并行计算基础：从概念到系统

"并行程序设计基础是关于并行计算的入门教材，适用于学习并行计算的初学者。内容涵盖并行计算系统基础、基本概念以及几种常见的基准测试。书中详细介绍了不同类型的并行计算机，如SISD、SIMD、MISD和MIMD系统，并重点讨论了在并行计算中占据主导地位的MIMD系统，包括并行向量机、对称多处理机（SMP）、大规模并行处理机（MPP）、机群以及分布式共享存储多处理机（DSM）。此外，还特别提到了地球模拟器（Earth Simulator）作为SMP系统的实例，分析了其结构特点和性能。SMP系统的特点包括使用商品化微处理器、共享高速缓存、单一操作系统映像以及低通信延迟，但也存在如可靠性问题和扩展性限制等挑战。" 并行程序设计的基础知识主要涉及以下几个方面： 1. **并行计算系统基础**：并行计算是指同时使用多个处理器执行任务，以提高计算效率。并行计算系统可以根据指令流和数据流的不同分为四类：SISD、SIMD、MISD和MIMD。MIMD系统最为常见，因为它允许每个处理器独立执行不同的指令流。 2. **并行计算机分类**：并行计算机包括并行向量机、SMP、MPP、机群和DSM。其中，SMP系统是一种对称架构，所有处理器共享存储器、I/O设备和操作系统服务，适合处理大量并发任务。 3. **SMP对称多处理机**：SMP系统使用商业微处理器，通过高速总线连接共享存储器。它们通常有一个统一的操作系统映像，能动态分配进程到处理器以保持负载平衡。虽然SMP系统通信延迟低，但它们的可靠性较弱，扩展性有限，因为处理器数量和总线带宽的限制。 4. **并行计算的挑战与应用**：并行计算面临的主要挑战包括系统的可靠性和扩展性，以及如何有效地管理和调度大量的处理器。并行计算广泛应用于科学计算、大数据分析、人工智能等领域，对于需要处理复杂计算问题的现代技术至关重要。 通过学习并行程序设计基础，读者可以理解并行计算的基本原理，掌握如何设计和优化并行算法，以及如何在不同的并行计算平台上实现这些算法，从而提升计算效率和解决大规模问题的能力。