并行计算与动态互连网络：结构与算法解析

"动态互连网络-并行计算（中科大讲义）" 并行计算是计算机科学中的一个重要领域，它涉及在多个处理器或计算单元上同时执行任务，以提高计算效率和解决大规模计算问题。本讲义专注于动态互连网络在并行计算中的应用，这种网络结构对于构建高效的并行计算机系统至关重要。 动态互连网络是一种允许数据在多个处理器之间灵活传输的架构。在这样的网络中，每个交换开关模块具有n个输入和n个输出，设计目的是实现任意输入到任意输出的连接，但不允许多对一的映射以防止输出冲突。这种一对一或一对多的映射方式确保了数据流的高效性和无阻塞性。 讲义提到了几种常见的动态互连网络结构，包括均匀洗牌网络、蝶网、多路均匀洗牌网络、交叉开关和立方连接。这些网络设计各有特点，例如，均匀洗牌网络提供了一种高效的全连接方式，而交叉开关则通过逐层交换来路由数据，适用于大型系统中的数据传输。 在并行计算系统中，级间互连是连接不同层次处理器或存储模块的关键。比如，Cray Y/MP系统采用的多级网络设计，就有效地支持了8个向量处理器和256个存储器模块间的高速通信，确保了在并发访问存储器时能避免冲突，提高了系统性能。 并行计算不仅涉及到硬件结构，还涵盖算法设计和编程模型。根据讲义内容，学习并行计算分为四个主要部分： 1. 并行计算的基础，讲解并行计算的概念，以及其在科学和工程计算中的需求。 2. 当代并行机系统，介绍如SMP（对称多处理器）、MPP（大规模并行处理）和Cluster（集群）等常见系统类型。 3. 并行计算性能评测，讨论评估并行系统性能的方法和技术。 4. 并行算法和编程，涵盖了并行算法设计基础、一般设计方法、基本设计技术，以及并行程序设计模型和环境。 在并行算法方面，会深入到基本通信操作、稠密矩阵运算、线性方程组求解和快速傅里叶变换等数值计算方法。在并行编程部分，则会探讨共享存储系统和分布存储系统的编程模型，以及并行程序设计工具和环境的使用。 动态互连网络是并行计算系统中优化数据传输的关键组件，而并行计算则是一个复杂的多层面领域，包括硬件结构、算法设计和编程实践，它们共同推动了高性能计算的发展。理解和掌握这些知识对于解决现代科学和工程问题具有重要意义。