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出版者:Strategic Highway Research Program (Shrp)

作者:J. F. Branthaver

出品人:

页数:479

译者:

出版时间:1993-11

价格:USD 15.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780309056205

丛书系列:

图书标签:

• 粘合剂
• 表征
• 评估
• 材料科学
• 化学
• 物理性能
• 测试方法
• 质量控制
• 工业应用
• 聚合物

好的，这是一本名为《高性能计算中的并行编程模型与优化策略》的图书简介： 《高性能计算中的并行编程模型与优化策略》 内容概述 本书深入探讨了当前高性能计算（HPC）领域中主流的并行编程模型、设计理念以及面向特定硬件架构的优化策略。随着摩尔定律的放缓和异构计算的兴起，如何高效地利用多核处理器、大规模集群以及专用加速器（如 GPU 和众核处理器）成为了高性能计算研究和应用中的核心挑战。《高性能计算中的并行编程模型与优化策略》旨在为读者提供一套全面、系统且具有实践指导意义的理论框架和技术方法，以应对这些挑战。 本书的内容覆盖了从基础的并行计算理论到前沿的编程框架应用，强调理论与实践的紧密结合。我们不仅分析了不同编程模型的内在机制和适用场景，还详细介绍了如何针对内存层次结构、通信开销以及数据局部性进行精细化优化，最终目标是实现计算资源的最大化利用和应用程序性能的显著提升。 目标读者 本书面向以下群体： 1. 高性能计算研究人员与工程师： 需要了解和掌握最新的并行算法设计与实现技术，以便在科研项目和工程应用中取得突破性进展。 2. 软件开发者与程序员： 希望将现有串行或低效并行代码迁移至现代异构和大规模并行系统，需要学习如 OpenMP、MPI、CUDA/OpenACC 等关键技术。 3. 计算机科学专业学生（研究生及高年级本科生）： 作为并行计算、计算机体系结构或高级算法课程的参考教材，提供坚实的理论基础和丰富的实践案例。 4. 系统架构师与性能分析师： 需要对不同并行范式进行深入比较和评估，以便为特定工作负载选择最优的软硬件协同设计方案。 章节详细结构与核心内容 本书共分为七个主要部分，结构上遵循从理论基础到具体模型，再到高级优化和未来趋势的递进路线。 第一部分：高性能计算基础与并行计算概论 (约 200 字) 本部分首先确立了高性能计算的背景和关键指标，包括“Amdahl 定律”与“Gustafson 定律”的现代解读，并引入了衡量并行性能的基本度量，如速度提升、效率和可扩展性。重点阐述了串行瓶颈的识别方法，以及在设计并行程序时必须考虑的架构约束，如内存访问延迟和带宽限制。此外，还对“任务级并行性”和“数据级并行性”进行了区分和概述，为后续章节的编程模型介绍奠定基础。 第二部分：共享内存并行编程模型 (约 250 字) 本部分聚焦于单节点多核系统中的并行化技术。 OpenMP 深度解析： 详细讲解 OpenMP 的编译器指令（Pragmas），包括数据环境（Data Environment）、同步机制（如 Barrier, Critical, Atomic）以及循环划分策略（Scheduling）。特别关注运行时库函数的使用和如何处理复杂的依赖关系，如数据竞争和死锁问题。 Cilk Plus 与其他轻量级模型： 探讨 Cilk 风格的“工作窃取”（Work-Stealing）机制，以及现代 C++ 标准库中的并行算法（如 `std::execution::par`），分析这些模型在简化编程复杂性方面的优势和在特定场景下的性能表现。 内存一致性模型： 深入讨论弱一致性模型（如 x86 架构）对并行程序设计的影响，以及如何通过内存屏障（Memory Fences）来保证操作的正确顺序，这是高效共享内存编程的关键。 第三部分：分布式内存并行编程模型——MPI (约 300 字) 本部分是关于大规模并行系统（集群）通信的基石——信息传递接口（MPI）。 MPI 基础与核心概念： 详述进程、通信子（Communicator）、点对点（Point-to-Point）通信原语（`Send`, `Recv`, `Isend`, `Irecv`）。重点分析阻塞（Blocking）与非阻塞（Non-Blocking）通信的区别及其对应用程序性能的影响。 集体通信（Collective Operations）： 详细分析 `Broadcast`, `Scatter`, `Gather`, `Reduce`, `Alltoall` 等集体操作的算法实现（例如 Allreduce 的 Ring 算法），并指导读者如何根据网络拓扑和数据访问模式选择最优的集体操作。 MPI 性能调优： 讨论通信抖动（Communication Latency Hiding）技术，如何通过重叠计算与通信（Computation/Communication Overlap）来最小化等待时间，并介绍 MPI-3/4 标准中引入的新特性，如单边通信（One-Sided Communication）及其在稀疏矩阵计算中的应用。 第四部分：异构计算编程模型：GPU 加速 (约 350 字) 随着 GPU 成为 HPC 基础设施的核心组成部分，本部分专注于异构编程。 CUDA 编程模型： 详细讲解 CUDA 的层次结构（Grid, Block, Thread），内存模型（Global, Shared, Constant, Texture Memory），以及核函数（Kernel）的启动配置。核心在于如何有效地利用片上共享内存进行数据重用，并最大化内存合并访问（Coalesced Access）。 OpenACC 与 OpenMP Offloading： 介绍基于编译器的指令（Pragmas）进行加速的方法，重点分析 OpenACC 的数据管理子句（`present`, `copyin`）与 OpenMP 5.0/5.1 的设备卸载（Device Offloading）机制。比较它们与纯 CUDA 编程在开发速度和可移植性上的权衡。 数据迁移与同步： 深入探讨主机（Host）与设备（Device）之间数据传输的效率问题，包括零拷贝（Zero-Copy）技术、异步数据传输流（Streams），以及在统一内存（Unified Memory）架构下的性能陷阱与优化策略。 第五部分：混合并行编程与层级化抽象 (约 250 字) 现代超级计算机需要结合共享内存和分布式内存的混合并行模型。 MPI + OpenMP 混合编程： 讨论如何在一个 MPI 进程内利用多线程来加速节点内计算，避免线程间的通信开销。关键在于平衡进程与线程的数量，并确保共享内存资源不被过度竞争。 高层抽象框架： 介绍如 Charm++、UPC++ 等基于消息传递或统一内存抽象的编程模型，分析它们如何简化程序员对复杂拓扑的编程难度，并讨论其在性能上与 MPI+OpenMP 的差距与优势。 运行时系统与任务调度： 探讨如何利用运行时系统（Runtime System）进行动态负载均衡和任务调度，特别是在处理动态或不规则应用（如粒子模拟、图算法）时。 第六部分：性能分析、诊断与优化实践 (约 150 字) 理论模型必须通过实践调优来验证和完善。 性能度量工具链： 介绍 Valgrind/Callgrind, PAPI, TAU, 以及 NVIDIA Nsight 等主流性能分析工具的使用方法。重点在于如何利用这些工具识别计算密集型（CPU-bound）和 I/O/通信密集型（Communication-bound）的瓶颈。 内存优化技术： 探讨缓存优化（Loop Tiling/Blocking）、数据布局重排（Structure of Arrays vs. Array of Structures），以及如何对稀疏数据结构进行并行化以提高访问局部性。 通信优化实践： 基于分析结果，指导读者实施具体的通信优化，如减少通信次数、增加消息聚合度、使用更高效的 MPI-IO 进行并行文件访问等。 本书的独特价值在于，它不仅系统地介绍了当今主流的并行编程范式，更注重于提供针对不同硬件拓扑（从 NUMA 架构到大规模 GPU 集群）的深入优化技巧和调试方法，确保读者能够将理论知识转化为具有实际竞争力的软件性能。

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这本书的排版和图示质量，对我来说是决定阅读体验的关键因素之一。技术书籍的图表往往比文字本身更具说服力。我设想，清晰的截面图、精确的应力-应变曲线、详尽的流程图，是必不可少的。如果书中对复杂实验装置的描述含糊不清，或者关键图例标注缺失，那么读者在尝试复现或理解实验结果时将会面临巨大困难。此外，如果它能提供一个清晰的索引和术语表，那将是对忙碌的专业人士极大的帮助。一个优秀的工具书，应该能让你在最短时间内定位到需要的特定参数或测试标准。我尤其关注它对不同国际标准（如ASTM, ISO）的引用和对比分析是否到位，毕竟，跨国合作和贸易中，标准的统一性至关重要。

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说实话，拿到这本书时，我有一种被“劝退”的感觉。厚厚的篇幅和晦涩的术语，让我这个非专业人士望而却步。我猜想，这本书可能更偏向于学术研究人员和资深工程师的案头工具书，而非面向广大学生的入门读物。如果内容果真如书名所示，那么它应该深入探讨了表征技术背后的原理，比如光谱分析、显微镜技术，以及如何从复杂的数据中提炼出有意义的结论。我尤其关注的是评估方法的标准化问题——在这个领域，是否存在公认的最佳实践？书中是否批判性地审视了现有评估体系的局限性，并提出了创新的解决方案？如果它只是简单地罗列公式和实验步骤，而缺乏对“为什么”和“如何优化”的深入探讨，那么它的价值就会大打折扣。我希望看到的是那种能够激发思考、挑战现有认知的深度分析，而不是一本平铺直叙的“操作手册”。

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这本《Binder Characterization & Evaluation》的标题着实让人摸不着头脑，初读之下，我实在无法想象它究竟涵盖了哪些内容。书名本身充满了技术性和专业性，让人联想到某种材料科学或工程领域的深度探讨。我期望它能像一本严谨的教科书那样，对“粘结剂特性与评估”这一主题进行全方位的、系统的梳理。想象中，书中应该详细阐述各种粘结剂的化学结构、物理性能，以及如何设计实验来精确测量它们的粘结强度、耐久性、热稳定性等关键指标。理想情况下，作者会对不同应用场景下的粘结剂选择标准提供详尽的指导，比如在航空航天、土木工程还是电子封装领域，选择的侧重点会有何不同。此外，书中对最新研究进展的涵盖程度，以及对未来发展趋势的洞察力，也是衡量其价值的重要标准。如果它能提供清晰的案例分析，展示理论知识如何转化为实际工程问题的解决方案，那无疑会大大增加其实用性。

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坦白讲，我对这类高度专业化的书籍通常抱有一种敬畏而又挑剔的态度。我更看重作者是否能将深奥的原理用一种结构化的、逻辑严密的方式呈现出来。好的技术写作，即便主题冷僻，也应具有内在的节奏感和清晰的层次结构。我希望这本书能够遵循一个“从宏观到微观，再回到应用”的叙事逻辑。例如，先介绍粘结剂在宏观结构中的作用，然后深入到界面化学和分子间作用力，最后再回到如何通过调整配方和工艺参数来优化宏观性能。如果能有机地融合理论物理、化学和材料工程学知识，并且每章末尾都有恰当的小结和延伸阅读推荐，那么它就能超越一本普通的技术手册，成为一本真正具有启发性的参考著作。

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从一个关注可持续发展角度的读者的目光来看，这本书如果能触及“绿色粘结剂”和环境友好型评估体系的议题，那将是一大惊喜。在当代材料科学中，环保和低能耗是不可逆转的趋势。因此，我期待书中不仅限于讨论传统高分子或无机粘结剂的性能，还能花篇幅探讨生物基材料或可降解粘结剂的特性曲线。评估过程中，如何量化其生命周期影响（LCA）？是否有章节专门讨论如何设计测试，使其能在模拟真实环境侵蚀（如湿热循环、紫外线照射）的同时，保持测试的效率和可重复性？如果作者能将传统性能评估与前沿的生态考量相结合，这本书的现实意义将大大提升。否则，它可能仅仅停留在上个世纪的技术框架内，显得有些脱节。

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