Performance Optimization of Numerically Intensive Codes (Software, Environments and Tools)

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出版者:Society for Industrial Mathematics
作者:Adolfy Hoisie
出品人:
页数:184
译者:
出版时间:2001-03-19
价格:USD 73.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780898714845
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机科学
  • 计算机
  • 计算
  • 编程
  • 变分
  • Programming
  • Performance Optimization
  • Numerical Computing
  • Software Engineering
  • Code Optimization
  • Computational Efficiency
  • Programming Tools
  • High-Performance Computing
  • Compiler Optimization
  • Parallel Computing
  • Debugging Tools
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具体描述

高性能数值计算代码优化之道 在现代科学计算和工程领域,对高性能计算的需求日益增长。从天气预报、流体动力学模拟,到金融建模、粒子物理研究,许多关键应用都依赖于复杂的数值算法和海量的数据处理。然而,即便是设计精良的算法,如果其底层代码实现效率低下,也将严重限制计算的性能和应用范围。本书旨在深入探讨数值密集型代码的性能优化技术,帮助开发者构建更快速、更高效的计算解决方案。 本书并非罗列通用的编程技巧,而是聚焦于与数值计算紧密相关的底层优化原理和实践。我们将从理解计算机体系结构出发,深入剖析CPU的工作机制,包括指令集、流水线、缓存层次结构、内存访问模式等。只有深刻理解硬件的限制与优势,才能有的放矢地进行优化。 在硬件层面,本书将详细介绍现代处理器如何执行计算,以及数据在内存和缓存之间移动的瓶颈。我们将讲解向量化(Vectorization)和并行化(Parallelization)等关键技术,以及如何在CPU和GPU上高效地实现这些技术。例如,理解SIMD(Single Instruction, Multiple Data)指令集如何加速向量运算,以及多线程(Multithreading)和进程(Multiprocessing)如何利用多核处理器并行执行任务,将是本书的核心内容之一。 算法的效率是性能优化的基础,本书将不回避对经典数值算法进行分析和优化。我们将探讨如何选择和改进算法以适应现代硬件,例如,分析矩阵乘法、傅里叶变换、线性方程组求解等算法的时间复杂度和空间复杂度,并介绍如何利用更优的算法变体或并行算法来提升性能。此外,诸如“缓存友好的”数据结构和算法设计,例如,如何通过优化数据布局来减少缓存未命中,如何利用分块(Blocking)或分治(Divide and Conquer)策略来提高数据局部性,也将是本书的重要论述点。 对于使用特定编程语言和框架的开发者,本书将提供针对性的优化指导。例如,对于C++开发者,我们将深入讲解模板元编程、内联函数、手动向量化、编译器优化选项的使用等。对于Fortran开发者,我们将探讨其在数值计算领域的独特优势,以及如何利用Fortran特有的特性进行高性能代码编写。此外,对于依赖特定高性能库(如BLAS, LAPACK, FFTW, Intel MKL, cuBLAS, cuFFT等)的开发者,我们将介绍这些库的设计哲学和使用技巧,以及如何通过正确的使用方式最大化它们的性能。 除了对CPU和GPU的优化,本书还将触及其他重要的性能考量因素。这包括高效的内存管理,如何避免不必要的内存分配和拷贝,以及如何利用内存池(Memory Pooling)等技术。我们还将讨论I/O性能的优化,例如,如何高效地读写大型数据集,以及如何利用并行I/O技术。 在软件工程层面,本书还将强调性能分析工具和调试的重要性。我们将介绍各种性能剖析(Profiling)工具,如`gprof`, `perf`, VTune Amplifier, Nsight Systems等,以及如何使用它们来定位代码中的性能瓶颈。理解性能剖析报告,并基于分析结果进行有针对性的优化,是实现卓越性能的关键步骤。 本书的内容将覆盖从微观的指令级并行到宏观的并行计算框架,力求为读者提供一个全面且深入的性能优化视角。无论是经验丰富的性能工程师,还是希望提升计算代码效率的研究人员,都能从中获益。通过掌握本书所介绍的知识和技术,开发者将能够显著提升数值密集型代码的执行速度,从而解决更复杂、规模更大的科学与工程问题。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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在我接触科学计算的旅程中,性能始终是一个绕不开的话题。那些需要处理海量数据、进行复杂数值积分、求解偏微分方程的程序,往往是计算资源消耗的大户,而提升它们的执行效率,往往能带来巨大的收益,无论是缩短实验周期,还是获得更细粒度的模拟结果。然而,如何有效地进行性能优化,却是一个充满挑战和学问的领域。我曾尝试过各种方法,从基本的代码重构到深入的硬件架构了解,但总觉得缺乏一个系统性的指引。这本书的标题,“Performance Optimization of Numerically Intensive Codes”,简直就像是为我量身定做的。它直接点出了我所关心的核心问题,并且“Software, Environments and Tools”的副标题,更是让我看到了其潜在的价值——它并非只停留在代码层面,而是会涉及到更广泛的软硬件环境和辅助工具。我非常期待这本书能够为我提供一套清晰的优化思路和方法论,让我能够理解不同优化技巧背后的原理,并学会如何在实际应用中选择最合适的策略。例如,我渴望了解如何根据不同的硬件架构(如CPU缓存、内存带宽、GPU架构)来调整代码,如何有效地利用并行计算(如OpenMP、MPI、CUDA),以及如何使用各种性能分析工具(如gprof, perf, Nsight)来诊断和解决性能瓶颈。这本书的出现,无疑将是我在性能优化道路上的一盏明灯,为我指明方向,提升我解决实际问题的能力。

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长期以来,我一直在寻找一本能够系统性地讲解数值密集型代码性能优化的书籍。在我的研究和工程实践中,代码的执行速度往往是决定项目成败的关键因素之一,尤其是在处理大规模科学计算和工程模拟时。我深知,仅仅依赖高效的算法是不够的,对代码本身的优化以及对底层计算环境的理解同样重要。这本书的标题,“Performance Optimization of Numerically Intensive Codes”,正是我一直以来所追求的目标。而“Software, Environments and Tools”这个副标题,更是让我看到了其内容的深度和广度。我非常希望这本书能够为我提供一个全面的性能优化指南,帮助我深入理解代码性能的各个方面。例如,我希望能了解到关于CPU架构的细节,如指令集、缓存层次结构以及它们对代码性能的影响;我渴望学习如何有效地利用现代编译器的优化能力,以及如何编写能够充分利用硬件特性的代码。此外,我也非常关注并行计算,特别是如何高效地进行数据并行和任务并行,如何使用MPI和OpenMP进行分布式和共享内存并行计算,以及如何利用GPU加速计算。这本书的出现,将是我提升代码性能、加速科学研究和工程应用的重要助力。

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在我进行科学研究的过程中,性能优化始终是我关注的焦点。无论是进行复杂的物理模拟,还是分析大规模数据集,高效的代码执行能力都是至关重要的。然而,如何真正做到“性能优化”,往往涉及到对计算机体系结构、操作系统、编译器以及编程语言特性的深刻理解,这并非易事。我曾花费大量时间研究各种优化技巧,阅读大量的技术文档,但总感觉知识零散,缺乏一个贯穿始终的系统性框架。这本书的标题,“Performance Optimization of Numerically Intensive Codes”,完美地契合了我的需求。更重要的是,副标题“Software, Environments and Tools”让我看到了其全面性,它不仅仅关注代码本身,还将目光投向了更广阔的软件生态。我非常期待这本书能够为我提供一个清晰的优化思路,让我能够理解代码性能的瓶颈是如何产生的,并掌握一套科学的分析和调优方法。例如,我希望能学习如何有效地进行向量化处理,如何优化内存访问以提高缓存命中率,如何在多核环境下进行高效的并行化,以及如何利用诸如OpenMP、MPI等并行编程模型。此外,我也非常渴望了解如何使用各种性能剖析工具来定位代码中的瓶颈,并学会如何根据不同的硬件平台和应用场景选择最合适的优化策略。这本书将是我在高性能计算领域不断探索的宝贵财富。

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从我接触高性能计算领域的第一天起,我就被那些能够以惊人的速度解决复杂科学问题和工程难题的代码所震撼。然而,随之而来的挑战也是显而易见的:如何让这些代码运行得更快,如何最大限度地利用我们拥有的计算资源,始终是一个持续的追求。我曾尝试过阅读大量的技术文档和在线教程,学习各种编程语言的优化特性,尝试使用性能分析器来找出代码中的热点。但坦白说,这些零散的知识点常常让我感到力不从心,缺乏一个能够将它们融会贯通的体系。这本书的书名,"Performance Optimization of Numerically Intensive Codes",正是我所苦苦寻找的。它承诺了一个系统性的方法来解决这个问题,而且不仅限于代码本身,还延伸到了“Software, Environments and Tools”这个更广阔的领域。这让我非常兴奋,因为我知道,真正的高性能计算优化,绝不仅仅是调整几个循环或使用几个预编译库那么简单。它需要对整个计算栈有深刻的理解,从硬件的底层指令集,到操作系统的调度机制,再到编译器的优化能力,以及各种高性能计算库和框架的使用。我希望这本书能够为我揭示这些隐藏的联系,让我能够站在更高的维度来审视性能问题,并掌握一套行之有效的分析和优化流程。我期待能够学到如何科学地测量代码的性能,如何识别真正的性能瓶颈,并如何针对这些瓶颈采取有针对性的优化措施。这本书将是我提升计算效率,加速科研进程的宝贵指南。

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一直以来,我都在追求代码的极致性能,尤其是在处理那些需要进行海量科学计算和模拟的场景下。每一次的性能提升,都意味着更快的模拟速度,更精准的结果,以及更低的计算成本。然而,这其中的过程常常充满了挑战和挫折。我曾经遇到过一些顽固的性能瓶颈,无论我如何尝试,都无法使其获得显著的提升。这让我意识到,仅仅依靠直觉或者一些零散的技巧是远远不够的。我需要一个更系统、更深入的理论框架来指导我的优化工作。这本书的名称,"Performance Optimization of Numerically Intensive Codes",恰好精准地击中了我的痛点。而“Software, Environments and Tools”这个副标题,更是让我看到了这本书的广度和深度。它不仅仅关注代码的微观层面,更将视野放到了整个软件栈和生态系统。我非常希望这本书能够详细阐述各种数值计算中常见的性能瓶颈是如何产生的,以及不同层次的优化技术是如何发挥作用的。例如,我对如何有效地利用多核处理器、GPU等加速硬件,如何优化内存访问模式,如何选择合适的并行化策略,以及如何利用编译器和各种性能分析工具来指导我的优化工作,都充满了强烈的好奇和学习的渴望。我相信,通过阅读这本书,我能够获得一套全面而实用的性能优化知识体系,从而在我的实际工作中取得更大的突破。

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这本书的书名瞬间吸引了我,"Performance Optimization of Numerically Intensive Codes"——这几个词精准地概括了我长期以来在科研和工程实践中遇到的核心挑战。我一直对如何榨干计算资源的最后一丝潜力充满热情,尤其是在处理那些庞大、复杂的数值模型时。我常常感到,即便算法本身已经相当精妙,但代码的执行效率仍然是影响项目周期和结果准确性的关键瓶颈。我曾花费大量时间研究各种低级优化技巧,比如循环展开、内存对齐、向量化指令集等等,但总觉得缺乏一个系统性的、理论与实践相结合的框架来指导我的工作。这本书的副标题,"Software, Environments and Tools",更是让我眼前一亮。它暗示了这本书并非仅仅停留在代码层面的微调,而是会深入探讨整个软件生态系统,包括编译器、操作系统、硬件架构以及各种辅助工具,这些都是影响高性能计算表现不可或缺的因素。我希望这本书能够为我提供一套完整的理论基础,帮助我理解不同优化策略背后的原理,并学会如何根据具体的计算任务和硬件环境选择最合适的优化方法。同时,我也期待它能够介绍一些当前业界广泛使用的、行之有效的优化工具和技术,能够让我快速上手,并将学到的知识应用到实际工作中,解决我所面临的性能问题。这本书的出现,就像在迷雾中找到了一盏明灯,让我对如何更高效地进行数值计算充满期待。

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在科学计算的世界里,时间就是金钱,也是科学发现的驱动力。我一直致力于提升我所编写的数值密集型代码的性能,因为我知道,即使是微小的性能提升,在庞大的数据集和复杂的计算任务面前,也能带来巨大的回报。然而,性能优化并非易事,它需要对底层硬件、操作系统、编译器以及编程模型都有深入的理解。我曾尝试过各种零散的技巧,但总感觉缺乏一个系统性的理论指导。这本书的标题,“Performance Optimization of Numerically Intensive Codes”,正是我一直在寻找的。而“Software, Environments and Tools”这个副标题,更是让我看到了这本书的全面性,它不仅仅关注代码本身,还涵盖了整个计算生态系统。我非常希望这本书能够为我揭示如何科学地诊断代码的性能瓶颈,例如,我希望能学习如何利用性能分析工具来精确地定位代码中的热点,如何理解CPU缓存的失效和抖动对性能的影响,以及如何优化数据布局以提高内存访问效率。此外,我也非常期待书中能够提供关于如何进行高效的并行化,如何选择合适的并行算法和通信模式,以及如何利用GPU等加速器来提升计算速度的详细指导。这本书将是我在性能优化道路上不可或缺的伙伴,帮助我突破瓶颈,实现更高效的计算。

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我从事的领域,常常需要进行大规模的数值模拟和数据分析,而代码的执行效率直接影响着研究的进度和结果的质量。我一直对如何榨干计算资源的最后一丝潜力抱有强烈的兴趣,并为此付出了大量的努力。然而,性能优化是一个复杂而精细的工程,它涉及到从算法选择到硬件架构的方方面面。我曾尝试过阅读大量的技术资料,学习各种优化技巧,但总感觉缺乏一个系统性的、理论与实践相结合的框架来指导我的工作。这本书的标题——"Performance Optimization of Numerically Intensive Codes"——正是我一直在寻找的。更重要的是,“Software, Environments and Tools”这个副标题,让我看到了这本书的全面性和深度,它暗示了这本书将不仅仅局限于代码层面,而是会涵盖更广泛的软件生态系统。我非常期待这本书能够为我提供一套完整的性能分析和优化方法论,让我能够理解不同优化手段背后的原理,例如,我希望能学习如何有效地利用CPU的SIMD指令集,如何优化内存访问模式以最大化缓存的利用率,如何选择合适的并行化策略来充分利用多核处理器和分布式计算资源。此外,我也非常渴望了解如何使用各种性能剖析工具来识别代码中的性能瓶颈,并学会如何根据不同的应用场景和硬件平台来定制最有效的优化方案。我相信,这本书将是我在追求极致计算性能的道路上的一笔宝贵财富。

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我一直对如何让科学计算程序跑得更快、更有效率抱有浓厚的兴趣。在我的研究领域,数值模拟是必不可少的工具,而模拟的耗时和精度往往与代码的性能息息相关。我曾经尝试过许多不同的优化方法,从简单的代码调整到尝试使用更高级的并行计算模型,但总感觉自己在摸索中前进,缺乏一个系统性的指导。这本书的名称——"Performance Optimization of Numerically Intensive Codes"——对我来说,简直是一种召唤。它精确地描述了我一直以来所追求的目标,并且“Software, Environments and Tools”这个副标题,更让我看到了这本书的广阔视野。我希望这本书不仅仅是关于“怎么做”,更能深入到“为什么这样做”的层面,让我理解不同优化技巧背后的原理,例如,我对如何理解和利用CPU的流水线、缓存一致性协议,以及如何编写能够充分发挥GPU并行计算能力的CUDA代码,都充满了好奇。同时,我也非常期待书中能够提供关于如何选择合适的编译器优化选项,如何使用性能分析工具来识别代码中的热点,以及如何利用高性能计算库(如BLAS, LAPACK, FFTW)来加速计算的实用建议。这本书,在我看来,将是我提升计算效率、加速科学发现的重要途径。

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从事科学计算多年,我深切体会到代码性能对于研究进程的影响。那些动辄需要运行数小时乃至数天的模拟,往往是制约我们探索新科学问题、验证新理论的关键因素。我一直在寻找能够帮助我系统地提升代码性能的方法,从基础的算法选择到复杂的并行化技术,我都希望能有更深入的理解。这本书的标题,"Performance Optimization of Numerically Intensive Codes",准确地抓住了我的需求。而“Software, Environments and Tools”这个副标题,更是让我看到了这本书的全面性和实用性。它不仅仅是关于如何写出高效的代码,更是关于如何在整个计算环境中实现高性能。我非常希望这本书能够提供一套完整的理论框架,帮助我理解不同优化技术背后的科学原理,例如,我希望能了解CPU缓存的工作机制以及如何优化内存访问模式,如何有效利用向量化指令集来加速计算,以及在并行计算方面,如何选择合适的并行化策略(例如,共享内存并行、分布式内存并行),以及如何进行有效的并行调试。此外,我也非常期待书中能够介绍一些当前业界广泛使用的性能分析工具和优化库,并提供实际的应用案例,让我能够快速地将学到的知识应用到我的实际科研项目中,解决我所面临的性能瓶颈,从而加速我的研究进程。

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