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出版者:电子工业出版社

作者:张玉兴

出品人:

页数:401

译者:

出版时间:2002-9-1

价格:34.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505379978

丛书系列:

图书标签:

• 硬件
• 射频电路
• 模拟电路
• 射频设计
• 微波电路
• 电路分析
• 射频器件
• 模拟集成电路
• 无线通信
• 高频电路
• 射频放大器

好的，这是一份针对“射频模拟电路”之外的、内容详尽的图书简介，旨在吸引那些对特定技术领域（如数字信号处理、嵌入式系统、高性能计算等）感兴趣的读者。 --- 图书名称：《现代高性能计算与并行算法实践》 简介 在信息爆炸的时代，数据规模以前所未有的速度增长，对计算能力提出了近乎苛刻的要求。传统的串行计算模式已无法有效应对气候模拟、基因测序、金融风控以及大规模人工智能训练等前沿挑战。本书《现代高性能计算与并行算法实践》正是在这一背景下应运而生，它不仅仅是一本理论教材，更是一本面向实践、深度剖析如何驾驭多核、多处理器乃至超级计算机集群的工程指南。 本书旨在为计算机科学、软件工程、电子工程以及相关领域的工程师和研究人员提供一套系统化、可操作的高性能计算（HPC）知识体系。我们摒弃了晦涩难懂的纯数学推导，转而聚焦于实际应用中的瓶颈分析、优化策略和具体实现技术。 第一部分：HPC基础架构与并行计算模型 本部分为读者奠定了坚实的基础。我们首先深入探讨了现代CPU和GPU的微架构，重点分析了内存层次结构（缓存一致性协议、TLB、内存带宽限制）如何影响算法性能。理解硬件的“脾气”是高效编程的前提。 接着，我们将详细解析并行计算的经典模型，包括指令级并行（ILP）、数据级并行（DLP）和任务级并行（TLP）。重点介绍SIMD（单指令多数据）指令集（如AVX-512、NEON）在矢量化加速中的应用，并通过实际代码示例展示如何利用编译器优化标志和内在函数（Intrinsics）实现代码的自动或半自动矢量化。 随后，我们将进入分布式内存系统的核心——消息传递接口（MPI）。我们不仅会讲解MPI的基本通信原语（Send/Recv, Broadcast, Gather, Reduce），还会深入探讨更高级的拓扑感知型通信、非阻塞通信的应用，以及如何设计高效的通信避免同步开销。我们特别关注了“计算与通信的重叠”这一高性能计算的黄金法则，提供了一系列实用的代码重构技巧。 第二部分：共享内存并行化与加速器编程 共享内存环境（如多核CPU、众核加速器）是HPC的基石。本部分集中讲解如何利用OpenMP实现高效的线程级并行。我们将超越基础的`pragma omp parallel for`，探讨复杂的同步机制（如临界区、原子操作、锁），数据依赖分析，以及如何通过线程亲和性（Thread Affinity）和NUMA（非一致性内存访问）感知编程来榨取单机多核系统的极限性能。对于现代应用中日益重要的内存访问模式，我们有一章专门探讨了缓存友好型的数据布局设计，例如如何通过“死亡之爪”模式（False Sharing）的规避，实现数据访问的局部性最大化。 加速器编程是本书的另一核心亮点。我们全面覆盖了NVIDIA CUDA和OpenCL/SYCL。对于CUDA部分，我们详细剖析了GPU的内存模型（全局内存、共享内存、常量内存、纹理内存）及其访问延迟特性。关键章节深入讲解了内核启动配置、线程束调度、网格与块的划分策略，并提供了大量优化实例，例如利用共享内存实现高效的数据重用、避免内存合并访问（Coalesced Access）的陷阱。我们也会探讨异构计算中的数据迁移策略，平衡主机（CPU）与设备（GPU）之间的计算负载与通信开销。 第三部分：并行算法设计与应用案例 理论的强大必须通过算法的优化来体现。本部分将理论与实践紧密结合，探讨了几类对计算资源要求极高的核心算法的并行化实现。 1. 稀疏矩阵计算（Sparse Solvers）： 针对有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）中常见的稀疏矩阵存储格式（如CSR, CSC）和迭代求解器（如GMRES, BiCGSTAB）的并行化挑战。我们将展示如何利用空间划分技术将大规模稀疏线性系统分解到多处理器上。 2. 大规模矩阵运算（Dense Linear Algebra）： 深入分析BLAS（基本线性代数子程序）库的优化原理，特别是LU分解和矩阵乘法（GEMM）在并行环境下的实现。我们将探讨2D/3D的块划分策略以及如何利用通信库优化边界交换。 3. 动态规划与图算法的并行化： 探讨经典的动态规划问题（如序列比对）在并行架构下的优化思路，以及如何有效并行化Dijkstra、Floyd-Warshall等图算法，尤其是针对大规模社交网络分析的需求。 第四部分：性能分析、调试与可扩展性 编写出能运行的代码只是第一步，写出高性能的代码才是HPC工程师的使命。本书提供了实用的性能分析工具箱，包括Intel VTune Profiler、AMD uProf、以及Linux自带的`perf`工具。我们将教会读者如何解读性能计数器（Hardware Performance Counters），识别CPU瓶颈（是计算受限、内存受限还是分支预测失败），并指导如何利用火焰图（Flame Graphs）直观地定位热点代码区域。 此外，本书还专门讨论了可扩展性的评估标准——阿姆达尔定律（Amdahl’s Law）与古斯塔夫森定律（Gustafson’s Law）的实际应用，以及如何通过P-Scale、E-Scale等指标来衡量算法在扩大规模后的效率。我们还包含了针对调试分布式并行程序（MPI+OpenMP混合编程）的特殊技巧和工具。 面向读者 本书适合具有C/C++或Fortran编程基础，并希望深入研究高性能计算领域的学生、科研人员、软件架构师以及寻求提升现有计算代码性能的工程师。阅读本书后，读者将能够独立设计、实现、优化和扩展大规模并行应用，为解决未来复杂的科学与工程问题做好准备。 ---

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这本书的封面设计着实吸引人，那种深沉的蓝色调配上银色的字体，透露出一种严谨又前沿的气质，让人立刻联想到精密仪器的质感。我原本对这个领域知之甚少，只是抱着试试看的心态翻开了第一章，没想到里面对基础概念的阐述竟然如此清晰有力。它没有那种堆砌公式的晦涩感，而是像一位经验丰富的老师，一步步引导你构建起对整个电路系统的宏观认知。尤其是作者在介绍某个重要模块时，会穿插一些早期的设计哲学和演变历史，这使得原本枯燥的技术描述变得生动起来，让人能感受到这项技术是如何历经波折才发展到今天的成熟状态。我特别喜欢其中关于噪声分析的部分，作者没有直接抛出复杂的数学模型，而是先用生活中的例子来比喻信号和噪声的相互作用，让人在理解物理本质上迈出了坚实的第一步，这对于初学者来说，简直是打开了一扇通往更深层次学习的大门。这本书的排版也十分考究，图文比例拿捏得当，那些结构图和波形图都清晰锐利，即便是打印出来反复研读，也不会感到视觉疲劳。它给我的第一印象是，这是一本真正站在学习者角度编写的入门佳作，它尊重读者的认知过程，而不是一味地展示作者的学识深度。

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我必须承认，这本书的深度远超我最初的预期，它不仅仅是一本教科书，更像是一本行业老兵的备忘录。尤其是在电源完整性（PI）和信号完整性（SI）的交叉领域，作者的见解独树一帜。他没有将这两个概念割裂开来，而是强调了在高速系统设计中，电源噪声如何直接耦合并恶化信号质量。我印象最深的是关于去耦电容网络设计的那一章，书中没有满足于传统的容值计算，而是深入探讨了不同类型电容在不同频率段的等效阻抗特性，甚至细致到对焊盘的感抗和引线电感在整个回路阻抗中的贡献进行了量化分析。这种对细节的痴迷，让我在后续的工作中，通过调整电容的布局和封装，成功优化了一个困扰团队很久的眼图抖动问题。这本书的价值就在于，它教会我如何从一个更全面的系统角度去审视电路的性能，而不是孤立地看待每一个元器件或子模块。它强调的是“连接”的力量，以及在高速通道中，连线本身如何成为最重要的有源器件。

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这本书的结构安排，体现了一种清晰的逻辑递进，仿佛作者精心绘制了一张从宏观到微观的思维导图。最让我耳目一新的是，作者在涉及复杂调制解调技术时，采用了多维度的视角来剖析问题。他没有仅仅停留在数学公式的推导上，而是巧妙地引入了系统实现的角度——比如，如何选择合适的ADC/DAC指标来配合特定的调制方案，以及这些选择对功耗和实时性的影响。在讲解这些前沿技术时，书中穿插了许多真实的案例研究，这些案例并非成功的范例，反而更多是探讨设计初期犯下的错误以及如何通过迭代修正来达到性能指标。这种“反面教材”式的教学方法，比单纯的理论灌输更具有警示和启发意义。我发现自己对照着这些案例，开始在自己的设计草图阶段就预先进行更严格的“压力测试”思考。这本书真正做到了理论指导实践，实践反哺理论的良性循环，它帮助我建立了一种面向最终产品性能的逆向工程思维模式。

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这本书的阅读体验，说实话，带给我一种如履薄冰却又心潮澎湃的感觉。我过去在学习相关设计时，总觉得那些设计指南像是天书一样，充满了各种抽象的参数和难以捉摸的经验法则。然而，此书在讲解高频特性和寄生效应时，其细致入微的剖析手法简直令人叹为观止。作者似乎对手头工具的局限性有着深刻的理解，他没有回避实际设计中会遇到的那些“不完美”现象，反而将它们作为深入探讨的切入点。例如，在讨论传输线的匹配问题时，书中不仅给出了理想情况下的理论解，还详细分析了PCB走线宽度、介电常数微小波动对S参数曲线的影响，这种对“现实世界”的设计缺陷的关注，无疑是极其宝贵的。我甚至发现自己开始重新审视过去那些被我简单略过的仿真报告，试图从中找出那些在书中被特意强调的“陷阱”。这本书的叙事风格偏向于一种冷静的、近乎临床的诊断，它不提供快速的捷径，而是要求读者投入时间去理解每一个设计决策背后的权衡取舍，这对于希望成为真正解决问题的高级工程师来说，无疑是至关重要的精神食粮。

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拿到这本书时，我原本以为会面对一本充斥着晦涩符号和抽象定义的工具书，但事实证明，我的判断完全失误了。这本书最引人入胜之处，在于它对设计流程中“思维定势”的挑战。作者似乎非常热衷于探讨那些行业内默认的“最佳实践”背后的局限性，并鼓励读者去质疑那些被奉为圭臬的经验法则。特别是关于电磁兼容性（EMC）的章节，它没有将EMC处理为设计后期的“打补丁”工作，而是将其融入到早期架构选择的考量之中。他用极其简洁的语言描绘了场耦合的物理场景，让人瞬间明白了为什么在某些布局下，看似无关的两个信号线会产生意想不到的串扰。这种将物理直觉与工程实践紧密结合的叙事方式，极大地提升了我对电路行为的直观理解能力。阅读这本书，就像是获得了一副能看穿电路内部能量流动的“透视镜”，让我对自己的设计拥有了前所未有的信心，因为它不再是凭感觉在堆砌元器件，而是基于对物理规律的深刻理解在进行精确设计。

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