計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)》是一本計(jì)算機(jī)科學(xué)的入門與提高教材，在力求保證學(xué)科廣度的同時(shí)，還兼顧主題的深度，同時(shí)特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)科學(xué)的前沿性，既介紹計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)主題的來(lái)龍去脈，也介紹國(guó)內(nèi)外最新、最熱門的前沿課題。本教材既涉及傳統(tǒng)的諸如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、人工智能這樣的計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)研究領(lǐng)域，又涉及像云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球等這樣的新興熱門研究領(lǐng)域。重點(diǎn)講解這些最新計(jì)算技術(shù)在各個(gè)學(xué)科中的應(yīng)用。既讓讀者對(duì)計(jì)算機(jī)新興技術(shù)有一個(gè)宏觀的把握，又通過(guò)各種案例的分析，指導(dǎo)讀者將計(jì)算機(jī)最新技術(shù)應(yīng)用到各自相關(guān)的專業(yè)和學(xué)科之中。
　　《計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)》既適合作為高等院校計(jì)算機(jī)以及相關(guān)專業(yè)本科生教材或教學(xué)參考書(shū)，也可以供有意在計(jì)算機(jī)和信息學(xué)科方面發(fā)展的非計(jì)算機(jī)專業(yè)讀者閱讀。

作者簡(jiǎn)介

　　王偉，博士，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，現(xiàn)為同濟(jì)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系教師，CCF
YOCSEF上海學(xué)術(shù)秘書(shū)。曾赴1BM中國(guó)研究院和SAP中國(guó)研究中心任實(shí)習(xí)助理研究員。2009年赴德國(guó)ErlangenNuernberg大學(xué)訪問(wèn)交流，2011年赴芬蘭Aalto大學(xué)參與師資培訓(xùn)。在IEEE
Transactions系列、《中國(guó)科學(xué)》和《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》等國(guó)內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)刊物和會(huì)議上發(fā)表論文四十余篇，其中SCI檢索十余篇。曾獲得IBM全球博士生英才獎(jiǎng)和IBM中國(guó)優(yōu)秀教師獎(jiǎng)教金，并于2012年入圍同濟(jì)大學(xué)青年教師講課大賽決賽。熱衷于計(jì)算機(jī)科學(xué)的普及教育與研究型人才的培養(yǎng)，關(guān)注于計(jì)算思維（Computational
Thinking）與自由文理（Liberal Arts）的教學(xué)理念。

書(shū)籍目錄

序1
序2
序3
前言
關(guān)于本書(shū)
第1章 概述
1.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨的問(wèn)題
1.2 計(jì)算機(jī)學(xué)科概述
1.2.1 計(jì)算機(jī)學(xué)科的特點(diǎn)
1.2.2 基本學(xué)科能力
1.2.3 計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展和分支學(xué)科的劃分
1.2.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與其他學(xué)科之間的關(guān)系
1.3 計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)
1.4 小結(jié)
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問(wèn)題與討論
第一部分 計(jì)算機(jī)硬件和體系結(jié)構(gòu)
第2章 計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展
2.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史回顧
2.1.1 早期計(jì)算機(jī)：機(jī)械式計(jì)算工具、機(jī)電式計(jì)算機(jī)
2.1.2 電子管、晶體管和集成電路
2.1.3 電子計(jì)算機(jī)的誕生
2.1.4 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程
2.2 我國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史
2.2.1 第一代電子管計(jì)算機(jī)研制(1958-1964)
2.2.2 第二代晶體管計(jì)算機(jī)研制(1965-1972)
2.2.3 第三代中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)研制（1973-20世紀(jì)80年代初）
2.2.4 第四代超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)研制（20世紀(jì)80年代中期至今）
2.3 新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展
2.3.1 DNA計(jì)算機(jī)
2.3.2 量子計(jì)算機(jī)
2.3.3 光計(jì)算機(jī)
2.3.4 納米計(jì)算機(jī)
2.4 CPU和GPU的發(fā)展
2.4.1 CPU的發(fā)展
2.4.2 多核計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)
2.4.3 GPU的發(fā)展
2.4.4 CPU和GPU的融合
2.5 小結(jié)
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問(wèn)題與討論
第3章 高性能計(jì)算
3.1 高性能計(jì)算概述
3.1.1 什么是高性能計(jì)算
3.1.2 發(fā)達(dá)國(guó)家在高性能計(jì)算方面的發(fā)展
3.1.3 我國(guó)高性能計(jì)算的發(fā)展
3.2 世界各地超級(jí)計(jì)算中心的發(fā)展概況
3.3 高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展
3.3.1 從“走鵑”談起
3.3.2 千萬(wàn)億(1015)次系統(tǒng)研發(fā)
3.3.3 艾級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
3.4 高性能計(jì)算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)
3.4.1 高性能計(jì)算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)
3.4.2 超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)
3.4.3 超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展的技術(shù)路線
3.5 小結(jié)
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問(wèn)題與討論
……
第二部分 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
第三部分 數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)管理
第四部分 人工智能
第五部分 計(jì)算機(jī)應(yīng)用
第六部分 新興技術(shù)
附錄
參考文獻(xiàn)
后記

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   NVIDIA公司于2007年正式發(fā)布的CUDA（Compute Unified Device Architecture，計(jì)算統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu)）是第一種不需借助圖形學(xué)API就可以使用類C語(yǔ)言進(jìn)行通用計(jì)算的開(kāi)發(fā)環(huán)境和軟件體系。與以往的傳統(tǒng)GPGPU開(kāi)發(fā)方式相比，CUDA有十分顯著的改進(jìn)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，CUDA與支持CUDA的GPU在性能上有顯著提高，功能上也在不斷完善。 由于在性能、成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間上較傳統(tǒng)的CPU解決方案有顯著優(yōu)勢(shì)，CUDA的推出在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界引起了熱烈反響?，F(xiàn)在，CUDA已經(jīng)在金融、石油、天文學(xué)、流體力學(xué)、信號(hào)處理、電磁仿真、模式識(shí)別、圖像處理、視頻壓縮等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，并取得了豐碩的成果。隨著GPU的進(jìn)一步發(fā)展和更多的開(kāi)發(fā)人員參與到GPU通用計(jì)算的開(kāi)發(fā)中來(lái)，可以預(yù)見(jiàn)，GPU將在未來(lái)的計(jì)算機(jī)架構(gòu)中扮演更加重要的角色，甚至許多以往被認(rèn)為不可能的應(yīng)用也會(huì)因?yàn)镚PU的強(qiáng)大處理能力而成為現(xiàn)實(shí)。 CUDA發(fā)展之路：2007年1.0版，只有研究人員和一些嘗鮮者體驗(yàn)；次年升級(jí)為2.0版，吸引了科學(xué)家和高性能計(jì)算領(lǐng)域；2009年3.0版，掀起了應(yīng)用程序創(chuàng)新的風(fēng)潮；2011年4.0版誕生，意味著將有更廣泛的開(kāi)發(fā)人員加入CUDA陣營(yíng)。CUDA 4.0作為一個(gè)全新版本，功能特性自然增加了不少，主要涉及應(yīng)用程序移植的簡(jiǎn)化、多GPU編程的加速、開(kāi)發(fā)工具的增加和改進(jìn)三個(gè)方面。NVIDIA正在將自己定位成一家“超級(jí)”計(jì)算公司，CUDA 4.0就是這條路上的重要里程碑。 OpenCL全稱0pen Computing Language，是第一個(gè)面向異構(gòu)系統(tǒng)通用目的并行編程的開(kāi)放式、免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)統(tǒng)一的編程環(huán)境，便于軟件開(kāi)發(fā)人員為高性能計(jì)算服務(wù)器、桌面計(jì)算系統(tǒng)、手持設(shè)備編寫高效輕便的代碼，而且廣泛適用于多核心處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、Cell類型架構(gòu)以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等其他并行處理器，在游戲、娛樂(lè)、科研、醫(yī)療等各種領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展前景。 OpenCL是一個(gè)為異構(gòu)平臺(tái)編寫程序的框架，此異構(gòu)平臺(tái)可由CPU、GPU或其他類型的處理器組成。OpenCL由用于編寫kernels（在OpenCL設(shè)備上運(yùn)行的函數(shù)）的語(yǔ)言（基于C）和一組用于定義并控制平臺(tái)的API組成。OpenCL提供了基于任務(wù)分區(qū)和數(shù)據(jù)分區(qū)的并行計(jì)算機(jī)制。 OpenCL最初由Apple公司開(kāi)發(fā)，Apple擁有其商標(biāo)權(quán)，并在與AMD、IBM、Intel和NVIDIA技術(shù)團(tuán)隊(duì)的合作之下初步完善。隨后，Apple將這一草案提交至Khronos Group。2008年6月16日，Khronos的通用計(jì)算工作小組成立。5個(gè)月后的2008年11月18日，該工作組完成了OpenCL 1.0規(guī)范的技術(shù)細(xì)節(jié)。該技術(shù)規(guī)范在由Khronos成員進(jìn)行審查之后，于2008年12月8日公開(kāi)發(fā)表。2010年6月14日，OpenCL 1?1發(fā)布。

媒體關(guān)注與評(píng)論

　　該書(shū)圖文并茂，信息量豐富，對(duì)初學(xué)者有相當(dāng)?shù)奈?。我?guó)許多大學(xué)都有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(系)，但真正教“計(jì)算機(jī)科學(xué)”的大學(xué)并不多，所以我很希望見(jiàn)到一本好的“計(jì)算機(jī)科學(xué)”通識(shí)課教材。 　　——李國(guó)杰 中國(guó)工程院院士、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng) 　　　　向讀者系統(tǒng)展示了計(jì)算機(jī)學(xué)科中的那些令人激動(dòng)的前沿技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)大量引人入勝的圖片和深入淺出的實(shí)例向讀者敘述了計(jì)算機(jī)如何給人類的生活帶來(lái)了巨大的變化。書(shū)中的很多內(nèi)容都很好地體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)中無(wú)處不在的計(jì)算思維及其重要作用。 　　——陳國(guó)良 中國(guó)科學(xué)院院士。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 　　　　從某種意義上來(lái)說(shuō)，該書(shū)在一定程度上反映了計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展和演變過(guò)程，這對(duì)從事計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的研究人員來(lái)說(shuō)有著非常好的借鑒意義。最重要的是，該書(shū)可以很好地吸引更多的優(yōu)秀學(xué)生和研究人員加入到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)這個(gè)令人激動(dòng)的研究領(lǐng)域中來(lái)。 　　——蔣昌俊 973首席科學(xué)家、同濟(jì)大學(xué)副校長(zhǎng) 　　　　《計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)》一書(shū)很好地記錄了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)和新動(dòng)向。能夠?yàn)槠髽I(yè)界的技術(shù)主管和研發(fā)人員揭示未來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展方向，能夠?qū)⒏咝＝處熀蛯W(xué)生帶到多個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，還能夠啟發(fā)立志創(chuàng)業(yè)的人士找到時(shí)代賜予的機(jī)遇。我相信這本書(shū)會(huì)使許多人受益! 　　——毛新生 IBM中國(guó)開(kāi)發(fā)中心首席技術(shù)官兼創(chuàng)新工程院院長(zhǎng)

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《計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)》圖文并茂，信息量豐富，對(duì)初學(xué)者有相當(dāng)?shù)奈ΑＮ覈?guó)許多大學(xué)都有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(系)，但真正教“計(jì)算機(jī)科學(xué)”的大學(xué)并不多，所以我很希望見(jiàn)到一本好的“計(jì)算機(jī)科學(xué)”通識(shí)課教材?！队?jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)》很好地記錄了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)和新動(dòng)向。能夠?yàn)槠髽I(yè)界的技術(shù)主管和研發(fā)人員揭示未來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展方向，能夠?qū)⒏咝＝處熀蛯W(xué)生帶到多個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，還能夠啟發(fā)立志創(chuàng)業(yè)的人士找到時(shí)代賜予的機(jī)遇。相信這本《計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)》會(huì)使許多人受益！《計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)》既適合作為高等院校計(jì)算機(jī)以及相關(guān)專業(yè)本科生教材或教學(xué)參考書(shū)，也可以供有意在計(jì)算機(jī)和信息學(xué)科方面發(fā)展的非計(jì)算機(jī)專業(yè)讀者閱讀。

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該書(shū)圖文并茂，信息量豐富，對(duì)初學(xué)者有相當(dāng)?shù)奈?。我?guó)許多大學(xué)都有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（系），但真正教“計(jì)算機(jī)科學(xué)”的大學(xué)并不多，所以我很希望見(jiàn)到一本好的“計(jì)算機(jī)科學(xué)”通識(shí)課教材。 —— 李國(guó)杰 中國(guó)工程院院士、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng) 向讀者系統(tǒng)展示了計(jì)算機(jī)學(xué)科中的那些令人激動(dòng)的前沿技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)大量引人入勝的圖片和深入淺出的實(shí)例向讀者敘述了計(jì)算機(jī)如何給人類的生活帶來(lái)了巨大的變化。書(shū)中的很多內(nèi)容都很好地體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)中無(wú)處不在的計(jì)算思維及其重要作用。 —— 陳國(guó)良中國(guó)科學(xué)院院士、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 從某種意義上來(lái)說(shuō)，該書(shū)在一定程度上反映了計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展和演變過(guò)程，這對(duì)從事計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的研究人員來(lái)說(shuō)有著非常好的借鑒意義。最重要的是，該書(shū)可以很好地吸引更多的優(yōu)秀學(xué)生和研究人員加入到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)這個(gè)令人激動(dòng)的研究領(lǐng)域中來(lái)。 —— 蔣昌俊973首席科學(xué)家、同濟(jì)大學(xué)副校長(zhǎng) 本書(shū)一書(shū)很好地記錄了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)和新動(dòng)向。能夠?yàn)槠髽I(yè)界的技術(shù)主管和研發(fā)人員揭示未來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展方向，能夠?qū)⒏咝＝處熀蛯W(xué)生帶到多個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，還能夠啟發(fā)立志創(chuàng)業(yè)的人士找到時(shí)代賜予的機(jī)遇。我相信這本書(shū)會(huì)使許多人受益！ —— 毛新生IBM中國(guó)開(kāi)發(fā)中心首席技術(shù)官兼創(chuàng)新工程院院長(zhǎng)

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