幕前幕後

2015年4月18日星期六

數位電路設計 - 開放式課程筆記(一)

最近幾個月在複習數位電路，同時上了一門edx上MIT和交大OCW的數位電路課程。

EDX MITx: 6.004.1x https://courses.edx.org/courses/MITx/6.004.1x/1T2015/info

NCTU OCW : 邏輯設計 http://ocw.nctu.edu.tw/course_detail_3.php?bgid=8&gid=0&nid=174#.VTIUZvmUeSp

數位電路(Digital circuit)是電機系大一的必修課，以前大四時想拿個電機輔系跑去聽這門課，但一直到下學期的實驗課寫verilog時才有一點感覺。

交大的這門課的規劃跟以前自己上的進度差不多，大概就是一整個學期先講組合電路(combinational circuit)、再講順序電路(sequential circuit)。

但MIT的進度要緊湊得多，edx上的Digital Circuits不過是校內課程6.004 Computation Structure的三分之一，數位電路在台灣要講一學期的內容只講了6週，接著則進入programmable architecture和computer systems。

比較起來，MIT的這門課程要更注重與其他學門的關係，課後的練習也不時帶你去質疑一些看來基本、但也許不問，就從來不會去深究的電路。除了一般的填答題，還有幾個電路模擬的實驗，按照spec走過一遍更有感覺。

以下就每堂課做個簡單的筆記 :

第一講 : Basics of Information

1. 定量訊息 :

先對information下個定義 : Data communicated or received that resolves uncertainty about particular fact or circumstance.

要定量一筆訊息，先知道該訊息出現的機率，再來計算要使用幾個0/1來為此筆訊息編碼，可由I(x)=log(base2)(1/機率)得到該訊息的量。

例如在一副牌中出現紅心的機率是1/4，訊息量即為2 bit；黑桃A則是1/52，訊息量為5.70 bit。

得到的訊息量越多，越能去除掉不確定性。

2. 編碼 :

編碼(encoding) : an unambiguoug mapping between bit strings and the set of possible data

原則上就是用一串bit的組合來表示一組data。若各個data出現的機率均等，可使用固定t;長度的bit組合；若不均等，可使用不定長度的編碼。

ASCII共有94個字元，就可用log2(94) ~ 6.555約7個bit表示。
Binary-Coded Decimal (BCD)可用log2(10) ~ 3.322約4個bit表示。
正整數可由二進制編碼表示，而為了閱讀方便，可將二進制改寫成十六進制
負數可使用signed magnitude將首位設成1，或是用2補數表示。
* n個bit的數N，其二補數 = 2^n – N
不定長度的編碼可使用Huffman's algorithm, LZW...

3. 偵錯與除錯 :

當送出與收到的訊息不一樣時，表示有幾個bit出了錯。

Hamming distance : The number of positions in which the corresponding digits differ in two encodings of the same length.

兩段相同長度的編碼，對應位置不同的數值的bit數目，即為Hamming distance。

要能偵測單個bit的錯誤，可在原先的data再加上一位parity bit，使得總共1出現奇數或偶數次。

原來兩組有效訊息之間的Hamming distance就從1增加到2。

若是拿到的訊息出現1的奇偶次數與發送方不同，即表示可能出現單個bit的錯誤。

若是要偵測更多bit錯誤，Hamming distance就要再增加。

偵測E個錯誤，兩組有效訊息之間的Hamming distance為E+1

更正E個錯誤，兩組有效訊息之間的Hamming distance為2E+1

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第二講 : The Digital Abstraction

1. 編碼的bit怎麼來 :

使用電壓來編碼 – 電壓容易產生、偵測，也有可能較省電；但容易受環境影響，也有可能受到電容電壓的延遲影響。

但若要使用電壓來趨近一段連續的變化，例如0~10的變化分別以10個電壓位階來表示時，又容易受到干擾。

-> 用電壓僅表示bit的兩個值 0,1

2. 組合電路 :

有一個以上的數位輸入
有一個以上的數位輸出
有一份功能規格(functional specification)詳述每個輸出與輸入所有可能的值的對應關係
有一份時間規格(timing specification)至少包含了穩定有效的輸入至輸出所需的時間
沒有directed cycles，從輸入到輸出，每個元件僅會經過一次 * 沒有feedbach loop

3. Noise :

訊息傳送的過程中，有可能會受到外界雜訊的干擾，造成上一級的訊號輸出到了下一級的輸入發生錯誤。因此，提高判斷輸出訊號為1或是0的標準，容許輸出在進入下一級的輸入時能有一定的誤差範圍，稱為noise margin。

輸出 :

0 : V <= V(OL)

1 : V >= V(OH)

輸入 :

0 : V <= V(IL)

1 : V >= V(IH)

標準 :

對於低電位來說，輸出的電壓V(OL) 要小於 V(IL)

對於高電位來說，輸出的電壓V(OH)要大於V(IH)

即有效的輸出電壓須大於V(OH)或小於V(OL)

而有效的輸入電壓須大於V(IH)或小於V(IL)

而V(IL)和V(IH)之間則為Forbidden Zone，當輸入電壓落在此區間時，輸出可為任何值

簡單地說 : V(OL) < V(IL) < V(IH) < V(OH)

output對於判斷是0或是1的要求較為嚴格，當signal從output到input之間若受到雜訊干擾，只要仍在input判斷0和1的範圍之內，仍為有效值。

允許雜訊干擾的範圍 : V(IL) - V(OL) 和 V(OH) - V(IH)，即為noise margin。

2014年11月29日星期六

生活有感

工作已有一年多的時間,跟以前的學生生活比起來,想要支配自己生活的欲望要更多了一些.

因此,儘管週一到週五的工作忙得再昏天暗地,儘管週六日有時還是要來加班,但總是會要求自己在每週的生活中加點料.

有演唱會和音樂會,有興趣也在預算之內,有人沒人陪都去聽;

XMEN和變形金剛的續集上映,以前有看過沒看過都去追;

公司有人揪打羽球,足球,籃球,有打過沒打過都跟著一塊去打;

在網路上看到有聚會,烏克麗麗社團,跑步社團,台灣人聚會,只要有興趣,報個名就去;

逛樂高店突然想買樂高來組,就真的買了組樂高回家組;

有一天想自己做飯,網上查了查資料,去超市買了鍋碗瓢,和飯菜,回家就做;

有個三天以上的連假,訂個機票就出國,澳門,吉隆坡,香港...;

好多好多,是我以前從來沒想過,或想過也不敢一個人做的事.

從前高中,大學時期,苛刻地要求自己要去做些認為對自己未來有幫助的事情,

所以高中的假期塞了滿滿的補習班課表或是自修進度.

到了大學時期又是要求自己去修或是參加一些認為可以提升自己,但卻沒什麼興趣的課程或社團.

自己有沒有成長不很清楚,但我很明白自己對生命的熱情-就在這些不喜歡的人事物上一點一滴地被消耗掉.

到了研究所時期逐漸改變心態,向內探尋自己的聲音,尋找真能打動自己,以及某些很想做,但一直沒有勇氣去做的事情.

所以,

我參加了一個國際交流的學生社團;

我參加了桌球社;

我加入了動物園志工隊;

我製作了英文教材;

我兼了兩份家教;

雖然結果並不一定盡如我意,但我在這種種的嘗試之中也慢慢發現自己對於旅行,教學的熱情,

旅行對我來說是件很酷的事情,

儘管每次出發前心裡還是會滴咕著為什麼不在家裡睡大覺就好, 為何要自找麻煩

儘管每次一個人走在路上時心裡還是難免有些忐忑不安胡思亂想

但又很享受每一次到一個新地方時, 親眼目睹某個景點的感動

還記得到馬來西亞坐著機場捷運往吉隆坡市區的路上,遠遠望見雙子星大廈兩座發亮尖塔時的悸動,

也還記得在香港的維多利亞港灣與太平山頂, 成排摩天大廈帶給我的視覺震撼,

我想...這都是看再多旅遊書,逛再多網誌所無法體會到的感受.

而每一次旅遊回來, 我也都好慶幸自己勇敢地踏了出去, 得到了好多特別又珍貴的回憶, 也更珍惜健康能到處跑跳的自己.

而教學這件事情, 我則是在"學"與"教"這兩個步驟得到了滿足.

教之前一般我會先準備教材, 有時在準備的時候弄懂了一些之前一直不懂的東西. 等到都弄懂了以後, 再循著邏輯架構組織成一份教材. 這整個過程走完, 我又自己學了一遍, 從"學"到"精通"再到"掌握"整個過程的感覺很好.

而在教這個步驟, 雖然說我的能力無法將每個學生都教到好, 但對於能教到會的學生,見證著他從陌生,到了解,到能使用我的方法去解決問題,甚至因此對我的態度變得親近, 這樣的感覺也很棒.

"旅行"和"教學"這兩件事情與我現在的工作似乎沒有太大的關聯, 也不確定對於這兩件事情的投資, 能對我的專業帶來多少貢獻.

但至少, 我在做這兩件事情時得到了感動與滿足, 也因此擁有了繼續走下去的動力.

2014年8月11日星期一

音樂課筆記(一) : 課程介紹

七月到八月上了Coursera上的兩門音樂課，一門是愛丁堡大學開設的"基礎音樂理論"；
另一門則是柏克萊音樂學院的"音樂技巧開發"課程。

(來源 : https://www.coursera.org/)

其中"基礎音樂理論課程"的理論內容非常地紮實，從五線譜上的音名，到音程、音階、和弦...詳細且有邏輯地走過一遍；
而"音樂技巧開發"課程則是著重在訓練音感，簡單地介紹C大調音階後就從C大調的大二度、大三度...一直到大七度，每介紹幾個音程，講者就會彈幾組音測驗學生是否能分辨是哪個音程。

雖然偶爾也有在聽些流行樂曲，和把玩一些樂器，但對於曲子背後的樂理我並不了解，想要練一首曲子也就是照著譜彈，不知道可以怎麼變化，總有種知其然而不知其所以然的感覺。
這兩門課對我來說就是個入門，而這一系列的文章則是我的課程筆記。

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在"基礎音樂理論"這堂課開始之前，講者提醒大家:

不會讀寫音符記號(musical notation)不代表你就不能作曲或演奏；相對地，會讀寫音符記號也不代表你就能成為一個作曲家或音樂家。

然而，了解音符記號卻能使你成為一位更圓滑的音樂家，它幫助你了解數世紀以來的音樂資產，表達,分析,記錄和發展關於音樂的想法。

音符記號是一個音樂上重大的發展，對西方音樂文化和思想有驚人的影響，掌握並精通音符記號並沒有甚麼特別的困難之處，只需要時間熟悉和練習。

它本身只是一個工具，並不是終點。

而"音樂技巧開發"這堂課的在開頭則邀請了幾位學生分享和聲及音感的重要性，講者也請網路上的學生們每週要花一定的時間練習，最重要的，是要能享受樂趣!

2013年7月10日星期三

字言字語

時常有種想記錄當下生活的衝動, 不為什麼, 就是想寫下來讓自己舒坦些. 但又擔心自己胸中墨水太少詞不達意, 所以沒過多久就把這股勁兒給擱在一旁, 也因此, 有許多的生活點滴就這樣隨著時間逐漸褪去, 等有一天想再回首, 卻只發現一團團模模糊糊的輪廓, 想看也看不清了...

如果, 現在的我不能精確地捕捉當下, 但能至少試著描繪幾個有意思的生活片段, 至少至少, 為自己留下些曾經走過的痕跡, 未來再回頭看時, 心中會不會少了點遺憾呢?

2013年6月7日星期五

新手上路

完成學位論文、拿到畢業證書，到一連串密集的面試找工作…一步一步地，我已逐步踏出校園，走入社會。

其實上了研究所以後，就感覺一隻腳已踏入了社會 - 每週一次的研究進度報告，生活的重心必須要放在研究上面。即使參加了社團，但已不太能再像大學生那樣投入社團的運作，心裡頭掛念的，也不再是該修什麼通識課程，而是該繼續念博士?還是工作?工作的話要到什麼產業?什麼公司?

我喜歡大學生活的形式，學校要求你必須拿些專業領域外的學分，因此你有理由可以選你想修的課程；修課以外，你也沒有研究工作的包袱，因此你也有時間可以參與想參加的社團活動。但大學生涯也像個倒數計時，給你四年的時間探索，時間滴答滴答，到了大三大四時，就要做出選擇。

大學時期我修了許多許多的課，雖然不盡如意，但也漸了解到現實。物理很迷人，但我並沒有從中得到成就感；反倒是在電機系修的幾門實驗課，做出了一些成品像電子鐘、收音機等等，雖然比起理論力學、量子力學等等理論感覺平凡許多，但至少，我因此感到開心。

我是在服完兵役之後，才考了研究所來念。還是抱著一試的心態，去修了幾門物理相關的課程；也為了不負”電子所”的招牌，把製程、元件、和電路的核心課程都修了一遍。經歷了大學與服役的過程，研究所時期我自覺成熟了一些，也想要再複製一次大學時期的嘗試。這個階段我幾乎要把研究所當成大學來念，也因此，我到了研究所很後面的階段，才有時間用心在研究上頭。

也許我該感謝我的指導教授，他很早就提醒我們要專心做研究，我沒聽他的話，延誤了研究進度，但他也沒就這樣給我草率畢業。在最後獨自摸索的階段，過得痛苦，但也想通了幾個道理，到現在我工作了，還是覺得相當有用的。

1. 對於一個大的問題，可以先分解成幾個小問題，一個個逐步解決，最後再兜在一起 :

我在接到一個問題時，開始時往往因為沒有頭緒而容易慌亂。但靜下來想想，也許對這整個問題目前還沒有方法，但我可以把它分成幾個階段，再看看每個階段有甚麼是我已經會的，有甚麼是我還不會，要再查資料或問人的，一個時間做好一個階段的工作，最後再把每個階段的成品組合在一起。就比如說我以前的論文是做一個感測器，我就先把感測器分成”物理結構”和”電路”兩個部分，物理結構又可分成 : 設計 -> 模擬 -> 佈局 -> 製程 …等等。關於”設計”有不懂的，就去查文獻，”模擬”和”佈局”不懂的；就去查軟體使用說明書，或問有經驗的學長；”製程”除了參考文獻的配方之外，也需要多次的trial and error來得到一組可用的製程參數；同樣的道理，電路也可分成 : 設計 -> 佈局 -> 量測…等等階段。分解成幾個步驟來看，除了幫助自己理清頭緒之外，也可以比較清楚自己現在位在哪個階段，算是一個讓自己安心的方式。

2. 當一個問題卡住的時候，想想看可能造成的原因有哪些，再一個一個調整變數，觀察結果有沒有改變，來找出關鍵的原因 :

這個道理是我工作後才體會得比較深的。我現在在寫一個程式，拿去跑時很常出現bug或一些非預期的結果，這時候我就會先觀察程式執行到哪個階段才出現問題，先排除沒問題的部分，在對於幾個懷疑會出錯的地方，改一下代碼或是改變一下輸入，看看結果有沒有不一樣，若是有不一樣，那有可能就是這個地方出錯了。再回想從前的感測器研究，物理結構和電路個別應該都沒有問題，但把兩者組合在一起時就出現了問題，這時候就要檢查看看還有甚麼是有可能出錯的。原來量測系統的探針上帶有靜電，使得感測器上也會產生感應電荷，造成輸出的電位不穩定。這時候再改變一下探針的狀態---將探針接地，導出靜電，問題就解決了!

3. 一個問題可能有好多種解決的方法，每個方法都有它的優缺點，針對要應用的環境，選擇一個最適合的方法 :

剛開始做研究時，往往都是從”文獻回顧”開始。就拿我做的感測器來說，現在有好多種感測的方法，但每個方法使用上多少都有限制，比如有的可能製程很麻煩、有的容易受溫度影響、或很不敏感等等。這時候就要看看自己現有的資源，和要應用的感測環境，選擇一個最適合的方法來用。現在開始寫程式後，發現要實現一個功能，也有好多種方法，但同樣每個方法也是有些限制，有的速度快、有的比較準確…，這時候就要衡量一下使用者的環境，選擇一個適合的方法。

解決問題是件很有成就感的事情。但也逐漸發現自己懂得很少，當懂得越多時，對一個問題就會有更多的對策。現在覺得學校開了很多的課程，就是在幫助學生建立一個資料庫，以後有問題就可以從裡面去找。工作以後，人家就期待你能馬上幫他們解決問題了!

photo credit: Raymond Larose via photopin cc

2013年2月22日星期五

世界上的另一個NTU

我申請到交換的學校是新加坡的南洋理工大學(Nanyang Technological University)，位在新加坡的西南方，比起五光十色的新加坡河口，這裡要清靜許多，但生活娛樂也較不方便，離學校最近的大型購物商場-Boon Lay，離學校公車車程約15分鐘。

新加坡衛星空照圖-中部偏北部為都會區，學校則在僻靜的西南方

(圖片來源:Google Map)

這是在從住所往學校的路上，往學校的路標(NTU, NIE)

NIE為National Institute of Education，類似我們的師範學校，在新加坡當老師必須要先在此完成訓練才可執教。

校園公車

學校空照圖

(圖片來源:Google Map)

學生宿舍、運動場和食堂(Canteen)主要集中在東部，宿舍通常為紅瓦白漆；而系館集中在西部，NTU的北方則為NIE。

NTU的系館佈局非常特別，主要的系館之間都有或空橋和走道相連接，主要分成North Spine和South Spine兩區。下圖可見機械與航太工程系館、資工系館、土木與環工系館、化學與生醫工程系館在North Spine；其餘在South Spine。

(圖片來源:http://www.streetdirectory.com/)

North Spine一景

連接North Spine與South Spine的大走廊，學生可一路順著走廊從北走到南，一滴雨都不會淋到。左右則可通往各系館與教室。

走廊設有桌椅，大考時期有許多學生在此K書，上有電扇和燈光。

走廊的下方是停車場，中間種植樹木，相當地會利用空間。

土木與環工系館，空橋、建築由下往上，由近至遠井然有序地排列，規劃得相當有系統。

下面這是校內另一棟獨立的系館-藝術、設計與媒體學院(School of Art, Design and Media)，流線型的屋頂，上方覆蓋大片草皮，搭配大型落地窗，與其他規矩方正的建築好不一樣。

建築全景真難拍，借用學校網站上的照片一下 XD

(圖片來源:http://www.adm.ntu.edu.sg/Pages/Home.aspx)

沿著草皮旁的階梯拾級而上，夕陽餘暉在圓弧形的屋頂邊線閃著金光。

在最高點俯瞰中央的水池，小小的島上點綴著綠樹，好有一番南洋風情。

學校的李偉南圖書館(Lee Wee Nam Library)內部，這間圖書館主要是收藏工程與科學類的書籍，其他還有人社圖書館、商學圖書館等等。大廳上方的壁畫展示著新加坡的先賢先烈，大廳中央則是有數十部的電腦供學生使用，平日常見學生在此看課堂的投影片、或打報告等等，只可惜不支援注音符號XD

二樓也有一排排電腦

學校的行政大樓，前方佇立的旗杆飄揚著新加坡國旗。這一刻，我真的在新加坡!

這是新加坡工研院(A*STAR)下屬的一個研究機構-

Singapore Institute of Manufacturing Technology

學校裡的麥當勞，一份雙層牛肉起司堡套餐3.6新幣(匯率約23~24)，比台灣還便宜，但附的是小杯飲料，每次點餐時服務生都會問要不要加大，加大份量後跟台灣一樣，但變成4新幣，跟台灣差不多。

這裡的番茄醬不是一包一包給的，是自己要到旁邊拿個小碟子裝，衛生紙、糖、勺子等等也在此自取。據說可以跟櫃台要咖哩醬，的確只要開口櫃台就會給一包咖哩醬。

South Spine的食堂，到了中午總是人潮洶湧，有中式、西式、馬來、印度等等菜色。天花板懸掛著超大的電扇，這裡實在太熱了，要大尺寸的電扇才能做到空氣循環。

回收餐具的地方，Halal區是回收穆斯林食物的餐具，而只要食物內含有豬肉或其衍生品等不合乎回教徒規定的，餐具回收至Others區。

學校晚上走廊習慣不關燈，夜晚一片燈火通明。

夜晚在公車站側看North Spine一景。

就在Global Lounge走向世界吧!

新加坡主要有三家公立大學:新加坡國立大學(National University of Singapore), 南洋理工大學(Nanyang Technological University)，以及新加坡管理大學(Singapore Management University)，近期又成立了一家Singapore University of Technology and Design，這間新大學主打與MIT結盟(Established in collaboration with MIT)。

在研究室認識了來自中國大陸、印度、菲律賓和越南的研究生或博士後，但卻只認識了一位攻讀碩士學位的新加坡人。

據新加坡本地學生的說法，絕大部份的大學生在畢業後就直接工作，會繼續念碩博士的人很少，跟台灣的風氣很不一樣。

而在該校每週舉辦的國際學生活動裡，也認識了一些中國大陸的大學生，了解到他們是拿新加坡提供的獎學金前來就讀，但畢業後必須要留在新加坡工作六年。

走在校園裡，不時走過膚色黝黑的印度人，操著捲舌口音的中國大陸人，感受得到這裡的國際化，而造就他們國際化的，是新加坡的英語環境、優渥的獎學金及薪水。問了同研究室來自印度、越南的同事想不想到台灣工作，但他們似乎還是習慣這裡相對友善的語言環境以及待遇。

新加坡的企圖心吸引了外國的人才前來求學或工作，但也相對地排擠了本地人的機會。如何在吸引外國人才與保護本地人兩者間取得平衡，是新加坡未來的一大課題。