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并行计算系列丛书并行计算—结构 · 算法 · 编程（修 订 版）陈国良编著
皇华科技
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这一篇主要研究并行计算的硬件基础，包括并行计算机系统及其结构模型（第一章），当代并行计算机系统（第二章）以及并行计算的性能评测（第三章）。但它与高级计算机体系结构课程不一样，本篇只是从并行计算的角度，介绍一些与并行计算直接相关的并行计算机系统方面的知识，欲深入学习并行计算机体系结构的读者可参阅丛书之三《并行计算机体系结构》［１９３］。本篇的第一章，首先从当代科学与工程问题的计算需求出发，简单介绍并行计算与计算科学；接着讨论并行系统互连方式与技术；最后落实到并行计算机的结构模型与存储模型的介绍上，希望这些抽象的模型能够成为计算工作者与工程师的界面。第二章，将从并行机中抽出当代流行的一类可扩放的并行机加以简单介绍，它们包括共享存储的多处理机系统和分布存储的多计算机系统以及机群系统，这些都是并行计算工作者的最基本的硬件环境。第三章，将讨论并行计算性能评测问题，包括并行机基本性能评测、衡量并行计算性能的加速比、可扩放性以及基准测试程序，它们都是计算工作者、计算机厂商和计算机用户共同感兴趣的问题，而且能被一致认可和普遍接受。。
１．１．１ 并行计算与计算科学并行计算（ＰａｒａｌｌｅｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇ），简单地讲，就是在并行计算机上所作的计算，它和 常 说 的 高 性 能 计 算（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）、超 级 计 算（ＳｕｐｅｒＣｏｍｐｕｔｉｎｇ）是同义词，因为任何高性能计算和超级计算总离不开使用并行技术。随着计算机和计算方法的飞速发展，几乎所有的学科都走向定量化和精确化，从而产生了一系列诸如计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气象学和计算材料科学等的计算科学，在世界上逐渐形成了一门计算性的学科分支，即计算科学与工程，简称为 ＣＳＥ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）。当今，计算科学已经和传统的两种科学，即理论科学和实验科学，并列成为第三门科学，它们彼此相辅相成地推动科学发展与社会进步。在许多情况下，或者是理论模型复杂甚至理论尚未建立，或者实验费用昂贵甚至实验无法进行，此时计算就成为求解问题的惟一或主要手段。计算极大地增强了人们从事科学研究的能力，大大地加速了把科技转化为生产力的过程，深刻地改变着人类认识世界和改造世界的方法和途径。计算科学的理论和方法，作为新的研究手段和新的设计与制造技术的理论基础，正推动着当代科学与技术向纵深发展。计算科学涉及到大型科学工程计算，是一个多学科的交叉领域，往往需要数学家、工程师和计算机科学家进行跨学科和跨行业的协同研究。一方面，它需要运用许多基础数学理论（如非线性分析、现代偏微分方程理论、微分几何和近世代数等）；另一方面又需要熟悉某一特定应用领域的背景知识；最后还需要充分掌握和运用先进的计算设备。所以今后的科学与工程计算工作者应尽可能兼备数学、物理、工程科学和计算机科学等多方面的知识，并善于应用超级计算机进行大规模数值试验与分析。
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