并行计算基础：SPMD程序执行模型解析

"这是一份来自中科大的关于并行计算的讲义，涵盖了SPMD程序执行模型，深入讲解了并行计算的各个方面，包括并行计算机系统结构、并行算法设计、并行数值算法以及并行程序设计。" 并行计算是一种同时处理多个计算任务的技术，其核心思想是通过分解大型问题为多个子任务，然后在多个处理器上同时执行这些子任务，以提高计算效率和解决问题的速度。SPMD（Single Program, Multiple Data）是一种并行计算模型，它要求所有处理器执行相同的程序，但每个处理器可能处理不同的数据集。这种模型在处理大规模数据和复杂计算问题时尤其有效。 讲义的第一部分介绍了并行计算的基础，包括并行计算机系统结构模型，如SMP（Symmetric Multi-Processing）、MPP（Massively Parallel Processing）和Cluster集群。SMP是指多处理器共享同一内存系统，而MPP和Cluster则通常用于构建更大规模的并行计算系统，其中MPP由大量独立的处理器构成，通过高速通信网络连接，而Cluster是由多台计算机组成的网络，它们协同工作，看起来像一个单一的计算资源。 第二部分讨论了并行算法的设计，包括设计基础、一般设计方法、基本设计技术和设计过程。这些章节旨在教授如何将串行算法转化为能够有效利用并行计算能力的并行算法。 第三部分涉及并行数值算法，讲解了基本通信操作、稠密矩阵运算、线性方程组求解和快速傅里叶变换等重要概念。这些是科学计算中常见的并行化算法，对于处理大规模数据和模拟至关重要。 第四部分则转向并行程序设计，从基础开始，探讨了并行程序设计模型，如共享存储系统编程和分布存储系统编程，并介绍了相关的编程环境和工具，帮助开发者在实际中实现并行计算。 在并行计算机系统结构中，讲义详细讨论了系统互连的不同类型，包括静态互联网络、动态互连网络和标准互联网络，这些都是构建高效并行系统的关键组成部分。并行计算机结构模型的介绍则帮助理解如何在硬件层面上支持并行计算。 这份讲义全面覆盖了并行计算的理论与实践，是学习并行计算和SPMD模型的宝贵资料，适合计算机科学和工程领域的学生或研究人员深入研究。