并行计算基础：程序设计与系统结构

"并行程序设计基础-并行计算(中科大讲义)" 是一份关于并行计算的学术讲义，涵盖了并行计算的基础理论、算法设计以及程序实现等多个方面。该讲义由国家高性能计算中心（合肥）编撰，旨在深入探讨并行计算的结构、算法和编程实践。 在并行计算领域，首先讲解了并行程序设计概述，包括进程和线程的概念，这两个是并行计算中的基本执行单元。进程是操作系统分配资源的基本单位，而线程则是程序执行的最小单元，它们在同一进程内共享资源，可以提高系统的并发性和效率。 同步和通信是并行计算中的关键概念。同步确保多个线程或进程在执行时的正确顺序，防止数据竞争和死锁等问题。通信机制允许进程间交换信息，实现协同工作，如管道、消息队列、共享内存等。 并行程序设计模型是理解和构建并行程序的基础。常见的模型有共享存储系统编程和分布式存储系统编程。在共享存储模型中，所有线程或进程共享同一块物理内存，通过锁和信号量等机制来协调访问；而在分布式存储模型中，每个处理器有自己的独立内存，通过网络进行通信。 讲义的第一部分介绍了并行计算机系统及其结构模型，包括并行计算的意义、科学与工程问题的计算需求，以及各种互连网络结构，如静态互联、动态互联和标准互联网络。这些互连结构对并行计算机的性能和扩展性有着直接影响。 第二部分深入到并行算法的设计，包括设计基础、一般设计方法、基本设计技术和设计过程。这部分内容对于优化并行计算效率至关重要，它涉及到如何将问题分解、任务调度以及如何有效地利用并行资源。 第三部分聚焦于并行数值算法，如基本通信操作、稠密矩阵运算、线性方程组求解和快速傅里叶变换。这些是科学计算中常用的算法，通常能显著受益于并行化。 第四部分则具体讨论了并行程序设计，包括基础概念和不同编程模型，如共享存储系统和分布存储系统的编程，以及并行程序设计环境和工具的使用，这些都是实际开发并行应用时必须掌握的知识。 这份讲义为学习并行计算提供了全面的指导，从硬件结构到软件设计，覆盖了并行计算的全貌，对于科研人员和工程师来说是一份宝贵的参考资料。