或緩存模塊中的向量緩存；共有三條，分別用于讀取向量長度或某重循環(huán)指令的循環(huán)次數(shù)，讀取一條向量數(shù)據(jù)，邊讀取一條向量數(shù)據(jù)邊進行計算，均為一操作數(shù)指令；
輸出指令，用于控制輸出模塊將指令操作數(shù)對應(yīng)的緩存模塊中的標(biāo)量或向量數(shù)據(jù)寫回至DMA內(nèi)部緩存；共有兩條，分別用于寫回標(biāo)量數(shù)據(jù)，寫回向量數(shù)據(jù)，均為一操作數(shù)指令；
累加指令，用于控制累加模塊對存放在緩存模塊中的兩條向量進行計算，得到指令對應(yīng)的相似度或平均差異度在計算時所需的若干標(biāo)量信息，并將這些標(biāo)量信息寫入至緩存模塊；共有四條，分別用于歐幾里德距離、余弦相似度、皮爾遜相關(guān)系數(shù)、平均差異度，均為無操作數(shù)指令；
運算指令，用于控制運算模塊利用存放在緩存模塊中的若干標(biāo)量信息計算指令對應(yīng)的相似度或平均差異度，并將計算結(jié)果寫入至緩存模塊，共有六條，分別用于杰卡德相似系數(shù)、歐幾里德距離、兩種余弦相似度、皮爾遜相關(guān)系數(shù)、平均差異度，均為無操作數(shù)指令；
循環(huán)指令，用于控制單元對循環(huán)指令標(biāo)記范圍內(nèi)的其他指令執(zhí)行循環(huán)操作，包含循環(huán)開始標(biāo)記與循環(huán)結(jié)束標(biāo)記；共有三對，分別用于一重循環(huán)、二重循環(huán)、三重循環(huán)，對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)記錄在控制單元的相關(guān)寄存器中，由輸入指令負(fù)責(zé)寫入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法訓(xùn)練階段的加速處理包括以下步驟：
S01：根據(jù)選用推薦算法，確定向量類型與長度；
S02：根據(jù)向量類型與長度、選用數(shù)據(jù)集，確定向量數(shù)量；
S03：根據(jù)向量數(shù)量、執(zhí)行單元數(shù)量，按照執(zhí)行單元數(shù)量將所有向量分塊，并將每塊分配給每個執(zhí)行單元處理；
S04：根據(jù)選用的推薦算法、向量類型與長度、向量數(shù)量、分配給每個執(zhí)行單元的向量數(shù)量、相似度標(biāo)準(zhǔn)或平均差異度，編寫訓(xùn)練加速器指令程序，并將指令程序傳入至控制單元指令緩存；
S05：宿主CPU通過控制單元控制所有DMA設(shè)備同時發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，DMA將所有控制信息與向量數(shù)據(jù)從主存讀入至DMA內(nèi)部緩存；
S06：控制單元以單指令流多數(shù)據(jù)流的方式依次執(zhí)行每條指令，控制所有執(zhí)行單元并行同步的執(zhí)行指令對應(yīng)的操作：依次處理所分配的每條向量，從DMA內(nèi)部緩存中讀入該向量并寫入至緩存模塊，依次從DMA中讀入每條其他向量并寫入至緩存模塊，根據(jù)指令對應(yīng)的相似度或平均差異度對兩條向量進行計算，得到所有相關(guān)的標(biāo)量信息并寫入至緩存模塊，利用標(biāo)量信息計算兩條向量之間的相似度或平均差異度，將計算結(jié)果寫入至緩存模塊，將緩存模塊中的相似度或平均差異度計算結(jié)果寫回至DMA內(nèi)部緩存；
S07：處理完分配的所有向量后，宿主CPU通過控制單元控制所有DMA設(shè)備發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，將DMA內(nèi)部緩存中的所有向量相似度或平局差異度計算結(jié)果寫回至主存。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，當(dāng)DMA內(nèi)部緩存容量無法存放主存中所有控制信息、向量數(shù)據(jù)或執(zhí)行單元寫回的所有相似度或平均差異度計算結(jié)果時，宿主CPU多次通知DMA發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，DMA進行多次傳輸部分?jǐn)?shù)據(jù)，直至完成所有數(shù)據(jù)的傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述步驟S06中，當(dāng)向量長度超過執(zhí)行單元緩存模塊的向量緩存存儲容量上限時，首先對向量進行分片處理，將每條向量按照該上限大小劃分為若干個片段，然后執(zhí)行單元逐個的對從DMA內(nèi)部緩存讀入的每對向量片段進行處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述執(zhí)行單元對向量片段處理步驟包括：
S11：執(zhí)行單元依次對分配的每條向量與其他向量之間的執(zhí)行相似度或平均差異度計算；
S12：在依次對該向量與某條其他向量執(zhí)行計算時，輸入模塊依次讀入兩條向量對應(yīng)的每對向量片段，累加模塊對該對向量片段計算指令對應(yīng)的相似度或平均差異度涉及的若干標(biāo)量信息并累加至緩存模塊中，處理完兩個向量的所有向量片段后，運算模塊利用緩存模塊中的標(biāo)量信息計算相應(yīng)的相似度或平均差異度并寫入至緩存模塊，輸出模塊將相似度或平均差異度結(jié)果寫回至DMA內(nèi)部緩存；
S13：在完成該向量與其他向量之間的所有計算后，執(zhí)行單元對下一條向量計算。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述執(zhí)行單元對向量片段處理步驟包括：
S21：執(zhí)行單元依次對分配的每條向量與其他向量之間的執(zhí)行相似度或平均差異度計算；
S22：在依次對向量片段進行處理時，輸入模塊首先讀入該向量的相應(yīng)向量片段，然后依次讀入每條其他向量相應(yīng)的向量片段，累加模塊對該對向量片段計算指令對應(yīng)的相似度或平均差異度涉及的若干標(biāo)量信息并累加至緩存模塊中，處理完該向量與所有其他向量對應(yīng)的向量片段后，輸出模塊將緩存模塊中的相應(yīng)標(biāo)量信息寫回至DMA內(nèi)部緩存，宿主CPU通過控制單元控制所有DMA設(shè)備發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，將DMA內(nèi)部緩存中的所有標(biāo)量信息寫回并累加至主存；
S23：執(zhí)行單元處理完所有向量片段后，宿主CPU利用主存中的所有標(biāo)量信息計算該向量與其他所有相量之間的相似度或平均差異度；
S24：在完成該向量與其他向量之間的所有計算后，執(zhí)行單元對下一條向量計算。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述第二執(zhí)行單元，包括控制模塊、緩存模塊、輸入模塊和輸出模塊，控制模塊內(nèi)置有用于存儲用戶編寫的預(yù)測加速器指令程序的指令緩存、程序計數(shù)器、用于記錄向量長度的寄存器、用于記錄每重循環(huán)指令對應(yīng)剩余循環(huán)次數(shù)的寄存器組；用于在宿主CPU的控制下，讀入預(yù)測加速器指令程序，依次執(zhí)行程序中的每條指令，控制其他模塊執(zhí)行指令對應(yīng)的功能操作：輸入模塊從DMA內(nèi)部緩存中讀取控制信息、標(biāo)量數(shù)據(jù)或向量數(shù)據(jù)，將控制信息寫入至控制模塊相應(yīng)寄存器，將標(biāo)量數(shù)據(jù)寫入至緩存模塊相應(yīng)緩存，對標(biāo)量和向量數(shù)據(jù)進行計算，并將計算結(jié)果累加至緩存模塊相應(yīng)緩存；輸出模塊利用緩存模塊中的累加結(jié)果計算物品的預(yù)測值，并將計算結(jié)果寫回至DMA內(nèi)部緩存。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述預(yù)測加速器指令程序由指令集組成，所述指令集包括：
輸入指令，用于控制輸入模塊讀取DMA內(nèi)部緩存中的控制信息、標(biāo)量數(shù)據(jù)或向量數(shù)據(jù)，將控制信息寫入至控制模塊相應(yīng)寄存器，將標(biāo)量數(shù)據(jù)寫入至緩存模塊相應(yīng)緩存，對標(biāo)量和向量數(shù)據(jù)進行計算，并將計算結(jié)果累加至緩存模塊相應(yīng)緩存；共有六條，分別用于讀取向量長度、某重循環(huán)指令的循環(huán)次數(shù)控制信息以及某對用戶的相似度、某用戶對某物品的評分標(biāo)量數(shù)據(jù)，讀取用戶向量并進行物品累加計算，讀取用戶向量并進行物品加權(quán)累加計算，讀取物品相似度向量并進行物品累加計算，讀取物品相似度向量并進行物品加權(quán)累加計算，讀取物品平均差異度向量并進行物品求和累加計算，讀取控制信息、標(biāo)量信息的指令為一操作數(shù)指令，其余均為無操作數(shù)指令；
輸出指令，用于輸出模塊對緩存模塊中的累加結(jié)果計算物品的預(yù)測值，并將計算結(jié)果寫回至DMA內(nèi)部緩存；共有兩條，分別用于直接寫回緩存模塊向量數(shù)據(jù)，計算并寫回緩存模塊向量數(shù)據(jù)，均為無操作數(shù)指令；
循環(huán)指令，用于控制模塊對循環(huán)指令標(biāo)記范圍內(nèi)的其他指令執(zhí)行循環(huán)操作，包含循環(huán)開始標(biāo)記與循環(huán)結(jié)束標(biāo)記；共有三對，分別用于一重循環(huán)、二重循環(huán)、三重循環(huán)，對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)記錄在控制模塊的相關(guān)寄存器中，由輸入指令負(fù)責(zé)寫入。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法預(yù)測階段的加速處理包括以下步驟：
S31：根據(jù)選用推薦算法，確定向量類型與長度以及物品預(yù)測值計算方式；
S32：根據(jù)選用數(shù)據(jù)集，確定需要執(zhí)行推薦任務(wù)的用戶數(shù)量；
S33：根據(jù)用戶數(shù)量、執(zhí)行單元數(shù)量，按照執(zhí)行單元數(shù)量將所有用戶均分為多塊，并將每塊中的用戶分配給每個執(zhí)行單元處理；根據(jù)選用的推薦算法、計算方式、數(shù)據(jù)集、向量類型與長度、分配給每個執(zhí)行單元的用戶數(shù)量，編寫預(yù)測加速器指令程序，并將指令程序傳入至每個執(zhí)行單元緩存模塊中的指令緩存；宿主CPU通過控制總線互連結(jié)構(gòu)控制所有DMA設(shè)備同時發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，DMA將所有控制信息、標(biāo)量數(shù)據(jù)、向量數(shù)據(jù)從主存讀入至DMA內(nèi)部緩存；
S34：所有執(zhí)行單元控制模塊以多指令流多數(shù)據(jù)流的方式依次執(zhí)行每條指令，每個控制模塊控制該執(zhí)行單元內(nèi)的其他模塊執(zhí)行指令對應(yīng)的操作：依次處理所分配的每個用戶，從DMA內(nèi)部緩存中讀入該用戶的相關(guān)標(biāo)量數(shù)據(jù)和向量數(shù)據(jù)，對向量數(shù)據(jù)涉及到的每個物品進行計算，并將計算結(jié)果累加至緩存模塊對應(yīng)緩存，在處理完該用戶的所有標(biāo)量數(shù)據(jù)和向量數(shù)據(jù)后，選擇性的對緩存模塊中的數(shù)據(jù)進行除法運算，并將所有運算結(jié)果寫回DMA內(nèi)部緩存；
S35：處理完所有分配的所有用戶后，宿主CPU通過控制單元控制所有DMA設(shè)備發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，將DMA內(nèi)部緩存中的物品預(yù)測值結(jié)果寫回至主存。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，當(dāng)DMA內(nèi)部緩存容量無法存放主存中所有控制信息、向量數(shù)據(jù)或執(zhí)行單元寫回的所有相似度或平均差異度計算結(jié)果時，宿主CPU多次通知DMA發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，DMA進行多次傳輸部分?jǐn)?shù)據(jù)，直至完成所有數(shù)據(jù)的傳輸。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述步驟S34中，當(dāng)向量長度超過執(zhí)行單元緩存模塊的向量緩存存儲容量上限時，首先對向量進行分片處理，將每條向量按照該上限大小劃分為若干個片段，然后執(zhí)行單元逐個的對從DMA內(nèi)部緩存讀入的每對向量片段進行處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速器，其特征在于，所述執(zhí)行單元對向量片段處理步驟包括：
S41：執(zhí)行單元依次對分配的每個用戶執(zhí)行物品預(yù)測值計算；
S42：在依次對每個分片內(nèi)的物品進行計算時，輸入模塊從DMA內(nèi)部緩存中讀入該用戶的相關(guān)標(biāo)量數(shù)據(jù)和向量數(shù)據(jù)，對向量數(shù)據(jù)涉及到并處于該分片內(nèi)的每個物品進行計算，并將計算結(jié)果累加至緩存模塊對應(yīng)緩存，在處理完該用戶的所有標(biāo)量數(shù)據(jù)和向量數(shù)據(jù)后，選擇性的對緩存模塊中的數(shù)據(jù)進行除法運算，并將所有運算結(jié)果寫回DMA內(nèi)部緩存；
S43：處理完所有物品片段后，處理下個用戶。
17.一種基于鄰域模型的協(xié)同過濾推薦算法的硬件加速方法，其特征在于，包括訓(xùn)練階段加速和預(yù)測階段加速，所述訓(xùn)練階段通過訓(xùn)練加速器結(jié)構(gòu)加速，包括以下步驟：
S51：根據(jù)選用推薦算法，確定向量類型與長度；
S52：根據(jù)向量類型與長度、選用數(shù)據(jù)集，確定向量數(shù)量；
S53：根據(jù)向量數(shù)量、訓(xùn)練加速器結(jié)構(gòu)的執(zhí)行單元數(shù)量，按照執(zhí)行單元數(shù)量將所有向量分塊，并將每塊分配給每個執(zhí)行單元處理；
S54：根據(jù)選用的推薦算法、向量類型與長度、向量數(shù)量、分配給每個執(zhí)行單元的向量數(shù)量、相似度標(biāo)準(zhǔn)或平均差異度，編寫訓(xùn)練加速器指令程序，并將指令程序傳入至控制單元指令緩存；
S55：宿主CPU通過控制單元控制所有DMA設(shè)備同時發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，DMA將所有控制信息與向量數(shù)據(jù)從主存讀入至DMA內(nèi)部緩存；
S56：控制單元以單指令流多數(shù)據(jù)流的方式依次執(zhí)行每條指令，控制所有執(zhí)行單元并行同步的執(zhí)行指令對應(yīng)的操作：依次處理所分配的每條向量，從DMA內(nèi)部緩存中讀入該向量并寫入至緩存模塊，依次從DMA中讀入每條其他向量并寫入至緩存模塊，根據(jù)指令對應(yīng)的相似度或平均差異度對兩條向量進行計算，得到所有相關(guān)的標(biāo)量信息并寫入至緩存模塊，利用標(biāo)量信息計算兩條向量之間的相似度或平均差異度，將計算結(jié)果寫入至緩存模塊，將緩存模塊中的相似度或平均差異度計算結(jié)果寫回至DMA內(nèi)部緩存；
S57：處理完分配的所有向量后，宿主CPU通過控制單元控制所有DMA設(shè)備發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，將DMA內(nèi)部緩存中的所有向量相似度或平局差異度計算結(jié)果寫回至主存；
所述訓(xùn)練階段通過預(yù)測加速器結(jié)構(gòu)加速，包括以下步驟：
S58：根據(jù)選用推薦算法，確定向量類型與長度以及物品預(yù)測值計算方式；
S59：根據(jù)選用數(shù)據(jù)集，確定需要執(zhí)行推薦任務(wù)的用戶數(shù)量；
S510：根據(jù)用戶數(shù)量、預(yù)測加速器結(jié)構(gòu)的執(zhí)行單元數(shù)量，按照執(zhí)行單元數(shù)量將所有用戶均分為多塊，并將每塊中的用戶分配給每個執(zhí)行單元處理；根據(jù)選用的推薦算法、計算方式、數(shù)據(jù)集、向量類型與長度、分配給每個執(zhí)行單元的用戶數(shù)量，編寫預(yù)測加速器指令程序，并將指令程序傳入至每個執(zhí)行單元緩存模塊中的指令緩存；宿主CPU通過控制總線互連結(jié)構(gòu)控制所有DMA設(shè)備同時發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，DMA將所有控制信息、標(biāo)量數(shù)據(jù)、向量數(shù)據(jù)從主存讀入至DMA內(nèi)部緩存；
S511：所有執(zhí)行單元控制模塊以多指令流多數(shù)據(jù)流的方式依次執(zhí)行每條指令，每個控制模塊控制該執(zhí)行單元內(nèi)的其他模塊執(zhí)行指令對應(yīng)的操作：依次處理所分配的每個用戶，從DMA內(nèi)部緩存中讀入該用戶的相關(guān)標(biāo)量數(shù)據(jù)和向量數(shù)據(jù)，對向量數(shù)據(jù)涉及到的每個物品進行計算，并將計算結(jié)果累加至緩存模塊對應(yīng)緩存，在處理完該用戶的所有標(biāo)量數(shù)據(jù)和向量數(shù)據(jù)后，選擇性的對緩存模塊中的數(shù)據(jù)進行除法運算，并將所有運算結(jié)果寫回DMA內(nèi)部緩存；
S512：處理完所有分配的所有用戶后，宿主CPU通過控制單元控制所有DMA設(shè)備發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，將DMA內(nèi)部緩存中的物品預(yù)測值結(jié)果寫回至主存。