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出版者:Springer

作者:Albrecht, Andreas; Jung, Hermann; Mehlhorn, Kurt

出品人:

頁數:212

译者:

出版時間:1987-12-15

價格:USD 29.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9783540180999

叢書系列:

圖書標籤:

並行算法
並行架構
計算機體係結構
高性能計算
算法設計
並行計算
多核處理器
分布式計算
集群計算
GPU計算

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具體描述

《並行計算與體係結構》這是一本深入探討並行計算領域核心概念、關鍵技術與前沿發展的專著。本書旨在為讀者提供一個全麵而係統的知識框架，理解為何以及如何設計和構建能夠處理海量數據和復雜計算任務的並行係統。核心內容概述：並行計算基礎理論：本書首先奠定堅實的理論基礎，詳細闡述瞭並行性的不同粒度，包括位級並行、指令級並行、綫程級並行和進程級並行。讀者將深入理解數據依賴、任務依賴等概念，以及它們對並行程序設計的影響。同時，將詳細介紹各種並行計算模型，如PRAM模型、消息傳遞模型、共享內存模型等，並分析它們各自的優缺點及適用場景。並行算法設計與分析：本書重點關注並行算法的設計範式和分析技術。讀者將學習如何將串行問題分解為可並行執行的任務，如何有效地分配計算資源，以及如何處理數據同步和通信問題。內容涵蓋瞭圖算法（如最短路徑、最小生成樹）、排序算法（如快速排序、歸並排序）、矩陣運算（如矩陣乘法、矩陣求逆）以及搜索算法等經典並行算法的設計思路和實現技巧。同時，本書將深入講解並行算法的性能度量，包括時間復雜度、空間復雜度、加速比、效率和可擴展性等，並提供分析和優化並行程序的實用方法。並行體係結構：本書深入剖析瞭構建高效並行計算係統的硬件基礎。讀者將瞭解不同類型的並行處理器，如嚮量處理器、多核處理器、眾核處理器（GPU）以及大規模分布式係統。本書將詳細探討存儲器層次結構、緩存一緻性協議、互連網絡拓撲（如網格、環、超立方體）以及I/O係統等關鍵設計因素，並分析它們如何影響並行程序的性能。此外，還將介紹高性能計算（HPC）領域的主流硬件平颱和架構，例如CPU+GPU異構計算模型、以及現代超級計算機的組成原理。編程模型與工具：為瞭將理論知識轉化為實踐，本書詳細介紹瞭主流的並行編程模型和相關工具。對於共享內存係統，將深入講解OpenMP等API，涵蓋瞭並行區域、任務並行、同步原語（如鎖、信號量、屏障）以及並行數據結構的使用。對於分布式內存係統，將詳盡介紹MPI（Message Passing Interface）的標準和常用函數，包括通信操作（點對點通信、集體通信）、數據規約、拓撲管理等。此外，還將介紹一些針對GPU等眾核架構的編程模型，如CUDA和OpenCL，以及相關的開發環境和調試工具。性能優化與挑戰：本書不僅講解瞭並行計算的理論和實現，還著重探討瞭在實際應用中遇到的性能瓶頸和優化策略。讀者將學習如何識彆和解決數據局部性問題、負載均衡問題、通信開銷問題以及同步開銷問題。將介紹各種性能分析工具，如性能計數器、探查器（profiler）等，並指導讀者如何利用這些工具來定位性能瓶頸並進行有針對性的優化。同時，本書也將討論並行計算在當前計算領域麵臨的一些挑戰，例如功耗限製、通信延遲、軟件復雜性以及對新興計算範式（如深度學習、大數據分析）的支持。前沿與應用：本書將展望並行計算領域的未來發展方嚮，包括新型並行體係結構、混閤精度計算、低功耗並行設計以及麵嚮特定應用的並行優化技術。同時，將結閤實際案例，展示並行計算在科學計算、工程模擬、人工智能、金融建模、生物信息學等各個領域的廣泛應用，幫助讀者理解並行計算的價值和重要性。通過閱讀《並行計算與體係結構》，讀者將能夠係統地掌握並行計算的理論精髓，熟練運用各種並行編程模型進行高效開發，並具備分析和優化並行係統性能的能力，為解決當今和未來計算領域日益增長的挑戰打下堅實基礎。