并行计算：结构、算法、编程

内容简介

　　本书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，是面向21世纪课程教材和教育部理科计算机应用“九五”规划教材。本书以并行计算为主题，主要讨论并行计算的硬件基础——当代并行计算机系统及其结构模型，并行计算的核心内容——并行算法设计与并行数值算法以及并行计算的软件支持——并行程序的设计原理与方法。本书强调融并行机结构、并行算法和并行编程为一体，着重讨论并行算法的设计方法和并行数值计算算法，力图反映本学科的最新成就和发展趋势。全书共十五章，分为四篇：第一篇包括并行计算机的系统结构模型，当代对称多处理机（SMP）、大规模并行处理机（MPP）、工作站机群（COW）和并行计算的性能评测；第二篇包括并行算法的常规设计方法、基本设计技术和一般设计过程；第三篇包括矩阵运算、稠密与稀疏线性方程组的求解和FFT变换；第四篇包括并行程序设计基础、模型、环境与工具以及共享存储与分布存储系统上的并行编程方法。从并行计算的角度，本书体系完整，内容丰富，取材新颖，可作为高等学校计算机及相关专业的本科高年级学生和研究生的教学用书，也可供计算科学与工程（CSE）学科的研究生和科技人员阅读参考。

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图书目录

第一篇  并行计算硬件基础
第一章  并行计算机系统及其结构模型
1. 1  并行计算与高端并行计算机
1. 1. 1  并行计算与计算科学
1. 1. 2  当代科学与工程问题的计算需求
*1. 1. 3  万亿次高端并行机
1. 2  并行计算机系统互连
1. 2. 1  系统互连
1. 2. 2  静态互连网络
1. 2. 3  动态互连网络
1. 2. 4  宽带互连网络
1. 3  并行计算机系统结构
1. 3. 1  并行计算机结构模型
1. 3. 2  并行计算机访存模型
*1. 3. 3  并行计算机存储组织
1. 4  小结和导读
习题
第二章  当代并行机系统：SMP. MPP和COW
2. 1  对称多处理机SMP
2. 1. 1  SMP和CC-NUMA结构特性
*2. 1. 2  SGI／Cray Origin 2000超级服务器
2. 2  大规模并行机MPP
2. 2. 1  MPP结构特性
*2. 2. 2  机群型大规模并行机SP2
2. 3  工作站机群COW
2. 3. 1  COW的基本原理与技术
*2. 3. 2  Berkeley的NOW计划
2. 4  国产曙光系列并行机系统
2. 4. 1  全对称共享存储多处理机系统：曙光l号
2. 4. 2  大规模并行处理系统：曙光-1000
*2. 4. 3  超级并行计算机系统：曙光-2000
2. 5  小结和导读
习题
第三章  并行计算性能评测
3. 1  加速比性能定律
3. 1. 1  Amdahl定律
3. 1. 2  Gustafson定律
3. 1. 3  Sun和Ni定律
3. 1. 4  有关加速的讨论
3. 2  可扩放性评测标准
3. 2. 1  并行计算的可扩放性
3. 2. 2  等效率度量标准
3. 2. 3  等速度度量标准
3. 2. 4  平均延迟度量标准
3. 2. 5  有关可扩放性标准的讨论
*3. 3  基准测试程序
3. 3. 1  基本测试程序
3. 3. 2  数学库测试程序
3. 3. 3  并行测试程序
3. 4  小结和导读
习题
第二篇  并行算法的设计
第四章  并行算法的设计基础
*4. 1  并行算法的基础知识
4. 1. 1  并行算法的定义和分类
4. 1. 2  并行算法的表达
4. 1. 3  并行算法的复杂性度量
4. 1. 4  并行算法中的同步与通信
4. 2  并行计算模型
4. 2. 1  PRAM模型
4. 2. 2  异步PRAM模型
4. 2. 3  BSP模型
4. 2. 4  logP模型
4. 2. 5  C3模型
4. 2. 6  对BSP和logP的评注
4. 3  小结和导读
习题
第五章  并行算法的一般设计方法
5. 1  串行算法的直接并行化
5. 1. 1  设计方法描述
5. 1. 2  快排序算法的并行化
5. 2  从问题描述开始设计并行算法
5. 2. 1  串匹配算法
*5. 2. 2  KMP串行串匹配算法
5. 2. 3  并行串匹配算法的设计思路
5. 3  借用已有算法求解新问题
5. 3. 1  设计方法描述
5. 3. 2  利用矩阵乘法求所有点对间最短路径
5. 4  小结和导读
习题
第六章  并行算法的基本设计技术
6. 1  划分设计技术
6. 1. 1  均匀划分技术
6. 1. 2  方根划分技术
6. 1. 3  对数划分技术
6. 1. 4  功能划分技术
6. 2  分治设计技术
6. 2. 1  双调归并网络
6. 2. 2  凸壳问题
6. 3  平衡树设计技术
6. 3. 1  求取最大值
6. 3. 2  计算前缀和
6. 4  倍增设计技术
6. 4. 1  表序问题的计算
6. 4. 2  求森林的根
6. 5  流水线设计技术
6. 5. 1  一维心动阵列上的DFT计算
6. 5. 2  一维心动阵列上的卷积计算
6. 6  小结和导读
习题
第七章  并行算法的一般设计过程
7. 1  PCAM设计方法学
7. 2  划分
7. 2. 1  域分解
7. 2. 2  功能分解
7. 2. 3  划分判据
7. 3  通信
7. 3. 1  局部通信
7. 3. 2  全局通信
7. 3. 3  非结构化. 动态和异步通信
7. 3. 4  通信判据
7. 4  组合
7. 4. 1  增加粒度
7. 4. 2  保持灵活性和减少软件工程成本
7. 4. 3  组合判据
7. 5  映射
7. 5. 1  负载平衡算法
7. 5. 2  任务调度算法
7. 5. 3  映射判据
7. 6  小结和导读
习题
第三篇  并行数值算法
第八章  基本通信操作
8. 1  选路方法与开关技术
8. 1. 1  选路方法
8. 1. 2  开关技术
8. 2  单一信包一到一传输
8. 3  一到多播送
8. 3. 1  使用SF进行一到多播送
8. 3. 2  使用CT进行一到多播送
8. 4  多到多播送
8. 4. 1  使用SF进行多到多播送
8. 4. 2  使用CT进行多到多播送
8. 5  小结和导读
习题
第九章  稠密矩阵运算
9. 1  矩阵的划分
9. 1. 1  带状划分
9. 1. 2  棋盘划分
9. 2  矩阵转置
9. 2. 1  棋盘划分的矩阵转置
9. 2. 2  带状划分的矩阵转置
9. 3  矩阵-向量乘法
9. 3. 1  带状划分的矩阵-向量乘法
9. 3. 2  棋盘划分的矩阵-向量乘法
9. 4  矩阵乘法
9. 4. 1  简单并行分块乘法
9. 4. 2  Cannon乘法
9. 4. 3  Fox乘法
9. 4. 4  DNS乘法
9. 5  小结和导读
习题
第十章  线性方程组的求解
10. 1  三角形方程组的求解
10. 1. 1  基本术语
10. 1. 2  上三角方程组的求解
10. 2  三对角方程组的求解
10. 2. 1  三对角方程组直接求解法
10. 2. 2  三对角方程组奇偶归约求解法
10. 3  稠密线性方程组的求解
10. 3. 1  有回代的高斯消去法
10. 3. 2  无回代的高斯-约旦法
10. 3. 3  迭代求解的高斯-赛德尔法
10. 4  稀疏线性方程组的求解
10. 4. 1  稀疏矩阵的存储方式
10. 4. 2  雅可比迭代法
10. 4. 3  高斯-赛德尔迭代法
10. 4. 4  超松弛迭代法
10. 4. 5  多重网格法
10. 4. 6  共扼梯度法
10. 5  小结和导读
习题
第十一章  快速傅里时变换
11. 1  离散傅氏变换
*11. 1. 1  预备知识
11. 1. 2  离散傅里叶变换
11. 1. 3  离散傅里叶逆变换
11. 1. 4  离散傅氏变换的蝶式计算
*11. 2  快速傅氏变换串行算法
11. 2. 1  串行FFT迭代算法
11. 2. 2  串行FFT递归算法
11. 3  并行FFT算法
11. 3. 1  SIMD一MC2上FFT算法
11. 3. 2  SIMD-BF上FFT算法
11. 3. 3　SIMD-CC上FFT算法
11. 3. 4  MIMD-DM上FFT算法
11. 4　小结和导读
习题
第四篇  并行程序设计
第十二章  并行程序设计基础
12. 1　并行程序设计概述
12. 1. 1  串行程序设计与并行程序设计
12. 1. 2　并行程序设计环境
12. 1. 3　并行程序设计方法
*12. 2  进程
12. 2. 1　进程的基本概念
12. 2. 2　进程的并行执行
12. 2. 3　进程的相互作用
12. 3  线程
12. 3. 1  线程的基本概念
12. 3. 2　线程的管理
12. 3. 3　线程的同步
*12. 4  同步
12. 4. 1　原子与互斥
12. 4. 2　高级同步结构
12. 4. 3　低级同步原语
12. 5  通信
12. 5. 1  影响通信系统性能的因素
12. 5. 2　低级通信支持
12. 5. 3　TCP／IP通信协议组简介
12. 6　小结和导读
习题
第十三章  并行程序设计模型和共享存储系统编程
13. 1  并行编程风范和样本程序
13. 1. 1  五种并行编程风范
13. 1. 2　计算∏样本程序
13. 2　并行程序设计模型
13. 2. 1  隐式并行模型
13. 2. 2　数据并行模型
13. 2. 3　消息传递模型
13. 2. 4　共享变量模型
13. 2. 5　并行程序设计模型比较
13. 3　共享存储并行编程
13. 3. 1　ANSIX3H5共享存储模型
13. 3. 2　POSIX线程模型
13. 3. 3　OpenMP标准
13. 4　小结和导读
习题
第十四章  分布存储系统并行编程
14. 1  基于消息传递的并行编程
14. 1. 1　SPMD并行程序
14. 1. 2　MPMD并行程序
14. 2　MPI并行编程
14. 2. 1  最基本的MPI
14. 2. 2  群体通信
14. 2. 3  通信体
14. 2. 4　导出数据类型
14. 2. 5　点到点通信
*14. 3  PVM并行编程
14. 3. 1　PVM概貌
14. 3. 2　PVM消息传递库
14. 4　基于数据并行的并行编程
14. 4. 1　数据并行模型的特点
14. 4. 2　数据并行编程的基本问题
14. 5　HPF并行编程
14. 5. 1　HPF的语言特点
14. 5. 2　HPF的数据并行机制
14. 5. 3　HPF使用中的若干问题
14. 6　小结和导读
习题
附录一　MPI的函数的C语言说明
附录二　MPI的函数的Fortran语言说明
第十五章  并行程序设计环境与工具
*15. 1  软件工具与环境
15. 1. 1  编码工具
15. 1. 2　软件工程工具
15. 1. 3　集成工具
15. 1. 4　将来的工具与环境
15. 2　并行编译器
15. 2. 1　编译及其并行化
15. 2. 2  相关分析
15. 2. 3  代码优化
15. 2. 4  代码生成
15. 3　并行程序调试和性能分析
15. 3. 1  并行程序的调试
15. 3. 2　并行程序的性能分析
15. 3. 3  并行程序的可视化设计环境与工具
15. 4　小结和导读
习题
算法索引
表格索引
示范程序索引
参考文献
并行与分布计算Web网址
术语中-英对照及索引