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算法与并行计算

算法与并行计算

都志辉
算法
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读者:                             ...

					
第1章 引言 1   
1.1 概述 1   
1.2 自动并行编程 1   
1.3 算法 3   
1.4 设计并行计算系统 9   
1.5 并行算法和并行体系结构 10   
1.6 并行算法与并行体系结构相关 10   
1.7 算法的实现: 两个方面的问题 11   
1.8 衡量并行计算的优势 11   
1.9 针对多处理器系统的Amdahl法则 14   
1.10 Gustafson-Barsis法则 15   
1.11 并行计算的应用 16   
1.12 习题 18   
第2章 增强单处理器的性能 21   
2.1 概述 21   
2.2 提高处理器的时钟频率 21   
2.3 ALU的并行化 22   
2.4 使用分级存储器体系 24   
2.5 流水线作业 28   
估算流水线作业的速度 29   
2.6 超长指令字(VLIW)处理器 32   
2.7 指令级并行(ILP)和超标量处理器 33   
2.8 多线程处理器 36   
2.9 习题 37   
第3章 并行计算机 39   
3.1 概述 39   
3.2 并行计算 39   
3.3 共享内存的多处理器(统一内存访问UMA) 40   
3.4 分布式内存多处理器(非统一内存访问NUMA) 41   
3.5 SIMD处理器 41   
3.6 脉动式处理器 42   
3.7 集群计算 44   
3.8 网格计算(云计算) 44   
3.9 多核系统 44   
3.10 流多处理器 46   
3.11 并行处理器之间的通信 48   
3.12 并行体系结构总结 50   
3.13 习题 50   
第4章 共享内存多处理器 52   
4.1 概述 52   
4.2 高速缓存一致性和内存一致性 53   
4.3 同步和互斥 57   
4.4 习题 62   
第5章 互连网络 63   
5.1 概述 63   
5.2 逻辑拓扑结构中互连网络的分类 63   
5.3 互联网络交换架构 68   
5.4 习题 76   
第6章 并发平台 78   
6.1 概述 78   
6.2 并发平台 78   
6.3 Cilk++ 78   
6.4 OpenMP 84   
6.5 统一计算设备架构(CUDA) 91   
第7章 针对并行算法的特别技术 98   
7.1 概述 98   
7.2 定义算法变量 99   
7.3 独立循环调度 99   
7.4 依赖循环 100   
7.5 针对简单依赖循环的循环分发方法 100   
7.6 循环展开 101   
7.7 问题划分 101   
7.8 分而治之(递归划分)策略 102   
7.9 流水线 104   
7.10 习题 106   
第8章 非串行-并行算法 107   
8.1 概述 107   
8.2 并行化用DAG表示的NSPA算法 108   
8.3 分析NSPA的形式化方法 109   
矩阵的幂的意义: 矩阵的连通性 110   
8.4 辨别算法中的环 112   
8.5 提取串行及并行算法的性能参数 113   
8.6 相关定理 114   
8.7 串行和并行算法在并行计算机上的性能 116   
8.8 习题 116   
第9章 z-变换分析 118   
9.1 概述 118   
9.2 z-变换的定义 118   
9.3 一维有限脉冲响应滤波器算法 119   
9.4 z-变换的软件硬件实现 119   
9.5 设计1: 用霍纳法则实现广播输入管道输出 120   
9.6 设计2: 管道输入广播输出 121   
9.7 设计3: 管道输入管道输出 122   
9.8 习题 123   
第10章 依赖关系图分析 124   
10.1 概述 124   
10.2 一维有限冲击响应滤波算法 124   
10.3 算法的依赖关系图 124   
10.4 计算算法的依赖关系图 125   
定义D中的变量 125   
10.5 一维有限冲击响应滤波的调度函数 127   
10.6 结点投影操作 131   
10.7 非线性投影操作 132   
使用并发平台 133   
10.8 有向无环图分析的软件和硬件实现 133   
10.9 习题 135   
第11章 计算几何分析 136   
11.1 概述 136   
11.2 矩阵乘算法 136   
11.3 3D依赖图和计算域D 136   
3D域边界 137   
11.4 D的面和顶点 138   
11.5 算法变量的依赖矩阵 138   
11.6 依赖矩阵的零空间: 广播子域B 139   
A的零空间 139   
11.7 设计空间的探索: 选择广播变量还是流水线变量 141   
11.8 数据调度 143   
调度函数对数据时序的影响 146   
11.9 使用线性投影算子进行投影操作 147   
11.10 投影操作对数据的影响 150   
11.11 最终的多线程/多处理器体系结构 151   
11.12 本章总结 152   
11.13 习题 152   
第12章 实例: 一维IIR数字滤波器 154   
12.1 概述 154   
12.2 一维IIR数字滤波器算法 154   
12.3 IIR滤波器的依赖图 154   
12.4 一维IIR数字滤波器算法的z域分析 159   
12.5 习题 161   
第13章 案例分析: 二维与三维数字滤波器 162   
13.1 概述 162   
13.2 行和帧环绕问题 162   
13.3 二维递归滤波器 163   
13.4 三维数字滤波器 165   
第14章 实例分析: 多重速率的采样器和插值器 168   
14.1 概述 168   
14.2 采样器的架构 168   
14.3 采样器的依赖关系图 169   
14.4 采样器时序 170   
14.5 在s1=\ 的情况下,采样器的有向无环图 171   
14.6 在s2=\的情况下,插值器的有向无环图 172   
14.7 在s3=\的情况下,插值器的有向无环图 174   
14.8 多相采样器的实现 174   
14.9 插值器的架构 175   
14.10 插值器的依赖关系图 176   
14.11 插值器的调度 177   
14.12 在s1=\的情况下,插值器的有向无环图 178   
14.13 在s2=\ 的情况下,插值器的有向无环图 179   
14.14 在s3=\ 的情况下,插值器的有向无环图 180   
14.15 多相插值器的实现 181   
第15章 案例学习: 模式匹配 182   
15.1 概述 182   
15.2 将算法表达为正则迭代算法(RIA) 182   
15.3 得到算法依赖图 183   
15.4 数据调度 183   
15.5 DAG结点的投影 184   
15.6 设计方案1: 当s=\t时的设计空间 184   
15.7 设计方案2: 当s=\t时的设计空间搜索 187   
15.8 设计方案3: 当s=\t时的设计空间搜索 188   
设计方案3.a: 设s=\t , da=\t 188   
第16章 案例学习: 用于视频压缩的运动估计 189   
16.1 概述 189   
16.2 FBMA 189   
16.3 数据缓冲要求 190   
16.4 FBMA的形式化 191   
16.5 运动估计的分层形式化 191   
16.6 层次化结构块的硬件设计 193   
第17章 范例分析: 2m阶伽罗瓦域乘法 198   
17.1 概述 198   
17.2 2m阶伽罗瓦域乘法算法 198   
17.3 将域乘法表示为RIA 200   
17.4 域乘法的依赖图 200   
17.5 数据调度 201   
17.6 DAG结点投影 203   
17.7 设计1: 使用d1=\t 204   
17.8 设计2: 使用d2=\t 204   
17.9 设计3: 使用d3=\t 205   
17.10 有限域乘法器的应用 206   
第18章 范例分析: 2m阶伽罗瓦域的多项式除法 207   
18.1 概述 207   
18.2 多项式除法算法 207   
18.3 LFSR依赖图 208   
18.4 数据调度 209   
18.5 DAG结点投影 210   
18.6 设计1: s1=\时的设计空间 211   
18.7 设计2: s2=\时的设计空间 212   
18.8 设计3: s3=\时的设计空间 214   
18.9 3种设计方案的比较 215   
第19章 快速傅里叶变换 217   
19.1 概述 217   
19.2 时分FFT 218   
19.3 流水线基2时分FFT处理器 221   
19.4 频分FFT 221   
19.5 流水线基2频分FFT处理器 224   
第20章 求解线性方程组 225   
20.1 概述 225   
20.2 特别矩阵结构 225   
20.3 前向替代(直接技术) 228   
20.4 回代 230   
20.5 矩阵三角化算法 230   
20.6 连续超额松弛(SOR)(迭代法) 234   
20.7 习题 237   
第21章 使用有限差分法求解偏微分方程 238   
21.1 概述 238   
21.2 1-D系统的FDM 239   
参考文献 243   
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