并行计算综论PDF电子书下载

第一部分 并行性 1

第1章 引言 2

1.1 并行计算硬件 2

1.2 并行应用 5

1.3 软件和算法 7

1.4 并行计算科学 9

第2章 并行机体系结构 10

2.1 单处理机体系结构 10

2.2 并行体系结构 17

2.3 并行体系结构的未来趋势 27

2.4 小结 28

第3章 并行编程面临的问题 29

3.1 体系结构 30

3.2 程序并行分解 33

3.3 并行性能优化 38

3.4 存储层次管理 42

3.5 并行调试 44

3.6 性能分析与调整 45

3.7 并行I/O 46

3.8 小结 47

第二部分 并行应用 49

4.1 一个简单例子的应用特征 50

第4章 一般应用问题 50

4.2 求解泊松方程的雅可比方法的通信结构 52

4.3 一般计算格式的通信开销 55

4.4 基本复合系统应用模型 56

4.5 时间步进模拟和事件驱动模拟 58

4.6 应用问题的时间结构 59

4.7 基本复合系统并行模型小结 60

4.8 元计算问题 60

4.9 小结 61

第5章 计算流体力学中的并行计算 62

5.1 计算流体力学概述 62

5.2 不可压流 65

5.3 可压流 89

5.4 小结 97

第6章 环境和能源科学中的并行计算 98

6.1 地下流建模 99

6.2 IPARS和NetSolve网格计算 103

6.3 IPARS的跟踪与交互式模拟 105

6.4 地表水模拟 107

6.5 利用ADR实现流体和输运耦合模拟 110

6.6 小结 112

第7章 并行计算化学：NWChem综述 113

7.1 分子量子化学 114

7.2 NWChem体系结构 115

7.3 NWChem中的并行计算支撑模块 117

7.4 NWChem中的化学相关模块 120

7.5 NWChem在计算化学领域中的地位 126

7.6 计算化学算法的共同特征 127

7.7 小结 130

第8章 应用综述 132

8.1 数值广义相对论 132

8.2 格子量子色动力学的数值模拟 134

8.3 海洋建模 139

8.4 地震模拟 143

8.5 宇宙结构的形成 147

8.6 计算电磁学 153

8.7 数据挖掘中的并行算法 156

8.8 信号和图像处理中的高性能计算 164

8.9 确定型Monte Carlo方法及其并行化 168

8.10 光子源拟实时X射线微成像实验 173

8.11 基于WebHLA的部队建模与仿真元计算环境 178

8.12 应用的计算结构 188

8.13 小结 194

第三部分 各种软件技术 195

第9章 软件技术 197

9.1 并行编程技术的选择 198

9.2 如何获得正确和有效的执行 208

9.3 小结 209

10.1 消息传递编程模型 211

第10章 消息传递和线程 211

10.2 多线程编程 218

10.3 小结 222

第11章 并行I/O 223

11.1 并行I/O框架 224

11.2 MPI-IO 228

11.3 并行I/O优化 232

11.4 如何获得高的I/O性能 235

11.5 小结 240

第12章 编程语言与编译器 241

12.1 自动并行 242

12.2 高性能FORTRAN：数据并行编程 243

12.3 OpenMP：共享存储并行编程 247

12.4 Co-Array FORTRAN：SPMD编程 251

12.5 支持技术 256

12.6 发展趋势 257

12.7 小结 258

第13章 面向对象的并行库 260

13.1 面向对象的并行库 260

13.2 Java中的面向对象并行编程 265

13.3 C＋＋多线程计算 269

13.4 远程函数调用、全局指针和Java RMI 272

13.5 基于组件的软件设计 274

13.6 小结 276

第14章 问题求解环境 278

14.1 NetSolve：基于网络的解法器 279

14.2 基于WebFlow对象的Web计算 284

14.3 WebPDELab 291

14.4 其他网格计算环境 300

14.5 小结 301

第15章 性能调整和程序调试工具 302

15.1 正确性和性能监测的基本概念 303

15.2 测试与调试实现上面临的问题 307

15.3 编译器的高度集成 309

15.4 软件工具的界面和使用 311

15.5 软件工具实例 313

15.6 面临的挑战和开放性问题 318

15.7 小结 318

第16章 二维泊松问题 320

16.1 数学模型 320

16.2 简单算法 320

16.3 泊松方程的并行求解 321

16.4 增加全局操作 325

第四部分 关键技术与算法 329

17.1 模板：并行软件的设计模式 330

17.2 通信器和中性数据结构 330

第17章 可重用的软件和算法 330

17.3 标准的库和组件 331

17.4 自动微分 332

17.5 模板和数值线性代数 332

17.6 小结 333

第18章 高性能科学模拟的图剖分技术 335

18.1 网格剖分与图 336

18.2 静态图剖分技术 337

18.3 自适应计算的负载平衡 351

18.4 并行图剖分 357

18.5 多约束和多目标图剖分 358

18.6 小结 365

第19章 网格生成 368

19.1 网格生成的策略和技术 368

19.2 网格生成过程和几何预处理 372

19.3 自适应网格生成 373

19.4 并行网格生成 379

19.5 网格生成软件 380

19.6 网格结构 383

19.7 与网格生成有关的网址 385

19.8 几何／网格生成的主要困难 385

19.9 未来发展方向 387

19.10 小结 388

20.1 稠密线性代数算法 389

第20章 模板和数值线性代数 389

20.2 计算机体系结构对性能的影响 392

20.3 稠密线性代数库 395

20.4 稀疏线性代数方法 400

20.5 稀疏直接法 401

20.6 稀疏迭代法 405

20.7 稀疏特征值问题 410

20.8 小结 422

第21章 可扩展的偏微分方程解法软件 424

21.1 偏微分方程简介 425

21.3 并行求解策略 428

21.4 PETSc软件中并行求解偏微分方程的方法 429

21.5 PDE软件 441

21.6 小结 442

第22章 并行连续最优化 443

22.1 局部最优化 444

22.2 全局最优化 446

22.3 直接搜索方法 450

22.4 相连子系统最优化 452

22.5 变量与约束分布 455

22.6 小结 457

第23章 科学计算中的路径追踪及其在AUTO上的实现 458

23.1 局部连续 459

23.2 全局连续和度理论 461

23.3 折叠和分歧 462

23.4 实际的路径追踪方法 464

23.5 分歧点处的分支选择 466

23.6 计算实例：AUTO 469

23.7 并行AUTO 474

23.8 小结 479

第24章 自动微分 480

24.1 自动微分概述 481

24.2 自动微分实现技术 484

24.3 自动微分软件 485

24.4 消息传递并行代码的自动微分 486

24.5 自动微分的高级用法 489

24.6 小结 492

第25章 结论和未来发展方向 494

25.1 计算资源 494

第五部分 结论 494

25.2 应用 495

25.3 软件 495

25.4 模板、算法和技术 496

25.5 未来发展方向 497

参考文献 498

21.2 并行偏微分方程计算的难点 525

术语表 552

作者介绍 560