Amdahl定律详解：并行计算原理与编程实践

Amdahl定律是并行计算领域中的一个重要理论，用于评估在执行任务时，通过增加处理器数量所能达到的性能提升程度。当面对一个固定负载的任务时，Amdahl定律给出了一种衡量并行效率的公式。根据定律，系统的整体加速比W（总工作量）由两部分组成：W_s（串行部分，无法并行的部分）和W_p（并行部分，可以并行执行的部分）。公式表达为： \[ W = W_s + W_p = f \cdot W_s + (1 - f) \cdot W_s \] 其中，\( f \) 是串行部分的比例，即任务中不能并行执行的那部分工作量占比。当并行部分p趋向于无限大时，极限情况下的加速比S（speedup）等于： \[ S = \frac{1}{f} \] 这意味着，无论并行处理器的数量如何增加，只要串行部分存在，系统的最大加速比就受限于这个串行部分。因此，Amdahl定律强调了在优化并行计算时，改善串行部分效率的重要性。 这部分讲义涵盖了并行计算的基础和高级主题，包括并行计算机系统及其结构模型、当代并行机系统（如SMP、MPP和Cluster）、并行计算性能评测、并行算法设计、基本通信操作、稠密矩阵运算、线性方程组求解、快速傅里叶变换等。这些内容涉及了从理论概念到实践应用的广泛领域，旨在帮助读者理解和掌握并行编程和设计的关键技巧。 并行程序设计部分深入探讨了共享存储系统编程、分布存储系统并行编程，以及并行程序设计环境与工具。章节中还强调了并行计算在科学与工程问题解决中的作用，比如处理大规模数据集和复杂计算问题的挑战。 这份中科大讲义提供了全面且深入的并行计算教学资源，对于理解并行计算原理、设计高效并行算法以及利用现代硬件进行程序设计具有很高的参考价值。