并行計(jì)算綜論

內(nèi)容概要

這是一本全面介紹近年來并行計(jì)算研究進(jìn)展的著作，主要按照并行性、并行應(yīng)用、軟件技術(shù)以及關(guān)鍵技術(shù)和算法等方面展開討論。關(guān)于并行性，主要概述了并行計(jì)算的各個(gè)方面并介紹其所依賴的軟、硬件平臺(tái)；關(guān)于并行應(yīng)用，主要介紹了并行計(jì)算在計(jì)算流體力學(xué)、環(huán)境與能源、計(jì)算化學(xué)，以及其他十幾個(gè)典型數(shù)值和非數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域中的應(yīng)用；關(guān)于軟件技術(shù)，主要介紹了并行計(jì)算的軟件基礎(chǔ)，包括消息傳遞和線程、并行I/O、編程語言與編譯器、面向?qū)ο蟮牟⑿袔?、問題求解環(huán)境、性能調(diào)整與程序調(diào)試工具等；關(guān)于關(guān)鍵技術(shù)和算法，主要介紹了在大量應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用的并行計(jì)算技術(shù)和并行算法，包括可重用軟件與算法、高性能科學(xué)模擬中的圖剖分問題、網(wǎng)格剖分、模板與數(shù)值線性代數(shù)、PDE可擴(kuò)展求解軟件、并行連續(xù)優(yōu)化、科學(xué)計(jì)算路徑追蹤和自動(dòng)微分等。本書還列出了近年來與并行計(jì)算相關(guān)的上千篇參考文獻(xiàn)。
    本書是一本綜合性很強(qiáng)的并行計(jì)算專著，可供對(duì)并行計(jì)算感興趣的高等院校、研究所、工業(yè)和商業(yè)部門等各應(yīng)用領(lǐng)域的研究和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一部分 并行性
第1章 引言
1.1 并行計(jì)算硬件
1.2 并行應(yīng)用
1.3 軟件和算法
1.4 并行計(jì)算科學(xué)
第2章 并行機(jī)體系結(jié)構(gòu)
2.1 單處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)
2.2 并行體系結(jié)構(gòu)
2.3 并行體系結(jié)構(gòu)的未來趨勢(shì)
2.4 小結(jié)
第3章 并行編程面臨的問題
3.1 體系結(jié)構(gòu)
3.2 程序并行分解
3.3 并行性能優(yōu)化
3.4 存儲(chǔ)層次管理
3.5 并行調(diào)試
3.6 性能分析與調(diào)整
3.7 并行I/O
3.8 小結(jié)
第二部分 并行應(yīng)用
第4章 一般應(yīng)用問題
4.1 一個(gè)簡(jiǎn)單例子的應(yīng)用特征
4.2 求解泊松方程的雅可比方法的通信結(jié)構(gòu)
4.3 一般計(jì)算格式的通信開銷
4.4 基本復(fù)合系統(tǒng)應(yīng)用模型
4.5 時(shí)間步進(jìn)模擬和事件驅(qū)動(dòng)模擬
4.6 應(yīng)用問題的時(shí)間結(jié)構(gòu)
4.7 基本復(fù)合系統(tǒng)并行模型小結(jié)
4.8 元計(jì)算問題
4.9 小結(jié)
第5章 計(jì)算流體力學(xué)中的并行計(jì)算
5.1 計(jì)算流體力學(xué)概述
5.2 不可壓流
5.3 可壓流
5.4 小結(jié)
第6章 環(huán)境和能源科學(xué)中的并行計(jì)算
6.1 地下流建模
6.2 IPARS和NetSolve網(wǎng)格計(jì)算
6.3 IPARS的跟蹤與交互式模擬
6.4 地表水模擬
6.5 利用ADR實(shí)現(xiàn)流體和輸運(yùn)耦合模擬
6.6 小結(jié)
第7章 并行計(jì)算化學(xué)：NWChem綜述
7.1 分子量子化學(xué)
7.2 NWChem體系結(jié)構(gòu)
7.3 NWChem中的并行計(jì)算支撐模塊
7.4 NWChem中的化學(xué)相關(guān)模塊
7.5 NWChem在計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域中的地位
7.6 計(jì)算化學(xué)算法的共同特征
7.7 小結(jié)
第8章 應(yīng)用綜述
8.1 數(shù)值廣義相對(duì)論
8.2 格子量子色動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬
8.3 海洋建模
8.4 地震模擬
8.5 宇宙結(jié)構(gòu)的形成
8.6 計(jì)算電磁學(xué)
8.7 數(shù)據(jù)挖掘中的并行算法
8.8 信號(hào)和圖像處理中的高性能計(jì)算
8.9 確定型Monte Carlo方法及其并行化
8.10 光子源擬實(shí)時(shí)X射線微成像實(shí)驗(yàn)
8.11 基于WebHLA的部隊(duì)建模與仿真元計(jì)算環(huán)境
8.12 應(yīng)用的計(jì)算結(jié)構(gòu)
8.13 小結(jié)
第三部分 各種軟件技術(shù)
第9章 軟件技術(shù)
9.1 并行編程技術(shù)的選擇
9.2 如何獲得正確和有效的執(zhí)行
9.3 小結(jié)
第10章 消息傳遞和線程
10.1 消息傳遞編程模型
10.2 多線程編程
10.3 小結(jié)
第11章 并行I/O
11.1 并行I/O框架
11.2 MPI-IO
11.3 并行I/O優(yōu)化
11.4 如何獲得高的I/0性能
11.5 小結(jié)
第12章 編程語言與編譯器
12.1 自動(dòng)并行
12.2 高性能FORTRAN：數(shù)據(jù)并行編程
12.3 OpenMP：共享存儲(chǔ)并行編程
12.4 Co-Array FORTRAN：SPMD編程
12.5 支持技術(shù)
12.6 發(fā)展趨勢(shì)
12.7 小結(jié)
第13章 面向?qū)ο蟮牟⑿袔?br />13.1 面向?qū)ο蟮牟⑿袔?br />13.2 Java中的面向?qū)ο蟛⑿芯幊?br />13.3 C++多線程計(jì)算
13.4 遠(yuǎn)程函數(shù)調(diào)用、全局指針和Java RMI
13.5 基于組件的軟件設(shè)計(jì)
13.6 小結(jié)
第14章 問題求解環(huán)境
14.1 NetSolve：基于網(wǎng)絡(luò)的解法器：
14.2 基于WebFlow對(duì)象的Web計(jì)算
14.3 WebPDELab
14.4 其他網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境
14.5 小結(jié)
第15章 性能調(diào)整和程序調(diào)試工具
15.1 正確性和性能監(jiān)測(cè)的基本概念
15.2 測(cè)試與調(diào)試實(shí)現(xiàn)上面臨的問題
15.3 編譯器的高度集成
15.4 軟件工具的界面和使用
15.5 軟件工具實(shí)例
15.6 面臨的挑戰(zhàn)和開放性問題
15.7 小結(jié)
第16章 二維泊松問題
16.1 數(shù)學(xué)模型
16.2 簡(jiǎn)單算法
16.3 泊松方程的并行求解
16.4 增加全局操作
第四部分 關(guān)鍵技術(shù)與算法
第17章 可重用的軟件和算法
17.1 模板：并行軟件的設(shè)計(jì)模式
17.2 通信器和中性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
17.3 標(biāo)準(zhǔn)的庫和組件
17.4 自動(dòng)微分
17.5 模板和數(shù)值線性代數(shù)
17.6 小結(jié)
第18章 高性能科學(xué)模擬的圖剖分技術(shù)
18.1 網(wǎng)格剖分與圖
18.2 靜態(tài)圖剖分技術(shù)
18.3 自適應(yīng)計(jì)算的負(fù)載平衡
18.4 并行圖剖分
18.5 多約束和多目標(biāo)圖剖分
18.6 小結(jié)
第19章 網(wǎng)格生成
19.1 網(wǎng)格生成的策略和技術(shù)
19.2 網(wǎng)格生成過程和幾何預(yù)處理
19.3 自適應(yīng)網(wǎng)格生成
19.4 并行網(wǎng)格生成
19.5 網(wǎng)格生成軟件
19.6 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)
19.7 與網(wǎng)格生成有關(guān)的網(wǎng)址
19.8 幾何/網(wǎng)格生成的主要困難
19.9 未來發(fā)展方向
19.10 小結(jié)
第20章 模板和數(shù)值線性代數(shù)
20.1 稠密線性代數(shù)算法
20.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響
20.3 稠密線性代數(shù)庫
20.4 稀疏線性代數(shù)方法
20.5 稀疏直接法
20.6 稀疏迭代法
20.7 稀疏特征值問題
20.8 小結(jié)
第21章 可擴(kuò)展的偏微分方程解法軟件
21.1 偏微分方程簡(jiǎn)介
21.2 并行偏微分方程計(jì)算的難點(diǎn)
21.3 并行求解策略
21.4 PETSc軟件中并行求解偏微分方程的方法
21.5 PDE軟件
21.6 小結(jié)
第22章 并行連續(xù)最優(yōu)化
22.1 局部最優(yōu)化
22.2 全局最優(yōu)化
22.3 直接搜索方法
22.4 相連子系統(tǒng)最優(yōu)化
22.5 變量與約束分布
22.6 小結(jié)
第23章 科學(xué)計(jì)算中的路徑追蹤及其在AUTO上的實(shí)現(xiàn)
23.1 局部連續(xù)
23.2 全局連續(xù)和度理論
23.3 折疊和分歧
23.4 實(shí)際的路徑追蹤方法
23.5 分歧點(diǎn)處的分支選擇
23.6 計(jì)算實(shí)例：AUTO
23.7 并行AUTO
23.8 小結(jié)
第24章 自動(dòng)微分
24.1 自動(dòng)微分概述
24.2 自動(dòng)微分實(shí)現(xiàn)技術(shù)
24.3 自動(dòng)微分軟件
24.4 消息傳遞并行代碼的自動(dòng)微分
24.5 自動(dòng)微分的高級(jí)用法
24.6 小結(jié)
第五部分 結(jié) 論
第25章 結(jié)論和未來發(fā)展方向
25.1 計(jì)算資源
25.2 應(yīng)用
25.3 軟件
25.4 模板、算法和技術(shù)
25.5 未來發(fā)展方向
參考文獻(xiàn)
術(shù)語表
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