并行計(jì)算

內(nèi)容概要

《并行計(jì)算:結(jié)構(gòu)?算法?編程(第3版)》是并行計(jì)算系列叢書(shū)之開(kāi)篇，它以并行計(jì)算為主題，圍繞并行計(jì)算機(jī)、并行算法和并行程序設(shè)計(jì)展開(kāi)討論，強(qiáng)調(diào)融并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)值與非數(shù)值并行算法設(shè)計(jì)以及并行程序設(shè)計(jì)為一體，著力構(gòu)建并行計(jì)算“結(jié)構(gòu)-算法-編程-應(yīng)用”完整的學(xué)科體系與系統(tǒng)的課程框架，在著重討論并行計(jì)算學(xué)科基礎(chǔ)核心內(nèi)容的同時(shí)，也力圖反映本學(xué)科的新近成就和發(fā)展趨勢(shì)。
全書(shū)內(nèi)容按照“并行結(jié)構(gòu)-并行算法-并行編程-并行應(yīng)用”的整體框架進(jìn)行規(guī)劃，分為四篇。第一篇為并行計(jì)算硬件平臺(tái)；并行計(jì)算機(jī)，包括并行計(jì)算與計(jì)算機(jī)科學(xué)、并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型、系統(tǒng)互連與基本通信操作、典型并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)介紹和并行計(jì)算性能評(píng)測(cè)。第二篇為并行計(jì)算理論基礎(chǔ)：并行算法，分為上篇和下篇，其中上篇為并行算法設(shè)計(jì)，包括并行算法的基礎(chǔ)知識(shí)與并行計(jì)算模型、并行算法基本設(shè)計(jì)策略、常用設(shè)計(jì)技術(shù)和一般設(shè)計(jì)過(guò)程；下篇為并行數(shù)值算法，包括稠密矩陣運(yùn)算、線性方程組求解、快速傅里葉變換和數(shù)值計(jì)算的基本支撐技術(shù)。第三篇為并行計(jì)算軟件支撐：并行編程，包括并行程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、共享與分布存儲(chǔ)系統(tǒng)并行編程以及并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境與工具。附錄篇為并行計(jì)算發(fā)展動(dòng)力：并行應(yīng)用，包括并行應(yīng)用相關(guān)知識(shí)、大氣模型應(yīng)用綜合練習(xí)、數(shù)值計(jì)算軟件包和工具以及三維傅里葉變換、并行圖像特征提取和水平井射孔滲流計(jì)算等三個(gè)應(yīng)用實(shí)例。
《并行計(jì)算:結(jié)構(gòu)?算法?編程（第3版）》體系完整，框架清晰，內(nèi)容豐富，可作為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科高年級(jí)學(xué)生和研究生的教學(xué)用書(shū)，也可供從事高性能并行計(jì)算工作的科技人員閱讀參考。
《并行計(jì)算:結(jié)構(gòu)?算法?編程(第3版)》初版曾獲2000年度中國(guó)高校科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，該課程教學(xué)曾獲2009年度國(guó)家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。

作者簡(jiǎn)介

陳國(guó)良，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院院士，首屆高等學(xué)校國(guó)家教學(xué)名師。1938年6月生于安徽省潁上縣，1961年畢業(yè)于西安交通大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)與計(jì)算儀器專(zhuān)業(yè)。19811983年在美國(guó)普渡大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者，1984年至今曾多次應(yīng)邀赴東京大學(xué)、京都大學(xué)、普渡大學(xué)、澳大利亞國(guó)立大學(xué)、格里福斯大學(xué)、堪薩斯城市大學(xué)、艾奧瓦大學(xué)、香港城市大學(xué)、香港理工大學(xué)、澳門(mén)大學(xué)等講學(xué)交流?，F(xiàn)任國(guó)家高性能計(jì)算中心(合肥)主任，國(guó)際高性能計(jì)算(亞洲)常務(wù)理事，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)理事和高性能計(jì)算專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任等。曾任國(guó)家教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)副主任，全國(guó)高等教育電子、電工和信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)自考指導(dǎo)委員會(huì)副主任，安徽省計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，全國(guó)自然科學(xué)名詞審定委員會(huì)委員，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任等。陳國(guó)良教授長(zhǎng)期從事計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究與教學(xué)工作。主要研究領(lǐng)域?yàn)椴⑿兴惴ê透咝阅苡?jì)算及其應(yīng)用等。先后承擔(dān)10多項(xiàng)國(guó)家863計(jì)劃、國(guó)家攀登計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家973計(jì)劃等科研項(xiàng)目。取得了多項(xiàng)被國(guó)內(nèi)外廣泛引用、達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平的科研成果，發(fā)表論文200多篇，出版著作9部、譯著5部，參與主編計(jì)算機(jī)類(lèi)辭典、詞匯5部。曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、國(guó)家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、國(guó)家教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、全國(guó)優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)、水利部大禹一等獎(jiǎng)、安徽省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等20余項(xiàng)，并獲2001年度“國(guó)家863計(jì)劃15周年先進(jìn)個(gè)人重要貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”和2009年度安徽省重大科技成就獎(jiǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)，陳國(guó)良教授圍繞著并行算法的教學(xué)與研究，逐漸形成了一套完整的“算法理論-算法設(shè)計(jì)-算法實(shí)現(xiàn)”的并行算法學(xué)科體系，提出了“并行機(jī)結(jié)構(gòu)-并行算法-并行編程-并行應(yīng)用”一體化的并行計(jì)算研究方法，營(yíng)造了我國(guó)并行算法類(lèi)的教學(xué)基地。他先后指導(dǎo)培養(yǎng)研究生100多名，為我國(guó)培養(yǎng)了一批在國(guó)內(nèi)外從事算法研究和教學(xué)的高級(jí)人才。曾榮獲1998年度安徽省教育系統(tǒng)勞動(dòng)模范、安徽省優(yōu)秀教師稱號(hào)、2001年度寶鋼教育基金優(yōu)秀教師特等獎(jiǎng)、2003年度第一屆高等學(xué)校教學(xué)名師獎(jiǎng)。所帶領(lǐng)的“并行計(jì)算相關(guān)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”2009年被評(píng)為國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。陳國(guó)良教授是我國(guó)非數(shù)值并行算法研究的學(xué)科帶頭人。他率先創(chuàng)建的我國(guó)第一個(gè)國(guó)家高性能計(jì)算中心是我國(guó)并行算法研究、環(huán)境科學(xué)與工程計(jì)算軟件的重要基地，在學(xué)術(shù)界和教育界有一定的影響和地位。

書(shū)籍目錄

第一篇 并行計(jì)算硬件平臺(tái)：并行計(jì)算機(jī)第一章 并行計(jì)算與并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型1.1 計(jì)算與計(jì)算機(jī)科學(xué)1.1.1 科學(xué)發(fā)現(xiàn)的第三支柱；計(jì)算科學(xué)1.1.2 計(jì)算科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)1.2 單處理機(jī)與指令級(jí)并行1.2.1 加快CPU執(zhí)行速度1.2.2 減少存儲(chǔ)延遲1.2.3 改善輸入和輸出以及網(wǎng)絡(luò)性能1.3 多核處理器與線程級(jí)并行1.3.1 單核處理器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.3.2 多核處理器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.3.3 多核處理器實(shí)例1.4 并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)1.4.1 并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型1.4.2 并行計(jì)算機(jī)訪存模型1.4.3 并行計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)組織1.5 并行計(jì)算概述1.5.1 關(guān)于并行計(jì)算1.5.2 并行計(jì)算研究現(xiàn)狀1.6 小結(jié)和導(dǎo)讀習(xí)題第二章 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連與基本通信操作2.1 并行計(jì)算機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)2.1.1 系統(tǒng)互連2.1.2 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)2.1.3 動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)互連網(wǎng)絡(luò)2.2 選路方法與開(kāi)關(guān)技術(shù)2.2.1 選路方法2.2.2 并關(guān)技術(shù)2.3 單一信包一到一傳輸2.4 一到多播送2.4.1 使用SF進(jìn)行一到多播送2.4.2 使用CT進(jìn)行一到多播送2.5 多到多播送2.5.1 使用SF進(jìn)行多到多播送2.5.2 使用CT進(jìn)行多到多播送2.6 小結(jié)和導(dǎo)讀習(xí)題第三章 典型并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)介紹3.1 共享存儲(chǔ)多處理機(jī)系統(tǒng)3.1.1 對(duì)稱多處理機(jī)SMP結(jié)構(gòu)特性3.1.2 SGI Challenge系統(tǒng)3.2 分布存儲(chǔ)多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3.2.1 大規(guī)模并行處理機(jī)MPP結(jié)構(gòu)特性3.2.2 ASCI Option Red MPP系統(tǒng)3.3 分布共享存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3.3.1 分布共享存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特性3.3.2 SGIOrigin2000系統(tǒng)3.4 機(jī)群系統(tǒng)3.4.1 大規(guī)模并行處理系統(tǒng)MPP機(jī)群SP23.4.2 工作站機(jī)群COW3.4.3 Berkeley的NOW計(jì)劃3.5 小結(jié)和導(dǎo)讀習(xí)題第四章 并行計(jì)算性能評(píng)測(cè)4.1 并行計(jì)算機(jī)的一些基本性能指標(biāo)4.1.1 CPU和存儲(chǔ)器的某些基本性能指標(biāo)4.1.2 通信開(kāi)銷(xiāo)4.1.3 機(jī)器的成本、價(jià)格與性能價(jià)格比4.2 加速比性能定律4.2.1 Amdahl定律4.2.2 Gustafson定律4.2.3 Sun和Ni定律4.2.4 有關(guān)加速的討論4.3 可擴(kuò)放性評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)4.3.1 并行計(jì)算的可擴(kuò)放性4.3.2 等效率度量標(biāo)準(zhǔn)4.3.3 等速度度量標(biāo)準(zhǔn)4.3.4 平均延遲度量標(biāo)準(zhǔn)4.3.5 有關(guān)可擴(kuò)放性標(biāo)準(zhǔn)的討論4.4 基準(zhǔn)測(cè)試程序4.4.1 基本的測(cè)試程序4.4.2 數(shù)學(xué)庫(kù)測(cè)試程序4.4.3 并行測(cè)試程序4.5 小結(jié)和導(dǎo)讀習(xí)題第二篇 并行計(jì)算理論基礎(chǔ)：并行算法（上）——并行算法設(shè)計(jì)第五章 并行算法與井行計(jì)算模型4.5.1 并行算法的基礎(chǔ)知識(shí)5.1.1 并行算法的定義和分類(lèi)5.1.2 并行算法的表達(dá)5.1.3 并行算法的復(fù)雜性度量5.1.4 并行算法中的同步與通信5.2 并行計(jì)算模型5.2.1 PRAM模型5.2.2 異步PRAM模型5.2.3 BSP模型5.2.4 LogP模型5.2.5 對(duì)BSP和LogP的評(píng)注5.2.6 層次存儲(chǔ)模型5.2.7 分層并行計(jì)算模型5.3 小結(jié)和導(dǎo)讀習(xí)題第六章 并行算法基本設(shè)計(jì)策略6.1 串行算法的直接并行化6.1.1 設(shè)計(jì)策略描述6.1.2 快排序算法的并行化6.2 從問(wèn)題描述開(kāi)始設(shè)計(jì)并行算法6.2.1 串匹配算法6.2.2 KMP串行串匹配算法6.2.3 并行串匹配算法的設(shè)計(jì)思路6.3 借用已有算法求解新問(wèn)題……第二篇 并行計(jì)算理論基礎(chǔ)：并行算法（下）——并行算法設(shè)計(jì)第三篇 并行計(jì)算軟件支撐：并行編程附錄篇 并行計(jì)算發(fā)展動(dòng)力：并行應(yīng)用索引參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：2.并行算法設(shè)計(jì)模型并行算法設(shè)計(jì)模型是算法設(shè)計(jì)者和機(jī)器體系結(jié)構(gòu)之間的橋梁，面向并行算法研究者，主要用來(lái)指導(dǎo)并行算法的設(shè)計(jì)與分析。并行算法設(shè)計(jì)模型重點(diǎn)關(guān)注算法的設(shè)計(jì)原理，確保設(shè)計(jì)出來(lái)的算法的正確性和較低的時(shí)間、空間復(fù)雜度。算法設(shè)計(jì)模型主要體現(xiàn)在如下3要素：機(jī)器參數(shù)（抽象出的CPU、Memory，I／O網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等）、執(zhí)行行為（算法的同步、異步執(zhí)行等）、成本函數(shù)（算法的復(fù)雜度函數(shù)，它是機(jī)器參數(shù)的函數(shù)），其功能特性如圖5.5所示。3.并行程序設(shè)計(jì)模型并行程序設(shè)計(jì)模型是程序設(shè)計(jì)者與計(jì)算機(jī)軟／硬件的接口，主要負(fù)責(zé)把算法轉(zhuǎn)換成可在并行機(jī)上正確執(zhí)行的程序。并行算法設(shè)計(jì)出來(lái)后，需要考慮如何正確、方便、快速地在某種并行程序設(shè)計(jì)模型下用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。并行程序設(shè)計(jì)模型也可以稱為并行程序編程模型，它為程序員提供了一些計(jì)算機(jī)軟／硬件的編程結(jié)構(gòu)，隱藏了通信和任務(wù)調(diào)度的細(xì)節(jié)，在一定程度上簡(jiǎn)化了并行程序的編寫(xiě)。程序設(shè)計(jì)模型主要確保并行算法使用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言正確地在并行計(jì)算機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)，盡量縮小與傳統(tǒng)串行編程模型的差異，讓串行程序設(shè)計(jì)人員可以快速地掌握并行程序編寫(xiě)的方法，降低大規(guī)模并行程序設(shè)計(jì)的難度。一個(gè)成功的并行程序設(shè)計(jì)模型需要具有可編程性、可移植性、可擴(kuò)展性及通用泛化性。通過(guò)提高并行程序設(shè)計(jì)模型和相應(yīng)并行程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抽象層次，屏蔽并行系統(tǒng)中的底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，支持通用的并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和并行程序的開(kāi)發(fā)，最終提高程序的開(kāi)發(fā)效率，其功能特性如圖5.6所示。當(dāng)今流行的并行程序設(shè)計(jì)模型主要有大粒度的進(jìn)程級(jí)的消息傳遞模型。

編輯推薦

《并行計(jì)算:結(jié)構(gòu)?算法?編程(第3版)》編輯推薦：本套系列叢書(shū)中的《并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》、《并行算法的設(shè)計(jì)與分析（第3版）》和《并行算法實(shí)踐》構(gòu)成了并行計(jì)算三部曲。而《并行計(jì)算——結(jié)構(gòu)?算法?編程（第3版）》為三部曲之序曲?！恫⑿杏?jì)算——結(jié)構(gòu)?算法?編程（第3版）》以并行計(jì)算為主題，主要討論了并行計(jì)算的硬件平臺(tái)（并行計(jì)算機(jī)）、并行計(jì)算的理論基礎(chǔ)（并行算法）和并行計(jì)算的軟件支撐（并行程序設(shè)計(jì)），強(qiáng)調(diào)融并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、并行算法設(shè)計(jì)和并行編程為一體，書(shū)中內(nèi)容具有相當(dāng)?shù)膹V度?！恫⑿杏?jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》以當(dāng)代可擴(kuò)放并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為主題，著重討論對(duì)稱多處理機(jī)、大規(guī)模并行處理機(jī)、機(jī)群系統(tǒng)和分布共享存儲(chǔ)多處理機(jī)系統(tǒng)的組成原理、結(jié)構(gòu)特性、設(shè)計(jì)方法、性能分析以及應(yīng)系統(tǒng)實(shí)例，書(shū)中內(nèi)容強(qiáng)調(diào)了軟件破件相結(jié)合?！恫⑿兴惴ǖ脑O(shè)計(jì)與分析（第3版）》以并行計(jì)算模型為主線，系統(tǒng)深入地討論了計(jì)算機(jī)科學(xué)中諸多常用的數(shù)值和非數(shù)值計(jì)算問(wèn)題的并行算法設(shè)計(jì)和分析方法，同時(shí)也力圖反映本學(xué)科的最新成就和發(fā)展趨勢(shì)，書(shū)中內(nèi)容具有相當(dāng)?shù)纳疃?。《并行算法?shí)踐》以并行算法編程實(shí)現(xiàn)為主題，詳細(xì)介紹了并行程序設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容，以及典型的非數(shù)值并行算法和數(shù)值并行算法的編程實(shí)現(xiàn)過(guò)程，書(shū)中內(nèi)容體現(xiàn)了算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)相結(jié)合。

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